课时3有机合成路线的设计与实施课件高二下学期化学人教版选择性必修3

有机合成路线的设计与实施第三章烃的衍生物1.能利用碳骨架的构建及官能团转化过程中的反应规律进行有机物的推断与合成(重点)。2.落实有机物分子结构分析的思路和方法，建立对有机反应多角度认识模型，并利用模型进一步掌握有机合成的思路和方法，能用“绿色化学”的理念指导合成路线的选择(难点)。有机合成合成的任务构建碳骨架增长和缩短、成环等过程官能团的引入、转化、消除及保护合成路线的设计原则成本低、产率高环境友好、路线短方法正向、逆向设计合成路线有机合成指使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。有机合成的设计方法碳骨架构建官能团转化有机合成路线的确定进行合理的设计与选择较低的成本和较高的产率简便而对环境友好的操作得到目标产物一、有机合成路线的设计1.有机合成的分析方法碳骨架和官能团等方面的异同的比较基础原料辅助原料副产物副产物中间体中间体辅助原料辅助原料目标化合物特点：从原料出发设计合成路线的方法步骤（1）正向合成分析法（又称顺推法）【思考与讨论】CH2=CH2中间体H2OCH3CH2OHCH3CHO辅助原料Cu辅助原料H2O、催化剂CH3COOH基础原料中间体目标化合物辅助原料O2、催化剂官能团的变化碳碳双键→羟基→醛基→羧基（1）人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方式生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，分析该合成过程中官能团的变化。【思考与讨论】（2）目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和（1）中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。

（1）中合成路线生成CH3COOH的产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的产率（70%）CH2=CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH70%70%70%CH2=CH2+O2CH3COOH催化剂70%因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率目标化合物中间体1中间体2基础原料

以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。COCOOC2H5OC2H5（2）逆向合成分析法（2）逆向合成分析法COCOOC2H5OC2H5COCOOHOHCH3CH2OH中间体1中间体2中间体3中间体4CH2=CH2CH2CH2OHOHCH2CH2ClClCH2=CH2①②③④⑤优先在官能团\碳杂键(如C—O)处切断合成路线设计：H2O催化剂,△,加压NaOH/水△Cl2催化剂△催化剂△典例：以乙烯为原料，合成乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料为例，说明有机合成路线的设计和选择。COCOOC2H5OC2H5COCOOHOHCH3CH2OHCH2CH2ClClCH2CH2OHOHCH2=CH2CH2=CH2逆合成分析：合成路线设计：H2O催化剂,△,加压NaOH/水△Cl2催化剂△催化剂△

确定乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯，通过以下5步反应完成合成：CH2=CH2+H2O催化剂Δ，加压CH3CH2OH1.CH2=CH2+Cl2CH2CH2ClCl2.CH2CH2ClCl

+2NaOHH2OΔCH2CH2OHOH

+2NaCl3.CH2CH2OHOH

+2O2催化剂ΔCCHOOHOO

+2H2O4.+2CH3CH2OHCCHOOHOO

+2H2O催化剂ΔCCC2H5OOC2H5OO5.【思考与讨论】1.在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。请比较该方法与以上合成乙二酸二乙酯中的2、3两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。①②③④⑤路线二：路线一：

CH2Cl—CH2Cl③

+2NaOHH2O△CH2Cl—CH2Cl+2NaClCH2OH

—CH2OH【思考与讨论】路线一路线二原料原子利用率环境保护Cl2、NaOHO2、H2O，廉价易得③为取代反应有副产物，原子利用率低。原子利用率100%Cl2有毒、NaOH有腐蚀性的，对环境不够友好O2、H2O无毒无腐蚀性的，对环境友好2.设计合成路线的基本原则(5)

在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。(1)步骤较少，副反应少，反应产率高（原子利用率高）；(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；(4)污染排放少；利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序观察目标化合物的分子结构由目标化合物逆推原料分子并设计合成路线碳骨架特征，官能团种类和位置碳骨架构建，官能团的引入或转化对不同的合成路线进行优选以绿色合成思想为指导二、有机合成路线的实施1.一元合成路线卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯HXR—CH=CH2R—CH2CH2—XNaOH水溶液△

R—CH2CH2—OH[O]R—CH2CHO[O]R—CH2COOH醇、浓硫酸

△

2.二元合成路线二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯X2CH=CH2X—CH2CH2—XNaOH水溶液△

HO—CH2CH2—OH[O]OHC—CHO[O]HOOC—COOH浓硫酸

△卤代烃3.芳香族化合物合成路线CH2OHNaOH水溶液△

CHO[O]COOH[O]芳香酯浓硫酸醇、△ClCl2FeCl3②OH①NaOH水溶液、

△②H+CH3CH2Cl光照Cl2①随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成的技术和效率不断提高。20世纪初，维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，罗宾逊改进了合成思路，仅用3步反应便完成合成。总产率达90%。20世纪中后期，伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B12等一系列结构复杂的天然产物，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展；科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段。颠茄酮维生素B12颠茄酮和维生素B12的分子结构随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成技术和效率不断提高，利用计算机辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为严密思维逻辑的科学过程。实验室有机合成常用的装置：工业化合成使用的反应釜图3-31实验室进行有机合成使用的一种典型装置有机合成路线的基本流程明确目标化合物的结构设计合成路线碳骨架构建和官能团转化对样品进行结构测定试验其性质或功能合成目标化合物大量合成优化方案科学性可行性安全性简约性依据水杨酸用于治疗关节炎引起的疼痛及流感引起的发热。副作用——酸性使胃酸反流，胃部有灼热感，苦不堪言。费利克斯·霍夫曼