維生素Vc教學(xué)課件

9.7精細(xì)有機(jī)合成設(shè)計(jì)實(shí)例－雙烯類液晶材料的合成9.7.1維生素C的合成維生素C簡(jiǎn)介

維生素C的用途非常廣泛,常被用作食品添加劑或抗氧劑,在醫(yī)藥和臨床上亦有廣泛應(yīng)用,在治療壞血病、感冒、心血管缺陷、高膽固醇、糖尿病、精神抑郁癥等疾病均有重要的用途。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)維生素C的廠家主要有瑞士羅士公司、日本武田公司、德國(guó)BASF公司、東北制藥總廠、河北維生、江蘇江山等藥廠,現(xiàn)在年產(chǎn)量已達(dá)到幾十萬噸。維生素C又名抗壞血酸,廣泛存在于人體以及動(dòng)植物體內(nèi),人體自身不能合成,需從外界攝取。維生素C全球六大巨頭全球維C的生產(chǎn)命脈掌握在所謂的“維C六巨頭”手中：中國(guó)的石家莊制藥、華北制藥集團(tuán)、東北制藥、江山制藥，以及瑞士羅氏公司和德國(guó)巴斯夫公司。目前維C的全球產(chǎn)能約12萬噸左右，全球市場(chǎng)維C的需求量一般保持在9萬噸左右，國(guó)內(nèi)4大企業(yè)產(chǎn)能合計(jì)8.2萬噸，約占全球產(chǎn)量的68%。實(shí)例分析：維生素C的合成

在幾十年的工藝發(fā)展中,維生素C的工藝發(fā)生了較大的變化,目前維生素C主要的生產(chǎn)方法是萊氏法和兩步發(fā)酵法。VC生產(chǎn)的工藝過程（萊氏法）葡萄糖山梨醇發(fā)酵山梨糖酮化雙酮糖氧化轉(zhuǎn)化粗VC精制VCH2Ni古羅酸一、流程圖萊氏法是最早生產(chǎn)維生素C的方法,其以葡萄糖為原料,先經(jīng)黑醋菌發(fā)酵生成L-山梨糖,再經(jīng)丙酮化及NaClO氧化、水解得到2-酮-L-古龍酸鈉,然后進(jìn)行化學(xué)合成得到維生素C。二、各步原理1、發(fā)酵此步為生物氧化，將第二碳原子的羥基變?yōu)轸驶∽∽ⅲ?、酮式山梨糖在酮化前，先由酮式變?yōu)榄h(huán)式2、酮化的目的即用丙酮基將山梨糖分子中除第一個(gè)碳原子上的其他羥基、羰基保護(hù)起來。收率=89%3、氧化2,3,4,6-雙酮糖+NaClONiSO4OH-古羅酸鈉+HCl+H2O0℃4、酯化(VC粗品)6、精制Vc粗品Vc精品精制提純活性炭脫色精制轉(zhuǎn)化氧化醇化發(fā)酵山梨醇山梨糖雙酮糖古羅酸粗VcVc萊氏法生產(chǎn)維生素C工藝過程示意圖一、全過程二、分步1、發(fā)酵離心濃縮三級(jí)發(fā)酵二級(jí)發(fā)酵一級(jí)發(fā)酵培養(yǎng)基糖膏山梨醇菌種種液種液2、酮化中和酮化山梨糖（丙酮，酸）酮化液中和液糖液雙酮糖除鈉蒸丙酮提取水洗蒸苯萊氏法的不足萊氏法存在著很多缺陷,如生產(chǎn)工藝復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、易對(duì)人體造成傷害,因此人們不斷對(duì)此工藝進(jìn)行改進(jìn)。70年代初,我國(guó)首先研究出兩步發(fā)酵法,其先進(jìn)性得到世界公認(rèn),它是以生物氧化過程代替萊氏路線的部分化學(xué)合成過程,進(jìn)而合成維生素C。兩步發(fā)酵法生產(chǎn)Vc工藝過程示意圖一、全過程提煉發(fā)酵山梨醇古羅酸鈉古羅酸粗VcVc轉(zhuǎn)化精制二、分步1、發(fā)酵一步發(fā)酵二步發(fā)酵山梨醇培養(yǎng)基古羅酸鈉（液）2、提煉一次交換加熱二次交換離心古羅酸鈉干燥離心結(jié)晶濃縮古羅酸3、純化古羅酸轉(zhuǎn)化酸化濃縮離心離心粗VC4、精制粗VC精制包裝干燥離心結(jié)晶VC舉例分析1)毒扁豆堿是一個(gè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的天然產(chǎn)物，它具有抑制動(dòng)物體內(nèi)膽堿酯酶活性的作用，結(jié)構(gòu)為經(jīng)分析，活性結(jié)構(gòu)是氨基甲酸酯，從而發(fā)現(xiàn)了一些列結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，殺蟲性能優(yōu)越的氨基甲酸酯類殺蟲劑。舉例分析2)希拉臺(tái)爾（Schrader）提出有毒的有機(jī)磷化合物的通式：根據(jù)此通式對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種改造，從而發(fā)現(xiàn)有機(jī)磷酸酯，硫代磷酸酯，磷酰胺等各類有機(jī)磷農(nóng)藥。舉例分析3)從天然除蟲菊花粉中分離出的具有殺蟲活性的主要組分除蟲菊素Ⅰ經(jīng)過人工不斷改進(jìn)，克服擬天然除蟲菊素不耐光和熱，殘效期極端的缺點(diǎn)，合成了一系列擬除蟲菊酯類農(nóng)藥。農(nóng)藥分子模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介第三階段：根據(jù)農(nóng)藥在生物體內(nèi)的生化機(jī)理設(shè)計(jì)新品種。具有選擇性的農(nóng)藥常常是通過研究它的分子在昆蟲體內(nèi)或在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的代謝途徑而發(fā)現(xiàn)的一些新的有效基本結(jié)構(gòu)。舉例分析1)神經(jīng)毒劑磷酸三鄰甲苯脂在微粒體氧化酶存在下，可生成羥甲基化合物，后者在血漿蛋白存在下，經(jīng)分子內(nèi)鄰?；饔茫森h(huán)狀磷酸酯。據(jù)此合成了它的硫代衍生物，并開發(fā)為商品殺蟲劑水楊硫磷除蟲菊酸的合成合成除蟲菊酯的關(guān)鍵在于合成除蟲菊酸。合成除蟲菊酸有很多方法，例如：1.以卡賓或硫的葉立德與雙鍵加成：除蟲菊酸的合成2.利用有機(jī)金屬作為分子內(nèi)親核性取代反應(yīng)：除蟲菊酸的合成3.由α-鹵代環(huán)丁酮在堿處理下作Farvoskii重排反應(yīng)：除蟲菊酸的合成4.利用已知具有環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的起始物：除蟲菊酸的合成以下為一條除蟲菊酸的合成路線：除蟲菊酸的合成9.7.3二硝卡普：花園殺蟲劑通常有兩個(gè)反應(yīng)給出大量的鄰位產(chǎn)物：（1）FriesRearrangement二硝卡普：花園殺蟲劑(2)Reimer-TiemannReaction二硝卡普：花園殺蟲劑二硝卡普：花園殺蟲劑二硝卡普：花園殺蟲劑二硝卡普：花園殺蟲劑二硝卡普：花園殺蟲劑9.7.4聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑能防止PVC在加工過程中由于熱和機(jī)械剪切所引起的降解，還可以防止制品在長(zhǎng)期使用過程中收到的熱、氧和光的破壞。9.7.4.1聚氯乙烯的熱降解和熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理1.聚氯乙烯的熱降解PVC加熱溫度高于100℃時(shí)，會(huì)伴有脫氯化氫反應(yīng)，在PVC的加工溫度下（170℃左右）降解速度加快，除了脫氯化氫之外，還會(huì)發(fā)生變色和大分子交聯(lián)。PVC熱降解脫氯化氫反應(yīng)主要有自由基機(jī)理，離子機(jī)理和單分子機(jī)理三種解釋。9.7.4.1聚氯乙烯的熱降解和熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理2.熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理熱穩(wěn)定劑之所以能起到熱穩(wěn)定化的作用，主要是由于它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是它們均屬氯化氫的受體，能夠捕捉PVC熱降解時(shí)所脫出的氯化氫。但是各類熱穩(wěn)定劑仍有其獨(dú)特之處，以下重點(diǎn)介紹以下金屬皂類熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理。9.7.4.2金屬皂類熱穩(wěn)定劑的作用

機(jī)理富克斯曼認(rèn)為羧酸金屬鹽類對(duì)PVC的熱穩(wěn)定作用，主要是通過以下四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的：1.與氯化氫反應(yīng)，生成有機(jī)酸和氯代金屬羧酸鹽。2.酯基的形成，通過在PVC鏈上用一個(gè)酯基取代一個(gè)氯原子，從而使之穩(wěn)定。3.交聯(lián)作用，接近的兩個(gè)降解鏈能夠?qū)е陆宦?lián)。4.研究認(rèn)為，鈣和鋇的羧酸鹽類可以中和氯化氫并起到抑制鋅-聚合物絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為氯化鋅的作用，從而使聚合物穩(wěn)定。9.7.4.3金屬皂類熱穩(wěn)定劑的制備金屬皂類的制法大體上有復(fù)分解法和直接法兩種，在工業(yè)上應(yīng)用最光的是復(fù)分解法。復(fù)分解法（也稱濕法），系先用脂肪酸與氫氧化鈉進(jìn)行造化反應(yīng)制得脂肪酸鈉，然后再與相應(yīng)的水溶性金屬鹽溶液進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)而沉淀出脂肪酸的金屬皂。9.7.4.3金屬皂類熱穩(wěn)定劑的制備

反應(yīng)這里MA為金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物。主要金屬皂類熱穩(wěn)定劑的性質(zhì)名稱外觀金屬含量%比重熔點(diǎn)℃硬脂酸鎘白色粉末16.5~17.51.21~1.28103~110月桂酸鎘白色粉末21.0~22.51.2394~102蓖麻油酸鎘白色粉末15.5~16.596~104硬脂酸鋇白色粉末19.5~20.51.23~1.29》225℃分解環(huán)烷酸鈣淺黃色液體4.0~5.00.93~0.97硬脂酸鉛白色粉末27.0~28.01.48105~1129.7.5精細(xì)有機(jī)合成設(shè)計(jì)實(shí)例五－雙烯類液晶材料的合成液晶及其用途液晶材料是指在某一溫度范圍內(nèi)，從外觀看屬于具有流動(dòng)性的液體，但同時(shí)又是具有光學(xué)雙折射性的晶體。根據(jù)組成液晶分子的中心橋鍵及環(huán)的結(jié)構(gòu)特性可以將液晶分為芐叉類，偶氮氧化偶氮類，芳香酯類，二苯乙烯、二苯乙炔類，肉桂酸酯類，聯(lián)苯類，苯基環(huán)已烷類，乙烷類、亞甲氧基類，嘧啶類，脂肪酸類以及膽甾醇衍生物和手性液晶。液晶顯示器憑借其無輻射、無閃爍、體積小、能耗低等特點(diǎn)，已廣泛用于桌面顯示器、筆記本電腦、電視、車載顯示器、手機(jī)、游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)及其他電子顯示產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)企業(yè)世界主要液晶材料廠家包括德國(guó)的MERCK（默克），日本CHISSO（智索）、DIC（日本油墨）和永生華清。其中MERCK產(chǎn)量最大，約占全球總量50%，在德國(guó)、日本、我國(guó)臺(tái)灣都設(shè)有工廠。國(guó)內(nèi)主要企業(yè)還有西安瑞聯(lián)、煙臺(tái)萬潤(rùn)、京東方、邁爾斯通等。目前我國(guó)內(nèi)地企業(yè)還只能生產(chǎn)TN、STN液晶材料，高檔TFT液晶材料仍需要進(jìn)口。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)研究狀況LCD（液晶顯示器）在經(jīng)歷了TN(TwistedNematic扭曲向列型面板，多數(shù)筆記本屏幕)、STN(Super

Twisted

Nematic)、彩色STN階段后，目前已發(fā)展到TFT(ThinFilmTransistor)-LCD(薄膜晶體管液晶顯示)階段，并且尺寸在不斷擴(kuò)大。目前TFT-LCD已經(jīng)占整個(gè)液晶產(chǎn)業(yè)收入的87%以上。液晶材料是液晶顯示器的關(guān)鍵性材料之一，它賦予液晶顯示器各種優(yōu)良的性能。目前，高檔液晶材料（TFT液晶材料）的生產(chǎn)技術(shù)主要由德國(guó)和日本壟斷。我國(guó)混合液晶材料估計(jì)落后世界先進(jìn)水平10年左右。目前國(guó)內(nèi)主要液晶材料生產(chǎn)商都在努力發(fā)展高檔液晶材料來適應(yīng)液晶材料市場(chǎng)的變化。TFT-LCD面板成本構(gòu)成液晶領(lǐng)域的部分核心技術(shù)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)位技術(shù)：在液晶材料中只有反式結(jié)構(gòu)化合物才有應(yīng)用價(jià)值，但是在合成中順式產(chǎn)物的生成是難以避免的，順式產(chǎn)物不僅給提純帶來了難題，也極大的增加的生長(zhǎng)成本，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)液晶化合物的合成路線都很長(zhǎng)?；炀Ъ夹g(shù)：由于單一組分的液晶難以全部滿足器件要求的特性，因而通常采用混合液晶來調(diào)制其物理性質(zhì)，以滿足特定條件的要求。目前液晶顯示器生產(chǎn)中使用的所有液晶材料實(shí)際上都是液晶混合物，例如Roche公司的Ro-520液晶是由七種單體液晶混合而成，永生華清一般以10-20個(gè)單體混配制成混晶。下圖為BDH公司早期生產(chǎn)的E7液晶，實(shí)際上是由四種單體液晶混合而成。BDH公司早期生產(chǎn)的E7液晶發(fā)展前景根據(jù)Merck公司年報(bào)，公司2006年全年度液晶部門銷售收入增加21%至8.92億歐元，全年盈利增長(zhǎng)40%至4.86億歐元，銷售凈利率接近55%。按照Merck公司70%左右的全球市場(chǎng)占有率估算，全球TFT液晶材料市場(chǎng)2006年已經(jīng)達(dá)到130億元，且銷售量仍然跟隨下游顯示器行業(yè)以60%以上的高速度增長(zhǎng)。TFT液晶材料全球目前需求量約為200噸，未來三年可增至400噸以上，平均銷售價(jià)格達(dá)到8美元/克。發(fā)展前景永生華清液晶公司已占全球TN液晶材料市場(chǎng)的65%份額和STN液晶材料14%份額。公司2006年液晶材料銷售總量為26噸，平均銷售價(jià)格為1.08美元/克，折合864萬元/噸。永生華清兩公司2006年度合并銷售收入為24753萬元，合并實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)9960萬元，液晶材料凈利潤(rùn)率達(dá)到40%。2007年TFT液晶材料和器件市場(chǎng)增長(zhǎng)為20%，DisplaySearch等專業(yè)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)：液晶市場(chǎng)在2008年的增長(zhǎng)可達(dá)23%。河北邁爾斯通電子材料有限公司河北邁爾斯通電子材料有限公司成立于2006年6月份，注冊(cè)資本2000萬元，公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè)，主導(dǎo)產(chǎn)品為中高檔液晶材料和電致發(fā)光材料。無塵生產(chǎn)車間含雙烯基新型材料的合成目標(biāo)產(chǎn)物反合成設(shè)計(jì)切斷位置的選擇？合成設(shè)計(jì)路線如下合成過程1第一步：將環(huán)己二酮進(jìn)行單保護(hù)，再與溴苯進(jìn)行格式化反應(yīng)，水解、脫水、加氫和脫保護(hù)，再進(jìn)行Witting反應(yīng)，從而得到第一步工藝的中間產(chǎn)物，待用。合成過程2

第二步：將聯(lián)環(huán)己雙酮進(jìn)行單保護(hù)，再進(jìn)行Witting反應(yīng)，溴化等，從而都得第二步目標(biāo)化合物，待用。合成過程3

第三步：將第一步反應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物與第二步反應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行格式化反應(yīng)，再水解、托水、加氫和脫保護(hù)，再進(jìn)行Witting反應(yīng)等，從而得到最終目標(biāo)化合物。合成過程4難點(diǎn)：1、合成此目標(biāo)化合物最短也需要14步的反應(yīng)，反應(yīng)路線十分長(zhǎng)，且中間體都必須自行合成，因此每步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與中間體的提純都必須用最簡(jiǎn)單的反應(yīng)達(dá)到最佳收率和純度。2、第一步工藝路線的脫水反應(yīng)和加氫，由于得到的中間體是一個(gè)超共軛結(jié)構(gòu)，致使脫水和加氫反應(yīng)過程的難度很大。3、第二步工藝路線的雙酮的單保護(hù)的合成與提純難度很大。4、由于國(guó)內(nèi)外均無第三步工藝路線的中間體合成先例，因此需要進(jìn)行一系列的探索和篩選，同時(shí)由于中間體雙烯都要求是反式，從而急劇加大了第三步工藝路線的反應(yīng)和分離難度。合成路線圖11合成路線圖22合成路線圖339.7.6紫杉醇的合成紫杉醇（taxol）是繼阿霉素和順鉑之后最熱點(diǎn)的新抗癌藥，是治療乳腺癌和卵巢癌的特效藥。紫杉醇的發(fā)現(xiàn)及歷史1964年，美國(guó)北卡羅來納州