第一章 精细有机合成

精细有机合成FineOrganicSynthesis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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。DesignerMoleculesAdvancedFormulations&Materials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。合成化学是分子科学的最具创造性的分支。TopologyinChemistry:DesigningMöbiusMoleculesR.Herges,Chem.Rev.2006,106,4820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。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。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。有机合成精细化工工艺学相关课程之间的联系化工原理基础课专业基础课专业课有机化学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。有机合成化学是有机化学中最富有活力的分支学科近代有机合成的功绩首推RobertRobinson:（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。参考书籍1.唐培堃主编.精细有机合成化学及工艺学(第二版）.天津大学出版社，20052.唐培堃编.精细有机合成化学与工艺学学习指导.化学工业出版社，20043.张友兰主编.有机精细化学品合成及应用实验.化学工业出版社，20054.王玉炉主编.有机合成化学.科学出版社，20055.姚蒙正主编.精细化工产品合成原理，中国石化出版社，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，2001参考期刊杂志《OrganicSynthesis》《OrganicReaction》《ReagentsofOrganicSynthesis》《Synthesis》《SynthesisCommunication》《合成化学》，《有机化学》，《应用化学》，《化学学报》,《高等学校化学学报》等期刊杂志有机合成网：或中国精细化工网：化学信息资源导航：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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。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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。+H2OH3PO4/硅藻土CH2CH2285-305oC,21atmCH3CH2OH+O2V2O5/SiO2300oC,21atmOOO玉米芯H2SO4加热OCHO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。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。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，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（反应物的原子数目最大地进入产物）（8）对环境污染尽量少：绿色合成化学，ISO14000认证合理的反应设计、高效率高选择性的反应和零废物排放原子经济学说（atomeconomy)定义：反应物的的原子数目最大地进入产物如合成环氧乙烷有两种途径：CH2=CH2Cl2CH2ClCH2ClCa(OH)2HOCH2CH2OH-H2OH2COCH2+CaCl2+H2O2CH2=CH2+O2催化剂（Ag）H2COCH22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：一种理想的（最终是实效的）合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。易于工业化生产精细有机合成路线的综合评价氯化NO2还原酰化水解NH2NHCOCH3硝化NHCOCH3NO2NHCOCH3ClNO2硝化ClC-烷化氧化酸解CH(CH3)2COCH3H3COHOH磺化水解（碱熔）氯化气固相接触催化水解高压液相碱性水解氧化脱羧硝化还原重氮化水解CH3SO3HCOOHNO2NH2N2+Cl-（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。（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。有机合成的选择性BrOAc+NaCH(CO2CH3)2(1)DMFnnOAcCH3O2CCH3O2C(2)(Ph3P)4PdnBrOAcCO2CH3CO2CH3(3)Mo(CO)6BrCH3O2CCO2CH3nCH3(CH2)14CHO[Ph3AsCH2CHO]+Br-K2CO3,THFEt2O(3:7)nC15H31CHOR1R2OHR3(CH3)3CCO2H,Ti(OPr)4CH2Cl2,20CR1R2R3OHO1.2有机合成简要发展历史1.2.1有机合成的形成初期1845年柯尔伯（H.Kolbe）合成了醋酸，1854年柏赛罗（M.Berthelot）合成了油脂等。“生命力”说才彻底被打破。有机合成开始形成雏形，并逐渐受到人类的重视。注：1857年凯库勒（F.A.Kekulé)提出碳四价及C―C链学说F.Wöhler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。尿素的合成，否定了原生命力学说，肯定了有机物可以人工合成；有机结构理论的建立，三个中心内容：碳的四价和成键、苯的结构、碳价键的正四面体构型。该时期的有机合成主要以无机反应为模板，把无机反应的模式在有机合成中套用。英国18岁的Perkin第一个人工合成苯胺紫染料；德国Willstatter第一个合成颠茄酮，并获诺贝尔化学奖。初创期（19世纪~20世纪前半叶）§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（W.H.Perkin)合成苯胺紫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。NNH3CPhHNNH2CH3CH3ClOOOOOHOHCOOHOHHOHNNHOO靛蓝酚酞茜素苯胺紫香豆素§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。§1.2有机合成简要发展历史1.2.4有机合成艺术时代以RobertBurnsWoodward为代表的有机合成艺术时代。血红素吡哆醇VB6奎宁叶绿素秋水仙素青霉素马萘雌酮雪松醇吗啡利血平马钱子碱可的松托品酮樟脑萜品醇艺术期（20世纪40~60年代）出现了许多复杂分子的高度精巧的合成方法。有机合成没有一个严格的公式可以遵循，它和个人的技巧、经验和熟练程度很有关系。印度化学家NityaAnand说：把有机合成和绘画雕刻、音乐相比拟，应当作为一种艺术看待；美国化学家Woodward说：有机合成中有激动、有探险、也有挑战，也可包含着伟大的艺术，仅这些也足以令人赞叹。我国的黄鸣龙反应、结晶牛胰岛素的全合成、砷叶立德试剂的研究和应用1965年9月，中国学者（中科院上海生物化学所、上海有机化学所、北京大学等单位历经8年）首先在世界上成功地实现了人工合成具有天然生