第一章 精细有机合成

有机化学
化工原理 有机合成
精细化工工艺学
基础课
专业基础课
专业课
有机合成是化学中最具有创造性、又最具实用性的一门学科。 有机合成是有机化学的中心，也是有机化学中最富有活力的分支学科。
➢ 有机合成不但能够合成自然界中已有的任何分子，而且还可 以有意识地、有目标地制备人们所期望的，具有各种特定功能 的新型化合物分子。
HOCH2CH2OH
H2C
O
CH2 +CaCl2 +H2O
O
催化剂（Ag）
2CH2=CH2 + O2
2 H2C
CH2
哪条路线符合原子经济学说和绿色合成的要求？
合成路线的选择原则：
1，原料是否易得
2，操作是否易行 3，总收率是否最高
易于工业化生产
4，环境是否友好
5，经济是否合理
1996年，美国斯坦福大学Wender教授对理想的有机合成提出 了完整的定义：
➢ 实验预习及实验操作：50% ➢ 完成实验报告：50%
导言
化学是中心科学，而合 成则又是化学的中心。这一 似乎有些夸张的提法恰好表 达了合成化学的重要意义。 从哲学角度讲，合成不仅是 认识世界的一种重要手段， 更是人类改造世界和创造全 新物质世界的专门学科。另 一方面，合成化学对发展经 济、提高社会生产力显然起 到不可替代的重要作用。
1.1.1 什么是有机合成 1.1.2 基本有机合成工业
和精细有机合成工业 1.1.3 有机合成路线设计
为科学技术的发展、社会进步、改善人们的物质文明生活提 供具有各种性能的分子，并建立有效的生产方法。 ➢ 实现有价值的已知化合物的高效率生产。 ➢ 创造新的有价值的物质和材料。
1.1.1 什么是有机合成
奖。
§1.2 有机合成简要发展历史
1.2.2 煤焦油合成时代
1856年帕金
H3C
（W.H.Perkin)合成苯胺紫 PhHN
1868年合成第一个人造香料 香豆素。
1868年格雷贝（C.Graebe) 合成茜素
1877年勒克合成酚酞
1878年拜耳（A.V.Baeyer) 合成靛蓝
十九世纪中后期，从煤焦油
精细有机合成
Fine Organic Synthesis
考核方式
1. 理论教学课程：32学时，2学分
➢ 平时成绩：40%
课程考勤（20%） 完成作业（10%） 一次课堂小测验（10%）
➢ 考试成绩：60% 注：本课程随机考勤8次，缺勤4次以上本课程直接不及格，
每缺勤1次扣5分
2. 实验课程：8学时（2次实验），0.5学分
❖ 精细有机合成（工业）：就是利用上述基本 有机合成工业所得到的有机原料，通过各种有机 中间体的制备，最后合成出具有特定用途的小批 量、高纯度化学品的工业。如医药、香料、染料 和农药等等。 许多精细化学品的结构相当复杂，绝不能由有 机原料通过一步反应而生成，通常需经过一系列 的单元反应比如卤化、缩合、氧化、磺化、硝化、 还原等。
有机合成化学 是有机化学中最富有活力的分支学科
有机合成化学家的目的： （ 1）在实验室内用人工的方法来复制自然界
的产物，用以证明它的结构。 （2）根据人们的需要来改造有机分子结构或
创造出全新的结构。
近代有机合成的功绩首推Robert Robinson: （1）化学结构和反应性及反应过程之间的关系 （2）将机理分析应用于有机合成。 （3）使有机合成第一次成为一门课程。
C-烷化 硝化
高压液相碱性水解
CH(CH3)2 氧化
CH3 H3C C O OH
OH
脱羧 COOH
酸解 水解
NO2
还原
NH2 重氮化
N2+Cl-
氧化 CH3
有机合成的选择性
（1）化学选择性： 试剂对不同官能团的选择性反应。
（2）区域选择性： 试剂对于一个反应体系的不同部位的进攻， 也可以是对两个处于不同位置的两个完全相同 官能团的选择性进攻。
中合成出许多染料和药品来， 进入了一个称之为“煤焦油合 成时代”的时期。
N
CH3
N
NH2
Cl
苯胺紫
CH3
HO O OH
OH
O 茜素
HO N
N OH
靛蓝
OO
香豆素
OH
COOH
酚酞
§1.2 有机合成简要发展历史 1.2.3 有机合成的全方位飞速发展时代
到二十世纪上半叶，石油的利用 和石油化工的发展，使得有机合成有 了一个更为坚实的基础，到了一个全 方位的飞速发展时代。
合成化学是分子科学的最具创造性的分支。
Topology in Chemistry: Designing Möbius Molecules R. Herges, Chem. Rev. 2006, 106, 4820
1828年，德国化学家维勒(Wohler)人工合成尿素， 揭开了有机合成的序幕。
相关课程之间的联系
§1.2 有机合成简要发展历史
1.2.4 有机合成艺术时代
以Robert Burns Woodward为代表的有 机合成艺术时代。
当然，一些特殊情况下，由结构较为复杂的有机物 经降解（Degradation）反应生成结构相对更为简单 的有机物的过程亦属此列。
有机合成化学是研究有机合成反应的基本规律，以 及将其应用于有机合成实践中的基本规律为主要内容的 一门科学。
有机合成作用
证明化合物的结构。 为理论研究提供具有特定结构的化合物，用以验
[Ph3AsCH2CHO]+Brn C15H31
K2CO3,THF Et2O(3:7)
CHO
R2 R1
R3
OH
(CH3)3CCO2H,Ti(OPr)4
R2 O
CH2Cl2, 20 C
R3
R1 OH
1.2 有机合成简要发展历史
1.2.1 有机合成的形成初期
1828年韦勒偶然由加热氰酸铵得到尿素， 被认为是有机合成的第一人。
（3）立体选择性 包括:顺反异构的选择性和对映面的选择性等。
OAc Br
n
+ NaCH(CO2CH3)2
(1)
CH3O2C
DMF CH3O2C
(2) Br (Ph3P)4Pd
(3)
Br
Mo(CO)6
OAc n
OAc CO2CH3
n
CO2CH3
CH3O2C CO2CH3
n
CH3(CH2)14CHO
1.1.3 有机合成路线设计
好的合成反应的评价标准：最大的成功机率+最经济的路线
（1）高的反应产率（收率高）：反应产物单一，副产物易分离 （2）合成路线短：1896年颠茄酮合成路线多达21步，总收率只有
0.5% （3）温和的反应条件：操作简便 （4）优异的反应选择性，包括化学选择性、区域选择
性和立体选择性等 （5）能源消耗低:节能经济 （6）易于获得的反应起始原料：来源丰富、价廉易得 （7）尽可能是化学计量反应向催化循环反应发展：原子经济学说（反应
证理论。 1. 为纯理论研究服务。包括理论研究和新反应
的研究。 2. 为寻找具有特殊性能的化合物而做的开拓性
的研究工作所进行的合成工作。 为人类社会提供具有各种性能的功能化合物，并
建立有效的生产方法。 巨大复杂的天然化合物的人工合成，吸引人类认
识自然、学习自然和向自然挑战。
1.1.2 基本有机合成工业 和精细有机合成工业
出版社，2000 ➢ 6.钱旭红主编. 工业精细有机合成原理.化学工业
出版社，2001
➢ 7. 王利民主编. 精细有机合成新方法.化学工 业出版社，2004
➢ 8. 薛永强编著.现代有机合成方法与技术（第 二版）.化学工业出版社，2005
➢ 9. 张招贵编著. 精细有机合成与设计.化学 工业出版社，2001
特点：生产规模大，产品结构相对稳定，技术比较成熟、 产品附加价值相对较小。
CH2CH2 + H2O
H3PO4/硅 藻 土 285-305oC, 21atm
CH3CH2OH
O
+
O2
V2O5/SiO2 300oC, 21atm
O
O
玉米芯
H2SO4
加热
CHO O
特点：产品品种多、产量较小、专用性强、技术比较复杂多变、 更新换代快、产品附加价值高，
第一章 绪 论
1.1 有机合成的目的和任务 1.2 有机合成的发展状况 1.3 有机合成的现代成就 1.4 有机合成的发展趋势 1.5 精细有机合成的原料来源 1.6 精细有机合成的主要单元反应 1.7 精细化学品的定义、分类和特点 1.8 精细化工的发展趋势
1.1 有机合成的目的和任务
就是利用天然资源或工业生产中形成的简单分子， 通过一系列化学反应合成得到各种复杂结构的天 然的或非天然的有机化合物。 它是向现代社会提供医药、农药、香料、染料 和各种有机材料的基本源泉， 它也是合成新分子捕捉我们欢笑和想象力的最 具创造性的科学领域之一。
一般说来，有机合成是指从原料（单质、无机物或 简单的有机物）经由一系列化学反应制备结构更为复杂 的有机物的过程。
Advanced Formulations & Materials Designer Molecules
导言
化学是一门实验科学，化学家们必须不停地继 续寻找新的分子，并且试着合成他们，这是化学家 们永远不应当放弃的基础科学。
没有合成化学和合成化学家，就不会有新的分 子来捕捉我们的幻想和想象，就不能为化学研究的 创造性能量开辟释放的出路。没有合成化学，难以 想象化学是一门有生命力的知识领域。
❖ 基本有机合成（工业）：又称重有机合成（工 业），化学工业的一个部门。一般指利用化学 合成的方法将廉价易得的天然资源（如煤、石 油、天然气等）及其初步加工品和副产品（如 电石、煤焦油、渣油等）加工成最基本的有机 原料——八大基本化工原料（如乙烯、丙烯、 丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘等）以 及由上述原料再加工成化学工业各部门和其他 有关工业所大量需用的重要有机原料（如乙醇、 甲醛、乙酸、丙酮、苯酚、苯酐等）的工业。