有机化合物之间的转化及官能团的演变课件

1、有机化合物之间的转化及官能团的演变1 第四节 有机合成 有机合成是合成化学的一个分支，主要 是经由各式各样的有机反应来建构有机 分子。和无机分子相比，有机分子通常 在结构上复杂许多，包括官能基、立体 化学、多环构造等结构性细节。现今有 机合成已经发展成为有机化学一个十分 重要的分支，也是制药、生医、材料等 产业重要的基础。 有机化合物之间的转化及官能团的演变2 感受有机合成的魅力感受有机合成的魅力 新型的ETFE（乙烯一四氟乙烯共聚物） 有机化合物之间的转化及官能团的演变3 1965年诺贝尔化学奖 Robert B. Woodward(United States ) 有机合成使 人类在旧的自然

2、界 旁又建立起一个新 的自然界，大大地 改变了社会上物质 及商品的面貌，使 人类的生活发生了 巨大的革命。 美 伍德沃德 有机化合物之间的转化及官能团的演变4 1 1、什么是有机合成？、什么是有机合成？ 有机合成是利用简单、易得的原料，通过有机有机合成是利用简单、易得的原料，通过有机 反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。 有机合成的任务包括目标化合物分子骨架构建有机合成的任务包括目标化合物分子骨架构建 和官能团的转化。和官能团的转化。 2 2、有机合成的任务有哪些？、有机合成的任务有哪些？ 有机化合物之间的转化及官能团的演变5 想一想：结合生产实

3、际，同学们，你认为 在选择原料和合成途径时，你应该注意一 些什么问题？ 反应条件必须比较温和反应条件必须比较温和 产率较高产率较高 原料低毒性、低污染、廉价原料低毒性、低污染、廉价 有机化合物之间的转化及官能团的演变6 有机合成遵循的原则有机合成遵循的原则 1）起始原料要廉价、易得、低毒、低污染）起始原料要廉价、易得、低毒、低污染通常采用通常采用4 个个C以下的单官能团化合物和单取代苯。以下的单官能团化合物和单取代苯。 2）尽量选择步骤最少的合成路线）尽量选择步骤最少的合成路线以保证较高的产率。以保证较高的产率。 3）满足）满足“绿色化学绿色化学”的要求。的要求。 4）操作简单、条件温和、能耗

4、低、易实现）操作简单、条件温和、能耗低、易实现 5）尊重客观事实，按一定顺序反应。）尊重客观事实，按一定顺序反应。 原料原料中间产物中间产物产品产品 顺顺顺顺 逆逆逆逆 有机化合物之间的转化及官能团的演变7 （官能团的衍变）（官能团的衍变） C2H2 有机化合物之间的转化及官能团的演变8 1、引入碳碳双键的三种方法举例：、引入碳碳双键的三种方法举例： CH3CH2OH CH2=CH2 + H2O 浓硫酸浓硫酸 170 CH3CH2Cl + NaOH CH2=CH2 + NaCl 醇醇 CH=CH + H2 CH2=CH2 催化剂催化剂 卤代烃的消去卤代烃的消去 醇的消去醇的消去 炔烃的不完全加

5、成炔烃的不完全加成 官能团衍变中表现出的特点归纳（一）官能团衍变中表现出的特点归纳（一）基团的引入基团的引入 有机化合物之间的转化及官能团的演变9 2、引入卤原子的三种方法举例：、引入卤原子的三种方法举例： CH2=CH2 +HCl CH3CH2Cl 催化剂催化剂 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 光照光照 CH3CH2OH + HBr CH3CH2Br + H2O + Br2 Fe Br + HBr 醇醇(酚酚)的取代反应的取代反应 烯烯(炔炔)的加成的加成 烃的取代烃的取代 官能团衍变中表现出的特点归纳（一）官能团衍变中表现出的特点归纳（一）基团的引入基团的引入 有机化合物之间的

6、转化及官能团的演变10 3、引入羟基的四种方法举例：、引入羟基的四种方法举例： CH2=CH2 +H2O CH3CH2OH 催化剂催化剂 CH3CH2Cl + NaOH CH3CH2OH + NaCl H2O CH3CHO + H2 CH3CH2OH 催化剂催化剂 CH3COOCH2CH3 + H2O CH3COOH + CH3CH2OH 稀硫酸稀硫酸 烯烃与水的加成烯烃与水的加成 卤代烃的水解卤代烃的水解 醛酮的还原醛酮的还原 酯的水解酯的水解 官能团衍变中表现出的特点归纳（一）官能团衍变中表现出的特点归纳（一）基团的引入基团的引入 有机化合物之间的转化及官能团的演变11 a.a.官能团种类

7、变化：官能团种类变化： CH3CH2-Br 水解水解 CH3CH2-OH 氧化氧化 CH3-CHO b.b.官能团数目变化：官能团数目变化： CH3CH2-Br 消去消去 CH2=CH2 加加BrBr2 2 CH2BrCH2Br c.c.官能团位置变化：官能团位置变化： CH3CH2CH2-Br 消去消去 CH3CH=CH2 加加HBrHBr CH3CH-CH3 Br 官能团衍变中表现出的特点归纳（二）官能团衍变中表现出的特点归纳（二）基团的变化基团的变化 CH3-COOH 氧化氧化 有机化合物之间的转化及官能团的演变12 有机化合物之间的转化及官能团的演变13 有机合成的一般思路有机合成的一

8、般思路 此法采用正向思维方法，从此法采用正向思维方法，从已知原料已知原料入手，入手， 找出合成所需要的直接或间接的找出合成所需要的直接或间接的中间产物中间产物，逐步，逐步 推向推向目标合成有机物目标合成有机物。 基础原料基础原料中间体中间体中间体中间体 目标化合物目标化合物 正向合成分析法示意图正向合成分析法示意图 1 1、正向合成分析法、正向合成分析法 有机化合物之间的转化及官能团的演变14 ONa CO2 加压加压 OH COONa OH COOH H+ 工业上常用此法合成工业上常用此法合成水杨酸水杨酸。 基团的保护 优选合成路线 OH 有机化合物之间的转化及官能团的演变15 CH2CCH

9、2 CH3 Cl CH2CCH3 CH3 CH2CCH2 CH3 OH ClCl2 2(300)(300) CH2CCH2 CH3 OH Br Br CH2C CH CH3 BrBr O CH2C BrBr C O OH CH3 NaOHNaOH，H H2 2O O BrBr2 2 ZnZn，乙醇，乙醇 由由异丁烯异丁烯合成甲基丙烯酸方法合成甲基丙烯酸方法 有机化合物之间的转化及官能团的演变16 2 2、逆向合成分析法、逆向合成分析法 是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的 中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标 化合物。 基础原料基础原料 中间体中间体中间体中间体 目标化合物目标化合物

10、逆向合成分析法示意图逆向合成分析法示意图 有机化合物之间的转化及官能团的演变17 CH3(CH2)3C-O-CH2(CH2)3CH3 O 逆合成分析法逆合成分析法 CH3CH2CH2CH2COOH HO-CH2CH2CH2CH2CH3 + CH3CH2CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH=CH2 目标化目标化 合物合物 中间体中间体 中间体中间体 基础原基础原 料料 CH3CH2CH2CH2CHO HO-H 有机化合物之间的转化及官能团的演变18 在日常生活中，饮料、糖果中常常添加一些有在日常生活中，饮料、糖果中常常添加一些有 水果香味的酯类香料，例如具有苹果香味的戊酸水果香味的酯类

11、香料，例如具有苹果香味的戊酸 戊酯，你能利用戊酯，你能利用1-戊烯为原料合成戊酸戊酯这种戊烯为原料合成戊酸戊酯这种 香料吗？香料吗？ 戊酸戊酯戊酸戊酯CH3(CH2)3C-O-CH2(CH2)3CH3 O 1-戊烯戊烯 CH2=CH-CH2CH2CH3 试一试： 有机化合物之间的转化及官能团的演变19 2 C2H5OH COC2H5 COC2H5 O O COH COH O O + H2COH H2COH H2CCl H2CCl CH2 CH2 CH CH O O 试用逆合成分析法研究合成草酸二乙酯的路线 有机化合物之间的转化及官能团的演变20 【学以致用学以致用解决问题解决问题 】 以以2-

12、2-丁烯为原料合成：丁烯为原料合成： 1) 2-1) 2-氯丁烷氯丁烷 2) 2-2) 2-丁醇丁醇 3) 2,3-3) 2,3-二氯丁烷二氯丁烷 4) 2,3-4) 2,3-丁二醇丁二醇 问题一问题一 有机化合物之间的转化及官能团的演变21 【学以致用学以致用解决问题解决问题 】 问题二问题二 写出由写出由乙烯乙烯制备制备乙酸乙酯乙酸乙酯的设计思路，并的设计思路，并 写出有关的化学方程式写出有关的化学方程式 ： 乙烯乙烯乙醇乙醇乙醛乙醛乙酸乙酸 乙酸乙酯乙酸乙酯 第一课时结束第一课时结束 有机化合物之间的转化及官能团的演变22 问题三问题三 化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢 的中

13、间体，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某 催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。 在浓硫酸存在下，A可发生如下图所示的反应： 试写出： (1) 化合物A、B、C的结构简式： 、 、 。 (2) 化学方程式：AD ，AE 。 (3) 反应类型：AD ，AE 。 27 有机化合物之间的转化及官能团的演变23 问题三问题三 分析：分析： 题中说“A的钙盐”，可知A含COOH；结合 A的分子式，由AC知，A还含有OH，由A 在催化剂作用下被氧化的产物不能发生银镜反 应可知：A的OH不在碳链的末端；3个碳的 碳链只有一种：CCC，OH只能在中间碳 上。综上：A的结构简式为： CH3CHCO

14、OH OH 28 有机化合物之间的转化及官能团的演变24 问题三问题三 分析：分析： A的结构简式为：CH3CHCOOH OH 则B的结构简式为： CH3CHCOOC2H5 OH 则C的结构简式为：CH3CHOCCH3 COOH O 29 有机化合物之间的转化及官能团的演变25 CH3CHCOOH OH 浓硫酸浓硫酸 H2O+CH2=CHCOOH 问题三问题三 分析：分析： A的结构简式为：CH3CHCOOH OH 则AD的化学方程式为： 反应类型： 消去反应 30 有机化合物之间的转化及官能团的演变26 问题三问题三 分析：分析： A的结构简式为：CH3CHCOOH OH 对比对比A和和E的

15、分子式，我们发现的分子式，我们发现E的的C原子原子 个数是个数是A的的2倍，推断可能是倍，推断可能是2分子的分子的A反应生反应生 成成E，再对比，再对比H和和O原子发现：原子发现： 2AE=2H2O， 结合结合A的结构简式，很明显是它们的羧基和醇的结构简式，很明显是它们的羧基和醇 羟基相互反应生成酯基。所以：羟基相互反应生成酯基。所以： 31 有机化合物之间的转化及官能团的演变27 问题三问题三 分析：分析： 将A的结构简式改写为： 则A生成E可表示为： O CH3CHCOH O H O CH3CHCOH O H HOCCHCH3 O O H H2O H2O 即： CHC CH3O O CCH CH3O O CC CC O O 32 有机化合物之间的转化及官能团的演变28 问题三问题三 分析：分析： 则AE的化学方程式为： 2CH3CHCOOH OH 浓硫酸浓硫酸 2H2O + CHC CH3O O CCH CH3 O