精细有机合成技术第十三章
《精细有机合成》教学大纲
《精细有机合成》教学大纲一、课程的地位、性质和任务《精细有机合成》课程是精细化学品生产技术专业的一门主干课，是在学生具备了必要的无机化学、分析化学、物理化学、有机化学和化工原理等专业基础知识之后，必修的技术基础课。
《精细有机合成》的主要内容是讨论精细化工产品主要合成过程单元反应，着重介绍反应动力学、反应历程各种有关的化学理论及其生产工艺、并举出典型产品实例，从而培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。
二、学时分配：三、大纲本文第一章绪论基本内容：有机合成的任务、目的及内容；精细有机合成常见的单元反应基本要求：1．了解有机合成的任务、目的及内容2．掌握精细有机合成常见的单元反应及其特点第二章精细有机合成的理论与技术基础基本内容：精细有机合成中的电子效应和空间效应；有机反应试剂与溶剂；合成反应器；有机反应类型及其机理基本要求：1. 了解精细有机合成中的电子效应和空间效应2. 了解有机反应中常用的试剂与溶剂的种类3. 掌握五种类型反应的特点、反应历程第三章磺化与硫酸化基本内容：磺化方法；硫酸化方法；磺化剂和硫酸化剂；磺化及硫酸化影响因素；磺化产物的分离基本要求：1．掌握常用的磺化剂2．掌握磺化反应历程及主要影响因素3．掌握磺化方法及磺化产物的主要分离方法第四章硝化与亚硝化基本内容：硝化反应的特点、方法及影响因素；混酸硝化；亚硝化反应基本要求：1. 掌握各种类型硝化剂及其活泼质点2．熟悉硝化反应历程及动力学3．熟悉硝化反应主要影响因素4．掌握主要的硝化过程及混酸技术特性指标的计算第五章卤化基本内容：卤化糊弄及卤化剂；取代、加成和置换卤化基本要求：1．掌握芳环及其侧链氯化的反应历程2．熟悉氯化、溴化、碘化反应的特点3．熟悉置换几种已有取代基的氯化第六章烷基化基本内容：烷基化反应的糊弄及基本原理；相转移烷基化反应基本要求：1．掌握三类烷化反应的历程2．熟悉常用的烷基试剂3．熟悉烷化反应的生产过程第七章酰基化基本内容：酰化剂； N－酰化反应；C－酰化反应基本要求：1．掌握酰化反应的历程2．熟悉酰化反应影响因素及常用酰化剂乙酰化过程第八章还原基本内容：催化还原；化学还原；电解还原基本要求：1. 熟悉化学还原反应的历程、影响因素及主要应用2．掌握催化加氢的基本过程3．熟悉催化加氢的影响因素及催化剂的作用第九章氧化基本内容：氧化方法及其特点；空气催化氧化；化学氧化；电解氧化基本要求：1．掌握三类氧化反应的反应历程2．熟悉几种通过氧化制备化合物的生产过程第十章氨解基本内容：氨解剂；氨解的方法；氨解反应的基本原理基本要求：1．熟悉几类主要化合物氨解的过程及实际应用2．熟悉其反应机理及影响因素第十一章重氮化与重氮盐的转化基本内容：重氮化反应；反应的影响因素；重氮盐的应用基本要求：1. 掌握重氮化反应的反应历程和影响因素2. 掌握重氮盐的重要用途第十二章羟基化基本内容：羟基化的方法；芳磺酸盐的碱熔反应历程和影响因素；卤代烃和芳伯胺的水解；硝基化合物的水解；重氮盐和异丙苯过氧化氢的酸解等基本要求：1．熟悉各种主要的羟基化方法及实际应用2．了解三种基团置换成烷氧基的反应第十三章酯化基本内容：酯化反应的基本原理；酯化技术与反应装置；工业上制造羧酸酯的方法基本要求：1. 了解工业上制造羧酸酯的方法2. 了解酯化反应的基本原理3. 了解酯化反应的装置第十四章缩合基本内容：缩合反应的特征及分类方法；醛酮缩合；酯的缩合；烯烃参与的缩合；成环缩合基本要求 :1. 掌握缩合反应的特征及分类方法2. 了解醛酮缩合，醛酮与羟酸的缩合，醛酮与醇的缩合3. 了解酯的缩合4. 了解烯烃参与的缩合5. 了解成环缩合第十五章精细有机合成路线设计基本方法与评价基本内容：逆向合成法；逆向合成路线设计技巧；导向基与保护基；合成路线的评价标准基本要求：1. 掌握逆向合成法的概念和常用术语2. 了解逆向合成路线设计技巧3. 掌握导向基的应用及其基团的保护4. 熟悉合成路线的评价标准。
有机化学第十三章 羧酸衍生物2
Zn-Hg HCl
O
多聚磷酸
(CH3)2CHMgBr
H 3C
H HO O
H3 C
O
S △ H C 3 CH(CH 3)2 CH(CH3)2
H
H 3C (CH 3)2CH OH
+
△ HC 3
二、官能团的引入及相互转换
1.引入基团的类型（各类化合物的制备）
2.引入的位置（C=C的加成位置、消除规则、芳环 上的亲电取代定位效应等）
前体x SM
逆合成法步骤 1. 分析产物与原料结构特点，找出目标分子中 “不寻常”的结构信息； 2. 将产物分子分割成若干小的部分 分割技巧 ① 与官能团相接处； ② 拐点处（有支链处）； ③ 碳原子和杂原子处； ④ 利用目标分子的对称性切断。
3. 倒推出可能的前体 4. 写出合成反应式
例1：
O
O CH3CH CH2COC2H5 CH(COOC2H5)2
H3O △
+
CH3CH CH2COOH CH2COOH
B.亚甲基碳上引入酰基的反应
COOC2H5 COOC2H5 Mg EtOH COOC2H5 COOC2H5
CH2
C2H5OMg CH
O
O C6H5CCH(COOC2H5)2
C6H5CCl
稀 OH
CH2 CH2
H3O △
+
COOH
注意：Br(CH2)nBr
n：3～7
（4）制备环状化合物
COOH
例:用丙二酸二乙酯法制备：
COOH
• 分析：
COOH
Br Br I
2
CH COOH
COOH
I CH2I2
（5）丙二酸二乙酯的其它反应与应用
第十三章有机合成基础_有机化学及实验
NH2 霍夫曼彻底甲基化 Br2
Br
Br
NMe2 Me2NH -HBr
NMe OH
NMe O 颠茄酮
鲁宾逊的工作（1915年） CH2CHO + CH2CHO NH2CH3 + CH2COOH C O CH2COOH pH = 5
NMe O
1
颠茄酮
13 有机合成基础
魏尔泰思德的工作（1911年） O NMe 假石榴碱 NMe2 1）MeI 2）Ag2O 3） Br2 Br 1）Me2NH 2）MeI 3）Ag2O 4） H2 NMe OH -H2O NMe 1）MeI 2）Ag2O
+
CHCH 2CH2Br CH3
合成：
Br CH3CHCH 3
1) Mg,Et2O 2)
O
CH3
CHCH 2CH2OH CH3 CH3
PBr3
CH3
1) Mg,Et2O 2)CH3CO2Et
CH3
CHCH 2CH2CCH 2CH2CHCH 3 CH3 OH CH3
6
13.1 逆向合成分析
13.1.1切断的选择方法
13.1 逆向合成分析
13.1.2 芳环上取代基切断顺序
1、考察取代基间的相互关系，寻找能实现正确定位的途径。 例如：
O a b b Br O Cl
O + a
Br
b法切断是错误： 异丙基是邻对位定位基， 乙酰基是间位定位基，异 丙基与乙酰基处于对位。
+ Cl
O
合成
+ Br CH3CHCH 3 AlCl3
H2N OH CO2H O2N OH CO2H OH H2N CO2H O2N O2N H2N OH CO2H OH CO2H OH CO2H
有机化学第十三章羧酸衍生物总结
反应活性较差
叔醇
吡啶
O C OC(CH3)3
不仅起催化作用 还可吸收产生的HCl
2） 酯交换：由低级醇酯制高级醇酯
= H+
CH2 CHCOOCH3 + CH3(CH2)2CH2OH
b.p: 80.5℃ 低沸点酯
= CH2 CHCOO(CH2)3CH3 + CH3OH
b.p: 145℃
b.p: 64.7℃
R C =O > X
=
R C =O
O RC
O
> R C =O > R C =O
OR′
NH2
第二步——取决于离去基团的离去能力。
基团的离去能力：
！ 试解释之
X ＞ RCOO ＞ RO ＞ NH2
碱性越小离去能力越强。
碱性强弱：
X < RCOO < RO < NH2
结论:
羧酸衍生物的反应活性顺序为
R C =O > X
== =
== =
O C O C4H9_ n
C OH
O
邻苯二甲酸单正丁酯
O CH3 C O CH2 CH3 C O CH2
O
乙二醇二乙酸酯
CH2OCOR CHOCOR'
甘油三酯：脂肪和油
CH2OCOR''
O
H3C
CH3
H3C
HO H3CH2CH
OH O
O
CH3
CH3 OH HO O
O O
N(CH3)2
青霉素 ( penicillin )
酸酐：两个羧酸名加“酐”字。
O
OO
OO
COC
精细有机合成技术第十三章
在反应物和产物之间存在着动态平衡。其平衡常数Kc 为：
第二节
酯化反应基本原理
醇与酸直接酯化时，其Kc值一般都较小（参见表13-1 和表13-2）。为提高酯的产率，必须使反应平衡尽可能 右移。根据化学热力学原理，可以采用两种方法。第一， 使某一种原料过量，以改变反应达到平衡时反应物和产 物的组成。究竟采用哪种原料过量，一般以价格便宜与 否为准。第二，蒸除反应生成的水或蒸出酯。可加入苯、 甲苯、二甲苯等溶剂共沸蒸出水，若酯的沸点较低时， 也可不断地蒸出酯，使平衡反应不断右移，完成酯化反 应。 醇与酰氯酯化时，其平衡常数很大，一般可视为不 可逆反应。
第二节
酯化反应基本原理
叔醇与羧酸的酯化反应是按烷氧键断裂方式进行的， 为单分子反应历程。其反应历程为：
用酰氯酯化时可不用酸催化，由于氯原子的吸电子 性，明显地增加了中心碳原子的正电荷，对醇来说就很 容易发生亲核进攻。
这一反应是典型的双分子反应。
第二节
酯化反应基本原理
2．酯化反应热力学及其影响因素 （1）酯化反应的平衡常数 前已述及，对于羧酸与 醇的液相直接酯化，其反应是一个可逆过程：
（3）互换法 也称为酯酯交换法。此法要求所生成 的新酯与旧酯的沸点差足够大，以便于采用蒸馏的方法 分离。
第一节 概述
这三种类型的酯交换都是利用反应的可逆性实现的， 其中以酯醇交换法应用最为广泛。一个最典型的工业过 程是用甲酸与天然油脂进行醇解以制得脂肪酸甲酯。后 者是制取脂肪酸和表面活性剂的重要原料。
第二节
酯化反应基本原理
3．酯化反应用催化剂 （1）无机酸、有机酸及其盐 常用的无机酸催化剂有：硫 酸、盐酸、磷酸等。在无机酸中硫酸的活性最强，也是应用最 广泛的传统酯化催化剂。盐酸则容易发生氯置换醇中的羟基而 生成氯烷。磷酸的反应速度较慢。以硫酸作催化剂的优点是硫 酸可溶于反应体系中，使酯化在均相条件下进行、反应条件较 缓和、催化效果好、性质稳定、吸水性强及价格低廉等。但缺 点是具有氧化性，易使反应物发生磺化、碳化或聚合等副反应， 对设备腐蚀严重，后处理麻烦，产品色泽较深等。因此一些大 吨位产品如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的工艺中，已逐步为其 他催化剂替代。此外，不饱和酸、羟基酸、甲酸、草酸和丙酮 酸等的酯化，不宜用硫酸催化，因为它能引起加成、脱水或脱 羧等副反应；碳链较长、分子量较大的羧酸和醇的酯化，因为 反应温度较高也不宜用硫酸作催化剂。
精细有机合成化学与工艺学
精细有机合成化学与工艺学《精细有机合成化学及工艺学》课程教学大纲第1章绪论介绍精细化工的定义、特点、分类；精细化工在国民经济中的作用；有机精细化学品的分类；精细有机合成单元反应的定义和种类。
本章重点：明确精细化工的基本概念，了解该领域的最新科技发展动态和趋势。
第2章精细有机合成的理论基础概述：概括介绍精细有机合成的反应原理和历程、精细有机合成的工艺学基础的概况。
反应试剂的分类：极性试剂、游离基试剂。
亲电取代反应：芳香族亲电取代反应历程、芳香族亲电取代反应定位规律。
亲核取代反应：脂肪族和芳香族亲核取代反应历程、影响因素。
化学计量学metrology：反应物的摩尔比、转化率、收率及选择性等概念。
精细有机合成中的溶剂效应：溶剂的分类、专一性溶剂化作用对有机反应的影响、有机反应溶剂的使用和选择。
相转移催化：相转移催化原理、相转移催化剂、影响因素及应用实例。
第3章卤化概述：介绍卤化单元反应的定义、特点、重要性。
重点介绍芳环上取代卤化反应：反应历程、卤化反应影响因素、典型卤化反应品种-—氯苯的生产工艺。
脂肪烃及芳环侧链的取代反应：反应影响因素、典型卤化反应品种-—氯化苄的生产工艺。
第4章磺化和硫酸酯化概述：介绍磺化单元反应反应概况：磺化重要性、磺化剂。
重点介绍芳香族磺化：主要磺化方法、磺化反应历程、磺化反应动力学、磺化反应影响因素、磺化生产工艺、磺化物的分离、典型磺化产品——萘磺酸及衍生物的生产。
第5章硝化和亚硝化概述：介绍硝化反应的定义、特点、重要性。
硝化反应历程：介绍均相硝化动力学及非均相硝化动力学。
硝化反应工艺：重点介绍混酸硝化反应、绝热硝化反应工艺、硝化反应影响因素、硝化异构产物的分离。
介绍典型硝化产品——硝基苯的生产工艺。
亚硝化：酚类、胺类的亚硝化。
本章重点：掌握硝化和亚硝化原理和历程、硝化反应影响因素；以及混酸硝化反应第6章氢化和还原概述：介绍氢化反应的定义、分类、应用。
重点介绍催化氢化、化学还原理论及工艺。
有机化学：第十三章羧酸及其衍生物
2. 酸酐的生成
用P2O5作脱水剂制备酸酐
O CH3 C OH O O P2O5 CH3 C O O C CH3
+
HO
C CH3
+
H2O
用低沸点酸酐作脱水剂制备较高沸点的酸酐
O 2 COOH + (CH3CO)2O
(
C
) 2O + 2 CH COOH
3
能形成五元、六元环酸酐的二元羧酸可直接加热制备酸酐
羧酸与PX3 、PCl5(X=Cl、Br)、SOCl2反应
3CH3COOH + PCl3
3 CH3 COCl + H3PO3
COOH+PCl5
(CH3)2CHCH2COOH + SOCl 2
COCl + POCl3+ HCl
(CH3)2CHCH2COCl
+
SO2
+ HCl
注：HX不能与羧酸反应生成酰卤 。 应用：酰卤的反应活性比较高，广泛应于药物合成中 。
（ 2）编号：从羧基碳原子开始用阿拉伯数字编号，按所含碳原
子数目称为某酸，取代基名称及位次写在某酸之前。
（ 3）简单的酸酸，常用希腊字母表明取代基的位置，从羧基相 邻碳原子开始编号为 ，依次为 、 、 等，将编号写在取代基 名称前面。
CH3CH2CHCH2COOH CH3
-甲基戊酸(3-甲基戊酸)
第十三章
羧酸及其衍生物 主要内容
1、掌握羧酸和取代羧酸的结构、命名和化学性质 2、掌握羧酸衍生物的结构、分类及命名和化学性质
3、熟悉羧酸和取代羧酸的物理性质
4、掌握羟基酸、酮酸的命名及主要化学性质。
羧酸：
精细有机合成原理教学大纲
《精细有机合成原理》教学大纲课程编号：总学时：32学分：2基本面向：生物工程、制药工程、化学工程与工艺专业所属单位：化工系一、本课程的目的、性质及任务本课程是精细化工专业一门重要的技术基础课,为必修课。
本课程系统地介绍有关精细化学品的研制和生产工作中所涉及的重要反应，并结合精细化学品的合成实例，讲述其合成原理、反应历程、设计技巧、原料消耗、工艺过程、操作技术和产品用途等。
它的任务是使学生掌握典型精细化学品的合成原理、设计方法、单元操作、工艺流程等，为学生将来从事精细化学品的生产和新产品的开发奠定必要的理论和技术基础。
二、本课程的基本要求（一）对精细有机合成的理论基础及工艺学基础进行重点讲解；（二）对卤化、磺化、硝化等单元反应均应进行简单介绍。
三、本课程与其它课程的关系先修课程：高等数学、有机化学、无机化学等，达到教学大纲要求。
四、本课程的教学内容第一章绪论（一）精细化工的范畴、特点及在国民经济中的作用（二）精细有机合成的单元反应（三）精细有机合成的原料资源第二章精细有机合成的理论基础（一）反应试剂的分类（二）亲电取代反应及亲核取代反应（三）消除反应、自由基反应、加成反应及重排反应第三章精细有机合成的工艺学基础（一）化学反应计量学（二）化学反应器（三）精细有机合成中的溶剂效应（四）气固相接触催化、相转移催化及均相配位催化（五）光有机合成及电解有机合成第四章卤化（一）芳环上的取代卤化、脂烃及芳环侧链的取代卤化（二）加成卤化（三）置换卤化第五章磺化和硫酸化（一）芳香族的磺化（二）脂肪族的磺化（三）醇和烯烃的硫酸化第六章硝化及亚硝化（一）硝化的理论解释及影响因素（二）混酸硝化及硝化异构产物的分离（三）亚硝化第七章氢化和还原（一）催化氢化（二）在电解质溶液中用铁屑还原（三）锌粉还原及其他还原方法第八章重氮化和重氮基的转化（一）重氮化反应（二）保留氮的重氮基转化反应（三）放出氮的重氮基转化反应第九章氨解和胺化（一）氨基化剂（二）羰基化合物的胺化氢化、环氧烷类的加成胺化（三）脂肪族卤素衍生物的氨解（四）芳环上卤基、羟基及磺基的氨解第十章烃化（一）N-烃化（二）0-烃化（三）芳环上的C-烃化第十一章酰化（一）N-酰化（二）0-酰化（三）C-酰化第十二章氧化（一）空气液相氧化（二）空气的气固相接触催化氧化（三）化学氧化第十三章水解（一）脂链上卤基的水解（二）芳环上卤基、硝基及氨基的水解（三）芳磺酸及其盐类的水解（四）酯类及碳水化合物的水解第十四章缩合（一）醛醇缩合反应（二）羧酸及其衍生物的缩合第十五章环合（一）形成六员碳环的环合反应（二）形成含一个氧原子的杂环的环合反应（三）形成含一个氮原子的杂环的环合反应（四）形成含两个氮原子的杂环的环合反应（五）形成含一个氮原子和一个硫原子的杂环的环合反应第十六章聚合（一）缩合聚合（二）加聚反应（三）共聚反应五、学时分配六、教学建议本课程采用课堂教学，提倡启发式、讨论式教学组织实施，以充分调动学生的主观能动性和积极参与精神，提高教学质量和教学效果。
有机化学第13章 羧酸衍生物
35
另一方面，乙酰胺的水溶液能与氧化汞作用生成稳定的汞盐。
酰胺与金属钠在乙醚溶液中作用，也能生成钠盐，但它遇水即 分解。这些说明酰胺具有弱酸性。
O C NH C O
邻苯二甲酰亚胺
36
2.酰胺脱水
酰胺与强脱水剂共热或高温加热，则分子内脱水生成腈，这
是合成腈最常用的方法之一。常用的脱水剂有五氧化二磷和亚硫
10
IR：
11
酰卤的C＝O伸缩振动在1815～1785cm-1区域有强吸收，其C—X
的面内弯曲振动在645 cm-1附近。
12
酸 酐的 C＝O伸 缩 振动 吸 收 与其它 羰 基 化合物 明 显不 同 ， 在 1850～1800cm-1和1780～1740 cm-1区域内有两个C＝O伸缩振动的强 吸收峰。线型酸酐的高频峰强于低频峰，而环状酸酐则相反。酸酐
26
酰基化试剂中离去基团离去的难易，取决于离去基团(L)的碱 性。碱性愈弱，愈易离去。离去基团L的碱性由弱到强的次序是：
C1—<RCOO—<RO—<NH2—。因此氯原于是最容易离去的基团，
而氨基则是最难离去的基团。即酰氯是最活泼的酰基化试剂，而酰 胺是最弱者。 离去基团碱性的强弱，可从其共轭酸的酸性强弱得知(强酸的 共轭碱是弱碱)：
酯的醇解亦称酯交换反应。例如：
21
腈的醇溶液和浓硫酸或盐酸共热，则发生醇解反应得到酯。 例如：
22
3.氨解
酰氯、酸酐和酯与氨或胺作用，都可以生成酰胺。例如:
23
N-未取代的酰胺与胺反应生成N-取代酰胺。例如：
以上这些反应对羧酸衍生物是发生了水解、醇解或氨解；但对 水、醇或氨则是发生了酰基化反应。酰氯、酸酐和酯都是酰基化试 剂，酰胺的酰化能力极弱，一般不用作酰基化试剂。
有机化学课件第十三章 羧酸衍生物
四、与格氏试剂的反应
RCOX + R'MgX RCOR' 1) R'MgX 2)H2O OH R C R' R'
13.3 羧酸酯 13.3.1 羧酸酯的物理性质 1、 沸点比相应的醇低； 2、 在水中的溶解度较小； 3、有芳香气味。 13.3.2 羧酸酯的化学性质 一、酯的水解、醇解和氨解
RCO2R' + H2O 水解 酯化 RCOOH + R'OH
RCH2CO2Et EtOH EtONa RCH2 O C CH CO2Et R
练习
H C
CO2Et
H C _
O CO2Et + H C+
CHO O CH2CO2Et H C OEt
O Ph C HC CO2Et
O Ph C + +
_ HC
CO2Et
CH3 O Ph C OEt
CH3 CH3CH2 CO2Et
CO2Et CO2Et
Na EtOH
CH2OH CH2OH
2、酮醇缩合反应（非质子性溶剂）
O R C OR' Na, 二甲苯 R R CH OH C O
历程
O R C O R C OR' OR' O-Na+ Na. R C
Na.
. .
OR' R R OR'
O-Na+ C C OR' OR'
R
C
O-Na+ R R C C
CH3COCH2CO2Et 1)OH-,H2O 1)EtONa RCOX CH3COCHCO2Et COCH3
2)H3O+
有机化学第十三章羧酸衍生物
C3H7 C OH H
这是用二元酸酯合成大环化合物很好的方 法。
2019/9/30
CO3OCH Na
(C 2 )8H CO3O二 C 甲 苯 H
HAc
CO
(C 2 )8HCO
3、酸酐的还原 酸酐的活性不如酰卤， 但酸酐可以被LiAlH4 、NaBH4还原成醇。
4、酰胺的还原 酰胺在LiAlH4 作用下 还原成伯胺。
L
(1)与 酰 基 相 连 的 原 子 的 电 负 性 都 比 碳 大 ， 故 有I效 应 (2)L和 碳 相 连 的 原 子 上 有 未 共 用 电 子 对 ， 故 具 有 +C (3) 当 +C> I时 ， 反 应 活 性 将 降 低
Pπ共 20轭 19/9体 /30系
当 +C< I时 ， 反 应 活 性 将 增 大
酯在酸催化下进行的水解为可逆水解：
H +
C H 3C O O C 2H 5 +H 2O
C H 3C O O H+C 2H 5O H
酯在碱催化下进行的水解为不可逆水解：
C H 3C O O C 2H 5 +H 2ON aO HC H 3C O O N a+C 2H 5O H
因此，在碱性下水解反应更为彻底，其 碱性水解称为皂化，即为工业上制造肥皂的 原理。
R C OH R
从产物的结构看，格氏试剂与酯作用是 合成具有两个相同烃基的叔醇的最有效方法。 例如：
COCH3
1）乙醚 +2CH3M gX2）3O H +
CH3 C OH CH3
2019/9/30
当使用HCOOR与RMgX作用，可以制备 结构对称的仲醇。例如
第十三章 醛、酮羧酸及其衍生物
OCOCH3
布洛芬
阿司匹林
13.1 羧酸的结构、分类和命名
1、结构
C
醛酮中 醇中
O OH
O 形式上看羧基是由一个 C 和一个OH 组成 实质上并非两者的简单组合
O 键长 0.122nm H C OH （甲酸） 0.1245nm 0.1312nm 电子衍射实验证明
C O C OH
键长 0.143nm
俗名：
• 羧酸是极性化合物， 沸点高于相应分子质量的醇。
13.2. 羧酸的制备
1. 伯醇或醛的氧化——制备同碳数的羧酸
(CH3)3C CH C(CH3)3 CH2OH CH3CH2CHO
KMnO4/H2SO4 K2Cr2O7, H2SO4
(CH3)3C CH C(CH3)3 COOH CH3CH2COOH
H2C O3 6.38
羧酸离解后生成的RCOO ￣负离子，由于共轭效应 的存在，氧原子上的负电荷则均匀地分散在两个原子 上，因而稳定容易生成。
O R C O
1 2 1 2
R
C=
O R C
O R O C
O O
1 2 1 2
O
相对酸性：
RCOOH ＞ HOH ＞ ROH ＞ HC
=
CH ＞ NH3 ＞ RH
=
O O H O OH R C OH O
两个碳氧键键长不同
四电子三中心的分子轨道 两个碳氧键键长等同。
酸性
RCOOH
RC O O H pKa 4~5 (甲酸除外) H2O 15.7
RCOO + H
RO H 16~19
+
羧酸的酸性比水、醇强，甚至比碳酸的酸性还要强。
R-COOH
有机化学第十三章胺方案
有机化学第十三章胺方案胺是有机化合物的一个重要类别，它们在许多化学和生物学过程中起着关键作用。
本文将介绍有机化学第十三章胺的主要内容。
一、胺的分类胺按照氮原子周围的取代基个数可以分为三类：一级胺、二级胺和三级胺。
一级胺是指一个氮原子周围只有一个碳原子与其连接；二级胺是指一个氮原子周围有两个碳原子与其连接；三级胺是指一个氮原子周围有三个碳原子与其连接。
此外，胺还可以分为脂肪胺和芳香胺两类。
二、胺的制备方法1.从卤代烷制备：通过氨和卤代烷的反应，可以得到相应的胺。
反应方程式为：R-X+NH3→R-NH2+HX。
其中，R代表碳链或芳环。
2.从酰胺制备：通过酰胺的氢解反应，可以得到相应的一级胺。
3.环状胺的合成：通过环状化合物的还原反应，可以得到相应的环状胺。
例如，苯酮的还原反应可以得到吡啶。
4.合成芳香胺：通过氨基化合物和芳香醚的反应，可以得到相应的芳香胺。
还可以通过氨基烃的芳香替换反应或氰化铵和亲电芳基化合物的反应制备芳香胺。
三、胺的性质1.胺具有碱性：胺是氮原子上带有孤电子对的化合物，因此它们可以与酸反应形成盐。
2.胺的碱性强度：一级胺>二级胺>三级胺。
这是因为一级胺中氮原子周围的取代基不多，可以较好地接受质子；而三级胺中氮原子周围的取代基较多，电子密度相对较小。
3.胺的溶解性：一级和二级胺可以与水形成氢键，因此可以溶解在水中。
而三级胺没有可供形成氢键的氢原子，溶解性较差。
4.胺的碱和缩合反应：胺可以与酸反应形成盐，也可以与醛或酮反应形成缩合产物。
这些反应在有机合成中经常使用，可以用来合成更复杂的化合物。
四、胺的反应1.胺的烷基化反应：一级胺可以与烷基卤化物反应生成二级胺，然后再与烷基卤化物反应生成三级胺。
2.胺的脱氢反应：胺可以通过脱氢反应生成亚胺，再经过进一步的脱氢反应生成腈。
3. Hofmann消去反应：一级胺经过一系列反应可以生成以胺为氨基的腈。
4. Gabriel合成：通过一系列反应可以合成叶胺。
第十三章 羧酸衍生物-有机合成路线
CH3
Br
CH3 NO2
CH3
NO2
合成路线：
CH3
CH3
HNO3 H2SO4 Br2
Fe
CH3
Br
Fe H+
CH3
Br
NO2
NO 2
NO2
2．导向基的引入
在逆合成法中，常常可先引入一个官能团，使逆推过程能顺利进 行，最后把引入的官能团去掉。氨基和磺酸基是常用的导向基团，用 于取代芳烃的合成中。氨基是强的邻、对位定位基，活化芳环，它可 以通过重氮化反应去掉： -NO2 —→ -NH2 —→ -N2+HSO4- —→ -H 而磺酸基是一个强间位定位基，利用其可逆反应，水解去掉。
下面介绍几种常用的设计方法
1．逆合成法 在设计合成路线(或在解合成题)时，通常采用逆合成法，即从 目标分子(产物)逆推到原料，显然，实际合成路线与逆合成方向正 好相反。这种关系可表示为：
目标分子
逆合成 合成
中间产物
逆合成 合成
原料
逆合成法是以键的“切断”方法为基础的，每切断一根键就可得 到相应的目标分子的前步原料。键的切断通常是在官能团的邻近部位， 因为一般有机反应都在官能团上或由官能团的影响所产生的活泼部位 (如α位甚至β位)上发生的。 [例 ]
CH3
HNO3 H2SO4
CH3
NO2
Fe
H+
CH3
NH2
(CH3CO)2O
CH3
Br2
CH3
Br
H2O，OH-
CH3
Br NH2
NHCOCH3
Fe
NHCOCH3
苯胺容易被氧化，不采用直接硝化的方法引入硝基，而是通过酰基化 反应先将氨基进行保护后再进行硝化反应。 O O [例 ] C CH2 C CH3 CH2 Br合成 CH3 CH2 CH2 CH CH3 OH 分析：由逆合成法可以得到如下逆推过程
精细有机合成与工艺题库介绍
目录《精细有机合成技术》习题库 (1)第一部分知识点目录 (2)第二部分知识点 (3)第一章绪论 (3)第二章精细有机合成的理论与技术基础 (4)第三章磺化与硫酸化 (7)第四章硝化与亚硝化 (7)第五章卤化 (7)第六章烷基化 (8)第七章酰基化 (8)第八章还原 (9)第九章氧化 (9)第十章氨解 (9)第十一章重氮化与重氮盐的转化 (9)第十二章羟基化 (9)十三章缩合 (10)第三部分习题库 (10)第四部分习题库参考答案 (17)第一章绪论 (17)第二章精细有机合成的理论与技术基础 (18)第三章磺化与硫酸化 (19)第四章硝化与亚硝化 (20)第五章卤化 (22)第六章烷基化 (22)第七章酰基化 (23)第八章还原 (24)第九章氧化 (25)第十章氨解 (26)第十一章重氮化与重氮盐的转化 (27)十二章羟基化 (27)十三章缩合 (27)《精细有机合成技术》习题库课程：精细有机合成技术课时：72使用教材：《精细有机合成技术》薛叙明主编第二版化学工业出版社, 2009.2 ISBN978-7-122-04121-0适用专业：精细化工、化工工艺、化学工程等适用年级：双高二年级上或高技班三年级上第一部分知识点目录第二部分知识点第一章绪论知识点1：有机合成的基本内涵重点内容：有机合成是指利用有机反应将简单的有机物和无机物作为原料，创造新的、更复杂的有价值的有机化合物的过程。
有机合成有两个基本目的：一是为了合成一些特殊的、新的有机化合物，另外一个是为了工业基础化大量生产，即工业合成。
工业合成是将简单的原料利用反应通过工业化装置生产各种化工中间体及化学产品的过程。
一般可分为基本有机合成和精细有机合成两大类。
基本有机合成工业的任务是利用煤、石油、天然气等合成为最基本的有机化工原料“三烯一炔”、“三苯一萘”。
知识点2：精细有机合成的单元反应重点内容：最重要的精细有机合成单元反应有：①卤化②磺化和硫酸酯化③硝化和亚硝化④还原和加氢⑤重氮化和重氮基的转化⑥氨解和胺化⑦烷基化⑧酰化⑨氧化⑩羟基化⑾酯化与水解⑿缩合与环合等。
第十三章 羟基酸
重点掌握乳酸、水杨酸和柠檬酸。 一、命名：参见讲义P321。重点掌握乳酸、水杨酸和柠檬酸。 命名：参见讲义 制备： 二、制备： 1. α－羟基酸的制备
(1) RCH2COOH Cl2 P RCHCOOH Cl OH C CN (1) NaOH (2) H3O H3O RCHCOOH OH OH C COOH
(2)
C
O
HCN
2. β－羟酸的制备
(1) 次氯酸法
HOCl OH Cl NaCN OH CN H3O RCH CH2 RCH CH2 醇 RCH CH2 OH RCH CH2COOH
(2) 雷弗马斯基 雷弗马斯基(Reformatsky)反应 反应
OZnBr BrCH2COOC2H5 BrZnCH2COOC2H5 RCHO RCH CH2COOC2H5 OH (1) OH OH H2O RCHCH2COOC2H5 (2) H RCHCH2COOH+ C2H5OH
4.17
2. 加热脱水
不同的羟酸加热有不同的脱水方式： 不同的羟酸加热有不同的脱水方式：
α－羟基酸加热发生分子间脱水，生成交酯 R CH OH OH O C C OH OH CH R O R CH O O C C O CH R O + 2 H2O
β－羟基 酸加热发生分子内 脱水，生成不饱和 酸 RCHCH2COOH RCH CHCOOH + H2 O OH
(2)羟基的吸电子能力没有卤素大。 羟基的吸电子能力没有卤素大。 羟基的吸电子能力没有卤素大 (3)在芳香酸中，羟基处于对位是供电子基，处于邻位由于氢 在芳香酸中， 在芳香酸中 羟基处于对位是供电子基， COOH 键作用使酸性增强。 键作用使酸性增强。 COOH
有机课件 第十三章 羧酸衍生物
R
C
OR '
4、酰胺：是羧酸分子中的羟基被氨基(—NH2) 或烃氨基（—NHR,—NR2)取代后的生成物。
二、命名：
O
R C 的名称是将RCOOH中的“酸”字改 为“酰”字。 1、酰卤和胺：酰基名称+卤素名称或胺。如： 乙酰氯、丁酰溴、丙烯酰胺、N—乙基乙酰胺等。 2、酸酐：羧酸名称后加“酐”字。如：乙酸酐、 乙丙酸酐等。 3、羧酸名称后加烃基名称，最后加“酯”。如： 乙酸乙酯、苯甲酸苄酯等。
1、 建立产物分子可需的骨架
2、 官能团的转化
由原料通过某些化学反应得产物分子可需的骨架 时，若官能团不是产物所需，则需转化。
如：由CH2=CH2→CH3CH2CH2CH2OH
三、有机合成设计：
<一>、建立产物分子可需的骨架；
1、 产物属什么类型的化合物？
2、 这种化合物有什么方法制备？
3、 是否需要增长或减短碳链？ 4、 分析产物分子的骨架 1>、 "切断"产物的分子骨架；"碎片"进行常 见的增碳、减碳等反应得产物骨架。
(NH3)
R' — NH
C
(NH2 — COOR)
方法2： COCl2+R'NH2 R'N=C=O+ROH
(异氰酸酯)
R'N=C=O+2HCl
O
R' — NH
C
OR
2>、重要的氨基甲酸酯有：西维因，灭菌灵等， 见P66 。
§13.9有机合成路线 一、有机合成的基本要求 产率高、副反应少、反应速度快、原料易得、步 骤少、安全。 二、有机合成的任务
CO２↑＋Ｎ２↑＋3Ｈ２Ｏ
第13章 不饱和醛酮和取代醛酮
3-氰基-1,3-二苯基-1-丙酮 93-96%
在反应中离子进攻β-碳原子，生成的碳负离子由于羰基的影响，稳定性 提高，使加成反应得以进行。
O C6H5 CH CH C C6H5 O C6H5 CH CH C C6H5 CN CN O C6H5 CH CH C C6H5 CN O C6H5 CH CH2 C C6H5 CN
13.2.1.2 加成反应 对苯醌与羟胺作用生成一肟或二肟：
O NH2OH O
对苯醌
N OH NH2OH O
对苯醌一肟
N OH
N OH
对苯醌二肟
反应必须在酸性溶液中进行，因为在碱性溶液中苯醌可以使羟胺化。对 苯醌一肟与苯酚起亚硝化反应所得的对亚硝基苯酚为同一化合物，说明这 两种结构可以彼此互变：
2.303 RT [醌 ][ H ]2 EE Log nF [氢醌 ]
其中F为法拉第常数，代入有关常数得到25ºC下，用伏特作单位的电位：
E 25C E 0.059 pH 0.0296 Log [醌 ] [氢醌 ]
标准电位 Eø 是在[H+]=1，[醌]=[氢醌]时电位。一些醌的标准电位见表 13.1。醌的Eø 值越大，越容易还原，吸电子基使Eø值加大。
13.1.3 丙烯醛
为无色有强烈刺激性的液体，沸点为52.5℃，由丙三醇脱水制备：
精细有机合成13第十三章缩合
2CH3CHO
-HOH
CH3CHCH2CHO
CH3CH=CHCHO
OH
Raney Ni
Raney Ni
CH3CH=CHCHO
H2
CH3CH2CH2CHO H2 CH3CH2CH2CH2OH
LiAlH4
CH3CH=CHCH2OH
1
• 其反应历程为亲核取代反应。 • 醛的自身缩合在有机合成上的特点是可使产物的
• 因此，胺甲基化反应必须严格控制配料和反应条 件。
2
• 3．Mannich碱的反应
• 胺甲基反应在精细有机合成反应方法上的意义， 不仅在于制备众多C－氨甲基化产物，并可作为 中间体，通过消除、加成/氢解和置换等反应而 制备一般难以合成的产物。
• Mannich碱或其盐不太稳定，加热可消除胺分子 形成烯键，发生消除反应。例如药物利尿酸的合 成：
反应类型。
8
• 1．醛醛缩合反应
• 醛醛缩合反应可分为醛的自身缩合和不同醛间的 交叉缩合反应两类。醛醛缩合后可得到β －羟基 醛，β －羟基醛经脱水后得到α 、β －不饱和醛。
9
• ★（1）醛的自身缩合反应
• 醛的自身缩合是指在碱的催化下，两分于相 同的含α －H的醛发生自身缩合反应，得到β － 羟基醛，经脱水后最终得到α 、β －不饱和醛的 反应。在碱的催化下，乙醛的自身缩合反应式如 下式所示：
在甲醛和氨（胺）过量时，易发生如下反应。
O
O
O
O
. . . R C C H 3 H N H C H C O 4l R C C H C 2 H N 2 H 2 H C l H N C H H C O 4lR C C H C ( H N 2 H 2 ) 2 H 2 C H N l C H H C O 4lR C C C ( H N 2 H 2 ) 3 H 3 C l
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常用的酸酐有乙酸酐、丙酸酐醉、邻苯二甲酸酐、 顺丁烯二酸酐等。
第一节 概述
（3）酰氯法 酰氯和醇（或酚）反应生成酯的反应 为： RCOC1＋R'OH—→RCOOR'＋HCl
酰氯与醇（或酚）的酯化具有如下特点：①酰氯的 反应活性比相应的酸酐为强，远高于相应的羧酸，可以 用来制备某些羧酸或酸酐难以生成的酯，特别是与一些 空间位阻较大的叔醇进行酯化。②酰氯与醇（或酚）的 酯化是不可逆反应，一般不需要加催化剂，反应可在十 分缓和的条件下进行，酯化产物的分离也比较简便。③ 反应中通常需使用缚酸剂以中和酯化反应所生成的氯化 氢。因为氯化氢不仅对设备有腐蚀，而且还可能与活泼 性醇（如叔醇）发生诸如取代、脱水和异构化等副反应。
第一节 概述
2．以羧酸酯为原料，与醇、酸、酯等反应生成另一 种羧酸酯的酯交换法
（1）醇解法 也称作酯醇交换法。一般此法总是将 酯分子中的伯醇基由另一较高沸点的伯醇基或仲醇基所 替代。反应用酸作催化剂。
（2）酸解法 也称作酯酸交换法。此法常用于合成 二元羧酸单酯和羧酸乙烯酯等。
（3）互换法 也称为酯酯交换法。此法要求所生成 的新酯与旧酯的沸点差足够大，以便于采用蒸馏的方法 分离。
第一节 概述
（1）羧酸与醇反应的羧酸法 此法又称直接酯化法。 由于所用的原料醇与羧酸均容易获得，所以是合成酯类 最重要的方法。羧酸法中最简单的反应是一元酸与一元 醇在酸催化下的酯化，得到羧酸酯和水，这是一个可逆 反应。
若采用二元酸，可得二种酯：即单酯（为酸性酯） 和双酯（为中性酯）。其产率取决于反应剂间的物质的 量之比。
第一节 概述
二、工业上制造羧酸酯的方法 1．以醇（或酚）为原料，与各种酰化剂反应的酯化 法 此类反应常用酰化剂有：羧酸、酸酐、酰卤、酰胺、 腈、醛、酮等。其反应通式为：
R'可以是脂肪族或芳香族烃基；即R'OH可以是醇或酚； RCOZ为酰化剂，可根据实际需要选择；R和R'可以是相同 的或者是不同的烃基。
第一节 概述
用酸酐酯化时可用酸性或碱性催化剂加速反应。如 硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水醋酸钠、 对甲苯磺酸或叔胺等。酸性催化剂的作用比碱性催化剂 强。目前工业上使用最多的是浓硫酸。
在用酸酐对醇进行酯化时，反应分为两个阶段，第 一步生成物为1mol酯（单酯）及1mol酸，反应是不可逆 的；第二步则由1mol酸再与醇脱水生成酯（ 较高的反应温度，并不断地去除反应生成的水。
第一节 概述
若采用多元醇，如丙三醇与一元酸反应，可得部分 酯化产品及全部酯化产品，组成也与反应物的物质的量 之比有关。
若用多元羧酸与多元醇进行酯化，生成物是高分子 聚酯，这类反应除用作塑料及合成纤维的生产外，在涂 料及粘合剂合成中也应用很广。
第一节 概述
一般常用的酯化催化剂为：硫酸、盐酸、芳磺酸等。 采用催化剂后，反应温度在70～150℃左右即可顺利发生 酯化。也可采用非均相酸性催化剂，例如活性氧化铝、 固体酸等，一般都在气相下进行酯化。
第十三章 酯化
第一节 概述
一、酯化反应及其重要性 酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和 有机酸）作用生成酯和水的过程。其实质就是在醇或酚 羟基的氧原子上引入酰基的过程，亦可称为O-酰化反应。 本章涉及的酯化单元反应是指生成羧酸酯的反应，至于 其他生成无机酸酯的反应不在此讨论。 羧酸酯在精细化工产品中有广泛的应用，其中最重 要的是直接作为溶剂及增塑剂使用，此外还广泛用于： 树脂、涂料、合成润滑油、香料、化妆品、表面活性剂、 医药等工业部门。
用各种磷酰氯制备酚酯时，可不加缚酸剂，允许氯化氢存 在，而制取烷基酯时就需要加入缚酸剂，防止氯代烷的生成， 加快反应速度。
由于酰氯的成本远高于羧酸，通常只有在特殊需要的情况 下，才用羧酰氯合成酯。
第一节 概述
（4）腈醇解法 此法特别适用于制备多官能团的酯， 工业上较为常用。
有机玻璃单体甲基丙烯酸甲酯就是由羟基腈用甲醇 和浓硫酸处理，同时发生脱水、水解、酯化而得的。
第一节 概述
常用于酯化的酰氯有有机酰氯和无机酰氯两类。常用的有 机酰氯有：长碳脂肪酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光气、胺基 甲酰氯和三聚氯氰等，常用的无机酰氯主要为磷酰氯，如 POCl3、PSCl3、PCl3、PCl5等。
用酰氯的酯化须在缚酸剂存在下进行。常用的缚酸剂有碳 酸钠、乙酸钠、吡啶、三乙胺或N,N-二甲基苯胺等。为避免酰 氯在碱存在下分解，缚酸剂通常采用分批加入或低温反应的方 法，脂肪族酰氯活泼性较强，容易发生水解。因此，当酯化反 应需要溶剂时，应采用苯、二氯甲烷等非水溶剂。
第一节 概述
这三种类型的酯交换都是利用反应的可逆性实现的， 其中以酯醇交换法应用最为广泛。一个最典型的工业过 程是用甲酸与天然油脂进行醇解以制得脂肪酸甲酯。后 者是制取脂肪酸和表面活性剂的重要原料。
第一节 概述
第一节 概述
目前，工业上广泛采用苯酐与各类醇反应，以制备 各种邻苯二甲酸酯。邻苯二甲酸酯类是塑料工业广泛使 用的增塑剂。例如，邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的合成：
当双酯的两个烷基不同时，应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯，然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯。
当双酯的两个烷基不同时，应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯，然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯。
酯化反应也可不用催化剂，但为了加速反应的进行， 必须采用200～300℃的高温。若工艺过程对产品纯度要 求极高，而采用催化剂时又分离不净，则宜采用高温无 催化剂酯化工艺。
第一节 概述
（2）酸酐法 羧酸酐是比羧酸强的酰化剂，适用于 较难反应的酚类化合物及空间阻碍较大的叔羟基衍生物 的直接酯化，此法也是酯类的重要合成方法之一，其反 应过程为：