第五節(jié)有機(jī)合成第三課時(shí)有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)與實(shí)施第三章烴的衍生物學(xué)習(xí)目標(biāo)1、能對(duì)給出的有機(jī)合成路線進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)培養(yǎng)邏輯思維能力和信息遷移能力。2、通過設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線，體會(huì)有機(jī)合成在倉利造新物質(zhì)、提高人類生活質(zhì)量及促進(jìn)社會(huì)發(fā)展方面的重要貢獻(xiàn)。有機(jī)合成發(fā)展史19世紀(jì)20年代德國化學(xué)家維勒合成了尿素，開創(chuàng)了人工合成有機(jī)物的新時(shí)代20世紀(jì)初德國化學(xué)家維爾施泰特通過十余步反應(yīng)合成顛茄酮，總產(chǎn)率僅有0.75%。十幾年后羅賓遜僅用3步反應(yīng)便完成合成，總產(chǎn)率達(dá)90%20世紀(jì)中后期美國化學(xué)家伍德沃德與多位化學(xué)家合作，成功合成了奎寧、膽固醇、葉綠素、紅霉素、維生素B12等一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物，促進(jìn)了有機(jī)合成技術(shù)和有機(jī)反應(yīng)理論的發(fā)展美國化學(xué)家科里提出了系統(tǒng)化的逆合成概念，開始利用計(jì)算機(jī)來輔助設(shè)計(jì)合成路線讓合成路線的設(shè)計(jì)逐步成為有嚴(yán)密思維邏輯的科學(xué)過程，使有機(jī)合成進(jìn)入了新的發(fā)展階段。一、有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的原則①成本低：原料、溶劑和催化劑盡可能價(jià)廉易得、低毒；②產(chǎn)率高：合成步驟較少，副反應(yīng)少，反應(yīng)產(chǎn)率高；③反應(yīng)條件溫和，操作簡便，產(chǎn)物易于分離提純；④要貫徹“綠色化學(xué)”理念，選擇最佳合成路線，污染排放少，以較低的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境代價(jià)得到目標(biāo)產(chǎn)物。價(jià)值：為化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域的研究和相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，有力地促進(jìn)了人類健康水平提高和社會(huì)發(fā)展進(jìn)步。二、有機(jī)合成常用裝置球形冷凝管溫度計(jì)恒壓滴液漏斗三頸燒瓶三、有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)方法碳骨架構(gòu)建官能團(tuán)轉(zhuǎn)化有機(jī)合成路線的確定進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與選擇較低的成本和較高的產(chǎn)率簡便而對(duì)環(huán)境友好的操作得到目標(biāo)產(chǎn)物。1、正向合成分析法此法采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向目標(biāo)化合物。碳骨架和官能團(tuán)等方面的異同的比較基礎(chǔ)原料輔助原料副產(chǎn)物副產(chǎn)物中間體中間體輔助原料輔助原料目標(biāo)化合物（1）人們最初是通過發(fā)酵法由糧食制備乙酸，現(xiàn)在食醋仍主要以這種方式生產(chǎn)，工業(yè)上大量使用的乙酸是通過石油化學(xué)工業(yè)人工合成的。請(qǐng)以乙烯為原料，設(shè)計(jì)合理的路線合成乙酸，分析該合成過程中官能團(tuán)的變化?！舅伎寂c討論】CH2=CH2中間體H2OCH3CH2OHCH3CHO輔助原料Cu輔助原料H2O、催化劑CH3COOH基礎(chǔ)原料中間體目標(biāo)化合物輔助原料O2、催化劑官能團(tuán)的變化碳碳雙鍵→羥基→醛基→羧基（2）目前已經(jīng)出現(xiàn)了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應(yīng)和（1）中合成路線的每一步反應(yīng)的產(chǎn)率均為70%，請(qǐng)計(jì)算并比較這兩種合成路線的總產(chǎn)率。（1）中合成路線生成CH3COOH的產(chǎn)率為70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的產(chǎn)率（70%），因此，合成步驟應(yīng)盡可能少，以提高產(chǎn)率。CH2=CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH70%70%70%CH2=CH2+O2CH3COOH催化劑70%課堂練習(xí)1：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理方案用

合成(無機(jī)試劑任選，用反應(yīng)流程圖表示，并注明反應(yīng)條件)。

提示：RCH=CH2RCH2-CH2-BrHBr2、逆向合成分析法目標(biāo)化合物適當(dāng)位置斷開相應(yīng)的化學(xué)鍵較小片段所對(duì)應(yīng)的中間體經(jīng)過反應(yīng)適當(dāng)位置斷開相應(yīng)的化學(xué)鍵中間體確定最適宜的基礎(chǔ)原料和合成路線逆合成分析示意圖

采用逆向思維方法，從產(chǎn)物出發(fā)，由后向前推，先找出產(chǎn)物的前一步原料（中間體），并同樣找出它的前一步原料，如此繼續(xù)直至到達(dá)簡單的初始原料為止。典例：以乙二酸二乙酯這種醫(yī)藥和染料工業(yè)原料的合成為例，說明有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)和選擇。COCOOC2H5OC2H5COCOOHOHCH3CH2OHCH2CH2ClClCH2CH2OHOHCH2=CH2CH2=CH2逆合成分析：合成路線設(shè)計(jì)：H2O催化劑,△,加壓NaOH/水△Cl2催化劑△催化劑△確定乙二酸二乙酯的基礎(chǔ)原料為乙烯，通過以下5步反應(yīng)完成合成：CH2=CH2+H2O催化劑Δ，加壓CH3CH2OH1.CH2=CH2+Cl2CH2CH2ClCl2.CH2CH2ClCl

+2NaOHH2OΔCH2CH2OHOH

+2NaCl3.CH2CH2OHOH

+2O2催化劑ΔHOOC-COOH

+2H2O4.HOOC-COOH+2CH3CH2OH

+2H2O催化劑ΔH5C2OOCCOOC2H55.在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，乙二醇還可以通過環(huán)氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環(huán)氧乙烷則可由乙烯直接氧化得到。請(qǐng)比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的2、3兩步反應(yīng)，分析生產(chǎn)中選擇該路線的可能原因。CH2＝CH2催化劑、△O2H2C—CH2O加壓、△H2OCH2—CH2OHOH①從原料成本的角度考慮，使用O2和H2O，比使用C12和NaOH成本更低；②從原子利用率的角度考慮，環(huán)氧乙烷法沒有副產(chǎn)物，原子利用率高；③從環(huán)境保護(hù)的角度考慮，C12有毒，NaOH有腐蝕性，對(duì)環(huán)境不夠友好?！舅伎寂c討論】課堂練習(xí)2：苯甲酸苯甲酯

是一種有水果香氣的食品香料。

請(qǐng)以甲苯為基礎(chǔ)原料，使用逆合成分析法設(shè)計(jì)它的合成路線。分析:合成路線:3、綜合比較法采用綜合思維的方法,將正向或逆向推導(dǎo)出的幾種合成途徑進(jìn)行比較,從而得到最佳合成路線氟他胺課堂練習(xí)3：氟他胺是一種抗腫瘤藥，在實(shí)驗(yàn)室由芳香烴A制備氟他胺的合成路線如下所示：（1）芳香烴A的名稱是

。甲苯（2）反應(yīng)③、④的反應(yīng)類型：

、

。取代反應(yīng)還原反應(yīng)（3）寫出反應(yīng)⑤的反應(yīng)方程式；吡啶是一種有機(jī)堿，其在反應(yīng)⑤中的作用？吡啶作用：吸收產(chǎn)生的HCl，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率（4）設(shè)計(jì)合成路線：以苯甲醚為原料制備對(duì)甲氧基乙酰苯胺濃硫酸濃硝酸ΔFe/HClCH3COCl吡啶1、一元合成路線：鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯HXRCH＝CH2RCH2CH2XRCH2CH2OHRCH2CHO[O]RCH2COOH濃硫酸Δ四、常見有機(jī)物合成路線設(shè)計(jì)2、二元合成路線：二元醇二元醛二元羧酸鏈酯、環(huán)酯、聚酯X2CH＝CH2XCH2CH2XNaOH水溶液ΔHOCH2CH2OH[O]OHCCHO[O]HOOCCOOH濃硫酸Δ鹵代烴[O]NaOH水溶液ΔCH3CH2ClCH2OHCHOCOOH芳香酯光照Cl2NaOH水溶液Δ[O][O]濃硫酸ΔClOHCl2FeCl3②NaOH水溶液Δ①3、芳香族化合物合成路線路線1：步驟多，反應(yīng)條件復(fù)雜，成本高，且使用較多的Cl2，不利于環(huán)境保護(hù)。路線2：步驟少，反應(yīng)條件簡單，成本低，且使用Cl2較少。路線2更科學(xué)課堂練習(xí)4：以下為合成苯甲酸苯甲酯的兩種路線，哪種方案更科學(xué)？課堂小結(jié)有機(jī)合成方法基礎(chǔ)原料中間體中間體目標(biāo)化合物3、合成路線的要求：a.條件溫和b.產(chǎn)率較高c.路線較短d.原料低廉、低毒、低污染2、逆合成分析法：基礎(chǔ)原料中間體中間體目標(biāo)化合物1、正向合成分析法課堂達(dá)標(biāo)1、環(huán)戊酮(

)

常用作醫(yī)藥、香料、合成橡膠、農(nóng)藥的中間體，其可由環(huán)戊烯經(jīng)三步反應(yīng)合成：

，反應(yīng)1、2和3的反應(yīng)類型依次是（

）

A.加成反應(yīng)，取代反應(yīng)，消去反應(yīng)

B.加成反應(yīng)，水解反應(yīng)，氧化反應(yīng)

C.取代反應(yīng)，水解反應(yīng)，還原反應(yīng)

D.加成反應(yīng)，消去反應(yīng)，氧化反應(yīng)BBr2①H2催化劑②試劑1③CH3COOH④XYA．反應(yīng)①還可能生成：B．Y的分子式為C6H10Br2C．若用18O標(biāo)記Z中的O原子，則M中一定含有18OD．試劑1為NaOH的醇溶液2、有機(jī)化合物M的合成路線如下圖所示，下列說法不正確的是（

）D3、以氯乙烷為原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的過程中，要依次經(jīng)過下列步驟中的（

）①與NaOH的水溶液共熱；

②與NaOH的醇溶液共熱；③與濃硫酸共熱到170℃；

④在催化劑存在情況下與氯氣反應(yīng)；⑤在Cu或Ag存在的情況下與O2共熱；

⑥與新制的Cu(OH)2懸濁液共熱；⑦用稀H2SO4酸化A.①③④②⑥⑦

B.①③④②⑤

C.②④①⑤⑥⑦

D.②④①⑥⑤C4、化合物G是一種藥物合成中間體，其合成路線如下：參考上述合成路線，設(shè)計(jì)由甲苯和乙酰乙酸乙(CH3COCH2COOC2H5)制備

的合成路線(無機(jī)試劑任選)。CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaC2H5OH1)OH-,2)H+Br2光照5、A為有機(jī)合成中間體，在一定條件下發(fā)生消去反應(yīng)，可能得到兩種互為同分異構(gòu)體的產(chǎn)物，其中的一種B可用于制取合成樹脂、染料等多種化工產(chǎn)品。A能發(fā)生如下圖所示的變化。

試回答：

(1)A分子中的官能團(tuán)是

，D的結(jié)構(gòu)簡式

。羥基、醛基

CH3COCH2COOH(2)A的同分異構(gòu)體中具有酸性的分子有

種，能發(fā)生水解反應(yīng)的有

種。(3)C→D的反應(yīng)類型是

，E→F的反應(yīng)類型是

。

a．氧化反應(yīng)

b．還原反應(yīng)c．加成反應(yīng)

d．取代反應(yīng)(4)寫出化學(xué)方程式：A→B