精细有机合成

精细有机合成课程编号：开课院系：课程总学分：城市科学系课程总学时：724实验总学时：72课程负责人：胡大华课程开设专业：精细化工课程类别：专业—、课程的目的、任务在有机化学的三个组成部分中，有机合成占据最重要的地位，它是有机化学的中心.有机合成化学中最具有创造性，最具实用性的一门学科，对自然科学和国民经济的发展举足轻重，精细有机合成是本校化学专业和应用化学专业本科生的选修课程，对学生进一步掌握有机化学基本原理，深入了解有机合成的方法，以及掌握更多的实验技能提供理论依据和实验训练，能够让学生在基础有机化学课程的基础上深入学习有机化学知识，并为学生的进一步学习打下坚实的基础.本选修课程以张招贵编著的＜精细有机合成设计〉为授课教材（化学工业出版社出版，2003年版），选取其中部分章节为授课内容.二、课程的教学要求通过学习让学生结合所学的精细有机合成的基础知识，原理和方法，辅助以有机合成实验的训练，全面深入掌握有机合成各类反应的单元反应，包括苯炔反应， D-A反应，Knonevenagel反应，烯胺反应，Wittig反应，缩合反应，氧化反应，加成与重排反应等以及深入了解精细有机合成的实验技术和合成原理.并对特殊精细有机合成的方法，仪器的使用，装置的选择和操作有一定的理解三、教学方法、教学形式、教学手段的特色：精细有机合成的基础是各类反应的单元反应，其中最重要的是碳碳键的形成，断裂和重组以及官能团的转换。发现新的反应，利用新试剂和新技术改善已有的反应效率和选择性是发展有机合成的主要途径。本课程通过介绍有机合成的基础技术，重点阐述精细有机合成的重要单元反应，包括芳香族亲电取代、亲核取代、碳碳键形成的缩合反应，官能团转化的氧化与脱氢、还原与氢化、高选择性反应，重点介绍重要的金属有机试剂，元素有机试剂;有机合成的发展状况和目标分子的合成设计，合成路线的考察与选择等。所选的实验，是根据科学性、先进性和效益性的原则，选用了一些比较成熟的、教学效果比较好的、切合课程基本要求的实验，同时，本着提倡绿色化学的宗旨，摒弃一些方法陈旧、毒性较大的实验，增补了一些环境友好实验。在用量上尽量缩小实验的规模，采用小量或半微量形式，以体现化学实验改革的方向。考虑到学科发展的趋势，这两部分实验（制备与合成）还选用了一些难度较大的新的合成方法与实验技术，如苯炔反应、Knoevennagel反应、Wittig反应、辅酶催化反应等。同时还对实验室安全，常用仪器，装置，合成操作，反应产物的分离纯化以及敏感化合物的操作知识进行介绍。四、教学内容:序号实验项目名称学时实验类型每组人数实验要求备注1三蝶烯4综合性1必修2香豆素-3-羧酸6综合性1必修32-乙酰基环己酮8综合性1选修41，2-二苯乙烯8综合性1必修5安息香的辅酶合成4综合性1必修6二苯乙二酮4综合性1必修7抗痉挛药物5，5-二苯基乙内酰脲4综合性1必修实验一、三蝶烯1、 实验目的：（1） 学习通过活性中间体一一苯炔合成笼型化合物三蝶烯，进一步理解有机活性中间体的存在和意义。（2） 熟练掌握分离、提纯有机化合物固体产品的方法。2、 实验要求：（1） 掌握苯炔产生和反应的基本原理和三蝶烯制备的实验方法。（2） 掌握三颈瓶回流、滴加、搅拌、控温以及冷却、析晶、抽滤、重结晶等实验操作技术。3、 实验内容：苯炔反应，DA反应4、 主要仪器设备及试剂：（1）实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21

烧杯2501铁圈（中）1石棉网1铁架台1磁力搅拌器85—21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型（公用）仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3（2）实验药品与试剂:固体药品名称规格数量蒽C.P.1.8g(0.01mol)邻氨基苯甲酸C.P.2.0g(0.014mol)顺丁烯二酸酐C.P2.0g(0.02mol)氢氧化钾C.P.3.0g（自配溶液）液体试剂名称规格数量亚硝酸异戊酯C.P.4ml(3.5g,0.03mol)1,2一二氯乙烷C.P.20mL（溶剂）二乙二醇二甲醚C.P.15mL甲醇C.P.15mL丁酮C.P.10mL甲苯C.P.10mL甲醇：水1:110ml（洗涤）实验二、香豆素-3-羧酸1、实验目的：（1）学习和掌握通过Knoevennagel反应合成香豆素一3—甲酸乙酯，然后进一步反应合成

香豆素一3一甲酸的实验原理和方法。熟练掌握分离、提纯固体有机化合物产品的实验方法和技巧。加碱水解2、 实验要求：熟练掌握正确投料、无水反应条件以及分离提纯固体有机化合物的实验操作技术。熟练掌握回流、滴加、搅拌、控温以及冷却、析晶、抽滤、重结晶等实验操作技术。3、 实验内容：Knonevenagel反应4、主要仪器设备及试剂:(1)实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21烧杯2501铁圈(中)1石棉网1铁架台1磁力搅拌器85-21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型(公用)仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3(2)实验药品与试剂:固体药品名称规格数量香豆素一3—甲酸乙酯自制2.0g氢氧化钠C.P.1.5g

无水氯化钙C.P.3g（干燥管）液体试剂名称规格数量水杨酸C.P.2.5g(2.1mL，0.007mol)丙二酸二乙酯C.P.3.6g(3.4mL，0.022mol)无水乙醇C.P15mL六氢毗啶C.P.0.25mL冰醋酸C.P.2滴名称浓度配制方法95%乙醇C.P.10mL+5mL水浓盐酸C.P.5mL+25mL水实验三、1,2—二苯乙烯——Wittig反应1、 实验目的：（1） 学习和掌握通过Wittig反应合成1,2一二苯乙烯的实验原理和方法。（2） 熟练掌握分离、提纯固体有机化合物产品的实验方法和技巧。加碱水解2、 实验要求：（1） 熟练掌握正确投料、无水反应条件以及分离提纯固体有机化合物的实验操作技术。（2） 掌握三颈瓶回流、滴加、搅拌、控温以及冷却、析晶、抽滤、重结晶等实验操作技术。3、 实验内容：Wittig反应，苄氯与三苯基麟作用生成氯化苄基三苯基鳞，再在碱存在下与苯甲醛作用，制备1,2—二苯乙烯。第二步是两相反应，通过季鳞盐和Ylid麟盐起相转移催化剂的作用，反应可顺利进行，具有操作简便、反应时间短等优点。4、主要仪器设备及试剂:（1）实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21烧杯2501铁圈（中）1石棉网1铁架台1磁力搅拌器85—21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141

直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型（公用）仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3（2）实验药品与试剂:固体药品名称规格数量三苯基麟C.P.6.2g(0.024mol)氯化苄基三苯基麟自制5.8g无水硫酸镁C.P.少量（干燥用）液体试剂名称规格数量苄氯C.P.3.0g(2.8mL，0.024mol)苯甲醛C.P.1.6g(1.5mL，0.015mol)氯仿C.P20mL（原料兼溶剂）二氯甲烷C.P.10mL（溶剂）乙醚C.P.10mLx3（萃取用）二甲苯C.P.8mL（析晶及洗涤）甲醇C.P.约10mL（与水混合重结晶）名称浓度配制方法氢氧化钠50%10g+10mL水95%乙醇95%约10mL实验四、安息香的辅酶合成1、 实验目的：（1） 安息香缩合反应和安息香转化的基本原理。（2） 学习以维生素B1为催化剂的合成安息香的原理和实验操作。（3） 巩固有机溶剂进行重结晶的操作方法和注意事项。2、 实验要求：（1） 在磁力搅拌下，将氢氧化钠溶液（必须是新配置的）缓慢滴加到盐酸硫胺盐溶液中，并随时检测PH值，使PH值在9〜10之间。如碱性不够不易出现固体。（2） 掌握加热回流装置的正确装配方法，水浴温度保持在60〜70°C。

（3）用95%乙醇重结晶时，应采用加热回流冷凝装置。3、实验内容：（1） 苯甲醛在VB1催化下的苯偶姻缩合反应，反应条件温和，无毒，产率高。（2） 有生物活性的VB1是一种辅酶，酶与辅酶均是生化反应催化剂，在生命过程中起重要作用，其化学名称为盐酸硫胺素或噻胺（thiamine），它的主要作用是促使a-酮酸脱酸和形成偶姻（a-羟基酮）。4、主要仪器设备及试剂:（1）实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21烧杯2501铁圈（中）1石棉网1铁架台1磁力搅拌器85—21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型（公用）仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3（2）实验药品与试剂:固体药品名称规格数量维生素B1（盐酸硫胺素）生化试剂1.8g活性炭普通少量（脱色用）液体试剂名称规格数量苯甲醛C.P.（新蒸）10.4g(10mL，0.1mol)乙醇C.P(95%)15mL(溶剂)名称浓度配制方法氢氧化钠10%10g+90mL水95%乙醇95%约10〜15mL（重结晶）pH试纸调节pH值实验五、二苯乙二酮一一薄层层析法监测反应的进程1、 实验目的：（1） 学习氧化反应的原理和氧化剂的使用。（2） 安息香的不同氧化方法（硝酸、醋酸铜、三氯化铁氧化法）以及不同方法的优点。（3） 学习薄层色谱的原理及其在跟踪反应进程中的应用。2、 实验要求：（1） 实验采用磁力搅拌装置，应注意控制搅拌速度以及加热温度的控制。（2） 2%醋酸铜可用下述方法制备：溶解2.5g水合硫酸铜与100mL10%醋酸水溶液中，充分搅拌后滤去碱性铜盐的沉淀。（3） 产品二苯乙二酮容易结块，因此在冷却结晶时，最好用玻璃棒搅动，防止结成大块，容易包进杂质。（4） 测定二苯乙二酮的熔点，产品熔点为94〜96°C。纯二苯乙二酮为黄色结晶，熔点为95°C。（5） 核磁共振鉴定二苯乙二酮，化学位移：8=7.3〜7.8Ar—HoO（6） 红外光谱鉴定二苯乙二酮特征峰：2000~1500cm-1—C-3、 实验内容：安息香可以被氧化剂氧化生成a-二酮。方法一：硝酸氧化法。用硝酸氧化法较为简便，但反应中释放出的二氧化氮会对环境产生污染。方法二：醋酸铜氧化法。安息香可以被温和的氧化剂醋酸铜氧化生成a-二酮，铜盐本身被还原成亚铜态。实验经改进后使用催化量的醋酸铜，反应中产生的亚铜盐可不断被硝酸铵重新氧化生成铜盐，硝酸本身被还原为亚硝酸铵，后者在反应条件下分解为氮气和水。改进后的方法在不延长反应时间的情况下可明显节约试剂，且不影响产率及产物纯度。

本实验改进后使用催化量的醋酸铜，反应中产生的亚铜盐壳不断的被硝酸铵氧化生成铜盐，硝酸铵本身则被还原为亚硝酸铵，后者在反应条件下分解为氮气和水。改进后的方法在不延长反应时间的情况下可明显节约试剂，且不影响产率及产物的纯度。本实验用醋酸铜氧化法将上步反应制得的安息香氧化制得二苯乙二酮，也称联苯酰（benzil）。方法三：三氯化铁氧化法。FeCl3・6H2O也是安息香氧化的良好氧化剂，不仅避免了常用的硝酸氧化法中产生有毒的氮的氧化物，而且收率高，质量好，操作方便安全。4、主要仪器设备及试剂:（1）实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21烧杯2501铁圈（中）1石棉网1铁架台1磁力搅拌器85—21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型（公用）仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3三用紫外分析仪2F—15（2）实验药品与试剂:固体药品名称规格数量安息香自制4.3g(0.02mol)硝酸铵C.P.2.0g(0.025mol)液体试剂名称规格数量冰醋酸C.P.12.5mL二氯甲烷C.P.10mL(展开剂)名称浓度配制方法2%醋酸酮2%2.5g，水合硫酸铜+100mL10%醋酸水溶液，充分搅拌后滤去碱性铜盐的沉淀。95%乙醇95%约10〜15mL(重结晶)硅胶板7.5x2cm监测反应进程实验六、抗痉挛药物5,5-二苯基乙内酰脲1、 实验目的：掌握二苯乙二酮在碱性溶液中重排生成二苯基乙醇酸的机理和实验方法。进一步巩固加热回流、重结晶和脱色的操作技能。2、 实验要求：独立完成抗痉挛药物5,5-二苯基乙内酰腿的合成。滤液用10%HCl溶液酸化时搅拌须充分。使用活性炭脱色时，要注意趁热过滤的操作要点及注意事项。产品的分析鉴定：测定二苯基乙内酰腿熔点，产品的熔点为292〜295°C。二苯基乙内酰月尿纯品熔点296〜297°C。O红外光谱鉴定5,5-二苯基乙内酰尿：特征峰：3200cm-1—OH 1700如-1一C一3、 实验内容：在碱性溶液中，二苯乙二酮与尿素发生加成反应并通过重排，得到二苯基乙内酰尿。生成二苯基乙内酰尿的反应机理，大体上类似于二苯乙二酮重排成二苯基乙醇酸。4、 主要仪器设备及试剂：(1)实验仪器：常规仪器名称规格数量三颈烧瓶100/19.14x21球型冷凝管150/14x21烧杯2501铁圈(中)1石棉网1铁架台1

磁力搅拌器85—21油浴槽与电加热器普通1调压变压器0.5KVA1单球干燥管1筒形滴液漏斗50/191圆底烧瓶100/141直型冷凝管150/14x21蒸馏头14x31真空承接管14x21温度计套管141温度计2501接头19x141梨形分液漏斗1501大型（公用）仪器名称型号数量鼓风干燥箱101-23玻璃仪器烘干燥箱B20ZV3三用紫外分析仪2F—15（2）实验药品与试剂:固体药品名称规格数量二苯乙二酮自制3.0g(0.014mol)尿素C.P.1.5g(0.025mol)液体试剂名称规格数量丙酮C.P.10〜15mL（重结晶）二氯甲烷C.P.10mL（展开剂）名称浓度配制方法30%氢氧化钠30%30g氢氧化钠+70mL水10%盐酸10%10g36%盐酸+26mL水硅胶板7.5x2cm监测反应进程五、考核方式与评价结构比例：1、 考试方式：试卷考试和实验操作考试。2、 评价结构比例：试卷考试成绩占60%，实验操作考试成绩占40%。3、 试卷考试：⑴选择题10分；⑵完成反应式20分；⑶反应机理10分；⑷分离与提纯20分；⑸合成与问答20分。有机合成设计20分，总分100分。