2024-2025学年高二化学选择性必修3人教版课件 3.5 有机合成

第三章烃的衍生物第五节有机合成从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机化合物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机化合物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机化合物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机化合物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。一、有机合成的主要任务有机合成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。1.构建碳骨架碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。例如，炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基（—CN）的物质，再经水解生成羧酸，或经催化加氢还原生成胺。这样，在将羧基、氨基等官能团引入碳链的同时，产物较原料分子增加了一个碳原子。而氧化反应等则可以使烃分子链缩短。例如，烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。2.引入官能团有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应，可以实现有机化合物类别的转化，并引入目标官能团。卤代烃和含有羰基的有机化合物由于其官能团比较活泼，能发生多种反应，在有机合成的碳骨架构建和官能团引入过程中发挥着重要的作用。二、有机合成路线的设计与实施有机合成路线的确定，需要在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上，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。为了达到以上目的，可以从简单、易得的原料出发，比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团等方面的异同，再有目的地选择每一步的转化反应。基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体......经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物（如图3-28）。除了上述从原料出发来分析合成路线，还可以从目标化合物出发进行逆合成分析，这是设计复杂化合物合成路线时常用的方法。它的基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。表示合成步骤时，使用箭头“→”表示每一步反应；而表示逆合成时，常用符号“”来表示逆推过程，从较复杂的目标分子出发，逐步逆推“后退”，直到“简化”为简单的原料分子（如图3-29）。下面我们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。首先分析目标化合物的结构，乙二酸二乙酯的分子结构具有一定对称性，对称的碳骨架或官能团有可能在原料选择或合成反应中同时形成，有利于简化合成路线。该分子中含有两个酯基，若将酯基断开，所得片段对应的中间体是乙二酸（草酸）和乙醇，说明目标化合物可由两分子乙醇和一分子乙二酸通过酯化反应得到。接下来从官能团转化的角度分析乙二酸分子的结构。根据我们学过的知识，羧酸可以由醇氧化得到，乙二酸前一步的中间体应该是乙二醇。根据以上思路继续分析，乙二醇的前一步中间体是1,2-二氯乙烷，后者则可以通过乙烯的加成反应得到。另一个中间体乙醇可以通过乙烯与水的加成反应得到。

以上分析过程可以表示为：由此确定合成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：当通过以上方法得到了几条不同的合成路线后，还需要综合多方面因素进行选择，合理规划方案。如合成步骤较少，副反应少，反应产率高；原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；污染排放少；等等。在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。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①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②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③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④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。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。当堂练习1．已知：烯烃在一定条件下能与水发生加成反应生成醇。有机物A～D之间存在如图所示的转化关系。下列说法不正确的是(

)A．D的结构简式为CH3COOCH2CH3B．A能使酸性高锰酸钾溶液褪色C．B与乙酸发生了取代反应D．可用B萃取碘水中的碘单质D2．已知酸性：

，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将

转变为

的方法有(

)A．与稀H2SO4

共热后，加入足量的NaHCO3

溶液B．与稀H2SO4

共热后，加入足量的Na2CO3

溶液C．与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量H2SO4D．与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2D3．食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下：下列叙述错误的是(

)A．步骤(1)产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验B．苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应C．步骤(2)产物中残留的丙烯醇可用溴水检验D．苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应C4．以为基本原料合成

，下列合成路线最合理的是

(

)D5、对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成，已知苯环上的硝基可被还原为氨基，

，产物苯胺还原性强，易被氧化，则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是(

)A．甲苯XY

对氨基苯甲酸B．甲苯

X

Y

对氨基苯甲酸C．甲苯

X

Y

对氨基苯甲酸D．甲苯

X

Y

对氨基苯甲酸Fe，HCl，H2硝化氧化甲基还原硝基氧化甲基硝化还原硝基还原氧化甲基硝化硝化氧化甲基还原硝基A6．乙酰水杨酸，又名邻乙酰氧基苯甲酸，是阿司匹林的主要成分，为白色晶体或粉末，略有酸味，易溶于乙醇等有机溶剂，微溶于水，是常用的解热镇痛药。下面是某化学小组利用逆推法设计乙酰水杨酸合成路线的过程。(1)查阅资料：通过查阅资料得知，以水杨酸为原料合成乙酰水杨酸的反应为由苯酚制备水杨酸的途径：(2)实际合成路线的设计：①观察目标分子——乙酰水杨酸的结构乙酰水杨酸分子中有2种典型的官能团，即__________、________(填名称)。②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线首先，考虑酯基的引入：由水杨酸与乙酸酐反应引入酯基，然后分别考虑水杨酸和乙酸酐的合成路线。其中，乙酸酐的合成路线为______________________________________________________________。羧基酯基CH2=