合成化学原理配套完整课件.ppt

1、合成化学原理配套完整课件合成化学原理配套完整课件2合成化学合成化学3教学安排教学安排1、学时数：、学时数：72、学分、学分4.5课堂教学课堂教学40学时，实验学时，实验32学时；学时；2、成绩：考试成绩占、成绩：考试成绩占60分，平时分，平时成绩占成绩占40分；分；平时成绩中实验占平时成绩中实验占20分，作业占分，作业占15分，考勤占分，考勤占5分。分。4n使用教材：使用教材：n合成化学合成化学。潘春跃等。化学工业出版社。潘春跃等。化学工业出版社。2005年。年。n参考书：参考书：n合成化学合成化学。于九皋等。高等教育出版社。于九皋等。高等教育出版社。2008年。年。n有机合成有机合成。黄陪强

2、等。高等教育出版社。黄陪强等。高等教育出版社。2004年。年。n有机合成化学有机合成化学高桂枝等。科学出版社。高桂枝等。科学出版社。2007年。年。5作业作业1请查阅有关合成化学的文献请查阅有关合成化学的文献5篇（至篇（至少有一篇英文文献），写出阅读综述，少有一篇英文文献），写出阅读综述，分析指出合成化学在合成技术，方法分析指出合成化学在合成技术，方法或理论上的最新进展。或理论上的最新进展。列出参考文献。列出参考文献。6目录目录n第一章第一章 合成反应原理合成反应原理n第二章第二章 合成路线设计与合成方法合成路线设计与合成方法n第三章第三章 合成技术合成技术n第四章第四章 典型无机化合物的合成

3、典型无机化合物的合成n第五章第五章 新型无机功能材料的合成与制备新型无机功能材料的合成与制备n第六章第六章 碳骨架的构建碳骨架的构建n第七章第七章 官能团的引入、转换与保护官能团的引入、转换与保护n第八章第八章 元素及金属有机化合物元素及金属有机化合物n第九章第九章 不对称合成不对称合成n第十章第十章 复杂分子的合成复杂分子的合成n第十一章第十一章 绿色合成绿色合成7教学要求：教学要求：1、了解合成化学涉及的内容；、了解合成化学涉及的内容；2、了解合成化学研究的意义；、了解合成化学研究的意义；3、了解合成化学发展的历史。、了解合成化学发展的历史。绪绪 论论8n （1）合成化学的研究意义）合成化

4、学的研究意义n化学是研究物质的组成、结构化学是研究物质的组成、结构和性能以及相互转化的科学。和性能以及相互转化的科学。n合成化学研究从自然界提取有合成化学研究从自然界提取有用物质以及研究用人工方法合用物质以及研究用人工方法合成、制备新的化合物的理论和成、制备新的化合物的理论和方法的科学。方法的科学。9n合成新的化合物或对已有化合物的合成方法合成新的化合物或对已有化合物的合成方法进行改进是为了满足人类需要。进行改进是为了满足人类需要。70亿亿衣、食、住、行及各种衣、食、住、行及各种文化生活的需要文化生活的需要消耗消耗/年年7亿多吨钢材亿多吨钢材800多万吨铜多万吨铜1600多万吨铝多万吨铝35亿

5、吨煤亿吨煤23亿吨石油亿吨石油10合成化学带动产业革命合成化学带动产业革命n19世纪世纪-染料工业的开创染料工业的开创n20世纪世纪-非金属合成材料工业的建立非金属合成材料工业的建立n20世纪世纪50年代年代-分子筛催化剂的开发分子筛催化剂的开发n21世纪世纪-纳米态及团簇的合成与组装纳米态及团簇的合成与组装11 合成化学是推动化学学科与相合成化学是推动化学学科与相 邻学科发展的主要动力。邻学科发展的主要动力。 纳米制备与合成技术的发展纳米制备与合成技术的发展 为建立纳米物理与纳米化学提供为建立纳米物理与纳米化学提供了基础了基础 C60及复合氧化物型超导体的合成及复合氧化物型超导体的合成 推动

6、了团簇化学与物理的建立推动了团簇化学与物理的建立和超导科学的发展和超导科学的发展 12（2）合成化学的研究对象和基本内容）合成化学的研究对象和基本内容n概括起来说就是合成新化合物、改进概括起来说就是合成新化合物、改进现有的化合物合成路线、开发新的合现有的化合物合成路线、开发新的合成技术、分离提取技术。成技术、分离提取技术。n研究对象也包括材料的制备（分子水研究对象也包括材料的制备（分子水平上的化学组装过程）。平上的化学组装过程）。13合成化合成化学学无机合成无机合成有机合成有机合成合成基础理论合成基础理论合成路线设计合成路线设计合成技术合成技术合成方法合成方法合成实验合成实验产物的鉴定与表征产

7、物的鉴定与表征分离提取分离提取合成合成14合成化学研究的基本步骤和方法合成化学研究的基本步骤和方法确定合成目标和任务确定合成目标和任务合成方法的选择和合成路线的设计合成方法的选择和合成路线的设计合成实验合成实验化合物的鉴定和表征化合物的鉴定和表征15有机合成的历史有机合成的历史第二次世第二次世界大战界大战初创期初创期辉煌期辉煌期主要是围绕以煤焦油为原主要是围绕以煤焦油为原料的染料和药物等的合成料的染料和药物等的合成5060年代的年代的Woodward艺术期艺术期7080年代年代Corey的的科学与艺术的融合期科学与艺术的融合期90年代以来的化学年代以来的化学生物学期生物学期（3）合成化学的发展

8、和展望）合成化学的发展和展望16弗里得里希弗里得里希维勒维勒（18001882）1800年年7月月31日维勒出生于德国法兰克福附近的埃希海姆日维勒出生于德国法兰克福附近的埃希海姆村。当维勒十九岁时，考入马堡大学医学院，一年之后，村。当维勒十九岁时，考入马堡大学医学院，一年之后，转学至海德堡大学，转学至海德堡大学，1823年获得医学博士学位。年获得医学博士学位。葛梅林发现维勒的实验能力很强，为可造之才，劝他到葛梅林发现维勒的实验能力很强，为可造之才，劝他到瑞典跟化学大师贝采利乌斯学习化学，果然，一年间，瑞典跟化学大师贝采利乌斯学习化学，果然，一年间，维勒掌握了分析化学和制取元素的方法，维勒掌握了

9、分析化学和制取元素的方法，1825年任柏林年任柏林工业专科学校教师，讲授化学。过了两年，制出了金属工业专科学校教师，讲授化学。过了两年，制出了金属铝。铝。1836年任戈丁根大学化学教授，并担任过戈丁根化年任戈丁根大学化学教授，并担任过戈丁根化学研究所所长、汉诺威药房的监察主任。学研究所所长、汉诺威药房的监察主任。1854年被选为年被选为英国皇家学会会员，英国皇家学会会员，1872年获得该会的科普勒奖章。年获得该会的科普勒奖章。17n 1828年成功地从氰酸铵合成了尿素，以此年成功地从氰酸铵合成了尿素，以此闻名于世。闻名于世。开创了开创了有机合有机合成的先成的先河河动摇了动摇了“生命生命力论力论

10、”柏则里柏则里 格曼林和贝采里乌斯格曼林和贝采里乌斯 维勒的失误维勒的失误44NH ClAgCNONH CNOAgCl42422()2()NH OHPb CNONH CNOPb OH422()NH CNONHCO 18德国有机化学家。德国有机化学家。1818年年4月月8日日生于吉森，生于吉森，1892年年5月月2日卒于柏日卒于柏林。林。1836年入吉森大学学习法律，年入吉森大学学习法律，后受到化学家后受到化学家J.von李比希的影李比希的影响，改学化学响，改学化学,1841年获博士学年获博士学位，即留校任李比希的助手。位，即留校任李比希的助手。1845年任伦敦皇家化学学院首任年任伦敦皇家化学学

11、院首任院长和化学教授。院长和化学教授。1865年回国，年回国，任柏林大学教授。任柏林大学教授。1851年当选为年当选为英国皇家学会会员。英国皇家学会会员。1868年创建年创建德国化学会并任会长多年。德国化学会并任会长多年。 19n18561856年霍夫曼年霍夫曼(A(AW.Hofmann)W.Hofmann)发现苯胺紫，回国后发展发现苯胺紫，回国后发展了以煤焦油为原料的德国染料工业。了以煤焦油为原料的德国染料工业。n研究苯胺的组成研究苯胺的组成(1843)(1843)；由氨和卤代烷制得胺类；由氨和卤代烷制得胺类(1850)(1850)；n发现异氰酸苯酯发现异氰酸苯酯(1849(18491856

12、)1856)、n二苯肼二苯肼(1863)(1863)、n二苯胺二苯胺(1864)(1864)、n异腈异腈(1866(18661867)1867)、n甲醛甲醛(1867)(1867)；n制订测定分子量用的蒸气密度法（制订测定分子量用的蒸气密度法（18681868），），n改进有机分析和操作法；改进有机分析和操作法；n发现四级铵碱加热至发现四级铵碱加热至100100以上分解成烯烃、三级胺和以上分解成烯烃、三级胺和水的反应水的反应(1881)(1881)，称霍夫曼反应。，称霍夫曼反应。20n1852年年10月月9日生于德国科隆市莱茵河附近的奥日生于德国科隆市莱茵河附近的奥伊斯基兴。伊斯基兴。1872

13、年在斯特拉斯堡与拜耳一起做研年在斯特拉斯堡与拜耳一起做研究工作。他由于在染料方面的工作，于究工作。他由于在染料方面的工作，于1874年获年获博士学位。博士学位。1879年任慕尼黑大学教授，年任慕尼黑大学教授，1882年任年任埃朗根大学教授，埃朗根大学教授，1885年任维尔茨堡大学教授，年任维尔茨堡大学教授，18921919年，任柏林大学教授。年，任柏林大学教授。n1890年费歇尔合成六碳糖的各种异构体以及嘌呤等年费歇尔合成六碳糖的各种异构体以及嘌呤等杂环化合物，费歇尔也因此荣获第二届杂环化合物，费歇尔也因此荣获第二届(1902年年)诺诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。艾米尔艾米尔费歇尔费歇尔(Emil

14、 Fischer ，1852 1919）21n他父亲劳伦斯他父亲劳伦斯费歇尔是个富有商人，除经营葡萄酒、费歇尔是个富有商人，除经营葡萄酒、啤酒外，还是一些啤酒厂、毛纺厂、钢管厂、玻璃啤酒外，还是一些啤酒厂、毛纺厂、钢管厂、玻璃厂及矿山企业的董事。厂及矿山企业的董事。n在艾米尔少年时代，他父亲正倾注全力发展他的毛在艾米尔少年时代，他父亲正倾注全力发展他的毛纺厂，亲自动手建立了一个小染坊，把买来的染料纺厂，亲自动手建立了一个小染坊，把买来的染料反复调和进行试验。由于缺乏化学知识，实验总不反复调和进行试验。由于缺乏化学知识，实验总不象作买卖那么顺心，为此他常唠叨：象作买卖那么顺心，为此他常唠叨：“如

15、果家里有如果家里有一个化学家，这些困难便好解决了。一个化学家，这些困难便好解决了。”后来相继建后来相继建立的钢铁厂、水泥厂也迫切需要化学知识，致使他立的钢铁厂、水泥厂也迫切需要化学知识，致使他父亲对化学这门科学更加崇拜。父亲的这一思想给父亲对化学这门科学更加崇拜。父亲的这一思想给费歇尔留下了深刻印象，他暗暗下定决心，将来一费歇尔留下了深刻印象，他暗暗下定决心，将来一定要作一个化学家。定要作一个化学家。22Adolf von Baeyer (18351917)1835年年10月月31日生于柏林日生于柏林,1917年年8月月20日卒于斯特尔堡。曾在海德日卒于斯特尔堡。曾在海德堡大学学习化学，是堡大

16、学学习化学，是R.W.本生和本生和F.A.凯库勒的学生。凯库勒的学生。1858年在柏林年在柏林大学获得博士学位，大学获得博士学位，1860年任该年任该校化学讲师。数年后任柏林工业研校化学讲师。数年后任柏林工业研究所化学研究室主任。究所化学研究室主任。1872年任年任斯特拉斯堡大学化学教授。斯特拉斯堡大学化学教授。1875年任慕尼黑大学教授。年任慕尼黑大学教授。23他的第他的第 1项成绩是项成绩是1863年发现了巴比妥酸年发现了巴比妥酸巴比妥类安眠药的母体；巴比妥类安眠药的母体；1865年，他开始了靛蓝染料的研究工作；年，他开始了靛蓝染料的研究工作；1880年合成了靛蓝年合成了靛蓝,1883年确

17、定其结构；年确定其结构；1885年拜耳依据碳原子正四面体的模型，年拜耳依据碳原子正四面体的模型，树立了张力学说；树立了张力学说；1881年英国皇家学会授予他戴维奖章，表年英国皇家学会授予他戴维奖章，表彰他在靛蓝方面的成绩。彰他在靛蓝方面的成绩。1905年他因研究有机染料和氢化芳香族化年他因研究有机染料和氢化芳香族化合物的贡献而获诺贝尔化学奖。合物的贡献而获诺贝尔化学奖。24科学家威尔施泰特（科学家威尔施泰特（1872.8.131942.8.3）1872 年年 8 月月 13 日生于德国巴登；日生于德国巴登； 1894 年在慕尼黑大学获得博士学位；年在慕尼黑大学获得博士学位；1905 年任瑞士苏

18、黎世大年任瑞士苏黎世大 学化学教授；学化学教授； 19121916 年任柏林大学化学教授和年任柏林大学化学教授和威廉皇家研究所所长，威廉皇家研究所所长， 后又返慕尼后又返慕尼黑大学任教授；黑大学任教授； 1939 年到瑞士进行年到瑞士进行研究工作。研究工作。 1915 年，威尔施泰特由年，威尔施泰特由于对植物色素特别是叶绿素的研究而于对植物色素特别是叶绿素的研究而获诺贝尔化学奖。获诺贝尔化学奖。 1942 年年 8 月月 3 日，日，在瑞士去世，享年在瑞士去世，享年 70 岁。岁。 25n1903年维尔斯泰特（年维尔斯泰特（R Willstatter）经过卤化、）经过卤化、氨解、甲基化、消除等

19、氨解、甲基化、消除等20多步反应，第一次多步反应，第一次完成颠茄酮的合成，这是当时有机合成的一完成颠茄酮的合成，这是当时有机合成的一项卓越成就，具体合成路线为：项卓越成就，具体合成路线为：总收率总收率0.75% 26n时隔时隔14年之后，年之后，1917年英国化学家鲁滨逊年英国化学家鲁滨逊(Robinson)第二次合成颠茄酮，所不同的是第二次合成颠茄酮，所不同的是他采用了全新的、简洁的合成方法，是模拟他采用了全新的、简洁的合成方法，是模拟自然界植物体合成莨菪碱的过程进行的，其自然界植物体合成莨菪碱的过程进行的，其合成路线是：合成路线是： 这一合成曾被这一合成曾被Willstatter称为是称为

20、是“出类拔萃的出类拔萃的”合成，它反映了这一时期有机合成突飞猛进的合成，它反映了这一时期有机合成突飞猛进的发展。发展。27 1886年出生在英国中部一个小年出生在英国中部一个小镇上，在曼彻斯特大学获博士学位，镇上，在曼彻斯特大学获博士学位，曾去悉尼大学工作，后任牛津大学教曾去悉尼大学工作，后任牛津大学教授直至退休。授直至退休。他致力于有机结构和有机理论的他致力于有机结构和有机理论的研究并应用于生理学方面，成功地测研究并应用于生理学方面，成功地测出生物碱如罂粟碱、尼古丁吗啡等的出生物碱如罂粟碱、尼古丁吗啡等的化学成分和结构式，更突出的是他与化学成分和结构式，更突出的是他与一名澳大利亚学生精确地测

21、定了青霉一名澳大利亚学生精确地测定了青霉素等一批抗菌素药物的结构及在生理素等一批抗菌素药物的结构及在生理和药理方面的作用机理，成功地合成和药理方面的作用机理，成功地合成了盘尼西林、马钱子碱等药物，所以了盘尼西林、马钱子碱等药物，所以荣获荣获1947年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。鲁宾逊于鲁宾逊于1975年逝世，享年年逝世，享年89岁。岁。英国化学家英国化学家-鲁滨逊鲁滨逊 28 与此同时许多具有生物活性的复杂与此同时许多具有生物活性的复杂化合物相继被合成化合物相继被合成: 威廉姆斯威廉姆斯(GWilliams)发现箐染料；发现箐染料； 获获1930年诺贝尔化学奖的年诺贝尔化学奖的Hans Fi

22、scher合成血红素；合成血红素； 1944年年RB Woodward合成金鸡纳合成金鸡纳碱等。碱等。 以上这些化合物的合成标志着这一时以上这些化合物的合成标志着这一时期有机合成的水平，奠定了下一阶段有机期有机合成的水平，奠定了下一阶段有机合成辉煌发展的基础。合成辉煌发展的基础。29R.B.Robert Burns Woodward (19171979)美国化学家。美国化学家。1917年年4月月10日生于波士顿，日生于波士顿，1979年年7月月8日日卒于哈佛。卒于哈佛。1933年入麻省理工学院年入麻省理工学院学习学习,1936年获理学学士学位年获理学学士学位,1937年获博士学位。年获博士学位

23、。19501960年年,任任哈佛大学教授。哈佛大学教授。1963年瑞士汽巴公年瑞士汽巴公司为他在瑞士的巴塞尔建造了伍德司为他在瑞士的巴塞尔建造了伍德沃德研究室，此后他在哈佛大学和沃德研究室，此后他在哈佛大学和巴塞尔两处指导研究工作。巴塞尔两处指导研究工作。辉煌期辉煌期30 在甾族化合物领域中的第一个成果，是描在甾族化合物领域中的第一个成果，是描述了分子结构与紫外光谱间的关系；述了分子结构与紫外光谱间的关系； 较早地认识到物理测定比化学反应更能阐较早地认识到物理测定比化学反应更能阐明有机化合物分子结构的特点。明有机化合物分子结构的特点。 曾推测了许多复杂的天然有机化合物的结曾推测了许多复杂的天然

24、有机化合物的结构，并取得了巨大的成功构，并取得了巨大的成功,包括青霉素包括青霉素(1945)、番木鳖碱番木鳖碱(1947)和河豚毒素和河豚毒素(1964)等。等。 31 在测定青霉素的结构中发现了前所在测定青霉素的结构中发现了前所未知的一类天然产物未知的一类天然产物大环内酯抗生素，大环内酯抗生素，并提出了在自然界形成的可能途径。他也并提出了在自然界形成的可能途径。他也是第一个提出甾体激素的正确生物合成理是第一个提出甾体激素的正确生物合成理论的人。论的人。 最早正确地推测了二茂铁的结构，最早正确地推测了二茂铁的结构，为金属有机化学开辟了新的道路。为金属有机化学开辟了新的道路。 合成工作突出地表现

25、在巧妙地利用合成工作突出地表现在巧妙地利用有机反应进行现在已知的最复杂的天然有有机反应进行现在已知的最复杂的天然有机化合物的合成。机化合物的合成。32nWoodward是艺术期的杰出代表，也是目前为止是艺术期的杰出代表，也是目前为止最杰出的合成化学大师之一。他在最杰出的合成化学大师之一。他在27岁时就完成岁时就完成了喹咛的全合成。了喹咛的全合成。n生物碱，如马钱子碱（生物碱，如马钱子碱（1954年）、麦角新碱年）、麦角新碱（1956年）、利血平（年）、利血平（1956年）；年）；n甾体化合物，如胆甾醇、皮质酮（甾体化合物，如胆甾醇、皮质酮（1951年），黄年），黄体酮（体酮（1971年）以及羊

26、毛甾醇（年）以及羊毛甾醇（1957年）；年）；n抗生素，如青霉索、四环素、红霉素、维生素抗生素，如青霉索、四环素、红霉素、维生素B12，并因此获得，并因此获得1965年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。33含有含有9个手性碳原于，个手性碳原于，可能的异构体数为可能的异构体数为512。Vitamin B2 近百名科学家历经近百名科学家历经15年年才完成了它的全合成才完成了它的全合成Woodward和量子化学家和量子化学家RHofmann共同发共同发现了重要的分子轨道对称守恒原理，这一原理现了重要的分子轨道对称守恒原理，这一原理使有机合成从艺术更多地走向理性，完成了大使有机合成从艺术更多地走向理性，完

27、成了大量结构复杂的天然分子全合成。量结构复杂的天然分子全合成。34n从自然界发现的和人工合成的有机物约有三千从自然界发现的和人工合成的有机物约有三千万种，每年新合成的化合物中，万种，每年新合成的化合物中，90%的是有的是有机物。机物。n创造了好几个新的自然界；创造了好几个新的自然界；n发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理论。论。n进入进入21世纪，合成化学将更注意发展新合成反世纪，合成化学将更注意发展新合成反应、新合成路线和方法、新制备技术及与此相应、新合成路线和方法、新制备技术及与此相关的反应机理的研究。关的反应机理的研究。展望展望35n在有机合成

28、中，高选择性、高合成效率和在有机合成中，高选择性、高合成效率和经济性、高反应活性和收率、环境友好性经济性、高反应活性和收率、环境友好性及原子经济性将更受关注。及原子经济性将更受关注。n发展的前沿是天然复杂有机分子的合成和发展的前沿是天然复杂有机分子的合成和不对称合成。不对称合成。n无机合成研究的重点是复杂和特殊结构无无机合成研究的重点是复杂和特殊结构无机物的高难度合成，如团簇、层状化合物机物的高难度合成，如团簇、层状化合物及其特定的多型体、各类层间的嵌插结构及其特定的多型体、各类层间的嵌插结构及多维结构的无机物，特殊聚集体的合成，及多维结构的无机物，特殊聚集体的合成，如超微粒、纳米态、微乳与胶

29、束、无机膜、如超微粒、纳米态、微乳与胶束、无机膜、非晶态、玻璃态、陶瓷、单晶、晶须、微非晶态、玻璃态、陶瓷、单晶、晶须、微孔晶体等。孔晶体等。3621世纪，合成化学的主要研究方向可以世纪，合成化学的主要研究方向可以概括为：概括为：n 定向合成和高选择性合成方法的定向合成和高选择性合成方法的研究。研究。n依据生物活性或光、电、声、热等物依据生物活性或光、电、声、热等物理功能的需要，定向合成或选择性合理功能的需要，定向合成或选择性合成有特定结构及空间排列的分子和分成有特定结构及空间排列的分子和分子聚集体，这是合成化学当前最重要子聚集体，这是合成化学当前最重要的课题之一的课题之一 。 37n绿色合成

30、研究，或称原子经绿色合成研究，或称原子经济性、环境友好反应的研究。济性、环境友好反应的研究。n从基础研究角度提出新的概念，从基础研究角度提出新的概念，创造新的反应，尤其是高效的创造新的反应，尤其是高效的选择性催化反应。选择性催化反应。 38n极端条件下的合成和温和条件下的合成极端条件下的合成和温和条件下的合成n极端条件指超高压、超高温、特殊物理场极端条件指超高压、超高温、特殊物理场等，这是可能实现通常条件下无法进行的等，这是可能实现通常条件下无法进行的合成，从而得到有特殊功能的特殊结构。合成，从而得到有特殊功能的特殊结构。n温和条件下，也就是模拟生命体系酶催化温和条件下，也就是模拟生命体系酶催

31、化反应条件下的反应，这类高效、定向的反反应条件下的反应，这类高效、定向的反应正是合成化学家追求的一种理想境界，应正是合成化学家追求的一种理想境界，如合成抗体酶等各种人工酶。如合成抗体酶等各种人工酶。 39n具有特定功能、特殊结构的分具有特定功能、特殊结构的分子的合成和分子聚集体的组装。子的合成和分子聚集体的组装。n 这方面的合成研究工作可能会这方面的合成研究工作可能会对生命科学、材料科学带来深远对生命科学、材料科学带来深远的影响，如复杂天然物分子和有的影响，如复杂天然物分子和有关电子器件分子的合成研究。关电子器件分子的合成研究。 40n新的合成策略和概念的探索。新的合成策略和概念的探索。n在当

32、今合成设计策略和概念的在当今合成设计策略和概念的基础上，提出了新理论、概念基础上，提出了新理论、概念和思路，如反合成分析、仿生和思路，如反合成分析、仿生合成、组合化学等。合成、组合化学等。 41n计算机合成化学。计算机合成化学。 n包括建立合成反应数据库，包括建立合成反应数据库，反应过程的数学模型，反应反应过程的数学模型，反应和合成的计算机辅助设计及和合成的计算机辅助设计及优化等。优化等。42n 合成、制备和组装中的重要基础合成、制备和组装中的重要基础理论问题。理论问题。n合成反应的进行及其选择性的调控合成反应的进行及其选择性的调控和分子识别以及分子间弱相互作用和分子识别以及分子间弱相互作用力

33、之间关系的认识，这些认识进一力之间关系的认识，这些认识进一步为合成反应设计提供指导和预测，步为合成反应设计提供指导和预测，以及分子聚集体的组装和自组装的以及分子聚集体的组装和自组装的规律和机理，组装时分子伴侣的作规律和机理，组装时分子伴侣的作用，功能和结构组装规律等分子工用，功能和结构组装规律等分子工程学问题。程学问题。43思考题思考题n1、合成化学的研究对象是什么？、合成化学的研究对象是什么？n2、合成化学研究的基本步骤和方法？、合成化学研究的基本步骤和方法？44n“生命力论生命力论”认为动植物体内存在着一认为动植物体内存在着一种生命力，只有依靠这种生命力，才能种生命力，只有依靠这种生命力，

34、才能产生出有机化合物，即有机物最初只能产生出有机化合物，即有机物最初只能在动植物体内产生。化学家在实验室只在动植物体内产生。化学家在实验室只能将有机物转化为新的有机物，而不能能将有机物转化为新的有机物，而不能用无机物制造出有机物。自然界的矿物用无机物制造出有机物。自然界的矿物等无机物千年万年，亘古不变，是没有等无机物千年万年，亘古不变，是没有生命的；而有机物不同，是有生命的。生命的；而有机物不同，是有生命的。它们之间有不可逾越的鸿沟。它们之间有不可逾越的鸿沟。 45n贝采里乌斯曾指定他分析墨西哥出产的贝采里乌斯曾指定他分析墨西哥出产的黄铅矿石。在分析化验过程中，维勒曾黄铅矿石。在分析化验过程中

35、，维勒曾发现过一种特殊的沉淀物，当时他认为发现过一种特殊的沉淀物，当时他认为这可能是铬的化合物、未去深究其真实这可能是铬的化合物、未去深究其真实面目，过后这一现象又被他的同学瑟夫面目，过后这一现象又被他的同学瑟夫斯特姆发现。后者却抓住这个现象不放，斯特姆发现。后者却抓住这个现象不放，经过反复实验研究，终于发现那沉淀物经过反复实验研究，终于发现那沉淀物是一种含有新元素的物质，这种元素就是一种含有新元素的物质，这种元素就是钒。是钒。 2022-2-246本章主要内容本章主要内容 1.1 合成反应热力学合成反应热力学 1.2 合成反应动力学合成反应动力学 1.3 催化与合成催化与合成 1.4 溶剂溶

36、剂 1.5 反应的选择性反应的选择性2022-2-247教学要求教学要求n1、复习热力学、动力学知识，并学、复习热力学、动力学知识，并学会应用其解决合成中的反应方向、会应用其解决合成中的反应方向、程度、速率等问题；程度、速率等问题；n2、掌握掌握催化与合成化学的关系；催化与合成化学的关系；n3、掌握掌握溶剂的选择和应用；溶剂的选择和应用；n4、了解化学选择性在合成中的应用。、了解化学选择性在合成中的应用。2022-2-2481.1 合成反应热力学合成反应热力学n 1.1.1 1.1.1 热力学判据热力学判据n一个反应或过程能不能自发进行，可用摩一个反应或过程能不能自发进行，可用摩尔尔Gibbs

37、自由能变量或者亥姆霍茨函数来自由能变量或者亥姆霍茨函数来判断。以判断。以 rGm表示，它综合了体系焓变、表示，它综合了体系焓变、熵变和温度三者之间关系：熵变和温度三者之间关系：2022-2-249rmrmrmGHTS 在等温、等压的封闭体系中、且不做非体积功的前提下，rGm表可作为热化学反应自发过程的判据。 2022-2-250000rmG 反应自发进行平衡状态反应不能自发进行rmrmrmGHTS 近似处理，即在温度较低，熵变 不太大时，直接用焓变rHm 作为反应判据，这对许多有机反应特别简便实用。n在一个实际反应中，反应的焓变在数值上在一个实际反应中，反应的焓变在数值上等于生成物分子形成时释

38、放的总能量与反等于生成物分子形成时释放的总能量与反应物分子键断裂时吸收的总能量之差。应物分子键断裂时吸收的总能量之差。n也可以用反应物键能之和减去产物键能之也可以用反应物键能之和减去产物键能之和计算出。和计算出。n而熵的变化涉及到体系的无序性或混乱度，而熵的变化涉及到体系的无序性或混乱度，温度的高低影响明显，在温度较高时，熵温度的高低影响明显，在温度较高时，熵变变S变化会比较大，此时变化会比较大，此时Gibbs自由能自由能变随温度变化明显，不宜用变随温度变化明显，不宜用 H作为反应作为反应判据。判据。2022-2-2512022-2-252 H S G= H-T S讨论讨论000任何温度下都不

39、能进行任何温度下都不能进行00低温低温0，高温，高温0高温下才能进行反应高温下才能进行反应00低温低温0低温下才能进行反应低温下才能进行反应n若在压强为若在压强为101.325千帕（千帕（1标准大气压，标准大气压，760毫米汞柱）的标准状态下毫米汞柱）的标准状态下2022-2-253rmrmrmGHTS 标准摩尔反应Gibbs自由能变量标准摩尔反应焓变标准摩尔反应熵变rmrmrmGHTS 2022-2-254焓变和熵变随温度变化很小作些近似处理(298.15)rmrmHTHK （ ）(298.15)rmrmSTSK （ ）( )(298.15)(298.15)rmrmrmGTHKTSK n标准

40、摩尔反应标准摩尔反应Gibbs自由能，还可自由能，还可以通过标准摩尔生成以通过标准摩尔生成Gibbs自由能自由能计算计算2022-2-255(rmifmifmGvGvG生成物）反应物）化学计量数 对于体系存在多个反应时，提高反应温对于体系存在多个反应时，提高反应温度往往有利于度往往有利于rSm增大较多的反应。如增大较多的反应。如ZrOZrO2 2 的氯化反应，可能发生如下两个反应：的氯化反应，可能发生如下两个反应：2022-2-256(a)(g)CO(g)ZrClC(s)(g)2ClZrO2422(b)2CO(g)(g)ZrCl2C(s)(g)2ClZrO422反应（b）生成CO的量多， rS

41、m增大较多。可以预期，升高温度有利于反应（b）。但是从工业生产来看，反应生产的CO量多，这会给分离后处理步骤带来困难，而且焦炭耗量也增大。因此要选择适宜的反应温度以反应(a)为主。1.1.2 热力学数据的查取，计算及热力学数据的查取，计算及在合成中的应用在合成中的应用 高温合成反应中，反应容器如坩高温合成反应中，反应容器如坩埚的选择是一项重要而困难的工作，在埚的选择是一项重要而困难的工作，在很多情况下，可以直接根据热力学计算很多情况下，可以直接根据热力学计算推测某种坩锅材料与金属或需要高温熔推测某种坩锅材料与金属或需要高温熔融的试料可能发生的反应。融的试料可能发生的反应。2022-2-257如

42、是否可以用刚玉坩埚熔化铁？如是否可以用刚玉坩埚熔化铁？3FeO(1)2Al(1)OAl3Fe(1)322022-2-258)mol56.68T(J5601GFeO(1)O21Fe(1)1FeO(1)m,f2)(23)1(2322sOAlOAl)(81.326102 .168713)(,32molJTGsOAlmf则上述反应在1873K时0104 .62577.156929017313)(,)(,32molJTGGGsOAlmflFeOmfmr说明在1600时刚玉坩埚不至于与铁反应，刚玉坩埚可用于熔化铁。 如如叔叔丁硫醇与三氯化砷在四氯化碳溶液中的反应：丁硫醇与三氯化砷在四氯化碳溶液中的反应：0

43、)431197298339(3mrH2022-2-2593HCl)(SBAClASH3B3us3suSSrmS HAs ClAs SH Cl3SH3ACl3AS3HCl H3(EEEE) ,mol298kJE,mol339kJE11HSClAs1ClH1SAsmol431kJE,mol197kJE所以BuS-基在反应过程中保持不变，可以将反应式改写如下：计算石灰石热分解自发进行的温度。计算石灰石热分解自发进行的温度。解：石灰石的热分解反应为：解：石灰石的热分解反应为：2022-2-26032( )( )( )CaCO SCaO SCOgCaCOCaCO3 3(S)(S)CaO(S)CaO(S)

44、COCO2 2(S)(S)-1206.92-1206.92-635.09-635.09 -393.50-393.5092.992.939.7539.75213.74213.741(298.15)/()fmHKkJ mol11(298.15)/()mSKJ molK(298.15)(rmifmifmHKvHvH生成物）-反应物）(298.15 )(rmimimSKvSvS生成物）-反应物）2022-2-261111(298.15 ) ( 393.50) ( 635.09) ( 1206.92)rmHKkJ molkJ molkJ mol 1178.33kJ mol111111(298.15 )3

45、9.7592.9r mSKJ molKJ molKJ molK213.7411160.59J molK( )(298.15)(298.15)rmrmrmGTHKTSK 111178.33160.59rmGkJ molTJ molK1100TK稀有气体化合物稀有气体化合物Xe+PtF6-的的合成合成 稀有气体原来被称为惰性元素，稀有气体原来被称为惰性元素，是因为它们有一个共同特点，就是非是因为它们有一个共同特点，就是非常不活泼。从发现常不活泼。从发现Ar算起的算起的68年内，年内，该族元素一直处在该族元素一直处在“没有化学反应没有化学反应”的局面。虽然也有理论化学家预言稀的局面。虽然也有理论化学

46、家预言稀有气体能够形成化合物，但实际合成有气体能够形成化合物，但实际合成却屡屡受挫。却屡屡受挫。2022-2-262 1962年，年，Bartlett在研究在研究Pt和和F2的反的反应时，发现在玻璃或石英容器中，应时，发现在玻璃或石英容器中，Pt和和F2反反应生成的化合物之一是深红色固体，在应生成的化合物之一是深红色固体，在100以下可以升华，后又发现以下可以升华，后又发现O2同同PtF6蒸蒸气在室温下反应也可得到此化合物。这是一气在室温下反应也可得到此化合物。这是一种新的化合物。经种新的化合物。经XRD和其它实验确定，该和其它实验确定，该化合物化合物O2+PtF6- 。2022-2-263第

47、一电离能: Ixe=1171.5kJmol-1, Io2=1175.7kJmol-1 因为因为IO2Ixe,O2+半径与半径与Xe +半径相近半径相近 ，两者，两者所形成的化合物所形成的化合物O2+PtF6-与与Xe+PtF6-的晶格能的晶格能（L）也相近，故而反应的）也相近，故而反应的rHm也相近，于是也相近，于是Bartlett在室温下将等量的在室温下将等量的Xe与与PtF6的蒸气混合，的蒸气混合，立即得到橘黄色晶体，该化合物为立即得到橘黄色晶体，该化合物为Xe+PtF6-。追随追随Bartlett的结果，克拉森等以的结果，克拉森等以Ni为容器，为容器，将将Xe与与F2的混合物加热到的混合

48、物加热到400，成功合成了无，成功合成了无色晶体色晶体XeF4。这两个结果给。这两个结果给30年代以来长期停滞年代以来长期停滞不前的该领域的研究带来了生机。许多稀有气体不前的该领域的研究带来了生机。许多稀有气体化合物相继被合成出来。化合物相继被合成出来。2022-2-2641.1.3 反应的偶合反应的偶合 当某化学反应的当某化学反应的rGm0 0, K 1时，该反应不能自发进行。时，该反应不能自发进行。 使其和一个使其和一个rGm1的的反应进行偶合，使不能自发进行的反应中反应进行偶合，使不能自发进行的反应中某产物成为某产物成为可以进行的可以进行的反应中的反应物，反应中的反应物，这样就能把不能进

49、行的反应带动起来。这这样就能把不能进行的反应带动起来。这称为反应的偶合。称为反应的偶合。2022-2-265138.394molKjGmr)()()()(2)(2422gCOlTiClSCgClSTiO2022-2-266如： TiO2(s)+2Cl2 (g)TiCl4（l）+O2（g）mrG194.161molKjC（s）+O2(g) CO2(g) 144.23294.16138.394)298(molKjGmr)()(21)(222lOHgOgH)()()(21)(2222lOHaqCugOaqHCu2022-2-267Cu+2H+(aq) Cu2+(aq)+H2(g) 15 .65)29

50、8(molKjGmr12 .237)298(molKjGmr17 .171)298(molKjGmr1.2 合成反应动力学合成反应动力学1.2.1 反应速率的主要影响因素反应速率的主要影响因素1.2.1.1 温度温度 绝大多数反应的速率随温度上升而增大，温度绝大多数反应的速率随温度上升而增大，温度升高升高10K，反应速率增加，反应速率增加2 4倍。可见从动力学观倍。可见从动力学观点来看，温度升高有利于反应进行；点来看，温度升高有利于反应进行； 但温度太高，副产物可能会增加，对于放热反但温度太高，副产物可能会增加，对于放热反应（应（ rHm 0）更应注意由于温度的上升造成平）更应注意由于温度的上