有机合成绪论

课程介绍《精细有机合成》是面向应用化学、高分子材料专业开设的

专业选修课⑴

理论课

32学时本学期完成

周学时：4【周二（1，2节）、周四（1，2节）1B208】⑵

实验课

16学时本学期完成E-418/E-422

课程构成

课程性质

学分：3课程背景1、石化产业——支柱产业和朝阳产业2、石化专业人才供不应求湄洲湾、泉港、古雷石化基地陆续开工建设、投产

化学工程、化工工艺、仪表与自动化、化工设备等专业石化产业专业人才的需求是我省石化产业持续健康发展的保证石化产业链特点产业链长精细化高附加值立足于我市/省产业实际石化专业人才培养现状1、福州大学泉港石油化工学院，开办了化工工艺、化工设备二个工科专业2、福建省精细化工工程化研究中心（厦门大学）3、福建师大设立了化工工艺专业，同时在泉港成立了石化研究院从本科、研究生培养二个层次培养石化专业人才4、三明学院、武夷学院、福建农林大学、福建工程学院也相继设立了化工工艺专业

针对石化产业下游精细化工专业——方兴未艾

使用教材《精细有机合成化学与工艺学》

唐培堃、冯亚青编化学工业出版社出版（2011）

主要参考教材：

①《精细有机合成单元反应与合成设计》郝素娥、强亮生主编

哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2001

②《精细有机合成原理与工艺》陈金龙主编

北京:中国轻工业出版社,1992

③《精细有机合成单元反应》张铸勇主编上海：华东化工学院出版社，1990考核方式

考核内容①平时作业、学习态度、出勤情况

②期末实验成绩

③期末考试成绩（闭卷）

成绩评定：

①/②/③=2:2:6

教学安

排第一章绪论第二章工艺学基础第三章卤化第四章磺化和硫酸化第五章硝化及亚硝化第六章氢化和还原第七章重氮化第八章氨解和胺化第九章烃化第十章酰化第十一章氧化第十二章水解第十三章缩合和环合第一章绪论1、有机合成及其发展史2、精细化学品的释义和分类3、精细化工的诞生过程及其特点4、精细化工在国民经济中的作用一、有机合成及其发展史任务：1、任务和目的②实现有价值的已知化合物的高效生产①创造新的有价值的物质和材料目的：

基本（重）有机合成

精细有机合成①探索新的合成路线;③合成特殊的有机化合物②揭示理论问题④实现工业化大规模生产2、发展史（1）1828年Wohler用典型的无机物合成了尿素。

开始了近代有机化学以及有机合成的历史（2）1917年，Robinson合成了托品酮。开创了系统的有机合成方法，反应机制和化学结构关系等研究

并第一次开设了有机合成课程初创期：（19世纪和20世纪前半叶）RobinsonTropinoneSynthesis.生物碱分子用作合成阿托品硫酸盐的中间体一级胺对醛的亲核加成，而后失水生成亚胺

亚胺分子内的亲核加成，构建出第一个环烯醇负离子与丙酮二羧酸根离子之间的分子间Mannich反应

失水生成一个新的烯醇负离子和一个新的亚胺分子内Mannich反应，生成第二个环脱去两个羧基生成托品酮1856年，18岁的英国学生Perkin(3)染料：苯胺紫1857年，Perkin在哈罗建立了世界上第一家合成染料工厂,成为世界巨富艺术期（20世纪40～60年代）

20世纪上半叶，初步确立了化学结构理论，逐渐建立了通过有机化学反应的规律来进行有机合成的研究。因此合成出了血红素、颠茄酮（16步法）、马萘雌酮等。前两个化合物的合成者是Nobel化学奖的获得者。里夏德·维尔施泰特（Willstätter）1915年诺贝尔化学奖

多步全合成生物活性化合物（3）20世纪50年代NMR技术开始应用于有机化合物结构测定。（4）20世纪50~70年代，Woodward合成了利血平，胆甾醇，维生素B12，将有机合成发展到前所未有的水平。牛胰岛素的全合成1965年科学和艺术融合期：（20世纪60～90年代）20世纪60年代，Merrifield发展了固相合成技术1972年Corey(哈佛,科里)创造了逆合成分析法1989年，Kishi合成了海葵毒素分子式：C129H223N3O54分子量：2680，

手性中心:64个

环内双键：7个C129H223N3O54,分子量2680，64个手性中心世纪工程创造新功能分子时期：（90年代～今

）1）新药2）有机光电材料Woodward

生平介绍①Robert

Burns

Woodward

（1917—1979）

1933年入麻省理工学院学习,1936年获理学士学位,1937年获哲学博士学位。

1950～1960年,任哈佛大学教授。②1963年瑞士汽巴公司为他在瑞士的巴塞尔建造了伍德沃德研究室，此后他在哈佛大学和巴塞尔两处指导研究工作。③伍德沃德主要从事于天然有机化合物的合成及有机化学理论工作

1944年合成奎宁

1954年合成番木鳖碱

1956年合成利血平

1959年获英国皇家学会的戴维奖章。

1965年提出了分子轨道对称守恒原理,又称伍德沃德-霍夫曼规则。

1965年荣获诺贝尔化学奖。获奖后他组织了14个国家的110位化学家，协同攻关，完成VB12的人工合成。

1979年7月8日，因心脏病突发而不幸逝世，终年仅62岁Corey

生平介绍EliasJamesCorey，1928年7月－，美国有机化学家有机合成化学领域的一代宗师，也是一个备受争议的人物。1990年获诺贝尔化学奖学术贡献在有机合成发展史上被公认为伍德沃德概念上的学术接班人。他的最大贡献在于将“伍德沃德创立的合成艺术变为合成科学”首先提出了系统化的逆合成概念，使得合成设计变成一门可以学习的科学，而不是带有个人色彩的绝学。发明的合成方法和试剂

TBS保护基；PCC/PDC氧化剂；二亚胺还原剂；二噻烷极性反转技术；CBS不对称还原。经典合成

长叶烯、前列腺素、银杏内酯

争议

第一:在他的科研组里先后有三个学生自杀,被指对待学生刻薄，给学生施压过度。

第二:他在2004年获得普莱斯利奖时公开宣称伍德沃德剽窃了他的思想而创立了“分子轨道对称守恒律”。

此外，很多人认为科里的逆合成分析不具有独创性，因为在他之前许多合成家已经在自觉不自觉地使用这种方法设计路线了。有机合成的分类①基本有机合成

利用化学的方法将价廉易得的天然资源(如煤、石油、农产品等）及其初步加工产品为原料，经过加工成最基本的有机原料，然后再合成合成为重要的有机原料。②精细有机合成

以通用化学品用为起始原料，用复杂的生产工序进行深度加工来合成药物、农药、香料等精细化学品。专用化学品：产量小，有差别（一般）精细化学品：产量小，无差别准（半、拟）通用化学品：产量大，有差别通用化学品：产量大，无差别二、精细化学品的释义和分类1、精细化学品的释义凡能增进或赋予一种（类）产品以特定的功能或本身拥有特定的功能的小批量制造和应用的、技术密集度高、附加值高、纯度高的化学品。日本释义：具有高附加值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。1960由日本最先提出FineChemicals欧美释义：1983年，我国框定精细化工的范围，并提议建立精细化工专业区别？？2、分类（1）农药；（2）染料；（3）涂料；（4）颜料；（5）试剂和高纯物；（6）信息用化学品(包括感光材料磁性材料等)；（7）食品和饲料；（8）粘合剂；（9）催化剂和各种助剂；（10）化学药品和日用化学品；（11）功能高分子材料。—《精细化工产品分类暂行规定》，1986年3月6日化工部提出日本1992年，《精细化学品年鉴》，36类三、精细化工的诞生过程及其特点精细化工:即精细化学工业，是生产精细化学品的工业1、诞生过程①直接利用自然资源

烟叶汁―农药，防止农业病虫害;

天然植物（茜草，靛兰）―染布，染指甲，胭脂，香料②简单加工利用自然资源

压榨、萃取、蒸馏（水蒸气蒸馏）从动植物中直接提取香料、药物（中草药），麝香、薄荷油、龙涎香、海狸香、檀香油、玫瑰花露③利用合成与复配技术获得在应用性能上取代甚至超过天然物质的产品（标志精细化工的诞生）

1800年，从天然香料中分离出单一的香精，并首次复配香精；麝香的合成(香料工业的诞生)茜素的合成DDT六六六氯氰菊酯精细化工产品的生产过程=化学合成与工艺＋剂型加工＋商品化2、特点(1)产品具有特定多品种、小批量、更新换代快表面活性剂：家用、工业用、日常用化妆品类等，5000多个品种洗发精；化妆品:37大类，法国2000多个品牌

染料：纺织中用量≤3-5%,种类1976年达到5232个

涂料：树脂类分，18大类(2)除了化学合成反应、前处理和后处理外，还常常涉及

剂型制备和商品化才得到最终商品。药品成药：不同剂型；同类药不同品牌(3)生产规模小、生产流程大多为间歇操作的液相反应

常采用多品种综合生产流程或单元反应流程十二烷基磺酸钠：年产10万吨

阿司匹林：万吨/年(Aspirin)(4)固定投资少，资金产出率高(5)产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快寿命短；研究、开发难度大，费用高。研发投资高；流程长，单元反应多，中间控制严格(6)高附加值和高利润率(7)大量应用复配技术应用对象特殊，单一物不能满足要求－－多剂型，复配

复配技术：增效、改性、扩大应用范围(8)在生产工艺、技术和配方等方面都有很大的改进余地生产稳定期短，需要不断地进行技术改进(9)独到的商业特性独家经营，技术保密；重视市场调研、适应市场需求

配有应用技术和技术服务精细化工（产值）率＝精细化工产品的总值全部化工产品的总值×100％附加值和利润率附加值＝产品从原材料开始加工到成品过程中实际增加的价值

＝产品产值－（原材料、税金、设备及厂房折旧）

＝利润＋工人劳动＋动力消耗＋技术开发费用等

1978年日本化工各行业产值与附加价值统计：以氮肥附加价值为基数（100）：石油化学品335.4，染料、有机颜料、1219.2,塑料1213.2，合成纤维606,涂料，732.4，医药制剂，4078,农药，310.6，感光材料，589.4,表面活性剂，141.3利润率：评价其高低的标准<15％低利润率15-20%中利润率>20%，高利润率四、精细化工在国民经济中的作用1、直接用作最终产品或其主要成分。如医药、染料、香料等。2、增加或赋予各种材料以特征。如塑料中的增塑剂、稳定剂等。3、增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收。如选种、浸种、育秧等都需借助精细化学品的作用来完成。4、丰富人民生活。5、渗入其他行业、促进技术进步更新换代。6、创造高经济效益。美国精细化工率20世纪70年代为40%，80年代增至45%，90年代已超过53%；日本已达57%。发达国家精细化工率已增至60~65%。我国精细化工率1990的只有25%，1995年增至32%，2000年提高到40~50%，预计2010年提高到60%。产业链、高附加值转化精细化工的发展模式①

以某种原料为基础，发展系列化产品；②

以某种技术为基础，发展系列化产品③针对某一应用领域发展系列化产品染料：还原染料、分散染料、活性染料

还原染料：不含水溶性基团，含2个或以上羰基分散染料：疏水性较强，非离子型，含－OH，－NH2

不含－SO3H，－COOH等活性染料：分子中含活性基团应用对象和应用方法精细化工的发展趋势发展原料工业重视基础产品加强应用研究优化复配技术重视剂型改造开拓新兴领域五、精细有机合成的原料资源煤石油天然气动植物原料①煤的高温干馏萘、甲基萘、蒽、菲、芴、苊、芘、苯酚、甲酚、二甲酚、氧芴、硫芴、吡啶、甲基吡啶、咔唑、喹啉等苯：50－70％甲苯：12－22％二甲苯：2－6％粗苯煤焦油：②煤的气化破坏加氢——煤的氢化生产电石：乙炔水煤气反应：氢、一氧化碳、甲烷

费－托反应：分子量较宽的烷烃或烯烃混合物2、石油石油的主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油经常压和减压蒸馏可得直馏汽油、煤油、轻柴油、重柴油和润滑油等馏分。提供化工原料的石油加工过程主要是催化重整和热裂解。（1）催化重整将沸程为60~165℃的轻汽油馏分或石脑油馏分

在490~525℃，1~2MPa氢压和含铂的催化剂存在下使原油中的一部分环烷烃和烷烃转化为芳烃的过程。

重整汽油可作为高辛烷值汽油，也可经分离得到苯、甲苯和二甲苯。（2）烃类的裂解

其主要目的是制取乙烯，同时可得到丙烯、丁二烯以及苯、甲苯和二甲苯。（3）芳烃生产新技术

在石油芳烃中，苯、对二甲苯和邻二甲苯的需要量很大，而甲苯、间二甲苯和C9芳烃的需要量很少，利用甲苯脱烷基制苯、甲苯歧化制备苯和二甲苯、二甲苯的异构化等技术。（4）石油萘

（5）石油蜡

C9~C18为主要成分的液蜡和以C18~C30为主要成分的固态蜡，都是重要的化工原料。示例天然气可直接用于制备碳黑、乙炔、氢氰酸、各种氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等制合成气（CO和H2的混合物），进一步制得甲醇、甲醛、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯、人造石油等主要成分为甲烷。油型天然气含C2以上的烃约5%，煤型天然气约含C2以上的烃20~25%动/植物原料碳水化合物：糖类、淀粉、糖类树胶——单糖纤维素——己糖（葡萄糖）和戊糖（木糖）脂肪和油类主要成分：甘油三羧酸酯可获得化工原料：脂肪酸、脂肪族含氮化合物、二聚酸、氨基酰胺和咪唑啉类、壬二酸与壬酸、脂肪醇、环氧化合物、蓖麻醇酸、甘油。生物酶精细化学品的结构

主体结构精细化学品

取代基脂环芳环杂环精细有机合成的主要单元反应有机合成单元过程(反应）1928年美国化学家格罗金斯（GrogginsP,H）提出把化学反应按其共同特点分为硝化、胺化、卤化、磺化等若干类别这些单元反应工业化实施的一般方法即为有机合成单元过程注：一个精细化学品的生产，往往是一个或若干个单元过程的应用卤化磺化和硫酸酯化硝化和亚硝化还原和加氢氧化重氮化和重氮基的转化氨解和胺化水解烃化酰化缩合环合聚合单元反应类型（13类）

①氢原子被取代基取代②取代基被另一个取代基置换

③形成新的碳环归纳为三大类：有机合成单元过程的影响因素分子中原子的结合状态，键的性质，立体异构现象，功能基团的活性各原子和功能基团之间的相互影响和物理性质等。①化学因素②物理因素反应物浓度与配料比，温度，时间，溶剂，催化剂，物料纯度反应介质的pH值，反应的终点控制，反应设备及传热等精细化学品合成路线的综合评价示例1示例2合成路线的评价标准1.反应步骤和总收率②反应排列方式连续法平行法要提高总收率就要减少连续反应的步数反应排列方式尽可能采取平行法。①每个单元反应尽可能具有较高的收率③尽可能避免和控制副反应的发生示例路线一：连续法A→(B)AB→(C)ABC→(D)ABCD→(E)ABCDE→(F)ABCDEF总收率=(90%)5=59%路线二：平行法（也称汇合法或收敛法）药物苯海索的合成路线路线a为直线型，而路线c为收敛型所以选择路线c为最终的合成路线2.原料、反应试剂总原则：必须考虑所用原料和试剂的利用率，价格和供应1．一般选择四个碳或以下的小分子为原料2．脂肪族多官能团化合物比芳香族多官能团化合物易得3．脂环族化合物中环戊烷、环己烷及其单官能团衍生物易得4．芳香族化合物中苯、甲苯、二甲苯、萘及其直接取代衍生物（-NO2-X、-SO3H、

-R、-COR等），以及由这些取代基容易转化成的化合物（-OH、-OR、-NH2

、-CN、-COOH、-COOR、-COX、-CONH2

及-CHO等）易得5．杂环化合物中含五元环及六元环的杂环化合物及其取代衍生物易得3.中间体的分离与稳定性直接选购中间体可以减少反应步骤，简化操作①在选择合成路线时，应尽量少用或不用存在对空气、水气敏感或纯化过程繁杂、纯化损失量大的中间体的合成路线

②

如有机金属化合物（格氏试剂等）在工业化大生产上应用不广。

③应尽量选择中间体稳定