精细有机合成单元反应与合成设计第四章优秀课件

1.烯、炔 从双键或叁键处切断，相应的等价剂考虑 1 witting反应 ,2醇脱水 例：合成
CH2CH3
CH2CH3
O + Ph3P CH2CH3
Ph3P
+ BrCH2CH3
NaOEt THF
O target
BrCH2CH3 Ph3P CH3CH3
例.2
例. 2
DIS
CHO + BrCH2CH2Br
本章主要内容
• 前言 • 逆合成分析的常用符号和术语 • 切断与合成子 • 有机合成设计中的策略 • 合成路线的优选 • 有机合成设计示例
6.1 前 言
• 有机合成————利用化学反应从简单 化合物制取复杂分子的全过程。
• 有机合成设计————根据目标分子的 结构特点，选择适当的原料，适当的反 应组合成的较为合理的合成路线。
起始原料→反应→目标分子
在农药、药物等的研究工作中， 需要制备一系列的同系物或合成一系列类 似物，从中选出效果较好的化合物和有效 基本结构。
NH
H2N
SO2NH C H2N
磺胺胍（SG）
N
H2N
SO2NH
磺胺吡啶
H2N
NN
SO2NH2
NH2
百浪多息（Prontosil）
H2N
N SO2NH
N
磺胺嘧啶（SD）
合成路线1
O
2
OH
H3C
CH3
OH H3C
H3C
O CH3
I2
H3C H3C
O CH3
CH2(CO2Et)2 NaOEt
O EtO2C
H3C H3C
OEt CH3
O
NaOEt EtO2C O H3C O H3C

2020/12/8
精细化工反应单元工艺 ——概述
• 精细化工中的技术
(1) 相转移催化技术 当反应物分别处于不同的相时，反应速度很
慢，甚至不反应，通过加入某种物质可以使反 应速度加快，即称为相转移催化反应。实现相 转移催化的各种非均相体系中，最常见的是液 －液体系。
对于阴离子的相转移，最常见的催化剂分 两类，一类是季铵盐和叔胺，如：四丁基溴化 铵、三丁胺等；另一类是聚醚，如冠醚等。
和纯化；
4、利用磺酸基可以水解的特点，可作为有机合成中
的保护基。
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精细化工反应单元工艺 ——磺化
磺化剂和主要磺化法
• 硫酸磺化
常用的有硫酸(质量分数为92％～93%的绿矾油和 质
量分数为98％～100％的一水化合物)、发烟硫酸(内含 游
离三氧化硫20%, 写
40%,
60%等)、焦硫酸(2SO3·H2O，常
2020/12/8
• 概念：
精细化工反应单元工艺
第二节 磺化
——磺化
有机化合物分子中引入磺酸基(-SO2OH或-SO3H)， 或其相应的盐或磺酰卤基的任何化学过程。
• 作用：
1、使水溶性大大增加，在染料方面有重要意义；
2、磺酸基比较容易被一些亲核试剂取代，磺酸是常
用的有机合成中间体；
3、利用各组分磺化难易程度的不同，可以进行分离
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精细化工反应单元工艺 ——概述
• 产品的质量水平不断提高
不同行业和不同企业对不同产品质量要求不同 ，但其共性是：纯度高、性能稳定、有效期长等 。由此可见，质量是第一位的，必须以质量求生 存。
• 精细化工生产装置的特点
大多为间歇式反应釜，主要材质为不锈钢或搪 玻璃。但近年来已由间歇式向连续化、自动化方 面过渡。

总收率= (90%)3 = 73%
精细有机合成技术
精细有机合成路线设计
二、原料和试剂的选择
原料和反应试剂是有机合成的基础，原料和试剂选择适当，有机合成 才具有实际意义。因此，选择合成路线时，首先应考虑每一合成路线所用 的原料和试剂的来源、价格及利用率。
原料和试剂的利用率包括骨架和官能团的利用程度，这主要取决于原 料的结构、性质及所进行的反应。即所采用的原料尽可能少一些，结构的 利用率尽可能高一些。
四、过程装备条件
在有机合成路线设计时，应尽量避免采用复杂、苛刻的过程装备条件， 如需在高温、高压、低温、高真空或严重腐蚀等条件下才能进行的反应。 因为上述条件下的反应，就需要用特殊材质、特殊设备，大大提高了投资 和生产成本，也给设备的管理和维护带来一系列复杂问题。当然对于那些 能显著提高收率、缩短反应步骤和时间，或能实现机械化、自动化、连续 化，显著提高生产力以及有利于劳动保护和环境保护的反应，即使设备要 求高些、复杂些，也应根据情况予以考虑。
环境商值EQ＝E×Q 式中E即E-因子，Q是根据废物在环境中的行为，给出的对环境的不友好 度。
例如，若无害的NaCl和(NH4)2SO4的Q定为1，则有害的重金属离子 的盐类基于其毒性的大小，其Q为100～1000。环境商值越高，废物对环 境的污染也就越严重。环境商值的大小是衡量和选择合理的有机合成工 艺的重要因素。
精细有机合成技术
精细有机合成路线设计
第四节 合成路线的评价标准
➢ 每步反应收率较高，经过5步以上的总收率已相当低，因此，在有机合成路 线设计上，一般说来超过5步的反应，实际应用价值已不大，需另选其他路 线，除非是特殊需要的产品。
精细有机合成技术
精细有机合成路线设计
第四节 合成路线的评价标准

a a E E p s
e
R T
n mn 'm ' C C A pC B
单元反应优化
实例分析 (一)
OH X2 + X OH OH X + X OH X
OH X2 OH X2 X OH X
OH X
X
单元反应优化
平行副反应
a E p n n ' o R T C e C K B r O H p a a E E p s o K n l n p 'l ' R T e C =o C O H B r K s
r p S *= = r s
a E p n o R T C K A p
e
a E s m o R T K C s P
=
o K p o K seFra bibliotekR T
n m C C A p
e
单元反应优化
a E p n o R T C K A p a a E E s p
r p S *= = r s
e
-
a E s
=
o K s
r p S *= = r s
a E s l l ' o R T K e C C s O H B r
温 度 效 应
T = 80oC, S* ~ P/S = Ap/As (GC)= 2 T = 10oC, S* ~ P/S = Ap/As (GC) = 5 T = -30oC, S* ~ P/S = Ap/As (GC) = 10
r p S * = = r s
温 度 效 应
T = 80oC, S* ~ P/S = Ap/As (GC)= 1
T = 10oC, S* ~ P/S = Ap/As (GC) = 10

第四节 绿色精细有机合成 许多精细有机合成反应需在高温、高压、 绝对无水、高度真空、超低温、严重腐 蚀等苛刻条件下进行。这些反应条件除 涉及特殊反应设备与装置、材料外，还 会产生较多的废水、废气、废渣，引起 环境污染，采取清洁的绿色精细合成是 今后精细合成的发展方向和必然趋势。
绿色有机合成有以下几个方面： 1。防止污染产生优于治理产生污染。 2。原子经济性反应 3。只要可能，应尽量采用毒性小的化 学合成路线。 4。化学产品的设计，须使保留其具有 高效的功能，也要尽量减小其毒性。 5。应尽量可能避免使用溶剂、分离试 剂等辅助物质，如果不可避免，也 要选用无害无毒的
6。应考虑到能源消耗对环境和经济的 影响，因设法降低能耗，最好采用在 常温常压下的合成方法。 7。原料应可再生的，而不是耗竭的。 8。尽量采用高选择性催化剂，避免保 护剂的使用。 9。化学品在完成其使用功能后，不应 永存于环境中，应能降解为无害物质。 10。在线跟踪及控制有害物质的生成， 在化学转换过程中，所选用的物质和 物质形态应尽量降低化学事故的可能 性。
有机与新材料的结合 有机与新材料的结合，有机功能材料， 来制备人工晶体、生物芯片等，例如用 一些奇特的套环分子合成DNA芯片。 21世纪的化学合成将从为合成而合成 逐渐转向为创造新的功能分子而合成， 从纯化学学术研究走向宽广的学科交 叉领域。有机合成的将是化学家深思、 心动、神往的事业。
谢谢！
绿色化学的核心内容是“原子经济” 反应和“高选择性，高效反应” 4-1原子经济性反应 1991年，美国Stanford大学的著名化学 家首先提出“原子经济性”的观点来评 估化学反应的效率。 高效的有机合成应最大限度地利用原料 分子中的每一个原子，使它结合到目标 分子中，不产生副产物或废物实现废弃 物的“#43; N

构式表示其结构的称为无差别化学品 （2）不具有上述条件的称为差别化学品
▪ 然后再进一步细分：
▪ （1）通用化学品：指大量生产的无差别 化学品。如：有机/无机酸、碱、盐，甲醇 等
▪ （2）准通用化学品：指大量生产的有差 别化学品。如：塑料、合成纤维、橡胶等
▪ （3）精细化学品：指小量生产的无差别 化学品。如：原料医药、原料农药等
联合国经济合作及发展组织将专用化学品分为47类 日本将其分为32类（在1993年）→化学工业统计月报和工业统计表 中国在1986年将其分成11个产品类别（精细化学品） 农药 染料 涂料（包括油漆和油墨） 颜料 试剂和高纯物 信息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化学品） 食品和饲料添加剂 粘合剂 催化剂和各种助剂 化学药品（原料药）和日用化学品 （高分子聚合物中的）功能高分子材料（包括功能膜偏光材料等）
❖ 芳烃生产新技术
❖ 石油萘
❖ 石油蜡
3）天然气 主要成分是甲烷
油型天然气含C2以上烃约5%（体积分数） 煤型天然气含C2以上烃约20%-25%（体积
分数）
生物型天然气含甲烷97%以上。（农村用猪 粪以及腐烂的动植物等所制的沼气）
4）动植物原料
中国绿色能源开发态势分析
利用现代科技发展生物能源，是解 决未来能源问题的一条重要出路。
得到→水煤气、半水煤气和空气煤气。 煤气的主要成分是：氢、CO和CH4 天然气的主要成分是：CH4
❖ 2）石油 ❖ 石油是黄色或黑色粘稠液体。
❖ 其主要成分是：烷烃、环烷烃和少量芳烃
❖ 石油加工的第一步是用常压和减压蒸馏分割 成直馏汽油、煤油、轻柴油、重柴油和润滑 油等馏分，或分割成催化裂化原料油，催化 重整原料油等馏分。
1.3精细化学品的特点

【例15-7】：设计
的合成路线。
分析：
合成路线：
➢ 总结：包含对称结构单元的醇，采用多处同时切断的方式可简化合成路线，原 料是格氏试剂和酯。
精细有机合成技术
【例15-8】：设计
Ph Ph
OH 的合成路线。
分析：
精细有机合成路线设计
合成路线： 许多有机化合物都可回推到醇，然后按醇的切断方法来设计它的合成路线。
的合成路线。
分析：
精细有机合成技术
精细有机合成路线设计
显然，两种方案均为合理路线，但a路线比b路线短，因为a路线更符合 最大简化原则，所以a比b更好。
合成：
精精精细细细有有有机机机合合合成成成技技技术术术
目
录
精细有机合成缩路合线反设应计
逆向合成路线设计技巧
逆向切断原则
1
Contents
逆向切断技巧
精细有机合成技术 2．应遵循最大程度简化原则
在目标分子的合成中有两种可能：
精细有机合成路线设计
➢ 这两种可能的合成路线都具有合理的机理。但a路线切断一个碳原子后， 留下的却是一个不易得到的中间体，还需要进一步的切断。b路线将目标 分子切断成易得的原料丙酮和环己基溴，所以b的合成路线较a短，符合最 大简化原则，是较好的切断。
的合成等效剂为丙二酸，最后环化和脱羧可同时发生。 合成路线：
精细有机合成技术
精细有机合成路线设计
第二节 逆向合成路线设计技巧
（3）二羰基化合物的逆向切断
• 二羰基化合物包括1,3-、1,4-、1,5-和1,6-二羰基化合物。以下仅介绍1,3-二 羰基化合物的逆向切断技巧。
• Claisen缩合反应是切断1,3-二羰基化合物的依据。Claisen缩合反应包括 Claisen酯缩合、酮酯缩合、腈酯缩合等，这些缩合分别得到结构上略有差 异的化合物，但最终都能生成1,3-二羰基化合物，因此目标化合物可切断 为酰基化合物和α-氢试剂两种合成等效剂。

第五章 酰基化反应
在有机化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳 香族酰基的反应称为酰化反应。
O R C Z+G H
O R C G + HZ
RCOZ为酰化剂，Z代表X、OCOR、OH、OR`、NHR`等， GH为被酰化物，G代表ArNH、R`NH、R`O、Ar等。
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5.1 N-酰化反应 N-酰化是胺类化合物与酰化剂反应，在氨基的氮原子上引入酰
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5.2 C-酰化反应
C-酰化是在芳环上引入酰基，制备芳 酮或芳醛的反应过程，它是以酰卤或酸酐 为酰化剂，对芳环进行亲电取代的反应， 属于F-C反应中的重要一类。
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5.2.1 C-酰化反应历程
+R C OAlCl3 +
Cl
+
-
R C O + AlCl4 +
O AlCl3 R C Cl H
OC2H5 NHCOCH3
OCH3
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例：
2-羟基-3-萘甲酸(简称2，3-酸)和苯胺或其衍生物进行N-酰化 可得到一系列色酚，用于制备冰染染料。这类酰化反应的通式为：
OH + H2N Ar
COOH
- H2O
OH CONH Ar
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反应中的2, 3-酸是很弱的酰化剂，它与芳胺的酰化过程是在三 氯化磷存在下进行的。按反应时2,3-酸的形态可分为酸式法及钠盐 法两种。
CH3 + HCl
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（2）用芳羧酸酰氯及芳磺酰氯酰化
OC2H5 NH2 +
OC2H5
COCl
H2O, Na2CO3 85oC-90oC