【课件】有机合成路线的设计与实施课件高二化学人教版（2019）选择性必修3

网科第五节有机合成第三章烃的衍生物3.5.3有机合成路线的设计与实施学习目标教材内容：P84-891.了解有机合成的基本过程和基本原则。2.认识逆向合成法的思维方法理解逆向合成法在有机合成中的应用，知道“绿色合成”原则。3.体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。培养科学态度与社会责任的化学核心素养。有机合成的发展史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后续科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机来辅助设计合成路线。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。情景引入知识储备1：根据反应类型来推断官能团反应类型可能官能团或原子团加成反应

苯环、—CHO、加聚反应取代反应—X、—OH、—COOH、—COO—等消去反应—X、—OH酯化反应—OH、—COOH水解反应—X、—COO—、肽键、多糖缩聚反应含羧基和羟基、含羧基和氨基知识储备2：根据有机反应中定量关系推断(1)烃和卤素单质取代：取代1mol氢原子，消耗1mol卤素单质X2；(2)碳碳双键

的加成：与H2、Br2、HCl、H2O等加成时按物质的量比1:1加成；(3)含有机化合物与Na反应时：2mol—OH生成1molH2；(4)银镜反应时1mol—CHO对应生成2molAg;与新制Cu(OH)2反应时1mol—CHO对应生成1molCu2O;(5)2mol—COOH与Na2CO3反应时生成1molCO2;1mol—COOH与NaHCO3反应时生成1molCO2反应条件浓硫酸、加热

稀硫酸、加热

NaOH水溶液NaOH醇溶液、加热H2、催化剂

O2/Cu、加热Cl2(Br2)/FeCl2(Br2)/光照知识储备3：由反应条件确定官能团反应条件可能官能团或原子团浓硫酸、加热醇消去，羧基与羟基酯化

稀硫酸、加热酯水解、二糖、淀粉水解NaOH水溶液、加热—X、—COO—水解NaOH醇溶液、加热—X卤代烃消去H2、催化剂碳碳双(叁)键、苯环、醛基，酮羰基加成O2\Cu、加热醇羟基(同C有H)催化氧化纯Cl2(Br2)\Fe苯环取代纯Cl2(Br2)\光照烷烃或苯环的烷烃基取代Br2水碳碳双(叁)键加成、酚取代(浓溴水)、醛基氧化银氨溶液，水浴(银镜反应)醛基(醛类、甲酸、甲酸盐、甲酸某酯)、葡、果、麦氧化新制Cu(OH)2悬浊液，煮沸醛基氧化(砖红色沉淀)NaHCO3溶液羧基复分解(有CO2气体放出)优化方案碳架构建和官能团转化有机合成路线的确定关键关键思路反思有机合成的基本流程

基础：掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法设计与操作：进行合理的设计与选择，

以较低的成本和较高的产率，

通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。

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实现分子碳骨架的构建和官能团的转化1.正向合成分析法（又称顺推法）

此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标化合物。简单、易得分析碳骨架和官能团等方面的异同一、有机合成路线的设计思考与讨论(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法生产，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，并以图3-28的形式呈现，分析该合成过程中官能团的变化。

(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。O2

Cu/ΔCH2=CH2CH3CHO加热、加压O2/催化剂加热O2/催化剂CH3COOHCH3CH2OH加热、加压H2O/催化剂49%34.3%70%70%70%70%70%70%产率计算——多步反应一次计算合成路线(1)经历三步反应，总产率应为:70%x70%x70%=34.3%，远低于合成路线(2)的70%。由此可见，在设计有机合成路线时，应尽量减少反应步骤。教材P85思考与讨论对于复杂的有机化合物如何更高效的设计合成路线呢？中国科学工作者世界首次合成结晶牛胰岛素

思考与交流中间体1中间体2原料1原料2原料4原料5原料32.逆向合成分析法（又称逆推法）

采用逆向思维方法，从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间体),并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止。

现任哈佛大学教授，伊莱亚斯·詹姆斯·科里，于1967年提出了“逆合成分析原理”，并开创了计算机辅助有机合成新纪元，获得1990年诺贝尔化学奖。EliasJamesCorey,1928-优先在官能团处、碳杂键（如C—N、C—O）处切断目标化合物基本思路：在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，得到中间体；继续断开中间体适当位置的化学键；依次倒推，确定最适宜的基础原料和合成路线。例如：“逆合成分析法”研究草酸(乙二酸)二乙酯的合成C—OC2H5C—OC2H5OOC—OHC—OHOOC2H5OHCH2OHCH2OHCH2ClCH2ClCH2CH2基础原料中间体目标分子中间体CHOCHOCH2CH2中间体中间体C-OC2H5C-OC2H5OOC-OHC-OHOOC2H5OHCH2OHCH2OHCH2ClCH2ClCH2CH2CHOCHO合成路线图如下：Cl2NaOH溶液∆O2Cu/∆O2催化剂/∆浓H2SO4∆H2O/催化剂加热加压顺推法，使用箭头“→”表示每一步反应；逆推法，常用符号“”来表示逆推过程CHOCHOCH2OHCH2OH+O2Cu/∆+2H2O4.COOHCOOHCHOCHO+O2催化剂∆5.COOHCOOH6.+2C2H5OH

浓H2SO4

△+2H2OCOOC2H5

COOC2H5合成乙二酸(草酸)二乙酯相关反应：1.CH2=CH2+H2OCH3CH2OH催化剂高温、高压2.CH2=CH2+Cl2CH2ClCH2Cl3.CH2ClCH2Cl+2NaOH

CH2OHCH2OH+2NaClH2O△点拨：二元合成路线基本上都涉及卤代烃的水解\消去反应、烯烃的加成反应酯化(或取代)反应加成反应加成反应水解(或取代)反应

氧化反应

1.有下列几种反应类型：①消去②加聚③水解④加成⑤酯化⑥氧化。用乙醇为原料(无机原料任选)制取，按正确的合成路线依次发生的反应所属类型应是(

)A．①④③⑥⑤ B．①⑥④③⑤C．①②③⑥⑤ D．⑥①④③⑤A解析

为乙二酸与乙醇发生酯化反应制得，因此需要先利用乙醇制备乙二酸，可将乙醇发生消去反应制备乙烯，乙烯再与Br2发生加成反应生成1,2-二溴乙烷，1,2-二溴乙烷在NaOH溶液中发生水解反应生成乙二醇，乙二醇再发生氧化反应生成乙二酸，乙二醇与乙二酸再发生酯化反应生成，

依次发生的反应所属类型为①④③⑥⑤，故答案为A。对点训练2．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的(

)①与NaOH的水溶液共热②与NaOH的醇溶液共热③与浓硫酸共热到170℃

④在催化剂存在的情况下与氯气反应⑤在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热⑥与新制的Cu(OH)2悬浊液共热后酸化A．①③④②⑥ B．①③④②⑤C．②④①⑤⑥D．②④①⑥⑤对点训练C

【提示】(1)2,3两步反应采用氯气、氢氧化钠，可能腐蚀设备，污染环境；实际工业生产工艺采用氧气和水原料廉价易得、无毒，未使用有毒的氯气，产物易于分离，成本低，无污染.(2)2,3两步反应原子利用率小于100%;而实际工业生产工艺都是加成反应，生成唯一产物，原子利用率100%，符合绿色化学.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。②CH2＝CH2＋Cl2CH2ClCH2Cl③CH2ClCH2Cl＋2NaOHCH2OHCH2OH＋2NaClH2O/△思考与讨论教材P883.设计合成路线的基本原则(1)尽量选择副反应少，步骤最少的合成路线，以保证较高的产率。总产率=各步反应产率的乘积；(2)原料、溶剂和催化剂尽可能廉价、易得、低毒、低污染(通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯)；(3)反应条件温和，操作简便，能耗低、产物易于分离提纯；(4)贯彻“绿色化学”理念,选择最佳合成路线，提高原子利用率，

达到零排放或污染排放少,以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。(5)尊重客观事实，按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。HBr催化剂CH3CH2Br

CH3CH2OH

NaOH溶液△原料其它反应物反应条件中间产物其它反应物反应条件产品例2.合成路线：

Cl2FeCl3

NaOH(aq)高温高压高锰酸钾酸性条件乙醇浓硫酸加热HI①引入官能团的顺序和规律②遵循客观的反应事实③注意官能团的衍变及保护④运用有关的提示信息4.合成路线(反应流程图)书写格式:例1.CH2＝CH2用流程图的方式呈现由

制取

的合成路线Cl—OH—OHClNaOH/醇△溴水加成反应消去反应—Br—BrNaOH/H2O△—OH—OH取代反应对点训练【任务三】设计有机合成路线5.常见的有机物合成路线：（1）脂肪烃为基础原料到酯的合成路线：①一元合成路线：R—CH＝CH2一卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯HX②二元合成路线：CH2＝CH2XH2CCH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯X2（2）芳香族化合物的合成路线：芳香酯①②关键：

卤代烃是烃转化为烃的桥梁1.请设计合理方案用合成(无机试剂任选，用反应流程图表示，并注明反应条件)。看碳架(比对原料与产物),

巧切断对点训练2.用2-丁烯、乙烯为原料设计

的合成路线。看碳架(比对原料与产物）

巧切断再切断……得原料得路线逆合成分析：+对点训练图3-31实验室进行有机合成使用的一种典型装置图3-32工业合成使用的反应釜恒压滴液漏斗球形冷凝管三颈烧瓶温度计作用是冷凝回流左图是实验室进行有机合成的常用装置,它能够在加热时进行搅拌、

温度监测、加料和冷凝回流等实验操作。规模化的工业生产中多使用体积较大的反应釜。

有机合成的发展，使人们不仅能通过人工手段合成原本只能从生物体内分离、提取的天然产物，还可以根据实际需要设计合成具有特定结构和性能的新物质，为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础，有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步。6.有机合成的意义：资料卡片(6)写出用环戊烷和2­-丁炔为原料制备化合物的合成路线(其他试剂任选)。②看碳架，巧切断紧扣信息分析变化真题再现非诺洛芬是一种治疗类风湿性关节炎的药物，可通过以下方法合成：请回答下列问题：（5）根据已有知识并结合相关信息，写出以为原料制备的合成路线流程图（无机试剂任用）圈出不变紧扣信息分析变化对点训练写出以苯酚和乙醇为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用)：已知(1)(2)对点训练分析方法内

容正合成分析法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间体，逐步推向待合成有机化合物，其思维程序：逆合成分析法采用逆向思维方法，从产品的组成、结构、性质入手，找出合成所需要的直接或间接的中间体，逐步推向已知原料，其思维程序：综合比较法采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，从而得到最佳合成路线有机合成的分析方法小结归纳(1)分析碳链的变化,如有无碳链的增长或缩短,有无成环或开环。(2)分析官能团的改变,如引入了什么官能团,是否要注意官能团的保护。(3)读懂信息,题中的信息可能会成为物质转化中的重要一环,因而要认真分析信息中涉及的官能团(或碳链的结构