第三章 烃的衍生物 第五节 有机合成 第三课时 有机合成路线的设计与实施 有机合成路线的设计与实施 1. 有机合成的设计方法 有机合成路线的确定 碳骨架构建 官能团转化 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。 有机合成路线的设计与实施 1. 有机合成的设计方法 (1) 从原料出发设计合成路线的方法步骤 简单、易得 增加一段碳链或连上一个官能团 碳骨架和官能团等方面的异同的比较 有机合成路线的设计与实施 1. 有机合成的设计方法 (2) 从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路 目标化合物 适当位置断开相应的化学键 经过反应 较小片段所对应的中间体 适当位置断开相应的化学键 确定最适宜的基础原料和合成路线 逆合成分析示意图 中间体 有机合成路线的设计与实施 2. 实例分析 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。 CH3CH2OH O O C C OC2H5 O OC2H5 O CH2=CH2 C OH CH2 OH CH2 Cl C OH CH2 CH2 OH Cl CH2=CH2 有机合成路线的设计与实施 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： 催化剂 1. CH2=CH2 + H2O Δ ，加压 CH3CH2 OH CH2 Cl 2. CH2=CH2 + Cl2 3. CH2 Cl CH2 4. Cl CH2 OH CH2 OH + 2NaOH + 2O2 CH2 H2 O Δ 催化剂 Δ Cl CH2 OH CH2 OH HO C O + 2NaCl C OH O + 2H2O 有机合成路线的设计与实施 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： 5. HO C O C OH + 2CH3CH2 OH O 催化剂 Δ C2H5O C O C OC2H5 + 2H2O O 思考与讨论 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。 CH2 ＝ CH2 O2 催化剂、△ H2C—CH2 O H2O 加压、△ CH2—CH2 OH OH (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，成本低，对环境污染小 (2) 2 ， 3 两步反应原子利用率小于 100% ； 而实际工业生产工艺原子利用率 100% 有机合成路线的设计与实施 3. 设计合成路线的基本原则 (1) 步骤较少，副反应少，反应产率高； (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； (5) 在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。 有机合成路线的设计与实施 4. 常见的合成路线 （ 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 HX R CH2CH2 X NaOH 水溶 液 Δ 卤代烃 酯 浓硫酸 Δ R CH2COOH 一元羧酸 R CH2CH2 OH 一元醇 [O] [O] R CH2CHO 一元醛 有机合成路线的设计与实施 4. 常见的合成路线 （ 1 ）脂肪烃为基础原料到酯的合成路线 ② 二元合成路线： CH ＝ CH2 X2 链酯、环酯、聚酯 X CH2CH2 X NaOH 水溶 液 Δ HO CH2CH2 OH 二元醇 [O] 浓硫酸 Δ HOOC COOH 二元羧酸 [O] OHC CHO 二元醛 有机合成路线的设计与实施 4. 常见的合成路线 （ 2 ）芳香族化合物合成路线 CH3 ① CH2Cl Cl2 NaOH 水溶 液 Δ 光照 Cl ② Cl2 FeCl3 CHO CH2OH [O] OH NaOH 水溶 液 Δ [O] COOH 浓硫酸 Δ 芳香酯 有机合成发展史 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% 。 颠茄酮 有机合成发展史 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。 维生素 B12 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。 总之，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。 课堂检 测 1 ．下列制备设计错误的是 ( 　　 )A ．以苯为原料制水杨酸 ( 邻羟基苯甲 B 酸 ) ，应向苯环上先引入酚羟基 B ．制备表面活性剂对十二烷基苯磺酸 钠， 可向苯环上先引入磺酸基 (—SO3H)C ．制备十二烷基苯可以采用 1- 十 二烯在一定条件下与苯加成 D ．采用对 MgCl2·6H2O 在氯化氢气流中加热 脱水制无水 MgCl2 解析：　以苯为原料制水杨酸 ( 邻羟基苯甲酸 ) ，应向苯环上先引入酚羟基， 这样才利于在酚羟基的邻位上引入甲基，故 A 正确；制备表面活性剂对十二 烷基苯磺酸钠，应向苯环上先引入十二烷基，再利用磺化反应在对位引入磺 酸基 (—SO3H) ，故 B 错误；利用 1- 十二烯在一定条件下与苯发生加成反应 可制备十二烷基苯，故 C 正确；氯化镁晶体脱水过程中镁离子易水解生成氢 氧化镁沉淀，在氯化氢气体中脱水可以抑制镁离子水解，即 MgCl2·6H2O 要在 HCl 氛围中加热脱水制得无水 MgCl2 ，故 D 正确。 2. 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 ．①⑥④③⑤ C ．①②③⑥⑤ A D ．⑥①④③⑤ 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 。