有机合成设计
有机合成教学设计(教案)
一、教案基本信息1. 课程名称：有机合成教学设计2. 适用年级：高中化学3. 课时安排：每章2课时（共10课时）4. 教学目标：a. 了解有机合成的基本概念、方法和意义b. 掌握有机合成反应的基本原理和步骤c. 能够分析有机合成反应的类型和特点d. 能够设计简单的有机合成实验方案二、教学内容与安排第一章：有机合成概述1. 有机合成的概念2. 有机合成的重要性3. 有机合成的方法第二章：有机合成反应原理1. 碳碳键的形成与断裂2. 有机合成反应类型3. 有机合成反应条件第三章：有机合成实验操作1. 有机合成实验基本操作2. 有机合成实验常用仪器3. 有机合成实验安全注意事项第四章：有机合成实例分析1. 实例一：乙酸乙酯的合成2. 实例二：苯的硝化反应3. 实例三：醇的氧化反应第五章：有机合成实验设计1. 实验设计基本步骤2. 实验设计注意事项3. 实验评价与反思三、教学方法与手段1. 讲授法：讲解有机合成的基本概念、原理和反应类型2. 演示法：展示有机合成实验操作和实验现象3. 实践法：学生动手进行有机合成实验4. 讨论法：引导学生分析有机合成实例和实验结果四、教学评价1. 课堂问答：检查学生对有机合成基本概念的理解2. 实验报告：评估学生在有机合成实验中的操作能力和实验结果3. 小组讨论：评价学生在讨论中的参与程度和思考深度4. 期末考试：全面测试学生对有机合成知识的掌握程度五、教学资源1. 教材：《有机化学》2. 实验器材：试管、烧杯、滴定管等3. 教学课件：有机合成基本概念、原理和实例分析4. 网络资源：有机合成相关的研究论文和实验方法六、有机合成策略与规划1. 有机合成策略的选择2. 合成路径的优化3. 有机合成规划实例七、有机合成中的催化剂与催化反应1. 催化剂的作用原理2. 常见有机合成催化剂3. 催化反应条件的选择八、现代有机合成技术1. 绿色有机合成技术2. 微波辅助有机合成3. 有机合成技术的发展趋势九、有机合成实验技能提升1. 有机合成实验技巧2. 有机合成实验中问题的解决3. 有机合成实验数据的处理与分析十、有机合成的应用与案例分析1. 药物合成中的应用2. 材料合成中的应用3. 有机合成案例分析与讨论十一、有机合成实验方案的设计与评价1. 实验方案设计的要求和步骤2. 实验方案的评价指标3. 实验方案设计的案例分析十二、有机合成的放大与工业生产1. 有机合成放大的原则和方法2. 有机合成工业生产的技术和设备3. 有机合成工业生产的案例分析十三、有机合成安全与环保1. 有机合成中的安全问题2. 实验室安全事故的处理3. 有机合成与环境保护十四、有机合成实验的数字化教学1. 数字化教学资源的使用2. 虚拟实验室的应用3. 在线实验教学的设计与实施十五、有机合成实验课程教学反思与改进1. 教学效果的评价与反思2. 教学方法的改进与创新3. 课程持续改进的计划与实施重点和难点解析本文档详细地设计了有机合成教学的整个课程，从基本概念、原理、实验操作到策略规划、催化反应、现代技术应用，再到实验方案设计、放大生产、安全环保，到数字化教学和课程反思，形成了一个全面、系统的教学体系。
有机合成实验设计教案：介绍设计实验的思路,阐述实验步骤的合理性及其对于组成化合物的影响
有机化学是化学科学的分支，它研究的是碳基分子的化学性质和反应机理。
有机合成实验是有机化学实验中的重要组成部分，是学生们理论知识的实践应用，帮助学生深入理解有机化学反应和机理，并掌握有机合成的基本操作和技能。
本文将为读者介绍有机合成实验设计教案的思路、实验步骤的合理性以及其对有机化合物组成的影响。
一、实验设计思路在有机合成实验的设计中，我们应该遵循以下步骤：1.明确实验目的：首先要明确实验的目的，确定将要合成的化合物类型和性质，为实验的顺利进行提供方向。
2.选择反应类型：根据实验目的选择一个适宜的化学反应类型，给出实验的反应方程式。
3.分析反应机理：通过分析反应机理来制定实验步骤明确反应过程中可能发生的问题以及如何避免和解决这些问题，为实验顺利进行提供保障。
4.确定实验步骤：根据反应方程式和分析的反应机理，制定具体的实验步骤和时间，以确保实验步骤的合理性和操作的安全性。
5.考虑合成的成本：在实验设计的过程中，应该考虑到合成所需的原料、试剂、仪器及设备以及反应的操作条件，从而确定实验的成本估算以及实验结果的准确性。
二、实验步骤的合理性在有机合成实验的步骤设计中，我们应该遵循以下原则：1.实验步骤应该合理、简便、安全：实验步骤应该尽量简单，而且操作简便，保证实验的安全性。
2.设备及试剂应该先检查，再选用：在实验中选用仪器设备时，我们应该先检查是否完好，再进行选择；选用试剂之前，我们应该再三检查它们的干燥性和纯度，以确保实验准确无误。
3.反应条件应该适宜：实验中的反应条件应该恰当，调整好反应温度、反应时间和反应液体的pH值。
如果反应条件不对，就会导致反应失败和误差增大。
4.化合物的提取和纯化应该规范：实验中的化合物提取和纯化应该规范、合理，以确保化合物的纯度和质量，避免对后续实验和波谱分析产生干扰。
三、实验步骤对组成化合物的影响实验步骤的合理性直接影响化合物的组成和质量，因为每个实验步骤的特点，都会影响实验的结果。
《有机合成路线设计》课件
保在合成过程中的有效性和安全性。
03
有机合成路线的优化
选择性优化
01
02
03
选择性优化是指在有机合成过程 中，通过选择合适的反应条件和 试剂，提高目标产物的选择性， 降低副产物的生成。
常见的选择性优化方法包括控制 反应温度、调节pH值、使用催 化剂等。
选择性优化可以显著提高有机合 成的效率和产物的纯度，降低分 离和提纯的难度。
条件优化
01
条件优化是指在有机合成过程中，通过调整反应条件，如温度 、压力、溶剂、浓度等，提高目标产物的产量和纯度。
06
有机合成路线设计的 前景与展望
有机合成路线设计的发展趋势绿色合成方法随着环保意识的提高，有机 合成路线设计正朝着更加绿 色、环保的方向发展，旨在 减少废物产生和能源消耗。
计算机辅助设计
利用计算机模拟和人工智能 技术进行有机合成路线设计 ，能够大大提高设计效率和 成功率。
高选择性催化剂
开发高效、高选择性的催化 剂是有机合成的重要方向， 有助于简化反应条件和减少 副产物的生成。
有机合成中的常见反应类型
总结词
常见的有机合成反应类型包括氧化反应、还原反应、加 成反应、取代反应和聚合反应等。
详细描述
氧化反应是通过添加氧原子或氧基团来增加分子中的氧 含量；还原反应则是通过去除氧原子或氧基团来降低分 子中的氧含量。加成反应是通过将小的有机分子连接到 较大的有机分子上来构建更复杂的分子；取代反应则是 通过替换有机分子上的一个或多个原子或基团来改变其 化学性质；聚合反应则是通过重复添加单体分子来构建 更长的聚合物链。
有机合成设计
有机合成设计导言有机合成是一门综合化学的领域，旨在通过有机化学反应，将简单的有机化合物转化为目标化合物。
有机合成设计是该领域中至关重要的一部分，它涉及选择适当的反应路径、反应条件和催化剂，以实现高产率和高纯度的产物合成。
本文将深入探讨有机合成设计的关键原则和最新发展。
一、有机合成设计的关键原则1.1 目标分析在进行有机合成设计之前，首先需要对目标化合物进行全面分析。
这包括理解目标化合物的结构、性质和用途，确定其在反应过程中的稳定性和活性。
此外，还需评估合成路径的可行性、成本和环境友好性。
1.2 反应路径选择选择适当的反应路径是有机合成设计中的重要一步。
反应路径应满足以下要求：•化学反应尽量选择可逆反应，以提高产率和减少废弃物的生成。
•选择具有高收率和高选择性的反应。
•考虑反应条件中的温度、压力和溶剂等因素。
1.3 催化剂选择催化剂在有机合成中起到至关重要的作用。
正确选择适当的催化剂可以提高反应速率和选择性，降低反应温度和能耗。
常见的催化剂包括金属催化剂、酶催化剂和有机催化剂。
二、有机合成设计的最新发展2.1 C-H键官能化C-H键官能化是一种高效的有机合成策略，可以直接将C-H键转化为C-X键（X代表官能团）。
这一策略避免了传统方法中需要引入保护基的步骤，简化了合成路径，提高了反应效率。
近年来，许多新的C-H键官能化反应和催化剂得到了开发，为有机合成设计带来了新的可能性。
2.2 基于多组分反应的合成多组分反应是一种将多个底物同时参与反应的方法，可以在一步内合成多个化学键，有效提高合成效率。
随着多组分反应机理和新的催化剂的不断发展，这一策略在有机合成设计中得到了广泛应用。
2.3 反应条件的优化为了减少废弃物的生成和节约能源，反应条件的优化至关重要。
绿色合成已经成为有机合成设计的重要方向之一。
通过选择可再生溶剂、降低反应温度和压力，以及减少有毒试剂的使用，可以实现更可持续、环境友好的有机合成。
2.4 人工智能在有机合成设计中的应用近年来，人工智能在有机合成设计中的应用取得了显著进展。
有机合成设计-1
第一章：有机合成设计概论“有机合成设计”是指在有机合成的具体研究工作中对拟采用的各种方法进行评价和比较，从而确定一条最经济有效的合成路线；合成设计的思想方法和原理也属于有机合成的逻辑学范畴，它包括了对已知合成方法的归纳、演绎、分析和综合等逻辑思维形式，以及对研究中意外出现的结果所作的创造性思维方式。
“有机合成设计”实际上就是有机合成的方法论。
一、有机合成设计三种策略：1、利用新反应的策略关键是如何将新反应组织到一个合成路线的关键步骤中去Sharpless－AE反应：不对称环氧化反应D-(-)-tartrate"O"L-(+)-tartrate M e3C O O H, T i(O P r i)4C H2C l2, -20o C70%-90%OR1R2R3O H>90%eeC10H21O H(-)-D E TC10H21O HOHHC10H21OHH(+)-D isp arlu re T i(O P r i)4t-B u O O H取代咪唑烷作为四氢叶酸的模拟物转移单碳结构：N H N H2N NHRT sM e+C H C NN HNH HR2、 由原料而定的策略：关键是如何充分利用原料的结构特征及反应特性葡萄糖用于白三烯A4的合成：O H OHHPHP O O HM sO O C H 3H C l23OOHHC O O C H3以L-谷氨酸合成(+) or(-)-Butyl nonoctaeHO O CC O O N H 2H2(+)-b u ty l n o n o ctate2(-)-b u ty l n o n o ctate3、特定目标分子的合成策略：有机合成设计最常遇到的情况，以上两种情况最终都会归结到一个特定目标分子的合成有机合成的目标分子包括天然的与非天然的有机化合物。
二、有机合成设计的三个步骤：1、对目标分子的结构特征和已知的理化性质进行收集和观察，由此可以简化合成或避免不必要的弯路角鲨烯：30个碳，具有中心对称性，可以从中间向两边对称合成C H O C H OL i+2C H OO H C同上CH O C H O前列腺素E2分子中β－羟基酮体系不稳定，因此在合成时应把这一结构单元的形成放在最后几步：HH2、在对目标分子考察的基础上，采用反合成分析的方法，倒推出合成目标分子的各种路线和各种易得起始原料。
《有机合成》教学设计(全国优质课获奖案例)
《有机合成》教学设计(全国优质课获奖案例)第四节有机合成（第二课时）一、新课程标准要求⑴举例说明烃类物质在有机合成和有机化工中的重要作用。
⑵认识卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯的典型代表物的组成和结构特点，知道它们的转化关系。
二、教学背景分析1．研究内容分析:有机合成是有机化学服务于人类的桥，是有机化学研究的中心，是化学工作者改造世界、创造未来最重要的手段。
有机合成是有机物性质的应用，要求学生在前两章及本章前三节的研究基础之上熟练掌握好各类有机物的组成、结构、性质、相互衍生关系以及重要官能团的引入和消去等基础知识，同时对本节第一课时有机合成的过程要有初步掌握。
本节课教学要帮助学生学会运用逆合成分析法设计有机化合物合成路线的基本技能，旨在培养并提高学生综合运用所学知识解决实际合成问题的能力，为学生顺利研究本模块第五章进入合成有机高分子化合物时代及选修一《化学与生活》的研究奠定基础，同时使学生认识到合成的有机物与人们生活的密切关系，对学生渗透热爱化学、热爱科学的思想教育。
2.学生情况分析：学生已有的认知学生已有的研究能力学生研究心理的期待群体中的个体差异三、本节课教学目标1.知识与技能：使学生掌握有机物的性质及转化关系，研究逆合成基本原则及其应用2.进程与方法：①通过小组讨论、归纳、整理知识，培养学生对有机物性质和官能团转化方法的归纳能力。
②通过与生活实际相关的有机物的合成方法的研究，培养学生的逆合成分析法的逻辑思维能力以及信息迁移能力。
3.情感、态度与价值观：①体会新物质的不断合成是有机化学具有特殊的科学魅力，对学生渗透热爱化学的教育。
②培养学生将化学知识应用于生产、糊口实践的意识。
③加强学生的沟通能力和合作进修能力；以化学主人翁的身份体会化学学科在生产、糊口中的实用价值，激起进修化学的兴趣。
四、讲授设计流程与讲授设计（一）讲授设计实际依据布鲁纳认知结构理论、皮亚杰建构主义研究理论、维果茨基“最近发展区”理论。
有机合成路线设计 (1)
(2)根据反应中的特殊条件进行推断 ①NaOH的水溶液：卤代烃、酯的水解反应。 ②NaOH的醇溶液：卤代烃的消去反应。 ③浓硫酸，加热：醇的消去、成醚、酯化；苯环的硝化。 ④溴水或溴的CCl4溶液：烯烃、炔烃的加成。 ⑤O2/Cu或Ag，加热：醇的催化氧化。 ⑥新制的Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液：醛被氧化为羧酸(或羧酸盐)。 ⑦稀硫酸：酯的水解；糖、蛋白质等的水解。 ⑧H2，催化剂：烯烃、炔烃、苯环、醛、酮的加成。 ⑨卤素，光照：烷烃、苯环侧链烷基上氢原子的取代。 ⑩卤素，催化剂：苯环上氢原子的取代。
【模型构建】 有机合成
合成的任务
构建碳骨架 增长和缩短、成环等过程 官能团的引入、转化、消除及保护
合成路线的设计
原则
成本低、产率高 环境友好、路线短
方法 逆向设计合成路线
【学习评价】 教材P92
分析： 切割法
OH 苯甲酸 H
Cl 苯甲醇
碳氧双键一端补—OH，形成—COOH；另一端补上H，形成—OH。
苯甲酸甲酯的合成路线设计：
KMnO4溶液
Cl
Cl2,光照
OH
苯甲酸
H
NaOH溶液∆
苯甲醇
浓H2SO4 ∆
CCl3
发生在苯环侧 链上的取代
最后一步 引入硝基
取代反应
还原反应
引入酰胺基 逆推得出F的结构
抓住物质的碱性，讨论物质的碱性对该反应产生的影响。
（3）合成路线分析
目标产物
模仿第⑤步
NH2
原料反应物
1. CH2=CH2 +H2O
《有机合成》的教学设计
《有机合成》的教学设计《有机合成》是化学领域的一门重要课程，其内容涵盖了有机分子的合成方法、反应机理等方面的知识。
通过学习这门课程，学生可以了解有机合成的基本原理和方法，培养其合成有机物的能力，为日后从事有机化学领域的研究和工作奠定基础。
下面我将介绍一份针对《有机合成》这门课程的教学设计。
一、教学目标1.理论目标：让学生掌握有机合成的基本原理和方法，了解各种有机反应的机理和条件，培养学生分析有机合成问题的能力。
2.技能目标：培养学生动手合成有机化合物的能力，提高学生的实验操作技能。
3.应用目标：通过案例分析，让学生了解有机合成在药物、材料等领域的应用，引导学生将所学知识应用到实际工作中。
二、教学内容1.有机合成的基本原理和方法2.化学反应的机理和条件3.有机合成的实验操作技能4.有机合成在各领域的应用案例分析三、教学方法1.理论讲授：通过课堂教学，讲解有机合成的基本原理和方法，介绍各种有机反应的机理和条件。
2.实验操作：设计一系列有机合成实验，让学生动手操作合成有机化合物，提高他们的实验操作技能。
3.案例分析：选取一些有机合成在药物、材料等领域的应用案例，进行分析和讨论，引导学生了解有机合成在实际工作中的应用。
四、教学过程1.第一阶段：介绍有机合成的基本原理和方法在这个阶段，首先要为学生介绍有机合成的基本原理和方法，包括有机反应的基本类型、反应的机理和条件等内容。
通过清晰的讲解和示例，让学生建立起对有机合成的基本认识。
2.第二阶段：实验操作和技能培养设计一些与课程内容相关的有机合成实验，让学生亲自动手操作合成有机化合物。
通过实验操作，提高学生的实验操作技能，培养他们动手合成的能力。
3.第三阶段：案例分析和应用讨论选取一些有机合成在药物、材料等领域的应用案例，进行案例分析和讨论。
通过实际案例的展示，引导学生将所学知识应用到实际工作中，培养他们解决实际问题的能力。
五、教学评价1.课堂表现评价：通过课堂讨论、小组讨论等方式评价学生的理论掌握情况和思维能力。
有机合成路线设计知识点
有机合成路线设计知识点有机合成是化学领域中的一个重要分支，涉及了许多有机化合物的合成方法和路线设计。
合成路线的设计对于高效、经济地合成目标化合物至关重要。
本文将介绍有机合成路线设计的几个关键知识点。
一、目标合成目标合成是有机合成路线设计的起点。
在进行目标合成之前，需要明确所欲合成的目标化合物，并在实际合成中对其物质性质、应用价值等进行评估。
此外，还需要考虑目标合成的可行性和难度，确定是否需要寻找替代合成路径。
二、反应途径选择在进行有机合成路线设计时，需要选择合适的反应途径。
这需要根据反应类型、反应条件和底物的特性等因素进行综合考虑。
通常可以从可用的反应类型中选择适合的反应，例如羧酸的酯化反应、烯烃的氢化反应等。
三、截断和扩展在合成路线设计中，有时需要进行截断和扩展操作。
截断是指将目标化合物分解成若干中间体，然后逐步合成目标化合物的过程。
扩展是指通过添加反应或转化步骤，将中间体转化为更复杂的化合物。
四、过渡金属催化反应过渡金属催化反应在有机合成中扮演着重要角色。
这些反应通常通过引入过渡金属催化剂，促进底物之间的反应，从而实现目标化合物的合成。
常见的过渡金属催化反应包括钯催化的羧酸脱羧反应、铜催化的偶联反应等。
五、保护基策略在有机合成中，保护基策略是一种重要的技术手段。
有时，为了防止底物在反应中发生不必要的副反应，需要在特定位置引入保护基。
通过保护基的引入和去除，可以实现对特定位点的选择性反应。
六、放大和改进在合成路线设计完成后，通常需要对合成路线进行放大和改进实验。
这是为了验证路线的可行性并优化合成条件。
通过放大实验，可以确定反应体系的适用范围和合成反应的反应条件。
改进实验则旨在找到更高效、更经济的合成方法。
七、副反应和副产物处理在有机合成中，副反应和副产物是无法避免的。
它们可能会影响合成产率和纯度，甚至对环境造成一定影响。
因此，在合成路线设计中，需要对可能出现的副反应和副产物进行充分的考虑，并采取相应的措施进行处理。
有机合成路线设计
有机合成路线设计有机合成是化学学科中一个非常重要的分支，是制备各种化合物和药物的关键技术。
有机合成路线是指从原料开始，经过一系列的步骤，最终制备目标化合物的过程。
本文将介绍有机合成路线设计中的一些基本概念以及设计路线的一般原则。
基本概念原料在有机合成路线设计中，原料是指制备目标化合物的起始化合物。
有机化学中常见的原料包括芳香化合物、醇类、醛类、酮类、酰胺类、胺类、烃类等。
中间体中间体是在化学反应中形成的、不是最终产物的化合物。
中间体可以通过一系列反应逐步转化为目标化合物。
通常情况下，中间体是比原料更复杂的化合物。
反应物反应物是指在化学反应中参与反应的化合物，通常是原料或中间体。
反应物要求在相应的条件下进行化学反应，从而得到下一步反应所需的中间体。
产物产物指化学反应的最终产物，也就是我们制备的目标化合物。
在有机合成路线设计中，我们需要根据产物的结构和性质，逆向推导出一些具有合适反应性质的中间体和原料。
路线设计的一般原则有机合成路线设计并不是一项简单的工作。
在设计过程中，需要根据目标化合物的结构和性质，选择合适的合成途径，并优化每一步反应的反应条件和反应物。
一般来说，有机合成路线设计应该遵循以下原则。
合理设计反应路径在有机合成路线设计中，一个化合物可以有多种形式和同分异构体。
因此，选择合适的反应路径非常重要。
针对不同化合物的不同官能团，我们需要选择具有特定反应性的反应物和反应条件。
单步反应条件要优化在有机合成路线中，每一步反应都要在合适的条件下进行。
一般来说，反应条件包括温度、时间、催化剂、溶剂等。
为了获得高收率和高纯度的产物，单步反应条件需要不断优化。
设计稳定和容易操作的反应条件在有机合成路线设计中，反应条件不仅要适合化学反应本身，还需要稳定和容易操作。
比如说，在设计反应溶剂时，需要考虑反应溶剂是否对化学反应有影响。
同时，我们也需要考虑反应溶剂是否有毒性、可燃性等安全问题。
避免产生废气和废水在有机合成路线设计中，我们要尽量避免产生废气和废水。
有机合成路线设计及优化策略
有机合成路线设计及优化策略概述：有机合成是化学领域中一项重要的技术，用于制备具有特定结构和功能的有机化合物。
合成路线的设计和优化对于提高合成反应的效率、最大程度地减少副反应和废物产生至关重要。
本文旨在探讨有机合成路线设计的基本原则和优化策略，帮助化学研究人员在有机合成中取得良好的效果。
一、有机合成路线设计的基本原则1. 反应选择：根据目标分子的结构和功能需求选择合适的反应类型，如取代、加成、缩合等，以实现所需的化学转化。
2. 原子经济性和原子利用率：尽量选择经济型反应，使得反应废物最小化，并充分利用所有原料中的原子。
3. 高收率：选择能够高产率地生成目标产品的反应，避免副产物的生成，减少废料的产生。
4. 低操作成本：考虑反应条件的温度、压力、催化剂的使用量等因素，以降低操作成本，并提高反应效率。
5. 安全性：合成过程中要注意反应的安全性，考虑副产品的毒性、易燃性等特性，确保实验过程的安全性。
二、有机合成路线优化的策略1. 反应条件的优化：改变反应的温度、压力、反应时间等条件，以提高反应效率和产物收率。
2. 催化剂的选择和优化：选择合适的催化剂，以提高反应速率和选择性。
优化催化剂的使用量和反应条件，减少副反应的发生。
3. 原料的优化：选择经济性好、易得的原料，避免使用昂贵的试剂或有毒有害的化合物，且考虑原料的容易处理性和废物产生。
4. 途径选择的优化：利用计算化学等方法，评估不同合成途径的优劣，选择更经济、高效的合成路径。
5. 副反应的控制：通过调整反应条件、添加副反应抑制剂或改变反应步骤等措施，控制副反应的发生以提高产物收率。
6. 重要中间体的高效合成：选择适当的中间体合成路径，减少合成步骤，提高整个合成路线的效率。
7. 合成路径的多样性：考虑不同的合成途径，以便在某些情况下替代原来的合成路线，降低成本并提高产物收率。
三、案例分析为了更好地理解有机合成路线设计和优化策略，以下是一个案例分析：目标分子：五氟化氧己烷（C6F10O）1. 反应选择：选择反应类型为取代反应。
有机合成设计
+
Suzuki-Miyaura 反应
R1 R3
R2 X
R1 R
3
R2 R
R
O
结构特点： 反式聚醚
CH3 CH 3 O O H H O
HO CH3 H O O H O H O H H H CH3 H
H
CH3 H
O
CH3
H
H O
O
O
H
H
O
H
CH3
Brevetoxin B
O R 1O 9-BBN-H OP R 1O
有机合成设计
The Design of Organic Synthesis
第一章：概论 第二章：目标分子的考察 第三章：反合成分析
第四章：合成路线的评价和选择
第五章：合成原料、砌块和手性源 第六章： 有机合成中的保护基 第七章、复杂天然产物合成举例
第一章：概论
第一节：有机合成
1.1什么是有机合成？ 有机合成是利用化学方法将单质、简单的无机物或简单的有机 物制备成较复杂的有机物的过程。
3、 特定目标分子的合成 三种情形的有机合成设计，需把握的关键点不同
1、利用新反应的有机合成设计 关键是如何将新反应组织到一个合成路线的关键步骤中去 （需掌握新反应的本质和适用范围）
Sharpless－AE反应：不对称环氧化反应
D-(-)-tartrate "O" R2 R1 R3 OH Me3COOH, Ti(OPri)4 CH2Cl2, -20oC 70%-90% R3 R1 O OH >90%ee
R2
"O" L-(+)-tartrate
C10H21 OH
有机合成设计
有机合成设计一、简介有机合成设计是有机化学的一个重要分支，主要研究如何通过有机合成反应来制备目标化合物。
在药物化学、材料科学、农药化学等领域中都有广泛应用。
本文将从有机合成设计的基本原则、策略和实践三个方面进行详细阐述。
二、基本原则1. 根据反应条件选择适当的反应类型在进行有机合成设计时，需要考虑反应条件对于反应类型的影响。
通常情况下，可以选择加成反应、消除反应、置换反应和重排反应等不同类型的有机合成反应。
2. 选择适当的试剂和催化剂试剂和催化剂是影响有机合成反应结果的关键因素。
在选择试剂和催化剂时，需要考虑其对于目标分子结构的影响以及对于环境的友好程度。
3. 考虑立体化学效应立体化学效应是指分子中空间结构对于分子性质和反应过程的影响。
在进行有机合成设计时，需要充分考虑立体效应，并尽可能利用其来控制产物结构。
4. 考虑保护基的选择和去保护反应在有机合成设计中，通常需要使用保护基来保护一些反应活性较高的官能团。
在选择保护基时，需要考虑其对于反应条件和产物结构的影响。
同时，在进行后续反应时，需要进行去保护反应。
三、策略1. 反应序列设计在有机合成设计中，可以通过设计一系列的化学反应来实现目标分子的合成。
这种方法通常被称为“反应序列设计”。
通过将多个有机合成反应组合起来，可以实现目标分子的高效、经济地合成。
2. 分子模块化策略分子模块化策略是指将目标分子拆分为若干个小分子，并通过不同的化学方法将其组装起来。
这种方法可以大大简化有机合成过程，并提高产物纯度和收率。
3. 多步连续流动合成多步连续流动合成是一种新兴的有机合成策略。
通过将多个有机合成步骤集成到一个连续流动系统中，可以实现高效、快速、可控的目标分子合成。
四、实践1. 反应条件优化在进行有机合成实验时，需要优化反应条件以提高反应效率和产物收率。
优化反应条件包括温度、溶剂、反应时间、试剂比例等方面。
2. 选择适当的试剂和催化剂在有机合成实验中，需要选择适当的试剂和催化剂来实现目标分子的合成。
有机合成路线设计总结
R C OCH3 H OCH3
缩醛（酮）：对还原剂、氧化剂、碱、格氏试剂稳定， 但对酸不稳定。
4. 羧基旳保护
R-COOH
5. 氨基旳保护
CH3OH / H+ H2O / H+或OH-
R-COOCH3
NH2 NH2
CH3COCl 或 (CH3CO)2O
NHCOCH3
邻对位基
H2O / H+或OH- +
醚：对格氏试剂、还原剂、氧化剂、碱稳定。
2. 酚羟基旳保护
OH
CH3I 或 (CH3)2SO4 HI，△
OCH3
苯甲醚：对碱、氧化剂、还原剂等稳定，但对酸不稳定。
3. 醛、酮、羰基旳保护
==
O R-C-R/
O R-C-H
HOCH2CH2OH / 干HCl H2O / H+
R CO R/ O
CH3OH H2O / H+
④ R-CH2X
H2O / OHPX3、PX5、SOCl2
RCH2OH
⑤ 格氏试剂合成法
HCHO ① RMgX / 无水乙醚
② H2O / H+
R/-CHO ① RMgX / 无水乙醚
R-CH2OH
R R/-CH-OH
② H2O / H+
=
O R/-C-R//
① RMgX / 无水乙醚 ② H2O / H+
X2
-X
FeX3 或Fe
H2SO4 + HNO3
-NO2 Fe + HCl
-NH2
H2SO4 ·SO3 或浓H2SO4
R-X AlCl3
O R-C-X AlCl3
-SO3H
有机合成路线设计的五大策略
有机合成路线设计的五大策略在有机合成化学领域，设计合成路线是一个至关重要的步骤，它直接影响到合成化合物的效率和可行性。
一个好的合成路线能够在尽可能短的时间内以最高的产率合成目标化合物，从而节省时间和资源。
本文将介绍有机合成路线设计的五大策略，帮助化学家更好地规划和优化合成路线。
策略一：反向规划在设计有机合成路线时，应该从目标化合物出发，逆向思维地考虑如何从简单的起始材料出发逐步合成目标化合物。
这种反向规划方法有利于确定合成路径上的关键中间体和合适的反应条件，节省合成的步骤和原料的使用，以提高合成效率。
策略二：功能团转化在设计有机合成路线时，可以利用功能团转化的策略，通过在分子中引入适当的官能团，将其在适当的条件下转化为目标官能团，从而实现目标化合物的合成。
这种策略可以帮助化学家设计出高效的合成路径，减少中间体的合成步骤。
策略三：立体控制合成化学中，分子的立体结构对其性质和活性有着重要的影响。
在合成路线设计中，应该注重立体控制，选择合适的合成方法和反应条件，控制产物的立体构型，以获得所需的产物构型和优异的化学活性。
策略四：保护基团策略有机合成中常用的保护基团策略是一种重要的合成策略，通过引入可移除的保护基团来保护分子中的特定官能团，以防止在反应中受到破坏。
这种策略可以帮助化学家在合成过程中有效地保护目标官能团，实现有机合成的顺利进行。
策略五：反应优化在合成路线设计中，应该注重反应条件的选择和优化，包括反应溶剂、温度、反应时间、催化剂等因素的调节，以提高反应的效率和选择性。
通过合适的反应优化，可以缩短合成路线，减少副产物的生成，提高产率和纯度，从而实现高效合成目标化合物。
综上所述，有机合成路线设计是一个复杂而关键的工作，需要化学家综合考虑各种因素并灵活运用不同的策略。
通过反向规划、功能团转化、立体控制、保护基团策略和反应优化等五大策略的应用，可以帮助化学家设计出高效、可行的有机合成路线，实现复杂有机分子的合成，推动有机化学领域的发展与进步。
有机合成路线的设计
有机合成路线的设计有机合成是指将有机化合物的原料经过一系列化学反应，逐步转化为目标化合物的过程。
有机合成路线的设计是指为了合成一些目标化合物，确定一系列反应步骤和条件，使原料逐步转化为目标产物。
下面将详细介绍有机合成路线设计的步骤和注意事项。
首先是目标分子的选择，根据最终需要合成的目标化合物，确定目标分子的结构和功能。
这需要综合考虑目标分子的价值、用途、合成难度和目前所掌握的合成方法等因素。
第二步是确定反应途径，根据目标分子的结构和功能，结合已有的有机合成方法和技术，确定适合的反应途径。
这包括了反应类型的选择，如加成反应、消除反应、重排反应等，以及反应的顺序和条件等。
第三步是选择中间体和保护基团，有机合成中常常需要合成多个中间体，再通过一系列反应步骤逐步转化为目标产物。
为了保证合成顺利进行，需要选择合适的中间体和保护基团。
中间体的选择应基于中间体的稳定性、合成难度和转化效率等因素。
保护基团的选择则是为了保护一些特定的官能团，防止其在合成过程中与其他试剂发生反应。
第四步是反应步骤的优化，根据已有的有机合成方法和技术，确定每一步反应的条件和试剂。
优化反应步骤考虑到反应的效率和选择性，以及反应物和产物的稳定性等因素。
这个过程中可能需要进行试验和优化多次，以找到最佳条件。
最后，是条件的确定，根据已有的有机合成方法和技术，确定合成路线中每一步反应的温度、压力、溶剂、催化剂等条件。
这些条件的确定需要考虑反应的效率和选择性，以及废物的产量和环境友好性等因素。
在进行有机合成路线设计时，还需要注意以下几点：1.合成步骤的简化和优化：尽量精简合成步骤，减少中间体的合成和纯化次数，以提高合成效率和产率。
2.反应条件的可操作性：合成路线中的反应条件应易于操作和控制，以确保合成的可行性和可重复性。
3.副反应的控制：考虑不同反应条件下的副反应可能性，并采取措施加以控制，以提高产物纯度和选择性。
4.废物产量的控制：考虑反应废物的产量和生成的环境风险，尽量选择环境友好的反应条件和试剂，减少废物产量。
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无论是何种策略，Corey在反合成思考中是很重视对 目标物“分子复杂度（molecular complexity）”的逐步 减小。 所谓分子复杂度是由分子的大小（molecular size）、 所有的元素和官能团、环的结构和数量（Corey 把这种 cyclic connection 就称为 topology）、立体中心的数 目或密度、化学活泼性与结构稳定性（即动力学和热力学 稳定性）等各种因素综合组成的。一个复杂分子的成功的 合成就在于对其进行反合成分析时，正确的逻辑推导以逐 步减少分子复杂度。
有机合成设计
1 有机合成几种策略 2 有机合成设计原理 3 反向合成法基本概念 4 反向合成法切断技巧 5 几类重要化合物的合成路线设计 6 碳环切断与合成路线设计
有 机 合 成
反应,方法和技术
原料
单质、 简单无机物、 简单有机物
新的有机物
目标分子(TM)
有机合成几种策略
由原料决定的有机合成策略 由化学反应决定的有机合成策略
由原料决定有机合成的策略
在有机合成农药、药物等的研究工作中，需要制备 一系列的同系物或一系列类似物，从中选出效果较好 的化合物和有效基本结构，常常采用这种策略
由原料决定有机合成的策略
NH H2N SO2NH C H2N
N H2N SO2NH
磺胺胍（SG）
H2N N N NH2 SO2NH2
磺胺吡啶
O FGI
O FGA O
OH
官能团的添加functional
group addition
官能团的消除functional
group removal
O OH FGR
O
在不改变TM骨架的前提下,变换官能团(种类/位置) 以简化官能团
官能团转化的目的
• TM 原料
更易合成的前体化合物或易得的
•为作dis,con,rearr等反合成分析所必须
HO
FGI COOC 2H5 dis
Br
+
COOC 2H5
HOOC
合成：略
(3)添加辅助官能团后再切断
使用情况:直接切断有困难,可先在某一部位添 加某种官能团 条件:辅助官能团易被除去
例
分 析
Ph
H N
Ph
FGA
Ph O
H N
Ph
dis
Ph O
Cl
+
H2N
Ph
O
Ph
合成：略
(4)将TM推到适当阶段再切断
立体化学的策略
对有立体结构的目标物，用立体化学的方法，考虑到立体的 关联性，逐个地去除（remove）立体中心。有多个立体中心 时，要选择暂时保留，还是首先去除。 在这一策略中，合成时要考虑的是：立体复杂性的减小，即 通过合成逐步减小立体中心（注意：这里是立体中心， stereocenter，其含义包括手性中心、有E 与 Z 二式的双键、 还有像环己烷一样的立体构象等各种立体关系）的数目和密度， 将它们进行选择性的移去。 为此目的，就必须考虑立体简化转化方式的选择，需反合成 子的建立，前体所有的空间环境等，也就是合成反应时试剂所 作用的底物（substracts），即 “底物控制” 的方法。这种 简化-转化方式是多种多样的，因而有各种不同的控制方法。
基于转化方式的策略（Transform-based strategies）
立体化学的策略（Stereochemical strategies）
基于官能团的策略（Functional group-base strategies）
基于结构目标的策略（Structural-goal strategies） ------由目标产物决定的有机合成策略-逆合成分析法
例 1903德国化学家维尔斯泰特（R.willstatter)经20多步 合成颠茄酮
21 steps, overall yield 0.7%
14年后，英国Robinson模拟植物合成莨菪碱的过程 合成颠茄酮。(1947年获Noble 化学奖）
3 steps, overall yield 90% Robinson为什么能是发现这条合成路线？
基于转化方式的策略
基于转化方式的策略就是在合成的几个关键反应上选择最 佳的单元合成反应。
选择有高效的，简化的转化方式，以列出一条起自目标物 （TGT或goal）的合成路线，也可以分成多个反合成步骤 （antisynthetic steps），而有多个亚目标物（subgoals）。 基于官能团的策略 根据目标物分子所有的各官能团选择适当的官能团变化 方式。
d , C6H5COCHCOOCH3 ,
h , OCH3 等。
在这些结构单元中，只有(d)和(e)是有效的，叫有效合成子。 因为(d)可以修饰为C6H5COC-HCOOCH3，(e)可以修饰为
CH2 CH2COOCH 3
1．合成子 具有亲电性或能接受电子 具有亲核性或能给电子 类型: 自由基 中性分子
H2N
SO2NH2
百浪多息（Prontosil）
N H2N SO2NH N
N H2N SO2NH S
磺胺嘧啶（SD）
磺胺噻唑（ST）
由化学反应决定合成目标的策略
有时候在实验室的基础研究工作中会发现一些意料之 外的化学反应或反应产物。这些产物的结构很特殊而又 与某些天然有机物的结构相似或感兴趣的目标分子十分 相似，常常利用这个反应作为合成策略。
（1）合成元 (合成子systhon)
Corey的定义:合成子是指分子中可由相应的合成操 作生成该分子或用反向操作使其降解的结构单元。
合成子是有机合成反应中的基本单位,是
反合成分析中转化所得的结构单元
合成等效剂:与合成子相对应的具有等同功 效的稳定化合物
a, C6H5 , b, C6H5CO, c, COOCH3 , e, CH2CH2COOCH3 , f, CH-COOCH3 , g , CH2CH2CO, CH2CH2COOCH3
O * *
COOC 2H5
OH
COOC 2H5
偶姻反应
O O O
O
O
O O
O O
Diels-Alden
(5)合成树
A(TM)
合 成 路 线 的 构 成 B
C
C
D
E
TM的前体
F G H I J
Q
K
L
M N O
P
前体的前体
合 成 路 线 的 筛 选
合成路线长短
反应条件是否温和设备易于实现
产率高低
X C
1
C
2
C
3
C
4
C
5
C
X=杂原子 FG=官能团
FG
如果官能团本身的碳原子C1具有活性，则该试剂为a1或d1 合成子，如果-碳原子C2是反应中心，我们称它为a2或d2 合成子。如果-碳原子C3是反应部位，则相应地称为a3或 d3合成子等等。官能团中电负性的杂原子也能与电子接受 体合成子形成共价键，这种情况称为d0合成子。没有官能 团的烷基合成子称为烷基化合成子。
原料和试剂是否易得便宜
分离程序是否简便
立体化学问题
符合绿色化学要求： 原子经济性，
无毒或少毒，污染尽可能少。
收敛合成法优先
虽然是5步反应,但只有3步是连续的,0.93 ×100% =73%
3 反向合成法切断技巧
(1) 优先考虑碳骨架的形成 (2) 优先在杂原子处切断 (3) 添加辅助官能团后再切断 (4) 将TM推到适当阶段再切断 (5) 利用分子的对称性
(2)切断(dis)、连接(con)、重排(rearr)
disconnection connection rearrangement
CN
CN dis
+
CHO CHO
O
con
OH C NH rearr N
逆 合 成 切 断
逆合成连接
(3)官能团的转化
官能团的互变
(functional group interconversion )
•添加导向基(活化基、钝化基、阻断基、保护基),
以提高化学选择性、区域选择性、立体选择性 反合成分析,就是通过切断(dis)、连接（con)、
重排(rearr)等骨架转换及官能团转换实现的
逆 合 成 转 换
TM
合成子 systhon
OH
合成等效剂
O
转化依据
OH
+
C
Grignard与 作用
O C
O OH
常见合成子和等价试剂
合成子简称
d0 d1 CH3NO2 CH3CHO d2 CH3COOEt -COOEt
PMe
合成子
CH3SΘ
等价试剂
CH3SH KCN
官能团
-CN
-CHO
a0
a1 a2 a3
2
Me2PCl
Me2CO
-PMe2
a和d合成子转换
和e合成子
(4)反合成子(retron)
逆合成转变是产生合成子的基本方法。这一方法是将目标 分子通过一系列转变操作加以简化，每一步逆合成转变都要求 分子中存在一种关键性的子结构单元，只有这种结构单元存在 或可以产生这种子结构时，才能有效地使分子简化，Corey将 这种结构称为逆合成子(retron)。
带 负 电 给予合成子 (donor synthon) 简称为d合成子
亲电体 目标分子 亲核体
带 正 电
接受合成子 (acceptor synthon ) a合成子
C： C +
C
C
C： +
O C
C
C O
O C COOEt
O COOEt
与合成子相应的化合物或能起合成子作用的物质称为等价试剂。 依照官能团和活性碳原子的相对位置将合成子进行编号分类。