精细有机合成

1、1精细有机合成赵云2绪绪 论（论（2学时）学时） 4个问题： 1什么是精细有机合成？（介绍精细有机合成的特点、性质） 2. 为什么要开设该课程？（精细有机合成的重要意义） 3学习哪些内容？（精细有机合成的主要内容及主要参考书） 4. 如何学好?(基本要求与学习方法)31 精细有机合成的特点、性质精细有机合成的特点、性质4有机合成 2001年诺贝尔化学奖得主日本名古屋大学教授野依良治博士说过：“有机合成有两大任务：一是实现有价值的已知化合物的高效生产，二是创造新的有价值的物质与材料。”3 September 19385 有机合成有两个基本目的：一是为了合成特殊的、新的有机化合物，即实验室合成；二

2、是为了工业大量生产，即工业合成。6 工业有机合成一般可分为基本有机合成基本有机合成和精细有机合成精细有机合成两大类。 两类有机合成工业都是国计民生所必不可少的，没有精细有机合成就不能满足人民生活所必需的各种有机产品，而没有基本有机合成就断绝了精细有机合成所需要的工业原料 。工业合成71. 1通用化学品(heavy chemicals) 以天然资源（煤、石油、天然气、农副产品等）为基本原料，经过简单的化学加工而制成的大吨位、附加价值率与利润率较低，应用范围较广的化工产品。 如：CH3CH2Cl,CH3CH2OH,CH3COOH等实例：CH2 = CH2 + HCl CH3CH2Cl CH2 =

3、CH2 + H2O CH3CH2OH8天然气天然气9氯乙烯（PVC）是人类最早工业化的塑料品种之一，具有各种优良的性能但是，原料配比、反应条件等控制要求非常严格，特别是分子量要控制到一定的范围内（5万9万），这就要求很高的生产技术。一般聚氯乙烯的产量都在10万吨以上，销售价为5000元左右， 即1万吨的产量，其产值为5000万元。101.2 精细化学品(fine chemicals) 以通用化学品为起始原料，用复杂的生产工序进行深度加工，制成小批量、多品种、附加价值率高、具有专用功能并配有应用技术和技术服务的化工产品。 如医药、农药、食品添加剂、染料等11蛋氨酸：CH3SCH2CH2CHCOO

4、H | NH2化学名称：2氨基4甲硫基丁酸，甲硫基丁氨酸年产1万吨就是特大型的生产企业，因为添加量很小，鸡的配合饲料的添加量为0.1%，1万吨加入10T蛋氨酸，而其他饲料加入量更少，所以产量小。每吨纯品的销售价达5万元以上，即1万吨的产量，其产值可达5亿元以上。121.3 精细化学品的特性 （1）生产特性： 小批量，多品种，更新快年产量吨或公斤（用量g,mg.ppm） 技术密集度高工艺流程长，反应多，开发新品种风险大，万分之一成功率，5-10年 采用间歇式多功能生产装置通用13 例如：青霉素G钠或钾 它的半合成就有好几步，全合成要几十步。 其主要用途是作为抗菌素，即消炎药物。 40万单位的一支

5、药内含青霉素G钠0.24g，即1万支2.4kg，可见它的原药生产产量较小。 1支青霉素G钠售价按1元计，即每公斤4167元，每吨约4百多万元人民币。14（2）经济特性： 投资效率高精细化工的资本密集度仅为石油化学工业平均指数的0.30.5，为化肥工业的0.20.3。 附加价值率、利润率高1美元石油化工原料精细化学品106美元（塑料为5美元、合成纤维为10美元，橡胶在中间） 15（3）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以瑞士为例：精细化工研究、生产销售和技术服务人员的比例为32：30：35国内号称哑铃形。16 合成新物质，消灭废物质 在环境友好、生

6、态相容的前提下追求技术的高效、专一!对产品的要求: 对环境、生态、使用对象作用上的高度和谐统一精细化工技术目前正经历着: “人与技术”概念向“人与技术及生态环境”概念的过程。 2 精细有机合成的重要意义精细有机合成的重要意义17例 如染料与颜料18 染料与颜料主要用于染色染料与颜料主要用于染色和装饰，关心的是鲜艳度、使和装饰，关心的是鲜艳度、使用寿命用寿命19 染料、颜料正经历着历史的变革，一方面在染色、装饰与标染料、颜料正经历着历史的变革，一方面在染色、装饰与标识等应用领域中发生突进式的深化，另一方面向生物与光电等识等应用领域中发生突进式的深化，另一方面向生物与光电等应用领域不断延伸。应用领

7、域不断延伸。20例 如农药与生物调节剂21 对病虫草害的“杀生”到“控制”的观念转变是农药发展的主旋律 22昆虫生长调节剂。高效、低毒的新一代杀虫剂，与传统的攻击昆虫神经系统的杀虫剂不同，它模拟昆虫激素的作用，专门攻击昆虫的生长发育过程；卵、幼虫、蛹和成虫 如：昆虫保幼激素几丁质合成抑制剂23印楝素得自印度民间杀虫植物印楝的籽油，为四环三萜类化合物,直到1986年才通过X衍射确定了化学结构，该化合物是活性极好的新型昆虫拒食剂 24B 超低毒、超高效速效杀虫剂除虫菊酯,氨基甲酸酯等25 19为毒扁豆中剧毒物质,以此为先导化合物，合成了一大类氨基甲酸酯类杀虫剂。通过抑制乙酰胆碱酯酶，使在神经冲动传

8、递过程中传递介质乙酰胆碱难于分解而起作用。 通过菊酸部分的偕二甲基和醇部分侧链上的不饱和部分嵌入神经膜受体的“锁眼”位置而起作用 26磺酰脲类除草剂。不同于以前相对用量大、效果差的激素类及需光类除草剂，它选择性地抑制植物体内乙酰乳酸合成酶的作用，超高效、低毒、低用量、杀草谱广，已大量用于水旱地。273 精细有机合成的主要内容 精细有机合成基本反应是精细有机化学品合成的基础，任何一种精细有机化学品都可以看成是一个或多个基本有机反应的产物，都是一些单元反应的排列与组合的结果。通过这些基本反应和有机合成技术，才能实现各种精细有机化学品的生产。28医药工业合成 反应使用频率百分数烷基化溶剂分解缩合卤化

9、酰化22.3%12.3%11.3%10.9%9.6%还原酯化氧化酸化重氮化9.0%5.3%5.3%4.1%1.8%重排磺化硝化脱羧消除1.7%1.6%1.6%1.5%1.5%3.1.1 医药工业合成反应统计与分析29烷基化中（22.3%)发生的原子百分数/%发生的原子百分数/%N54.3O16.5C20.6S8.6 酰化(9.6%)发生的原子百分数/%C23.8N76.530说明了：在药物合成中，N上的反应占了最大比例，这是由于胺、酰胺及各种含N杂环结构在药物中常出现，因此N原子上的烷基化、酰基化、缩合反应必将大量使用。如： 度米芬（Domiphen Bromide），咽喉炎 1-Dodeca

10、naminium, N,N-dimethyl-N-(2-phenoxyethyl)-, bromide 31氢氯噻嗪（Hydrochlorothiazide），利尿剂,亦可降低血压 ，通过Na+-Ca2+交换机制使细胞内Ca2+量减少，血管对缩血管物质的反应性降低，而致血管舒张，血压下降 32 卤化反应(10.9%)常引入的卤素Cl、Br，其中置换卤化最常用（56.5%），取代卤化次之(37.4%),加成最少（6.1%）,因此置换反应是引入卤原子最常用的方法。SOCl233还原反应 (9.0%)催化氢化（45.5），（最常用的还原方法产率高，副反应少，污染少，易连续生产，后处理方便）电子还原剂

11、（28.6），（Zn、Fe是最常用的两类试剂，Zn可在酸、碱条件下反应，Fe则在酸性条件下使用。）氢负离子试剂（17.0）硫化物（8.0）34溶剂分解法 (12.9%)水解反应占766，（因为水解反应可以制得醇、醛、酮、羧酸，而且-OH，-NH2，-CO-的基团保护基团去除亦是通过水解反应完成。）氨解反应约占18.3，（是引入氨基、肼基等的一种方法），353.2 香料合成反应统计与分析 香料可由：农林加工原料合成香料煤化工原料合成香料，石油化工原料合成香料 香料的合成几乎涉及了所有常见有机化学反应。 36制香料反应使用百分数缩合反应氧化反应酯化反应还原反应C-烷基化、酰化环化水解O-烷基化17

12、.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反应)7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脱水）异构化、分解加成卤化脱羧重排开环1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%在缩合反应有格氏反应、醛醛缩合等，如苯甲醛与乙醛制桂醛，即：37制香料反应使用百分数缩合反应氧化反应酯化反应还原反应C-烷基化、酰化环化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反应)7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脱水）异构化、分解加成卤化脱羧重排开环1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%氧

13、化反应中，金属及金属盐的氧化剂法占了367，空气氧化法占18，臭氧化占 6.1，Cu、Ag催化脱氢占 8.2，同样污染大、成本高的化学氧化法使用量大与香料量小、价值高有相当大的关系。38制香料反应使用百分数缩合反应氧化反应酯化反应还原反应C-烷基化、酰化环化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反应)7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脱水）异构化、分解加成卤化脱羧重排开环1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%39还原反应中，金属还原剂使用最多（25），醇钠及氨基钠还原法次之（20），加压氢化使用较少（113）

14、。金属还原剂居多的原香料种类繁多，量极少，价值高是多用金属还原剂的原因。 缩合反应氧化反应酯化反应还原反应C-烷基化、酰化环化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反应)7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脱水）异构化、分解加成卤化脱羧重排开环1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%403.3农药合成反应统计分析酯化加成卤化烷基化、酰基化氧化与还原32.3%14.1%10.3%24.6%5.36% 成环Wittings重排羟醛缩合重氮缩合4.5%4.5%2.3%1.1%0.7%41拟除虫菊酯中，常采用羧酸或酰氯与

15、相应的醇或醇钠反应。423. 4 染料、颜料中的有机合成反应统计分析染、颜料工业可分成中间体与产物两大部分 中间体反应使用频率百分数还原磺化氧化缩合卤化氨解18.3%13.3%8.8%8.0%7.5%5.8% 水解酰化重氮化闭环烷化其它4.9%4.9%3.5%2.2%1.8%7.1%染料、颜料43染料中反应使用频率百分数重氮化偶合缩合还原络合卤化氧化水解酰化烷化23.3%21.1%17.6%4.3%4.2%3.2%3.0%2.8%2.6%2.3%环化磺化硝化、亚硝化硫化氨化酯化羟乙基化烷氧基化氰乙基化其他2.2%2.1%1.8%1.2%0.9%0.8%0.8%0.5%0.4%5.0%44颜料中

16、反应使用频率百分数重氮化偶合缩合氨化磺化氧化41.4%37.8%9.6%8.4%1.2%1.2%环化还原硝化、亚硝化络合其他1.2%0.8%0.8%0.4%0.4%在染、颜料合成中，重氮-偶合、缩合、还原、络合、卤化、氧化、水解使用最多。45 在精细有机合成中，常见的基本单元反应有：磺化和硫酸化、硝化和亚硝化、卤化、氧化、氢化和还原、羟基化、酰化与酯化、氨解和氮化、水解等。这和从反应的机理出发把有机反应分为取代、加成、消除、重排、聚合等反应类型有所不同。 46 向有机物分子中引入官能团和实现官能团的转换是有机合成的一个重要内容。 掌握和熟练运用各种基本有机反应是提高官能团化和官能团转化这一技巧所必需的基本素质。 本课程将着重介绍这些基本反应的原理、应用范围和目的、影响反应的各种内外在因素，探讨工业上如何实施这些主反应，怎样减少或避免副产物的生成，并辅以一定的精细化工生产的实例。473.5精细有机合成课程内容提要（一）精细有机合成理论基础1.1 亲核取代反应1.2 亲电取代反应1.3 消除反应1.4 自由基反应1.5 加成反应1.6 重排反应（二）磺化反应（三）硝化反应（四）卤化反应（五）烷基化反应（六）酰化反应（七）还原反应（八）氧化反应（九）缩合反应（十）实验室及工业环境中的产物分析及表征 483.6 参