基础有机化学培训课件

《基础有机化学》培训课件
第 1 课时：总论、烷烃 � 有机化学： 有机化学是研究含碳有机物的化学。 有机化学 要研究它们的组成、结构、理化性质以及相互转化关系。另 外，由于有机物多数是易挥发、易燃烧、易爆炸、有毒、有 害的化学物质，所以有机化学还要研究这些物质的安全使用 以及贮存。 � 含碳有机物从组成上看既有烃， 也有烃的衍生物， 分子中 既可以含有碳、氢、氧，也可以含氮、硫、卤素甚至一些金 属；从空间结构看，有链状结构的，也有环状结构的，还有 立体网状结构的；而从分子量的大小看，既有低分子的有机 化合物，也有高分子的有机化合物。 � 大多数有机物难溶于水等极性溶剂而易溶于汽油等弱极 性或非极性有机溶剂；熔沸点低，常温下大多数为气体或者 液体，易挥发，有一定的刺激性气味。多数有毒、有害。 � 官能团是直接反映有机物理化性质的功能基团。 具有不同 的官能团结构的有机化合物，其理化性质也往往会很不相 同。现将有机化合物中常会遇到的官能团及其它们的理化性 质分述如下： 1）碳碳双键：碳碳双键是烯烃的官能团，含有这种官能团
曾经合成的各种酰基化树脂中含有酰基官能团。 15）腈基：当氰基与烃基相连时构成的化合物称为腈，我们 曾经用到的丙烯腈中就含有腈基。 16）酰卤基：酰卤化合物中含有的功能基团。我们曾用到的 有苯甲酰氯以及邻氯苯甲酰氯。 17）酯基：酯中所含有的官能团。酯是羧酸与醇在浓硫酸作 催化剂的条件下反应生成的化合物。我们合成过的酯有马来 酸二甲酯、醋酸正丁酯、柠檬酸三乙酯等。 18）酸酐基：含氧酸失去水后形成的化合物叫做酸酐，由两 分子羧酸脱除一分子水后形成的化合物中就含有酸酐基，我 们用到的含有酸酐基的物质有马来酸酐也叫顺丁烯二酸酐。 19）酰胺基：羧酸与胺反应失去一分子水后剩余的基团就是 酰胺基，尿素、蛋白质、DMF（N,N-二甲基甲酰胺） 、 DMAC（N,N-二甲基乙酰胺）中都含有酰胺结构。我们合成的 KRNW925A 阴树脂中也具有酰胺结构。 含有酰胺结构的化合物 一般容易水解、在水溶液中也不耐温。 20）硝基：烷烃或者芳烃在硫酸作催化剂的条件下与浓硝酸 反应得到的化合物称为硝基化合物，硝基化合物在工业上用 途很广泛，它是合成胺、醇、偶氮、重氮盐、以及炸药的原 料。硝基化合物的化学性质是容易燃烧和爆炸。我们用到的 含有硝基的化合物是硝基苯。 21）磺酸基：硫酸失掉一个羟基后与烃基相连形成的化合物
3）协同反应：起反应的分子——单分子或者双分子——发 生化学键的变化，反应过程中只有键变化的过渡态，一步发 生成键或断键，没有自由基或离子等活性中间体的生成。 � 有机物之间的转化包括从一种烃到另一种烃、 从烃到烃的 衍生物以及各种烃的衍生物之间的相互转化以及低分子有 机物和高分子有机物之间的相互转化。有机化学要研究它们 之间的各种相互转化途径，并从各种可能的途径中选择产率 最好的转化途径，来指导生产合成。 1）得到烷烃的方法有：高分子烷烃的裂化或者裂解，烯 烃催化加氢可以得到烷烃，炔烃催化加氢可以得到烷烃，某 些羧酸加热脱羧，某些金属碳化物水解，金属烷基化合物与 一元饱和卤代烃的碳链增长反应， 羧酸盐与碱石灰共热， 煤、 木材等干馏，石油高温催化裂化。 2）得到烯烃的方法有：高分子烷烃的裂化或催化裂解， 炔烃一步催化加氢，醇在硫酸加热的条件下脱水，二元卤代 烃在强碱醇溶液的条件下加热消去卤化氢，胺的霍夫曼降解 反应，β碳上有氢原子的氧化胺在 150-200℃条件下加热可 得羟胺和烯烃（该反应为科普消除反应） ，煤、木材等干馏， 石油高温催化裂化。 3）得到炔烃的方法有：甲烷强热，电石水解，二元卤代 烯烃在强碱的醇溶液中加热消去卤化氢。 4）得到芳香烃的方法有：三分子乙炔在催化剂条件下低
氟乙酸铊盐，然后将该盐用铅盐处理，将铊置换下来，加入 三苯膦还原四价铅为二价铅，还原三价铊为一价铊，加盐酸 将二价铅及一价铊沉淀，然后在碱性条件下水解产生酚。 8）得到醛的方法有：伯醇的催化氧化，炔烃与水加成， 含有侧链（甲基）的芳香烃氧化，还原羧酸衍生物（氢气还 原酰氯，三级丁氧基氢化锂铝还原羧酸衍生物，芳香酰氯转 化成酰胺，然后还原：芳香酰氯转化成酰胺，然后用五氯化 磷处理，将酰胺处理成亚胺氯，然后再用氯化亚锡还原，最 后水解得芳香醛）斯蒂芬还原：将氯化亚锡悬浮在乙醚溶液 中，并用氯化氢气体饱和，然后将芳腈加入反应，水解后得 芳醛。烯烃的羰基合成反应：烯烃在高压和钴作催化剂的条 件下能够和一氧化碳及氢气的混合气体加成反应，在碳碳双 键处形成一个醛基。 9）得到酮的方法有：仲醇氧化，欧芬脑尔氧化法：在碱 如三级丁醇铝或异丙醇铝的存在下， 二级醇和丙酮 （甲乙酮 、 环己酮）一起反应（有时需要加入苯或甲苯作溶剂） ，醇把 两个氢原子转移给酮，醇变成酮，丙酮被还原成异丙醇。用 费兹纳-莫发特试剂氧化二级醇。用有机镉化物还原芳酰氯 或一级烷烃的酰氯化合物得酮。二烃基铜锂与酰氯反应得 酮。酰氯在三氯化铝的作用下与不饱和烯烃反应生成酮。酰 氯与炔化钠反应生成炔酮。腈与格氏试剂反应生成亚胺盐， 然后水解生成酮。用异丙苯氧化法可以制得丙酮。
称为磺酸基化合物。我们公司含有磺酸基的化合物非常多， 常见的各种氢型苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂中都含有 磺酸基。 � 有机化学反应类型： 有机化学反应比较复杂，但依据化学键的断裂方式可分 为以下三种类型：均裂反应、异裂反应、协同反应。 1）均裂反应：键断裂时，成键的一对共用电子平均分给两 个原子或基团， 这样的反应叫做均裂反应， 也叫自由基反应 。 自由基反应的特点是没有明显的溶剂效应，酸、碱等催 化剂对反应没有明显的影响，反应有一个诱导期，加一些能 与自由基偶合的物质(阻抑剂） ，反应可被停止。 2）异裂反应：键断裂时，成键的一对共用电子全部为某一 原子或基团所占有，这样的反应就叫做异裂反应。也称为离 子型反应。 异裂反应根据试剂类型的不同，又可分为亲电反应和亲 核反应。 亲电反应：反应试剂很需要或亲近电子，容易与被反应 的化合物能够提供多余电子的部位发生反应，这就是亲电反 应。 亲核反应：试剂能提供电子，容易与底物中具有电正性 的部位发生反应，这就是亲核反应。
的化合物容易发生亲电加成反应、自由基加成反应、催化加 氢反应以及加成聚合反应。我们公司中用到的含有碳碳双键 的原料有正丁烯、异丁烯、丙烯以上为催化合成各种醇的原 材料；苯乙烯和二乙烯苯、丙烯酸、丙烯酸酯类、甲基丙烯 酸、甲基丙烯酸酯类、丙烯腈、三烯交联剂 TAIC、乙酸乙烯 酯等这些都是用来合成聚合白球的原料。 2）碳碳叁键：碳碳叁键是炔烃的官能团，含有这种官能团 的化合物能够发生亲电加成反应、自由基加成反应、催化加 氢反应以及加成聚合反应。同时也能发生亲核加成反应。另 外当碳碳叁键上含有氢原子时，这个氢原子呈弱酸性，能够 与碱或者某些盐的溶液发生反应生成极其容易爆炸的金属 炔化物。 3）羟基：羟基是醇和酚的官能团，羧酸、苯磺酸中也含有 羟基。羟基所连接的碳原子不同，对应的化合物的理化性质 也不同。当羟基与脂肪烃基相连时，构成的化合物称为醇； 当羟基与苯环直接相连时，构成的化合物称为酚；当羟基与 羰基相连时构成的化合物称为羧酸。由羟基和羰基连接组合 而成官能团也叫羧基。苯磺酸中的磺酸基是磺酰基和羟基连 接。羟基在这些化合物中都是呈酸性的，这些化合物的酸性 比较：苯磺酸>羧酸>酚>(H2O)>醇。我们公司用到含有羟基 的原材料有：属于醇类的有甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、 仲丁醇。属于酚类的有苯酚、对苯二酚。属于羧酸类的有甲
聚并环化，烷基苯的歧化反应，环己烷多次卤代后在强碱性 醇溶液中再消去卤化氢 5）得到卤代烃的方法有：烷烃被卤素取代，烯烃和卤素 或卤化氢加成，炔烃和卤素或卤化氢加成，卤代烃继续和卤 素反应，醇和卤化氢在催化剂的条件下反应，避光条件下芳 香烃被卤素取代，芳香烃和氯甲醚通过傅克反应得到芳香卤 烷。 6）得到醇的方法有：烯烃水合，一氧化碳与氢气催化合 成，醚水解，环氧烷水解，卤代烃水解，酯交换反应，酯的 水解反应，酯和强碱溶液反应，醇钠水解，糖在酒化酶的作 用下发酵，醛类加氢还原，格氏试剂与甲醛反应可生成一级 醇，格氏试剂和其它醛类或甲酸酯反应生成二级醇，格氏试 剂与一取代环氧乙烷反应可得二级醇，格氏试剂与酮或酯反 应可得三级醇，烯烃羟汞化后再被硼氢化钠还原可得醇。 7）得到酚的方法有：卤代芳烃在碱性条件下水解，酚钠 与酸反应，芳香族磺酸钠盐与氢氧化钠熔融然后盐酸酸化， 异丙苯氧化法，芳基重氮盐转化成羧酸酯，然后水解得酚。 先将卤代苯制成格氏试剂，再与硼酸三甲酯反应生成芳基硼 酸二甲酯， 酯经水解， 得到芳基硼酸， 再在醋酸溶液中经 15% 的过氧化氢溶液氧化，然后水解，即可得到酚。对称三甲基 苯溶于二氯甲烷，在三氟化硼的作用下与三氟过乙酸反应得 2,4,6-三甲基苯酚，芳香烃先用三氟乙酸铊铊化生成芳基三
伯氨基、仲胺基、叔胺基、季胺基。我们公司用到的各种胺 化剂如二甲胺、三甲胺、乙二胺、二甲基丙二胺、二乙烯三 胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、N,N-1,3 二甲基丙二胺、双 十八烷胺、乌洛托品等等都含有胺基。含有胺基的化合物都 具有一定的碱性，容易和酸反应。 8）羟胺基：羟胺化合物中含有的官能团。我们公司生产的 D301 苯乙烯系弱碱型阴离子交换树脂中含有羟胺基团。 9）肼基：各种肼类化合物中的官能团，我们曾用到的有水 合肼。 10）醛基：各种醛类化合物中含有的功能基,我们曾用到的 含有醛基的原材料有甲酸、甲醛，我们和客户打交道的过程 中遇到的含有醛基的化合物还有葡萄糖、麦芽糖。 11）羰基：各种酮类、醛类、羧酸类、酯类以及各种氨基酸 酰卤化合物中都含有羰基。我们遇到的典型的只含有羰基的 化合物有丙酮、甲乙酮等。 12）缩醛基：我们用到的含有缩醛基的化合物是甲缩醛，在 阴树脂的氯甲基化过程中它起溶胀作用，甲缩醛还可用来作 为洗液。 13）羧基：羧酸类化合物含有的官能团，我们公司有的如甲 酸、乙酸、草酸、柠檬酸、乳酸、乙二酸、丙烯酸、甲基丙 烯酸。 14）酰基：羰基的一端如果与烃基相连，就构成酰基，公司
10）得到羧酸的方法有：醛氧化，酯的水解，脂肪在碱性 条件水解除去甘油然后酸化，酰卤水解，烷烃催化氧化，醇 在碱性条件下被高锰酸钾、二氧化锰、重铬酸钾、铬酸等催 化氧化，羧酸酐水解，一氧化碳在催化剂的条件下加压水化 可以合成甲酸，糖类发酵，腈在浓硫酸的条件下水解，烯烃 和过氧羧酸反应可得羧酸，烯烃在碱性条件下可被高锰酸钾 等试剂氧化成羧酸，烯烃与足量的臭氧进行臭氧化反应最终 可以生成羧酸，烷基苯被高锰酸钾等氧化剂氧化，格氏试剂 在低温下与二氧化碳反应，有机锂化物与二氧化碳反应，用 强碱二异丙基胺锂夺取羧酸α氢，生成锂盐，然后再用卤代 烷烷基化，一氧化碳和氢氧化钠在高温高压下可首先生成甲 酸钠再和硫酸反应可得甲酸，甲醇在铑作催化剂的条件下与 一氧化碳反应可得乙酸，甲苯和空气催化氧化可得苯甲酸， 甲苯的甲基上的三个氢原子被氯取代后然后再水解可得苯 甲酸，二甲苯或萘在催化剂的条件下被氧气氧化可得邻苯二 甲酸，邻苯二甲酸在催化剂条件下加热脱羧可得苯甲酸，苯 先加氢得环己烷，然后在催化剂的条件下进行连续两步氧化 最后得己二酸，1，3-丁二烯先和氯进行 1,4 加成，然后和 氰化钠水溶液反应生成腈，腈水解加氢得己二酸，对二甲苯 与氧气连续进行两步催化氧化可得对苯二甲酸。 11）得到酰卤的方法有：羧酸与亚硫酰氯、三氯化磷、五 氯化磷反应得到酰卤。