《精细有机合成基础》PPT课件
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精细有机合成ppt课件
名称由来：最初是从动植物等有机体中提炼出来的，
早期无法人工合成，但目前已经能够人工合成复杂 的有机化合物—有机合成化学。
物理有机化学
有机合成化学 天然产物化学
天然产物合成
有机化学发展领域
金属有机化学 不对称催化 绿色化学 有机材料化学 药物化学与药物设计 农药化学
化学生物学
天然产 物化学
chemistry of natural products
的天然有机物分子挑战的人
1965年, 伍德沃德(Robert Burns Woodward，1917—1979, 1965年诺贝尔得主) 美国人，人工合成固醇、叶绿素、维生 素B12和其他只存在于生物体中的物质。 （1）喹啉 （2）利血平（1956年） （7）叶绿素（1960年） （8）维生素B12(1973年，15 年, 一百多人参加） （3）胆甾醇（1951年） (9) 红霉素(262144个异构
结晶牛胰岛素的人工合成
中国科学院上海生物化学所、上海有机化学所、北京大学等单位的学者在王应睐、 邹承鲁、钮经义、汪猷、邢其毅等学科带头人的领导组织下，历经8年的艰苦努力， 终于攻克了胰岛素A及B链的拆合关、A链和B链的合成关等一道道难关，最终完成了 牛胰岛素的全合成。
R. B. Woodward--- 一位不断向最复杂
有机合成化学，是化学最中心的研究与生产任务之一， 是新中间体、新药、新材料、新催化剂等最主要的来源， 是化学学科中最活跃、最具创造性的领域，也是整个科学 界最活跃的方向。 现在，全世界化学工作者每年合成近百万种新化合物。 迄今人类已知的近2500万种物质中，绝大多数为有机化 合物（约90%以上），90%以上由人工合成。所以，有机 合成理所当然地成为合成化学最主要的内容。
精细有机合成的一般原理
环丁二烯
p electrons: 4
三元环
环丙烯体系
.
.-.
+
p electrons: 3
p electrons: 4
antiaromatic
p electrons: 2
aromatic
七元环 环庚三烯离子 Cycloheptatrienyl Ions
p electrons: 8
环庚三烯负离子 antiaromatic
HO OH
* COOH NHAc
OCH3 R
P Ph
L-多巴
均相手性催化剂用于手性丁内酯旳合 成
H3C O H3C
OO
H2 BPPM-Rh* 87% e.e.
H3C H3C
* OH
OO
Ph2P
BPPM :
N CH3 COOBu-t
α-酮酸
手性硼氢化试剂ⅠpcBHR*用于 （1s,2s）-反-2-甲基环戊醇旳合成
科学与艺术融合期
20世纪后半叶至今
合成反应和措施学研究 天然产物全合成 功能分子旳合成研究
E. J. Corey提出逆合成份析
E. J. Corey提出了一套进行有机合成设 计旳原则和措施，即拟定怎样将要合成旳 目旳分子按可再结合旳原则在分子旳合适 部位进行切割，而成为较小旳起始原料分 子，然后再将这些原料分子按一定顺序和 反应结合起来（涉及分子旳立体构造）， 从而得到目旳化合物。
O. Hassel确立了环己烷体系旳椅式构象、 直立和平伏键以及构象转换
1950年有机化学家D. H. R. Barton建立了 构象分析理论体系
环辛四烯 Cyclooctatetraene
4n systems, 8 pi electrons Nonplanar “tub” conformation Huckel’s rule does not apply
精细有机合成化学PPT课件
置换磺化
Na2SO3 回 流
H2NCH2CH2SO3H
Na2SO4
+ + H2NCH2CH2OH
催 化 剂 ， 高 温CH2 脱水环合
N
H
CH2 NH4HSO3 开环加成磺化
H2NCH2CH2SO3H
NH3
第8页/共52页
硝化和亚硝化 内容： 硝化反应历程、混酸硝化、硫酸介质中的硝化、 有机溶剂-混酸硝化、在乙酐或乙酸中的硝化、 稀硝酸硝化、置换硝化法、亚硝化。 C-硝化---硝基化合物； N-硝化 ---硝胺；O-硝化---硝酸酯
96.5% H2SO4 160 162 OC
SO3H 硝化
HO3S HO3S
NO2 还原
NO2 还原
HO3S HO3S
NH2 NH2
T-3 牛磺酸的制备（三种方法—乙醇胺雾化发、酯化法）
+ + H2NCH2CH2OH
硫酸酯化 H2SO4 减压脱水 H2NCH2CH2OSO3H
H2O
+ + H2NCH2CH2OSO3H
第2页/共52页
T-3 工业上生产三氯乙醛是用氯与乙醇作用：
CH3CH2OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl
T-4 H2C=CHCH3 + HCl + 0.5O2 → H2C=CCH2Cl + H2O
羰基合成
T-5 HCHO + CO + H2O
HOCH2COOH
第3页/共52页
磺化和硫酸化
CH3
200 OC H2SO4 SO3H
CH3 SO3H
磺化
ArH + H2SO4 水解 ArSO3H + H2O
精细有机合成单元反应基础PPT课件
精细有机合成化学
➢有机合成反应理论 ➢磺化、硫酸化反应 ➢硝 化 反 应 ➢烷 基 化 反 应 ➢羟 基 化 反 应
➢还 原 反 应ห้องสมุดไป่ตู้➢卤 化 反 应 ➢酰 化 反 应 ➢氧 化 反 应 ➢酯 化 反 应
1
绪论
一、精细化学品的释义 欧美 产量小、纯度高的化工产品。
日本
具有高附加价值、技术密集型、设备投资少、 多品种、小批量生产的化学品。
三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 。
注意：原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从 上游看是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所 不同。
10
第1章 绪论／1、精细化工及相关行业的概念
产品生产过程的顺序：
精细化工产品
起始原料
基础有机原料
基本有机化学品
三大合成材料
起始原料：石油、天然气、煤、农林产品（副产品）。
中国 原则上采用日本对精细化学品的释义。
2
美国克林教授的释义
无差别化学品： 差别化学品：
具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构 式表示其结构的
不具备上述条件的
通 用 化 学 品 大量生产的无差别化学品（无机酸、碱、甲醇等）
准通用化学品 较大量生产的差别化学品（塑料、合成纤维等）
精细化学品 专用化学品
第一门类又可分为许多小类。中国的分类暂行规定中，不
包括国家医药管理局管理的药品。
5
三、精细化工的特点
1）除化学合成反应、前后处理外，还常涉及剂型制备和 商品化（标准化）才得到最终商品 2）生产规模小，生产流程大多为间歇操作的液相反应，常 采用多品种综合生产流程或单元反应流程 3）固定投资少、资金产出率高 4）产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、寿命 短；研究、开发难度大，费用高
➢有机合成反应理论 ➢磺化、硫酸化反应 ➢硝 化 反 应 ➢烷 基 化 反 应 ➢羟 基 化 反 应
➢还 原 反 应ห้องสมุดไป่ตู้➢卤 化 反 应 ➢酰 化 反 应 ➢氧 化 反 应 ➢酯 化 反 应
1
绪论
一、精细化学品的释义 欧美 产量小、纯度高的化工产品。
日本
具有高附加价值、技术密集型、设备投资少、 多品种、小批量生产的化学品。
三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 。
注意：原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从 上游看是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所 不同。
10
第1章 绪论／1、精细化工及相关行业的概念
产品生产过程的顺序：
精细化工产品
起始原料
基础有机原料
基本有机化学品
三大合成材料
起始原料：石油、天然气、煤、农林产品（副产品）。
中国 原则上采用日本对精细化学品的释义。
2
美国克林教授的释义
无差别化学品： 差别化学品：
具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构 式表示其结构的
不具备上述条件的
通 用 化 学 品 大量生产的无差别化学品（无机酸、碱、甲醇等）
准通用化学品 较大量生产的差别化学品（塑料、合成纤维等）
精细化学品 专用化学品
第一门类又可分为许多小类。中国的分类暂行规定中，不
包括国家医药管理局管理的药品。
5
三、精细化工的特点
1）除化学合成反应、前后处理外，还常涉及剂型制备和 商品化（标准化）才得到最终商品 2）生产规模小，生产流程大多为间歇操作的液相反应，常 采用多品种综合生产流程或单元反应流程 3）固定投资少、资金产出率高 4）产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、寿命 短；研究、开发难度大，费用高
精细有机合成基础1精品PPT课件
1.1 精细化学品的定义与分类
据日本《精细化学品年鉴》，1985年将精细化学品 分为35类，1990年扩大为36类。
医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、 香料、化妆品、表面活性剂、肥皂、洗涤剂、印刷油墨、 有机橡胶助剂、照相感光材料、催化剂、试剂、高分子絮 凝剂、石油添加剂、食品添加剂、兽药、饲料添加剂、纸 及纸浆用化学品、塑料添加剂、金属表面处理剂、芳香消 臭剂、汽车用化学品、杀菌防霉剂、脂肪酸、稀土化学品、 精密陶瓷、功能性高分子、生化制品、酶、增塑剂、稳定 剂、混凝土外加剂、健康食品、有机电子材料等。
⑤产品质量要求高； ⑥商品性强，多数以商品名销售； ⑦技术密集高，要求不断进行新产品的技 术开发和应用技术的研究，重视技术服务； ⑧设备投资较小； ⑨附加价值率高等。
1.1 精细化学品的定义与分类
1.1.2 精细化学品的定义及分类:
无差别产品(通用化学品)： 通用化工产品 硫酸、烧碱、乙烯、苯等
精细有机合成基础
2010.09—2010.11
为什么开设本课程
化学工程与工艺关注的是化学工业生产中 所进行的化学过程和物理过程的共同规律， 它更强调过程和设备。
精细有机合成关注的是化学产品的生产原理、 技术、性能及其应用方法，强调化学反应与产 品性能。 ——扩展综合知识
传统的化学工程技术在发展过程中受到了制约。 化学工程领域（石油化工、乙烯、丙烯、化
[2]《精细化工导论》（第二版），钱旭红，徐玉芳等编， 化学工业出版社，北京，2000年
[3]《精细有机合成化学及工艺学》 ，唐培堃主编， 天津大学出版社，天津，1993年
第一章 精细化工概论
1.1 精细化学品的定义与分类 1.2 精细化学品的特点 1.3 精细有机合成的原料资源 1.4 精细化工在国民经济中的作用
精细有机合成-南京工业大学化学工程与工艺_图文
例2 设计2，5－二甲基－2，5－环氯－3－已酮 的
合成路线
八、1，4－和1，6－二羰基化合物的拆开
1. 1，4－二羰基化合物的拆开 (1) 通式
(2) 1．4－二酮的合成
设计3－甲基－2－乙酰基－4－氧代戊酸乙酯的合成
设计2－(α－环已酮基)乙酸乙酯的合成路线
例1 设计∆1，2－六氢化茚－2－酮的合成路线
1. 1，5—二羰基化合物的合成－Michael加成
若给予体中X成Y为－COOR，－COR，－ CHO或—CONH2，受体为α,β-不饱和羰基化合 物，则Michae1反应产物为1，5－二羰基化合物 。
Michael反应的选择性
2－辛酮与丙烯酸乙酯的反应
2. 1，5－二碳基化合物的拆开法
例1 设计5，5－二甲基－1，3－环已二酮的合成路 线
③α－次甲基：很难被各种酯所酰化。Βιβλιοθήκη 分子酯和一分子酮反应——适用于各种酮
两分子酯和一分子酮反应——适用于丙酮和环戊酮
在甲基和羰基之间被一个或多个共扼的双键 隔开时，甲基的活性不变－“插烯规律”。例如：
多种环酮的亚甲基，也可以草酰化
甲酸酯与酮的酰化反应—脂肪酮优先发生在亚甲基上
例1 设计天然产物白屈莱酸的合成路线
例2 设计合成路线
例3 设计9－甲基－3，5，6，7，8，9－六氢化 －3－萘酮的合成路线
例4 设计合成路线
Mannich反应及其应用
设计合成路线
先制成Mannich碱的碘化季胺盐
七、α－羟基羰基化合物的拆开
1. α－羰基酸的合成与拆开 (1) α－羰基酸的合成
(2) α－羰基酸的拆开
• 含有杂原子的二元羧酸酯(含α-活泼氢)也可 进行Dieckmann酯缩合反应
精细有机合成02精细有机合成的理论与技术基础课件
在酸性较强的位置上发生。
SE2和SEi
Y C
Y C
X
X
SE2(前面进攻) 构型保持
X CY
X CY
SE2(后面进攻) 构型转化
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
SE1
R X慢
R-
+
+X
R- +Y+ 快 RY
取代反应的的动 力学是一级的， 包括两步：慢的 离解和快的结合
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
由于该亲核取代反应中控制反应速度的一步是单分子，因此这 种反应称为单分子亲核取代反应。 SN1反应能量变化图 :
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
➢双分子亲核取代反应(SN2)
溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应:
C H 3 B r+ O H - C H 3 O H + B r -
溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应速度取决于两个反应物的浓度， 该反应的反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。
第二章 精细有机合成的 理论与技术基础
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
复习: p轨道、C－H σ键、C－C π键、元素周期表和电负性概念
原子的电负性：指原子吸收电子的能力。鲍林指定氟原子的电负性为 4.0，其它原子与其比较计算得电负性值，是相对值，无单位。
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
动态诱导效应 当进攻试剂接近底物时，因外界电场的影响也会
使共价键上电子云发生改变，键的极性发生变化，这种变化用Id表示。
Id:
-I>-Br>-Cl>-F -CR3>-NR2>-OR>-F
精细有机合成化学及工艺学PPT课件
-
3
5.促进技术进步。 6.高经济效益
1.4 本书的讨论范围
有机化工产品：基本有机原料，有机中间体和有机产 品。 基本有机原料：指从石油，天然气或煤等天然资源经 过一次或次数较少的化学加工而制得的结构比较简单 的有机物，如乙烯，苯，甲苯等。 中间体：指将基本原料经进一步加工而制得的结构比 较复杂但还不具有特定用途的有机物，如甲醇，乙酸， 环氧乙烷等。 有机化工产品：指将有机中间体加工制得有特定用途 的有机物，如医药，塑料，合成橡胶等。
85%
5%
10%
15%
硝 化
环 上 的 氯 化
低 温 磺 化
当萘环上已有了一个第一类取代基时，新取代基进入它的同环， 如已有取代基在α位，则新取代基进入它的邻位或对位，并且常常以其
中一个位置为主。
ONa
OH
+ CO2
羧 化
CO O Na
-
17
NH2
NH2
+
N NCl
NN
当已有取代基是第二类定位基，新取代基通常进入没 有取代基的另一环上，并且主要是α位取代。
如 -O -NR2 -OH -F -C l 等，其未共用电
子对和苯环形成正的共轭效应（+T或+C），它们是邻，
对定位，同时它们也具有诱导效应，如氨基和羟基，
其（+T）大于（-I），所以它们使苯环活化。对于卤素，
其正的共轭效应小于负的诱导效应，所以使苯环稍稍
钝化。
-
11
（3）取代基具有负的诱导效应，且同苯环相连的原子没 有共用电子对，如
-
9
第二定位基：
- N （ C H 3 ） 3- C F 3 - N O 2 - C N - S O 3 H- C O O H- C H O- C O O C H 3 - C O C H 3 - C O N H 2- N H 3 - C C l3 等
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带电荷时
+
-M: C=NR2 > C=NR
+M:
-O -
>
-OR >
+
-OR 2
-S -
>
-SR
>
+
-SR2
正电荷加强吸电子效应，负电荷加强
给电子效应。（和诱导效应的规律一致）
3、超共轭效应
H H C CH CH2
H
（σ-π共轭）
H C CH CH2 H
H C CH CH2 H
由于H原子的特殊性，电子云屏蔽的作用很 小，易与π电子共轭。
..
.. B..r
CH CH2
..
.. C..l
CN
.. H2N C O
R
Br CH CH2
Br CH CH2
特点：（1）以C=C为标准 （2）只涉及电子云密分布的改变，
共用电子对不属于某一原子 （3）沿π键传递，位置越远，影响不
变。 （4）共轭效应的强弱由共轭体系的
性质、原子半径的大小及其电负性所决定。
slow RX
R+ + X -
R+ + Nu-
R Nu
反应速度=k[RX] 历程一般表示为：
slow RX
δ+
δ-
RX
R+ X
验证SN2 或SN1 反应，可通过添加N3（叠氮阴离子，亲核性高），观察对反 应速度的影响。
SN2 反应速度明显提高 SN1 无影响
（3）四面体历程
对不饱和键（C=O，C=S和C=N）上的亲核 取代反应。如酯的水解、羧酸的酯化等。
子对不属于某一原子
（3）沿σ键传递，位置越远，影响越弱。 （4）诱导效应的强弱由原子或基团的电负 性所决定，和键的极化率有关。
pKa
ClCH2COOH
2.8
ClCH2CH2COOH
4.0
ClCH2CH2CH2COOH 4.5
CH3COOH
4.7
同族元素： -I：F>Cl>Br>I OR>SR>SeR>TeR
>-C6H5>-CH=CH2>-H>-CH3
2、共轭效应 重要的共轭体系有： （1）π-π共轭； （2）p-π共轭； （3）σ-π共轭。
（1） π-π共轭体系 CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH=O
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2
（2）p-π共轭体系 具有未共用电子对（也称孤对电子）的 原子通过单键与某原子相连，而后者以π键 与其他原子相连：
第二章 精细有机合成基础
※ 电子效应 ※ 脂肪族亲核取代 ※ 芳香族亲电取代 ※ 溶剂效应 ※ 相转移催化
2．1 有关电子效应的几个问题
电子效应：1、诱导效应 2、共轭效应 3、超共轭效应
1、诱导效应
δ+
δ-
X
CR3
给电子基团
+I
H CR3
δ-
δ+
Y
CR3
吸电子基团
-I
特点：（1）以C—H为标准 （2）只涉及电子云密分布的改变，共用电
X=O、N、S、C
-M： -C=O > -C=S -C=O>-C=N>-C=C
原子序数越小，电负性越大，吸 电子的能力越大。-M效应越大。
p-π共轭体系
X CH CH2
X=F、Cl、Br、I、O、S、N、etc
Br CH CH2
Br CH CH2
• 原子半径 • 电负性
F Cl Br I 原子半径：F < Cl < Br < I C-X的键长：F-C<Cl-C<Br-C<C-I P-π重叠程度：F-C>Cl-C>Br-C>C-I
超共轭效应一般为给电子的效应，大小如 下：
CH3>CH2R>CHR2>CR3
超共轭效应一般比共轭效应和诱导效应小 得多，一般场合可不考虑。只有在其它效应相 似时，才考虑超共轭效应。
2.2 Substitution of aliphatic compounds
1、亲核取代SN (Nucleophilic Substitution) 2、亲电取代SE (Electrophilic Substitution) 3、游离基取代SR (Radical Substitution)
δS-
RS CH CH2
gt; δSe-
+M：-OR>-SR>-SeR
δN-
R2N CH CH2
δO-
RO CH CH2
δF-
F CH CH2
δN->δO-> δF-
电负性：N<O<F
C-X 键长(nm)
+M： -NR2>-OR>-F
C-N C-O C-F 0.147 0.143 0.141
+M：-F>-Cl>-Br>-I
C-X
C-F C-Cl C-Br C-I
键长(nm) 0.141 0.178 0.191 0.212
δF-
F CH CH2
δBr-
Br CH CH2
δCl-
Cl CH CH2
δI-
I CH CH2
R CH CH2
δF->δCl-> δBr-> δI-
δO-
RO CH CH2
+I：Li<Na<K 在同族元素中，吸电子能力随原子 量增大而减少；给电子能力随原子量增 大而增大。
带电荷时
-I：
+
-OR
2>-OR，
+ -NR 3>-NR2
+I： -O->-OR
同周期中 -I： F>OH>NH2>CH3 +I相反
烷基是给电子基，有+I的效应： +I： -CMe3>-CHMe2>-CH2CH3>-CH3
共轭体系
CH2 CH CH O
由于氧的电负性较大，电子密度沿共 轭体系向氧原子方向转移，为负的共轭效 应，也称吸电子共轭效应，以-M或-C表示。
..
.. B..r
CH CH2
电子云密度沿共轭体系向碳原子的方向 转移，为正的共轭效应，也称给电子共轭效 应，以+M或+C表示。
π-π共轭体系
CH2 CH CH X
R C X +YO
Y RCX
O-
Y RCX
O-
R C Y +XO
2．2．2 亲核取代反应的立体化学
在SN2中，如：
C2H5
一般情况下，重键的不饱和程度越大，吸 电子性越强，-I效应越大：
-I： =O>―OR ≡N>=NR>―NR2 ―C≡CR>―CR=CR2
诱导效应大小的比较，常用测定取代乙酸 酸度的大小来决定。
XCH2COOH 通过测取代乙酸的电离常数，得： -I： -F>-Cl>-Br>-I>-OCH3>-NHCOCH3
2．2．1 亲核取代反应的历程
（1）SN2双分子历程 （2） SN1单分子历程 （3）四面体历程
（1）SN2双分子历程
RX + Nu-
RNu + X -
反应速度=k[RX][Nu- ]
历程一般表示为：
Nu- + RX slow
δ-
δ-
Nu R X
RNu + X-
transition state
（2） SN1单分子历程