精细有机合成原理
《精细有机合成原理》课程教学探讨
《 精细有机合成化学原理》课程所采用 的教材 是唐培垄 、 冯亚青 主编的《 细有机合成化学及工 精 艺学》 。课 程 内容 涉及 精 细有 机 合成 的理 论及 工 艺 学基础 、３ １ 种单元反应的特点、反应机理 、影响因 素、 生产 实例 等 ， 知识体 系非 常零 散且 庞 。 对 于每 一种 单 元反 应 ， 习方法 应 该 从 以下 几 学 个 方 面考 虑 ： 反应 历 程 ； 应 特 点 ； 响 因素 和生 产 反 影 实例 。 对 每 一 个 单 元 反 应 ，首 先 要 了解 该 反 应 的历 程， 是属于亲电取代还是亲核置换反应 等等 ， 否则 在 分 析其 反 应 的影 响 因素上 理 不清 思 路 ； 后应 该 然 １ 从 学生 出发 ， 实际 出发 从 了解 这 个 反 应 的特 点 表 现 在 哪些 ，包 括 优 点 和缺 才 广 西 民族 师范 学 院是 刚 升 本 的 民族 、 边疆 地 方 点 。 因为学 生 只有 了解 了该 类 反 应特 点 ， 能 在进 行 合 成 设 计 路 线及 工 艺 设 置 上 更 好 的 把 握 住 关 键 院校 ， 据 学 生 对 基 础 知识 的掌 握 程 度 ， 根 在对 原 理 就是要搞清楚有哪些因素或者说条件可 的理解 、 操作 的规范等方面要有针对性 。所以， 在进 点 。再者 ， 行教学中要根据学生的具体实际情况 ， 合理安排上 以影响到这个反应 。否则在进行合成过程 中， 会忽 略掉某些 因素 ， 从而遇到多副产物 ， 低转化率 ， 产物 课 内容及其 上课 的方 式 。 后续分离 比较 困难等 问题 。最后 ， 需要给学生讲述 个典型的生产实例 ， 把反应历程及其特点体现出 ２ 从课 程设 置上进 行考 虑 来， 使学生更好的理解所讲述 的理论知识。 该课 程 的基 础是 有 机 化学 ， 是 有 机化 学 安 排 但
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
精细有机合成技术：催化加氢的基本原理—碳-碳双键加氢
1、加氢非常容易，选择性很高，而且副产物少。 2、加氢的活性与分子结构有关，分子越简单，即双键碳原子上取代基越少、越小，则活性 越高，乙烯的加氢反应活性最高
直链双烯烃较单烯烃更容易加氢，加氢的位置与双烯烃的结构有关。双烯烃的 加氢可停留在单烯烃。
多烯烃的加氢也有类似过程。即每一个双键可吸收一分子氢，直至饱和。如果 选择合适的催化剂和反应条件，就可以对多烯烃进行部分加氢，保留一部分双键。
精细合成化学
许航线
碳-碳双键加氢
烯烃加氢常用的催化剂有：铂、骨架镍、载体镍和各种多金属催化剂（铜-铬、锌 -铬等）。
在催化剂存在下，100～200℃、1～2MPa下加氢反应很快。若原料中含有硫化物， 则会使催化剂中毒，因此必须对原料进行精制。否则需要采用抗硫催化剂，通常为金 属硫化物如：硫化镍、钨、钼等，但是这类催化剂的活性较低，所需要的反应条件为： 300～320℃、25～30MPa。
环烯烃的加氢有发生开环副反应的可能，因此要得到环状产物则需要控制反应 条件。通常五元环和六元环较稳定。
碳-碳双键的加氢反应主要用于汽油的加工和精制。另外一些重要的中间体的 制备也是其重要的应用。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢观看
精细有机合成化学及工艺学
羰基可与亲核试剂发生缩合反应，生成醇、醚或酯类化合物；也可与亲电试剂发生加成反 应，生成烯烃或卤代烃类化合物。
羰基的α-卤代与α-氨基化
在羰基α位引入卤素或氨基，可生成α-卤代酮或α-氨基酮类化合物。常用的卤化剂有卤素、 N-卤代酰胺等，氨基化试剂有氨、胺类化合物等。
氨基官能团转化与合成策略
其他领域
此外，精细有机合成还在染料、香料、 涂料、食品添加剂等领域有着广泛的 应用。
02
基本原理与方法
有机合成反应类型及机理
亲电取代反应
亲电试剂进攻有机分子中的电 子云密度较大的部位，发生取 代反应。
消除反应
有机化合物在特定条件下失去 小分子，形成不饱和键。
亲核取代反应
涉及亲核试剂对有机化合物中 的离去基团进行攻击，形成新 的化学键。
大环化合物合成技术
01
线性合成策略
通过逐步增长碳链的方法合成大环化合物，如酰胺化、酯化等缩合反应
构建大环。
02
模板合成法
利用模板效应控制分子内成环反应，实现大环化合物的合成，如分子内
Diels-Alder反应、分子内Michael加成等。
03
片段连接法
将预先制备好的片段通过高效连接反应组合成大环化合物，如Suzuki偶
初始阶段
早期的有机合成主要依赖于天然产物的提取和分离，合成方法相对 简单。
发展阶段
随着有机化学理论的不断发展和合成方法的不断创新，精细有机合 成逐渐成为一个独立的学科领域。
成熟阶段
现代精细有机合成已经发展成为一个高度成熟的领域，合成方法和技 术不断更新和完善，能够合成出各种复杂结构和功能的有机化合物。
未来研究方向和挑战
复杂天然产物的全合成
精细有机合成与工艺介绍课件
03 反应釜的压力：根据化学反 应的压力要求选择合适的压 力等级，以确保安全生产。
04 反应釜的搅拌与加热：根据 化学反应的工艺要求选择合 适的搅拌与加热方式，以提 高反应效率和生产质量。
反应温度与压力的控制
01
反应温度：影响反应速率和产物选择性，需要精确控制
02
反应压力：影响反应速率和产物收率，需要精确控制
03
温度和压力的测量：采用温度计和压力表进行实时监测
04
温度和压力的控制：采用加热和冷却设备进行调节，确保反应条件稳定
反应时间的控制
反应时间对反 应结果的影响
反应时间的 控制方法
反应时间的 优化
反应时间的 监测与调整
典型反应案例
01
酯化反应： 乙酸乙酯 的合成
02
加成反应： 苯乙酮的 合成
03
自动化与智能 化：提高生产 效率，降低成
本
03
生物催化：利 用生物酶进行 有机合成，提 高反应选择性
04
连续流反应： 提高反应效率， 减少溶剂使用
05
纳米材料：提 高催化剂性能， 降低反应能耗
06
超临界流体： 提高反应速率， 降低反应条件
要求
化学反应原理
精细有机合成的基 本原理是化学反应 的机理和过程。
催化剂选择：催 化剂对反应速率 和产物选择性有 很大影响
压力控制：压力 对反应速率和产 物选择性有很大 影响
反应时间控制： Байду номын сангаас应时间对反应 速率和产物选择 性有很大影响
溶剂选择：溶剂 对反应速率和产 物选择性有很大 影响
反应顺序控制： 反应顺序对反应 速率和产物选择 性有很大影响
反应产物分离与纯化
精细有机合成技术：形成杂环的缩合
4．吡啶及烷基吡啶的合成
工业上的合成方法是采用乙醛、甲醛和氨气在常压 和370℃左右通过装有催化剂的反应器，反应后的气体经 萃取、精馏得到吡啶（40%～50%）和3-甲基吡啶 （20%～30%）。
2CH3CHO +
N
乙醛与氨气在常压、350～500℃下通过装有Al2O3和金 属氧化物催化剂的反应器，反应出来的气体冷凝后经脱 水、分馏和精馏，得到含量为99.2%～99.5%的2-甲基吡 啶和4-甲基吡啶，收率为40%～60%。其中两种异构体 各占一半。
精细有机合成技术 邹静
目
录
形成杂环的缩合
典型杂环化合物的合成 1
Contents
其他杂环化合物的合成 2
形成杂环的缩合
环中含有杂原子（O、S、N等）的环状化合物为杂 环化合物。精细有机合成中的杂环化合物主要是五元或 六元杂环化合物。常有多种可能的合成途径。但以环合 时形成的新键来划分可以归纳为以下三种环合方式。
制备杂环化合物时，环合方式的选择与起始原料的关 系很密切。一般都选用分子结构比较接近，价廉易得的化 合物作为起始原料。由于杂环化合物品种繁多，原料差别 很大，上述环合方式仅提供了一般规律，对某一具体杂环 化合物的合成还要经过多方面综合分析，才能确定适宜的 合成途径。
1．香豆素的合成
• 邻羟基苯甲醛和乙酐在无水醋酸钠和碘催化作用下， 在180～190℃，保温4h，经减压蒸馏可得香豆素粗品， 乙醇中重结晶得精品。
1 通过形成碳-杂键完成环合。 2 通过形成碳-杂键和碳-碳键完成环合。 3 通过形成碳-碳键完成环合。
• 含一个或两个杂原子的五元和六元杂环以及它们的 苯并稠杂环，绝大多数是采用第一种或第二种环合 方式成环的。可见，杂环的环合往往是通过碳-杂键 的形成而实现。从键的形成而言，碳原子与杂原子 之间结合成C—N、C—O、C—S键要比碳原子之间 结合成C—C键要容易得多。
精细有机单元反应合成技术手册
精细有机单元反应合成技术手册精细有机单元反应合成技术是有机合成化学中非常重要的一个分支，通过该技术可以合成出高纯度、高质量的有机化合物，是有机化学领域的重要研究方向之一。
下面，本手册将详细介绍精细有机单元反应合成技术的相关知识。
精细有机单元反应合成技术是指针对有机化合物中特定的化学键或化学基团进行反应，以合成高纯度、高质量的有机化合物的技术。
其特点是化学反应条件温和，反应时间短，得率高，产品纯度高，适用范围广等。
二、精细有机单元反应的分类1、加成反应加成反应是指在有机化合物中，两个单体通过化学键的形式结合在一起，生成新的含有多个化学基团的有机化合物的反应。
常见的加成反应有有机酸酐的开环反应、氨基酸与酸酐的酰化反应等。
2、消除反应消除反应是指在有机反应中，有机分子中的两个基团通过一个化学键的断裂分离为两个分子的化学反应。
常见的消除反应有脱水反应、烷基化反应等。
3、取代反应取代反应是指有机化合物中原子或基团被其他原子或基团所取代的化学反应。
常见的取代反应有亲核取代反应、电子转移取代反应等。
4、重排反应重排反应是指在有机反应中，有机化合物中某些化学键的位置重新排列，生成新的有机化合物的化学反应。
常见的重排反应有Wittig重排反应、Hofmann重排反应等。
精细有机单元反应的研究是有机合成领域中非常活跃和重要的研究方向。
目前，有机合成化学的发展和技术的不断改进，加速了精细有机单元反应合成技术的研究。
研究的主要方向是开发新的精细有机单元反应，提高精细有机单元反应的反应选择性和反应效率，开发新的催化剂和溶剂，在实际应用中得到广泛的应用。
精细有机合成技术：N-酰化反应基本原理
第二节 N-酰化反应
间苯二胺与等摩尔的盐酸作用，生成间苯二胺的单盐酸盐，然后控制在 40℃以下加入过量5%的乙酐，将得到间乙酰氨基苯胺的盐酸盐。
将H-酸悬浮在水中，用NaOH调节pH为6.7～7.1，在30～50℃滴加稍过量的 乙酐可以制得N-乙酰基-H-酸。
在酰化剂分子中，X是—OH时，酰化剂是羧酸；X是—OCOR时，酰化剂是 酸酐；X是—Cl时，酰化剂是酰氯。
第二节 N-酰化反应
2. N-酰化影响因素 （1）酰化剂的活性的影响 酰化剂的反应活性取决于羰基碳上部分正电荷
的大小，正电荷越大反应活性越强。对于R相同的羧酸衍生物，离去基团X的吸 电子能力越强酰基上部分正电荷越大。所以其反应活性如下：
通常对于活泼的胺，化方法 第二节 N-酰化反应
1. 用羧酸的N-酰化 羧酸是最廉价的酰化剂，用羧酸酰化是可逆过程。
为了使酰化反应尽可能完全，并使用过量不太多的羧酸，必须除去反应生成 的水。如果反应物和生成物都是难挥发物，则可以不断地将反应生成的水蒸出； 如果反应物能与水形成共沸混合物冷凝后又可与水分层，则可以采用共沸蒸馏， 冷凝后使有机层返回反应器。也可以加苯或甲苯等能与水形成共沸混合物帮助脱 水。少数情况可以加入化学脱水剂如五氧化二磷，三氯化磷等。
第二节 N-酰化反应
由于酰化时生成的氯化氢与游离氨结合成盐，降低了N-酰化反应的速度， 因此在反应过程中一般要加入缚酸剂来中和生成的氯化氢，使介质保持中性或 弱碱性，并使胺保持游离状态，以提高酰化反应速度和酰化产物的收率。但是， 介质的碱性太强，会使酰氯水解，同时耗用量也增加。常用的缚酸剂有：氢氧 化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠及三乙胺等有机叔胺。但是，酰氯与氨或易 挥发的低碳脂肪胺反应时，则可以用过量的氨或胺作为缚酸剂。在少数情况下， 也可以不用缚酸剂而在高温下进行气相反应。
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1.浓硝酸作为硝化剂时，参加硝化反应的活性质点是NO2+，稀硝酸作为硝化剂时，参加硝化反应的活性质点是NO+。
是（邻对位）定位基；－COOH是（间位）定位基。
2.在芳香族的亲电取代反应中，苯环上的－OCH
3
3.（间歇操作）是将各种反应原料按一定的顺序加到反应器中，并在一定的温度、压力下经过一定时间完成特定的反应，然后将反应好的物料从反应器中放出。
4.在连续操作的反应器中，有两种极限的流动模型是（理想混合型和理想置换型）
10% 的发烟硫酸换算成硫酸的浓度是。
5.按照原料单体的种类和数目不同，缩聚反应可以分为（均缩聚、异缩聚、共缩聚）三类。
6.一氯苯的生产工艺经过了三个阶段的变革即（单锅间歇生产工艺、多锅连续生产工艺、塔式沸腾连续生产工艺）。
7.芳环的取代卤化属于亲电反应，在这个反应中，卤素做亲电试剂。
8.（芳伯胺）化合物转变成重氮化合物的反应称为重氮化反应。
9.在铁屑还原法还原硝基时，铁屑的高纯度对反应利。
10.羟基是第 1 类定位基。
三
1以季铵盐为例，简述相转移催化的原理，并画出示意图
在互不相溶的两相体系中，亲核试剂M＋Nu－只溶于水相而不溶于有机相，而有机反应物R－X＋只溶于有机溶剂而不溶于水相。
两者不易相互靠拢而发生化学反应。
在上述体系中加入季铵盐Q＋X－，它的季铵盐正离子Q+具有亲油性，因此季铵盐既能溶于水相又能溶于有机相。
当季铵盐与水相中的亲核试剂M＋Nu－接触时，亲核试剂中的负离子Nu－可以同季铵盐中的负离子X－进行交换生成Q＋Nu－离子对。
这个离子对可以从水相转移到有机相，并且与有机相中的反映物R－X发生亲核取代反应而生成目的产物R＋Nu－，在反应中生成的Q＋X－离子对又可以从有机相转移到水相，从而完成相转移催化的催化循环，使上述的亲核取代反应顺利完成。
2.在进行芳香族重氮化反应时，往往加入亚硝酸钠，然后再用淀粉－碘化钾试纸鉴定有过量的亚硝基存在时，再加入脲，把过量的亚硝基除去，才进行下一步的反应。
解释这一系列的变化并写出可能的反应方程式。
在重氮化时，要用到亚硝酸做重氮化试剂，而且在反应中应保持亚硝酸微过量，可用淀粉－碘化钾试纸检验，微过量的亚硝酸可以将试纸中的碘化钾氧化，游离出碘单质使试纸变为蓝色。
反应为
2HNO2 + 2KI +2H2O I2 +2kCl +2NO
而重氮化反应完毕，过量的亚硝酸对下一步反应不利，因此常加入尿素或氨基磺酸将过量的亚硝酸分解
掉，或加入少量的芳胺，使之与过量的亚硝酸作用。
反应为：
H2N-C O-N H2 + 2H N O2C O2 + 2N2 + 3H2O
3.苯甲酸与苯哪一个更容易硝化？为什么？
苯比苯甲酸更容易硝化。
因为苯环上的硝化反应是亲电取代反映，苯环上电子云密度越高对反应越有利，而羧基－COOH的诱导效应和共轭效应都是吸电子的，它使苯环上的电子云密度降低，所以苯甲酸不易硝化。
4.在苯的氯化反应中，为什么不希望原料中含有水。
水的存在会大大降低有机物中催化剂三氯化铁的浓度，使反应速度减慢。
因为水与反应生成的氯化氢作用生成盐酸，它对催化剂三氯化铁的溶解度，大大超过有机物对三氯化铁的溶解度。
实验证明，苯中的含水量大于千分之二时，氯化反应将不能进行。
五．写出由苯制备苯胺－2，4－二磺酸的合成路线，各步反应的名称，磺化反应的详细名称以及反应的大致条件。