精细有机合成原理

第二章 有机合成中的一般规律
2.1 有机反应地基本过程
断键 断键有均裂、和异裂两种形式。 A B A B 化学键键能较小，裂解释放出较稳定大分子时易发生均裂；化 学键断裂能产生较为稳定的带电离子时易发生异裂。
叔 C＋ > 仲 C＋ > 伯 C＋ > CH3+
成键 成键有三种途径：两自由基成键、带异种电荷的离子成键、离 子和中性分子成键。
化学合成的农药主要有杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。目前农药合 成中涉及的化学反应多达200个，其中以酯化、加成、卤化、烷基 化和酰化反应使用频率较高。
化学反应 使用频率 化学反应 使用频率
酯化反应 32.3
加成反应 14.1
卤化反应 10.3
烷/酰化
24.6
氧化与还原 5.35
闭环反应 4.5
重排反应 2.3
加氢还原反应，催化加氢占45％，电子还原占29％，氢负离子还原占17 ％，硫化物还原占8％。
O
Et
N
S
ph
N
O
Zn / HCl
O
Et
N
ph
N
O （药物：扑米酮）
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 医药工业常用化学反应：
溶剂分解反应，主要是水解反应，占溶剂分解反应的77％，可以合成醇 （溶酚剂）分、解醛反、应羧来酸实等现，。同时羟基OH、氨基NH2、羰基CO的去保护也通过
氨解反应 5.8
其它
8.8
磺化反应 13.3
水解反应 4.9
氧化反应 8.8
酰化反应 4.9
缩合反应 8.0
重氮反应 3.5
卤化反应 7.5
闭环反应 2.2
注：染料中间体合成中常用化学反应
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 染料、颜料工业常用化学反应：
染料、颜料的合成工业中，包括中间体合成与产物合成两部分。 中间体合成中还原、磺化、氧化、缩合为主；产物合成中以重氮 化、偶合、缩合等为主。
O2N
N=N
HO3S
例如：分散蓝2BLN合成中的还原反应：
NO2 O
OH
NH2 O
OH
SO3H
20%Na2S
OH O
NO2
OH O
NH2
第一章 概 论
• 化学反应在精细化工中实施：
➢ 反应体系：
均相反应：液相反应、气相反应 非均相反应：固－气相反应、气－液相反应、液－固相反应、
气－液－固三相反应 比如：
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 医药工业常用化学反应：
反应类型 使用频率 反应类型
使用频率 反应类型
烷基化
22.3
酯化
5.3
硝化
溶剂解
12.3
氧化
5.3
脱羧
缩合
11.3
酸化
4.1
消除
卤化
10.9
重氮化
1.9
酰化
9.6
重排
1.7
加氢与还原 9.0
磺化
1.6
使用频率 1.6 1.5 1.5
注：表中数据是根据近300中药物合成中涉及化学反应统计得出的。
（杀虫剂：西维因）
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 染料、颜料工业常用化学反应：
染料、颜料的合成工业中，包括中间体合成与产物合成两部分。 中间体合成中还原、磺化、氧化、缩合为主；产物合成中以重氮 化、偶合、缩合等为主。
化学反应 使用频率 化学反应 使用频率 化学反应 使用频率
还原反应 18.6
（2）动植物资源及加工产品
➢ 精细化工的加工方法：
（1）物理方法：
萃取、精馏、蒸馏、重结晶、浸取、升华、溶解、混配、包埋（膜）
（2）化学方法
各种化学反应
➢ 精细化工的产品形式：
精细化学品工业很注重产品的剂型加工，其产品形式很多。可 以直接以化学品面市、也可以以各种剂型的终端产品面市。
第一章 概 论
CHO
CH CHCHO
+ CH3CHO 醛醛缩合反应
（桂醛）
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 香料工业常用化学反应：
CH3
CH2Cl
CH2MgCl
CH2 C OH
CH3
Mg
CH3COCH3
O
O 异黄樟油素
氧化反应
O
CHO
O 洋茉莉醛
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 农药工业常用化学反应：
缩合反应 17.5
成环反应 7.73
异构化 2.58
氧化反应 12.6
水解反应 4.38
加成反应 2.58
酯化反应 11.8
O烷基化 4.12
卤化反应 2.32
还原反应 11.3
硝化反应 4.03
脱羧反应 1.80
C烷/酰基 9.3
消除反应 3.35
重排反应 1.55
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 香料工业常用化学反应：
氧化反应：主要有空气氧化、化学氧化、臭氧氧化三种。 缩合反应：主要有克莱森缩合、帕金缩合、傅克缩合反应；另外
格氏反应应用频率也很高。
还原反应：以金属还原反应使用频率最高、其次是醇钠及氨基钠
还原、再其次是催化氢化。
氧化反应：以使用频率顺序排列为化学氧化、空气氧化、臭氧氧
化，催化脱氢等
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 香料工业常用化学反应：
合成香料的原料
林产化学品：主要是植物精油及加工产品 煤化工产品：如苯酚、萘酚 石油化工产品：各种醇、醛、烯烃等
合成香料常用的化学反应，主要有氧化、还原、缩合、酯化等。
化学反应 使用频率 化学反应 使用频率 化学反应 使用频率
➢ 农药工业常用化学反应：
烷基化与酰化反应：在农药合成中烷基化和酰化反应的使用频率
仅次于酯化反应，主要是N－、O－、S－原子上的烷基化/酰化反 应。
Cl
SH + ClCH2
Cl
Na
Cl
SCH2
Cl
（杀虫剂：氯杀螨）
氨基甲酸酯类杀虫剂，主要是通过加成反应合成，如西维因：
O
OH
O C NHCH3
CH3N C O Et3N
第一章 概 论
• 精细化工及内涵：
➢ 精细化工：
研究、开发、生产精细化学品的工业，是基础化工的升华与提 高，是化学工业发展趋势
➢ 精细化工的内涵：
包括除基础化学工业以外的所有化学工业。比如生物化工、医药化工、 香料工业、材料化工、染料化工、颜料化工、催化剂工业、油墨与涂料、 功能材料、环境化学、轻工与食品工业、农用化学品工业、化学助剂、油 脂化工、化妆与保健品工业、日用化工等等。
第二章 有机合成中的一般规律
基团迁移
基团由分子中一个原子迁移至另一个原子上，从而使分子由热力学不 稳定状态变成热力学稳定状态。
电子传递
电子由低电离电位的质点传递到高电离电位的质点上，从而完成氧化 与还原反应。
Fe2+ + RO OH
O Mg
2 CH3 C CH3
2 (CH3)2C O-
Fe3+ + RO + OH-
液相反应：烯烃环氧化、羧酸酯合成 气相反应：乙炔和HCl合成氯乙烯 液固反应：尿素法硝酸胍合成 汽液反应：湿式空气氧化法处理有机废水 气－液－固：油脂催化氢化 液－液反应：PTC催化O－烷基化、C－氰基化反应
➢ 反应设备：
管式反应器 釜式反应器
第一章 概 论
• 化学反应在精细化工中实施：
➢ 操作方法： 间歇操作 半连续操作 连续操作
烷基化 2.6
其它
8.4
注：染料/颜料合成中常用化学反应
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 染料、颜料工业常用化学反应：
在染料、颜料合成中重氮化、偶合、缩合、还原、络合、卤化、 氧化、水解反应使用频率最高。 例如：直接耐晒黑G的合成涉及重氮化、偶合 / H+ 2：H酸缩合
第二章 有机合成中的一般规律
断键与成键 先断键后成键：SN1、SE1历程的化学反应，断键是决速步骤 部分断部分成键：SNX、SEX历程的化学反应 注意： 在实际反应过程中断键和成键是同时进行的；成键释放的能量可 以部分补偿断键需要的能量。 亲核试剂与亲电试剂 亲核试剂：本身具有未配对电子、可以提供给其它分子或离子成 键的分子或离子。 亲电试剂：本身具有空轨道，可以接受电子对成键的离子或分子。
溶剂的分类标准：溶剂起氢 键给体能力的相对大小。
有机溶剂
质子溶剂
非质子溶剂
非极性溶剂
极性溶剂
非极性溶剂
电子对受体 溶剂EPA
电子对给体 溶剂EPD
第一章 概 论
• 精细化工中的常用的化学反应：
➢ 医药工业常用化学反应：
烷基化反应，主要有C－、N－、O－、S－烷基化反应，其中以N－烷 基化使用频率最高。
烷基化反应 C－
N－
O－
S－
使用频率 20.6
54.3
16.5
8.6
酰化反应，和烷基化反应一样，同样是N－酰化反应使用频率最高
酰化反应 C－
N－
原有机合成课程以物质类别为主线，介绍其物化性质；本课程以单元反应 为线索，介绍反应的特点
➢ 深度不同：
原课程仅限于介绍基础知识，本课程内容是在有机化学的基础上进一步的 归纳总结
➢ 重点不同：
本课程的重点在于对单元反应进行归纳、总结，得出一般的规律， 并强调单元反应的应用