精細(xì)有機(jī)合成

1、1精細(xì)有機(jī)合成趙云2緒緒 論（論（2學(xué)時）學(xué)時） 4個問題： 1什么是精細(xì)有機(jī)合成？（介紹精細(xì)有機(jī)合成的特點、性質(zhì)） 2. 為什么要開設(shè)該課程？（精細(xì)有機(jī)合成的重要意義） 3學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容？（精細(xì)有機(jī)合成的主要內(nèi)容及主要參考書） 4. 如何學(xué)好?(基本要求與學(xué)習(xí)方法)31 精細(xì)有機(jī)合成的特點、性質(zhì)精細(xì)有機(jī)合成的特點、性質(zhì)4有機(jī)合成 2001年諾貝爾化學(xué)獎得主日本名古屋大學(xué)教授野依良治博士說過：“有機(jī)合成有兩大任務(wù)：一是實現(xiàn)有價值的已知化合物的高效生產(chǎn)，二是創(chuàng)造新的有價值的物質(zhì)與材料?！? September 19385 有機(jī)合成有兩個基本目的：一是為了合成特殊的、新的有機(jī)化合物，即實驗室合成；二

2、是為了工業(yè)大量生產(chǎn)，即工業(yè)合成。6 工業(yè)有機(jī)合成一般可分為基本有機(jī)合成基本有機(jī)合成和精細(xì)有機(jī)合成精細(xì)有機(jī)合成兩大類。 兩類有機(jī)合成工業(yè)都是國計民生所必不可少的，沒有精細(xì)有機(jī)合成就不能滿足人民生活所必需的各種有機(jī)產(chǎn)品，而沒有基本有機(jī)合成就斷絕了精細(xì)有機(jī)合成所需要的工業(yè)原料 。工業(yè)合成71. 1通用化學(xué)品(heavy chemicals) 以天然資源（煤、石油、天然氣、農(nóng)副產(chǎn)品等）為基本原料，經(jīng)過簡單的化學(xué)加工而制成的大噸位、附加價值率與利潤率較低，應(yīng)用范圍較廣的化工產(chǎn)品。 如：CH3CH2Cl,CH3CH2OH,CH3COOH等實例：CH2 = CH2 + HCl CH3CH2Cl CH2 =

3、CH2 + H2O CH3CH2OH8天然氣天然氣9氯乙烯（PVC）是人類最早工業(yè)化的塑料品種之一，具有各種優(yōu)良的性能但是，原料配比、反應(yīng)條件等控制要求非常嚴(yán)格，特別是分子量要控制到一定的范圍內(nèi)（5萬9萬），這就要求很高的生產(chǎn)技術(shù)。一般聚氯乙烯的產(chǎn)量都在10萬噸以上，銷售價為5000元左右， 即1萬噸的產(chǎn)量，其產(chǎn)值為5000萬元。101.2 精細(xì)化學(xué)品(fine chemicals) 以通用化學(xué)品為起始原料，用復(fù)雜的生產(chǎn)工序進(jìn)行深度加工，制成小批量、多品種、附加價值率高、具有專用功能并配有應(yīng)用技術(shù)和技術(shù)服務(wù)的化工產(chǎn)品。 如醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑、染料等11蛋氨酸：CH3SCH2CH2CHCOO

4、H | NH2化學(xué)名稱：2氨基4甲硫基丁酸，甲硫基丁氨酸年產(chǎn)1萬噸就是特大型的生產(chǎn)企業(yè)，因為添加量很小，雞的配合飼料的添加量為0.1%，1萬噸加入10T蛋氨酸，而其他飼料加入量更少，所以產(chǎn)量小。每噸純品的銷售價達(dá)5萬元以上，即1萬噸的產(chǎn)量，其產(chǎn)值可達(dá)5億元以上。121.3 精細(xì)化學(xué)品的特性 （1）生產(chǎn)特性： 小批量，多品種，更新快年產(chǎn)量噸或公斤（用量g,mg.ppm） 技術(shù)密集度高工藝流程長，反應(yīng)多，開發(fā)新品種風(fēng)險大，萬分之一成功率，5-10年 采用間歇式多功能生產(chǎn)裝置通用13 例如：青霉素G鈉或鉀 它的半合成就有好幾步，全合成要幾十步。 其主要用途是作為抗菌素，即消炎藥物。 40萬單位的一支

5、藥內(nèi)含青霉素G鈉0.24g，即1萬支2.4kg，可見它的原藥生產(chǎn)產(chǎn)量較小。 1支青霉素G鈉售價按1元計，即每公斤4167元，每噸約4百多萬元人民幣。14（2）經(jīng)濟(jì)特性： 投資效率高精細(xì)化工的資本密集度僅為石油化學(xué)工業(yè)平均指數(shù)的0.30.5，為化肥工業(yè)的0.20.3。 附加價值率、利潤率高1美元石油化工原料精細(xì)化學(xué)品106美元（塑料為5美元、合成纖維為10美元，橡膠在中間） 15（3）商業(yè)特性： 獨家經(jīng)營，技術(shù)保密 重視市場調(diào)研，適應(yīng)市場需求 配有應(yīng)用技術(shù)和技術(shù)服務(wù)以瑞士為例：精細(xì)化工研究、生產(chǎn)銷售和技術(shù)服務(wù)人員的比例為32：30：35國內(nèi)號稱啞鈴形。16 合成新物質(zhì)，消滅廢物質(zhì) 在環(huán)境友好、生

6、態(tài)相容的前提下追求技術(shù)的高效、專一!對產(chǎn)品的要求: 對環(huán)境、生態(tài)、使用對象作用上的高度和諧統(tǒng)一精細(xì)化工技術(shù)目前正經(jīng)歷著: “人與技術(shù)”概念向“人與技術(shù)及生態(tài)環(huán)境”概念的過程。 2 精細(xì)有機(jī)合成的重要意義精細(xì)有機(jī)合成的重要意義17例 如染料與顏料18 染料與顏料主要用于染色染料與顏料主要用于染色和裝飾，關(guān)心的是鮮艷度、使和裝飾，關(guān)心的是鮮艷度、使用壽命用壽命19 染料、顏料正經(jīng)歷著歷史的變革，一方面在染色、裝飾與標(biāo)染料、顏料正經(jīng)歷著歷史的變革，一方面在染色、裝飾與標(biāo)識等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)生突進(jìn)式的深化，另一方面向生物與光電等識等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)生突進(jìn)式的深化，另一方面向生物與光電等應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸。應(yīng)用領(lǐng)

7、域不斷延伸。20例 如農(nóng)藥與生物調(diào)節(jié)劑21 對病蟲草害的“殺生”到“控制”的觀念轉(zhuǎn)變是農(nóng)藥發(fā)展的主旋律 22昆蟲生長調(diào)節(jié)劑。高效、低毒的新一代殺蟲劑，與傳統(tǒng)的攻擊昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的殺蟲劑不同，它模擬昆蟲激素的作用，專門攻擊昆蟲的生長發(fā)育過程；卵、幼蟲、蛹和成蟲 如：昆蟲保幼激素幾丁質(zhì)合成抑制劑23印楝素得自印度民間殺蟲植物印楝的籽油，為四環(huán)三萜類化合物,直到1986年才通過X衍射確定了化學(xué)結(jié)構(gòu)，該化合物是活性極好的新型昆蟲拒食劑 24B 超低毒、超高效速效殺蟲劑除蟲菊酯,氨基甲酸酯等25 19為毒扁豆中劇毒物質(zhì),以此為先導(dǎo)化合物，合成了一大類氨基甲酸酯類殺蟲劑。通過抑制乙酰膽堿酯酶，使在神經(jīng)沖動傳

8、遞過程中傳遞介質(zhì)乙酰膽堿難于分解而起作用。 通過菊酸部分的偕二甲基和醇部分側(cè)鏈上的不飽和部分嵌入神經(jīng)膜受體的“鎖眼”位置而起作用 26磺酰脲類除草劑。不同于以前相對用量大、效果差的激素類及需光類除草劑，它選擇性地抑制植物體內(nèi)乙酰乳酸合成酶的作用，超高效、低毒、低用量、殺草譜廣，已大量用于水旱地。273 精細(xì)有機(jī)合成的主要內(nèi)容 精細(xì)有機(jī)合成基本反應(yīng)是精細(xì)有機(jī)化學(xué)品合成的基礎(chǔ)，任何一種精細(xì)有機(jī)化學(xué)品都可以看成是一個或多個基本有機(jī)反應(yīng)的產(chǎn)物，都是一些單元反應(yīng)的排列與組合的結(jié)果。通過這些基本反應(yīng)和有機(jī)合成技術(shù)，才能實現(xiàn)各種精細(xì)有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)。28醫(yī)藥工業(yè)合成 反應(yīng)使用頻率百分?jǐn)?shù)烷基化溶劑分解縮合鹵化

9、?；?2.3%12.3%11.3%10.9%9.6%還原酯化氧化酸化重氮化9.0%5.3%5.3%4.1%1.8%重排磺化硝化脫羧消除1.7%1.6%1.6%1.5%1.5%3.1.1 醫(yī)藥工業(yè)合成反應(yīng)統(tǒng)計與分析29烷基化中（22.3%)發(fā)生的原子百分?jǐn)?shù)/%發(fā)生的原子百分?jǐn)?shù)/%N54.3O16.5C20.6S8.6 ?；?9.6%)發(fā)生的原子百分?jǐn)?shù)/%C23.8N76.530說明了：在藥物合成中，N上的反應(yīng)占了最大比例，這是由于胺、酰胺及各種含N雜環(huán)結(jié)構(gòu)在藥物中常出現(xiàn)，因此N原子上的烷基化、?；?、縮合反應(yīng)必將大量使用。如： 度米芬（Domiphen Bromide），咽喉炎 1-Dodeca

10、naminium, N,N-dimethyl-N-(2-phenoxyethyl)-, bromide 31氫氯噻嗪（Hydrochlorothiazide），利尿劑,亦可降低血壓 ，通過Na+-Ca2+交換機(jī)制使細(xì)胞內(nèi)Ca2+量減少，血管對縮血管物質(zhì)的反應(yīng)性降低，而致血管舒張，血壓下降 32 鹵化反應(yīng)(10.9%)常引入的鹵素Cl、Br，其中置換鹵化最常用（56.5%），取代鹵化次之(37.4%),加成最少（6.1%）,因此置換反應(yīng)是引入鹵原子最常用的方法。SOCl233還原反應(yīng) (9.0%)催化氫化（45.5），（最常用的還原方法產(chǎn)率高，副反應(yīng)少，污染少，易連續(xù)生產(chǎn)，后處理方便）電子還原劑

11、（28.6），（Zn、Fe是最常用的兩類試劑，Zn可在酸、堿條件下反應(yīng)，F(xiàn)e則在酸性條件下使用。）氫負(fù)離子試劑（17.0）硫化物（8.0）34溶劑分解法 (12.9%)水解反應(yīng)占766，（因為水解反應(yīng)可以制得醇、醛、酮、羧酸，而且-OH，-NH2，-CO-的基團(tuán)保護(hù)基團(tuán)去除亦是通過水解反應(yīng)完成。）氨解反應(yīng)約占18.3，（是引入氨基、肼基等的一種方法），353.2 香料合成反應(yīng)統(tǒng)計與分析 香料可由：農(nóng)林加工原料合成香料煤化工原料合成香料，石油化工原料合成香料 香料的合成幾乎涉及了所有常見有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。 36制香料反應(yīng)使用百分?jǐn)?shù)縮合反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)還原反應(yīng)C-烷基化、?；h(huán)化水解O-烷基化17

12、.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反應(yīng))7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脫水）異構(gòu)化、分解加成鹵化脫羧重排開環(huán)1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%在縮合反應(yīng)有格氏反應(yīng)、醛醛縮合等，如苯甲醛與乙醛制桂醛，即：37制香料反應(yīng)使用百分?jǐn)?shù)縮合反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)還原反應(yīng)C-烷基化、?；h(huán)化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反應(yīng))7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脫水）異構(gòu)化、分解加成鹵化脫羧重排開環(huán)1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%氧

13、化反應(yīng)中，金屬及金屬鹽的氧化劑法占了367，空氣氧化法占18，臭氧化占 6.1，Cu、Ag催化脫氫占 8.2，同樣污染大、成本高的化學(xué)氧化法使用量大與香料量小、價值高有相當(dāng)大的關(guān)系。38制香料反應(yīng)使用百分?jǐn)?shù)縮合反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)還原反應(yīng)C-烷基化、?；h(huán)化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反應(yīng))7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脫水）異構(gòu)化、分解加成鹵化脫羧重排開環(huán)1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%39還原反應(yīng)中，金屬還原劑使用最多（25），醇鈉及氨基鈉還原法次之（20），加壓氫化使用較少（113）

14、。金屬還原劑居多的原香料種類繁多，量極少，價值高是多用金屬還原劑的原因。 縮合反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)還原反應(yīng)C-烷基化、?；h(huán)化水解O-烷基化17.5%11.6%11.8%11.3%9.3%(傅克反應(yīng))7.73%4.38%4.12%(醚化)硝化消除（脫水）異構(gòu)化、分解加成鹵化脫羧重排開環(huán)1.03%3.35%2.58%2.58%2.32%1.80%1.55%0.52%403.3農(nóng)藥合成反應(yīng)統(tǒng)計分析酯化加成鹵化烷基化、?；趸c還原32.3%14.1%10.3%24.6%5.36% 成環(huán)Wittings重排羥醛縮合重氮縮合4.5%4.5%2.3%1.1%0.7%41擬除蟲菊酯中，常采用羧酸或酰氯與

15、相應(yīng)的醇或醇鈉反應(yīng)。423. 4 染料、顏料中的有機(jī)合成反應(yīng)統(tǒng)計分析染、顏料工業(yè)可分成中間體與產(chǎn)物兩大部分 中間體反應(yīng)使用頻率百分?jǐn)?shù)還原磺化氧化縮合鹵化氨解18.3%13.3%8.8%8.0%7.5%5.8% 水解?；氐]環(huán)烷化其它4.9%4.9%3.5%2.2%1.8%7.1%染料、顏料43染料中反應(yīng)使用頻率百分?jǐn)?shù)重氮化偶合縮合還原絡(luò)合鹵化氧化水解?；榛?3.3%21.1%17.6%4.3%4.2%3.2%3.0%2.8%2.6%2.3%環(huán)化磺化硝化、亞硝化硫化氨化酯化羥乙基化烷氧基化氰乙基化其他2.2%2.1%1.8%1.2%0.9%0.8%0.8%0.5%0.4%5.0%44顏料中

16、反應(yīng)使用頻率百分?jǐn)?shù)重氮化偶合縮合氨化磺化氧化41.4%37.8%9.6%8.4%1.2%1.2%環(huán)化還原硝化、亞硝化絡(luò)合其他1.2%0.8%0.8%0.4%0.4%在染、顏料合成中，重氮-偶合、縮合、還原、絡(luò)合、鹵化、氧化、水解使用最多。45 在精細(xì)有機(jī)合成中，常見的基本單元反應(yīng)有：磺化和硫酸化、硝化和亞硝化、鹵化、氧化、氫化和還原、羥基化、?；c酯化、氨解和氮化、水解等。這和從反應(yīng)的機(jī)理出發(fā)把有機(jī)反應(yīng)分為取代、加成、消除、重排、聚合等反應(yīng)類型有所不同。 46 向有機(jī)物分子中引入官能團(tuán)和實現(xiàn)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換是有機(jī)合成的一個重要內(nèi)容。 掌握和熟練運(yùn)用各種基本有機(jī)反應(yīng)是提高官能團(tuán)化和官能團(tuán)轉(zhuǎn)化這一技巧所必需的基本素質(zhì)。 本課程將著重介紹這些基本反應(yīng)的原理、應(yīng)用范圍和目的、影響反應(yīng)的各種內(nèi)外在因素，探討工業(yè)上如何實施這些主反應(yīng)，怎樣減少或避免副產(chǎn)物的生成，并輔以一定的精細(xì)化工生產(chǎn)的實例。473.5精細(xì)有機(jī)合成課程內(nèi)容提要（一）精細(xì)有機(jī)合成理論基礎(chǔ)1.1 親核取代反應(yīng)1.2 親電取代反應(yīng)1.3 消除反應(yīng)1.4 自由基反應(yīng)1.5 加成反應(yīng)1.6 重排反應(yīng)（二）磺化反應(yīng)（三）硝化反應(yīng)（四）鹵化反應(yīng)（五）烷基化反應(yīng)（六）酰化反應(yīng)（七）還原反應(yīng)（八）氧化反應(yīng)（九）縮合反應(yīng)（十）實驗室及工業(yè)環(huán)境中的產(chǎn)物分析及表征 483.6 參