高中化學專題三讓有機反應為人類造福第一單元有機藥物制備學案選修.docx

第一單元有機藥物制備1了解阿司匹林的化學合成路線，認識阿司匹林等有機藥物對保障人類健康的重要性。2了解制備乙酰水楊酸的原理和方法。3了解研制和生產(chǎn)有機藥物時需要關注的技術問題。“頭痛感冒發(fā)燒，阿司匹林一包”。阿司匹林，這個價格低廉的小白藥片或許是迄今為止醫(yī)藥界中最奇妙的藥物之一。在解熱鎮(zhèn)痛類藥物的家族中，阿司匹林可謂是其中的“長者”。這種原用于止痛退熱的藥物，如今被廣泛應用在預防心血管系統(tǒng)疾病中。一、阿司匹林1水楊酸與乙酰水楊酸水楊酸與乙酰水楊酸的分子中都含有苯環(huán)和羧基。水楊酸分子中羥基上的氫原子被乙酰基取代生成乙酰水楊酸。2阿司匹林的成分和分子結構主要成分是乙酰水楊酸，另外還含有惰性黏合劑(通常用淀粉)。3阿司匹林的合成(1)主要原料：氯苯，其分子的結構簡式為。(2)合成路線。首先，苯的一氯代物(氯苯)在催化劑及高溫、高壓條件下發(fā)生水解反應制得苯酚，化學方程式為：苯酚可以在適當條件下與二氧化碳發(fā)生反應生成水楊酸，化學方程式為：水楊酸再與醋酸酐反應生成乙酰水楊酸，即阿司匹林，化學方程式為：二、有機藥物的制備1有機藥物合成的基本步驟每一種有機藥物的制備都是一個復雜的過程，首先，要通過結構分析確定有機藥物的分子結構；然后，根據(jù)它的分子結構研究這種物質的化學合成路線；最后，通過具體的化學合成實驗探索合成每一種中間產(chǎn)物的生成條件，以求用最經(jīng)濟的手段制備出目標產(chǎn)物。2有機藥物合成時需要注意的關鍵問題在合成過程中還要防止產(chǎn)生對環(huán)境有害的副產(chǎn)物或廢棄物。三、化學合成藥物的重要作用化學合成藥物已在人類生活中得到廣泛應用，在抵御疾病、增強人體免疫力、節(jié)約自然資源等方面作出了重大貢獻。隨著科學技術的發(fā)展，人類必將制備出更多的對提高人體健康水平有重大作用的藥物。思考：科學家制備有機藥物的一般過程是什么？提示：從(植物中)發(fā)現(xiàn)測定(藥物組成、結構)合成改進(藥效、毒副作用)設計(新藥)合成。一、制備乙酰水楊酸的基本原理1氯苯的制取合成阿司匹林可用氯苯為原料。氯苯分子中的氯原子和氯乙烯分子中的氯原子的地位很相似，氯原子直接和苯環(huán)上的雜化碳原子相連，氯原子的一對p電子參與p共軛，因此，該氯原子也很不活潑，在一般條件下不能進行取代反應。氯苯為無色液體，沸點為132 ，可用苯直接氯化制得，反應的化學方程式如下：工業(yè)上也可用苯蒸氣、空氣及氯化氫通過氯化銅催化來制備，反應的化學方程式如下：氯苯可用作溶劑和有機合成的原料。2水楊酸的制備苯的一氯代物(氯苯)在催化劑及高溫、高壓條件下發(fā)生水解反應制得苯酚，苯酚可以在適當條件下與二氧化碳發(fā)生反應生成水楊酸。3乙酰水楊酸的制取水楊酸是雙官能團化合物，它既是酚又是羧酸，因此它能發(fā)生幾種不同的酯化反應，它既能與醇反應，也能與酸反應。在醋酸酐存在下，水楊酸生成乙酰水楊酸(阿司匹林)。反應的化學方程式：由于水楊酸既有羧基又有羥基，有少量高聚副產(chǎn)物在反應中生成，使反應變得復雜化。例如，在生成乙酰水楊酸的同時，水楊酸分子之間可以發(fā)生縮合反應，生成少量聚合物，如下所示：(n1)H2O乙酰水楊酸能與碳酸氫鈉反應生成水溶性的鈉鹽，而高聚副產(chǎn)物不能溶于碳酸氫鈉溶液，這種性質上的差別可以用于阿司匹林的純化，反應的化學方程式如下：最可能存在于最終產(chǎn)物中的雜質是水楊酸，它的存在是由于乙?；磻煌耆?，或者由于產(chǎn)物在分離步驟中發(fā)生水解造成的。該物質可在各個純化階段和產(chǎn)物的最后重結晶過程中被除去。水楊酸和大多數(shù)酚一樣，能與氯化鐵形成深色配合物，因此，可以利用這個性質對此雜質的存在進行檢驗。4合成路線拓展思考1：用什么試劑可以引入乙?；?？提示：引入酰基的試劑叫?；噭?，常用的乙?；噭┯幸阴Ｂ取⒋姿狒⒈姿?。如：二、有機合成遵循的原則1所選擇的每個反應的副產(chǎn)物盡可能少，所要得到的主產(chǎn)物的產(chǎn)率盡可能高且易于分離，避免采用副產(chǎn)物多的反應。2發(fā)生反應的條件要適宜，反應的安全系數(shù)要高，反應步驟盡可能少而簡單。3要按一定的反應順序和規(guī)律引入官能團，不能臆造不存在的反應事實，必要時應采取一定的措施保護已引入的官能團。4所選用的合成原料要易得，經(jīng)濟。拓展思考2：制備乙酰水楊酸過程中有哪些副反應？如何處理？提示：由于水楊酸是一雙官能團化合物，一個官能團為酚羥基，另一個是羧基，因此可以形成少量的高聚物，在酰化過程中生成一種乙酰水楊酸酐副產(chǎn)物，本實驗的副產(chǎn)物包括水楊酰水楊酸酯、乙酰水楊酰水楊酸酯、乙酰水楊酸酐和聚合物。這些微量雜質是引起哮喘、麻疹等的過敏源物質。為了除去這部分雜質，可先將乙酰水楊酸變?yōu)殁c鹽，再利用高聚物不溶于水的性質將它們分開。知識點1 有機藥物結構與性質的判斷【例題1】下列三種有機物是某些藥物中的有效成分：對羥基桂皮酸布洛芬阿司匹林以下說法正確的是()。A三種有機物都能與濃溴水發(fā)生反應B三種有機物苯環(huán)上的氫原子若被氯原子取代，其一氯代物都只有2種C將等物質的量的三種物質加入氫氧化鈉溶液中，阿司匹林消耗氫氧化鈉最多D使用FeCl3溶液能鑒別出這三種有機物解析：三種有機物中只有對羥基桂皮酸能與溴水反應，故A項錯誤；其苯環(huán)上的一氯代物種數(shù)分別為2、2、4，故B項錯誤；C項中1 mol三種物質反應時，消耗NaOH的物質的量分別為2 mol、1 mol、3 mol，故C項正確；FeCl3溶液能與含有酚羥基的物質發(fā)生顯色反應，只能鑒別出對羥基桂皮酸，后兩者無法加以鑒別。答案：C知識點2 有機藥物的合成【例題2】阿司匹林能迅速解熱、鎮(zhèn)痛。長效緩釋阿司匹林可在體內逐步水解而療效更佳。用丙酮為主要原料合成長效緩釋阿司匹林的流程如下圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)上述合成C的路線曾用作有機玻璃單體()合成路線的一部分?，F(xiàn)在人們利用最新開發(fā)的2價鈀的均相鈀催化劑體系，將丙炔在甲醇和一氧化碳存在下，于60 、6 MPa條件下羰基化，一步制得，其化學方程式為_；如此改進的優(yōu)點為_。(2)阿司匹林的結構簡式為_，下列物質與阿司匹林互為同分異構體的有_(填字母編號)。 a bc(3)根據(jù)題示信息，用苯酚為主要原料合成，模仿以上流程圖設計合成路線，標明每一步的反應物及反應條件。(有機物寫結構簡式，其他原料自選)例：由乙醇合成聚乙烯的反應流程圖可表示為CH3CH2OHCH2=CH2解析：(1)從題中的信息可以寫出化學方程式，此法的優(yōu)點是原子利用率高，沒有污染；(2)由上述的流程，推出B為，B發(fā)生消去反應后得到C，C的結構簡式為，高聚物D的結構簡式是，由D與乙二醇、阿司匹林反應生成緩釋阿司匹林，可以推出阿司匹林的結構簡式為；(3)流程為： 。答案：(1)CH3CCHCH3OHCOCH2CCH3COOCH3原子利用率達100%，且避免酸催化劑對環(huán)境的污染(2)(3) 1 PPA是一種常用的抗感冒藥，但服用該藥品能引起頭昏、頭痛、血壓升高，甚至中風、腎功能衰竭等危險。因此，包括我國在內的許多國家已發(fā)布了停用含PPA感冒藥的通知。已知PPA由四種元素構成，且這四種元素均位于元素周期表的前兩周期，其比例模型如圖所示，下列有關PPA的說法中正確的是()。APPA的分子式為C9H12NOBPPA既能與鹽酸反應，又能與氫氧化鈉溶液反應CPPA能發(fā)生取代、加成、氧化和消去反應DPPA分子中所有碳原子一定在同一平面上答案：C2蜂皇酸是蜂王漿的主要活性成分之一，具有滅菌、防輻射、防脫發(fā)、抗癌等多種生理功能。蜂皇酸Q由C、H、O三種元素組成，且C、H、O三種元素的原子個數(shù)比為10163，Q分子中沒有支鏈。1 mol Q需要1 mol NaOH完全中和，1 mol Q可以和1 mol Br2加成，其相對分子質量不大于200。Q能發(fā)生下列轉化：已知：RCH=CHRRCOOHRCOOH回答下列問題：(1)寫出Q的分子式：_。(2)上述轉化過程中，發(fā)生氧化反應的官能團是_。(3)寫出BC的化學方程式：_(寫一種情況即可)。(4)D有多種同分異構體，其中分子中只含一種官能團、烴基上一元取代物只有一種的同分異構體的結構簡式是_(要求寫一種即可)。解析：根據(jù)其原子個數(shù)比以及相對分子質量不大于200即可確定其化學式為C10H16O3，根據(jù)其性質可確定其結構中有一個羧基和一個碳碳雙鍵。另由生成A的反應條件可判斷還有一個羰基。根據(jù)物質中含有的氫原子數(shù)