有機化學發(fā)展市公開課獲獎課件

1、從有機化學發(fā)展角度結(jié)識高中“有機化學基礎”模塊北京師范大學化學學院李和139107609321第1頁第1頁從有機化學發(fā)展角度結(jié)識高中“有機化學基礎”模塊一、有機化學發(fā)展二、選修有機化學基礎模塊2第2頁第2頁一、有機化學發(fā)展 18，“有機化學”誕生 F. 貝其里烏斯“生命力”說1825年，第一個有機化合物人工合成，F(xiàn). 武勒，由無機物為原料合成尿素1831年，J. 李比希建立有機試驗室19，諾貝爾化學獎開始頒獎3第3頁第3頁1952年-全合成膽甾醇；1958年-破譯了第一個蛋白質(zhì)內(nèi)氨基酸順序，；1965年-合成了第一個蛋白質(zhì)(牛胰島素),邢其毅、汪猷組織完畢； 1972年-R-RNA合成；F.S

2、anger完畢1972年-全合成VB12， .Woodward歷經(jīng)十一年努力完畢，并發(fā)覺分子軌道對稱守恒原理；1982年-“絕望化合物”紅霉素全合成，是有機合成由必定王國達到自由王國標志，1989年-全合成?？舅兀琄ishi通過8年努力；20世紀90年代-進入生物醫(yī)藥階段;4第4頁第4頁因研究膽甾醇獲諾貝爾化學獎科學家HO維蘭德 （德） 1927 研究膽汁酸及其類似物質(zhì)AOR溫道斯 （德） 1928 研究甾醇結(jié)構(gòu)及其與維生素關系RB伍德沃德 （美） 1965 合成甾醇、葉綠素、維生素B12 5第5頁第5頁VB12分子結(jié)構(gòu)圖其關鍵中間體有9個不對稱碳原子, 應有512個異構(gòu)體, 共需95步反應

3、VB12: 100位科學家歷時完畢6第6頁第6頁紅霉素（Erythromycin）C37H68O12N18個C*218=262144種立體異構(gòu)體但只有一個是正確.這還不包括結(jié)構(gòu)異構(gòu).被Woodward稱為“絕望化合物”1982年被Woodward小組合成7第7頁第7頁?？舅赜?4個手性碳和7個骨架內(nèi)雙鍵(Z、E),異構(gòu)體數(shù)為271個(近乎阿佛加德羅常數(shù)！),是當前已發(fā)覺最復雜化合物, 但也已被合成. (1989年經(jīng)8年之久由哈佛大學Kishi領導24名博士和博士后完畢.)8第8頁第8頁有機化學發(fā)展前沿及進展情況（一） 有機合成1. 從合成單一化合物向批量合成發(fā)展，向合成/分離/ 分析/ 篩選

4、/一條龍發(fā)展：組合化學向模板合成/自組織/自組裝/ 自復制/合成功效材料/分子器件發(fā)展綠色合成產(chǎn)率100%和光學純度100% 后者由E.J.Corey在合成PG中實現(xiàn)（第三次挑戰(zhàn)）9第9頁第9頁（一） 有機合成2. 反應和辦法學利用新試劑、新反應使反應效率大增比如,一步合成前列腺素,而以前需要12步完畢10第10頁第10頁11第11頁第11頁12第12頁第12頁13第13頁第13頁(2)利用手性催化劑合成高光學活性物質(zhì)，其中美國科學家威廉姆-諾爾斯、日本科學家野依良治和美國科學家柏利-夏普萊斯“手性催化氫化反應”、“手性催化氧化反應”含有開創(chuàng)性，三人共獲諾貝爾化學獎。DET:手性酒石酸二乙酯9

5、0e.e。14第14頁第14頁（1）冠醚18-冠-6 空穴內(nèi)徑 0.26-0.36nmK+ 直徑 0.26nm相轉(zhuǎn)移催化劑15第15頁第15頁C2H5Br + KCN C2H5CN + KBr16第16頁第16頁相轉(zhuǎn)移催化劑（2）環(huán)糊精：Cyclodextrin68個D-吡喃葡萄糖以-1,4-糖苷鍵首尾相接形成穴狀化合物 -環(huán)糊精 -環(huán)糊精 -環(huán)糊精葡萄糖殘基數(shù) 6 7 8分子量 972 1135 1297溶解度g/100ml 14.5 18.5 23.2 17第17頁第17頁III、寡糖 環(huán)糊精 18第18頁第18頁環(huán)糊精 截錐體環(huán)狀結(jié)構(gòu)2位，3位羥基位于錐底方向，6位羥基位于錐頂方向，使環(huán)

6、糊精外部親水6位亞甲基和糖苷基排列在分子內(nèi)部，呈疏水性19第19頁第19頁環(huán)糊精性質(zhì)： 非還原性低聚糖 中性、堿性穩(wěn)定，多年儲存不變質(zhì) 酸性時可水解，但比直鏈寡糖穩(wěn)定25倍 空穴中能夠包合各種化合物用途：相轉(zhuǎn)移作用 催化高選擇反應 不對稱催化 人工酶 乳化劑20第20頁第20頁環(huán)糊精在食品中用途： 除去異味、羊膻、魚腥 減少柑桔苦味 黃油中除去膽固醇 保持色澤與香味 保護不飽和脂肪酸不被氧化 提升與改進食品組織結(jié)構(gòu)（乳化、起泡） 香煙咀中除尼古丁21第21頁第21頁（二）分子生物學（生物有機化學）“基因剪刀”（酶）合成和克隆，為化學治療提供了一個全新觀念和路徑。 BamH1在特定部位切割DNA

7、22第22頁第22頁23第23頁第23頁（三）天然有機化學茶多酚Tea Polyphenol 表兒茶素 EC 表沒食子兒茶素 EGC Epicatechin Epigallocatechin 表兒茶素沒食子酸酯 表沒食子兒茶素沒食子酸酯 Epicatechin Galate Epigallocatechin Galate ECG EGCG24第24頁第24頁茶多酚功效1、防癌作用2、降血脂，降血膽固醇，預防心腦血管病3、抗菌，防齲齒4、增強免疫力，抗衰老5、消食25第25頁第25頁黃酮類化合物槲hu皮素（櫟li精）Quercetin3,3,4,5,7-五羥基黃酮黃色色素食品抗氧化劑含有克制癌細

8、胞作用26第26頁第26頁銀杏黃酮白果素銀杏黃素27第27頁第27頁天然有機化學與有機合成古柯堿 普魯卡因奎寧 氯喹磷酸鹽28第28頁第28頁對葉酸類化合物研究產(chǎn)生了氨甲喋呤抗腫瘤藥品結(jié)構(gòu)上微小改變，可引發(fā)許多不同性質(zhì)改變治療治療白血病、絨毛膜癌、骨肉瘤，07.7暫時停用29第29頁第29頁30第30頁第30頁（四）藥物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)、合成（包括結(jié)構(gòu)改造和修飾）中藥成份活性結(jié)構(gòu)改造核酸及蛋白質(zhì)藥物研究藥物構(gòu)效關系研究克制制劑、受體激動劑、拮抗劑研究（非肽模擬）31第31頁第31頁維生素類似物L-肉毒堿 L-carnitineL-羥基-三甲銨丁酸L-hydroxyl-butyrobetaine性質(zhì)

9、： 其鹽溶于水 穩(wěn)定性好，耐熱、耐光、耐酸堿 在食品加工中普通不損失存在： 動物性食物中，人體能夠制造 食物中L-肉毒堿含量 mg/Kg綿羊肉 2100 牛肉 640 魚肉 700 兔肉 210 雞肉 25小麥 714 花生 1 蔬菜 032第32頁第32頁維生素類似物膽堿功效：可增進神經(jīng)傳導提升大腦活力、增強記憶力減少血液粘度，增強造血功效增進脂肪代謝，保護肝臟抗腫瘤、抗氧化、提升免疫功效存在： 動物性食物如腦、肝、腎、魚、蛋中，以卵磷脂、乙酸酯或游離存在，大豆中含磷脂較高 人體能夠制造33第33頁第33頁維生素類似物L-肉毒堿 L-carnitine功效： 增進脂肪酸-氧化，將長鏈脂肪酸從

10、線粒體膜外運到膜內(nèi)，并代謝轉(zhuǎn)化為能量。用作減肥藥。 增進嬰兒發(fā)育。用作嬰兒食品添加劑 參與酰基運送與排出 缺乏癥： 參與支鏈氨基酸代謝 能量代謝紊亂 治療腎病、氨中毒 酮體上升34第34頁第34頁內(nèi)源性活性物質(zhì)作為藥物原理特定腺體化學信使(內(nèi)源性活性物)進入血液循環(huán)到達靶器官激發(fā)或克制某種生理效能比如:前列腺素：引起平滑肌收縮、炎癥疼痛和防衛(wèi)性反應，是各種生理過程主要介質(zhì)前列環(huán)素F135第35頁第35頁第一代農(nóng)藥含氯化合物如：DDT、六六六 第二代農(nóng)藥元素有機農(nóng)藥如含磷化合物，馬拉硫磷、草甘磷、異氰酸甲酯 第三代農(nóng)藥超高效農(nóng)藥一個來自菊花殺蟲劑環(huán)異羥肟酸類化合物36第36頁第36頁第四代農(nóng)藥信

11、息素昆蟲激素 性引誘劑 保幼激素 抗幼激素37第37頁第37頁 棉籽象性引誘劑38第38頁第38頁（五）新型高分子材料功效高分子材料（特種工程塑料） 高強度、高模量、高使用溫度，特殊功效： 光學、電學、磁學、化學、生物學、醫(yī)學生物可降解與吸取材料 治理“白色污染” 醫(yī)用材料： 骨折內(nèi)固定；縫合線；藥物控釋39第39頁第39頁有機化學在科學中戰(zhàn)略地位 化學是一門承上啟下中心科學化學又是一門社會迫切需要實用科學，化學與人們衣食住行生活有非常緊密聯(lián)系有機化學是發(fā)展最快速化學學科40第40頁第40頁不斷發(fā)覺新有機分子研究有機分子性質(zhì)和應用開展反應學研究不斷合成新有機分子建立完美有機化學學術(shù)體系有機合成

12、 藥物化學有機分析 農(nóng)藥化學理論有機 有機高分子元素有機 有機生物化學金屬有機 天然有機化學41第41頁第41頁有機化學和其它學科關系無機化學 分析化學 物理化學生物化學 量子化學 有機化學生物學 高分子化學環(huán)境科學 分子生物學 食品科學42第42頁第42頁有機化學和前沿學科關系43第43頁第43頁 美國化學文摘CAS登錄化合物1955萬種，1945年110萬種1999年2340萬種2005-5-20 8220萬種前45年增長1倍后60年增長80倍近6年，平均每年增長980萬種 44第44頁第44頁“有機化學極大改進了人類生活，使人類在舊自然界旁邊建立起一個新自然界” 伍德沃得作為化學教師，我

13、們對這個“新自然界”理解有多少？我們學生又能學到多少？45第45頁第45頁我國高中化學課程原則對有機化學基礎選修模塊功效定位;有機化學基礎選修模塊教材對中學有機化學關鍵思想和觀念呈現(xiàn)特點;有機化學基礎選修模塊教材有機化學關鍵思想和觀念教學策略。二、選修有機化學基礎模塊46第46頁第46頁教材編寫依據(jù)、基礎、和定位1.編寫依據(jù)-新課標.2.知識基礎-必修模塊化學2中“主要有機化合物”相關知識3.水平定位-引導選修本模塊學生比較系統(tǒng)、進一步學習有機化學基礎知識，并能對有機化學產(chǎn)生一定興趣，以提升學生科學素養(yǎng)、志趣和能力，為進一步學習打好基礎.47第47頁第47頁總體思緒 本模塊教材在編寫上突出物質(zhì)

14、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)這一主線，建立起結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應、合成之間有機聯(lián)系，以結(jié)構(gòu)反應類型反應合成應用為線索,將全書串聯(lián)為一個有機整體。48第48頁第48頁按類別學習有機物自主學習有機物系統(tǒng)學習有機物全面結(jié)識有機反應系統(tǒng)研究有機化合物構(gòu)成與結(jié)構(gòu)，學習各類有機物性質(zhì)和應用，結(jié)識有機物在人類生活和經(jīng)濟發(fā)展中主要意義。有機化學知識在高中化學中的地位必修課程選修課程學習個別主要有機化合物，初步體會有機化學對于人類文明、社會發(fā)展和個人生活質(zhì)量提升主要作用。49第49頁第49頁必修化學學習有機物烴類物質(zhì)：甲烷乙烯苯烴衍生物：乙醇乙酸、乙酸乙酯油脂、糖類、蛋白質(zhì)有機化學基礎選修模塊學習有機物烴類物質(zhì)：烷烴烯烴乙炔、炔烴

15、、苯及其同系物烴衍生物：乙醇、醇類物質(zhì)乙醛、醛和酮 糖類乙酸、乙酸乙酯、取代羧酸 氨基酸油脂個別物質(zhì)學習類別物質(zhì)學習50第50頁第50頁本模塊教學要突出有機化學學科特色，突出學科思想和研究辦法，把握化學學科發(fā)展基本線索，將學科知識體系和研究辦法相融合，實現(xiàn)知識與辦法雙重教學任務。 這就要求我們在詳細教學中，注意與初中、高中知識以及其它模塊銜接，在學生既有知識基礎上搭建好理論辦法平臺，建構(gòu)好新有機反應結(jié)識框架。本模塊教學提議51第51頁第51頁有機化合物性質(zhì)官能團結(jié)構(gòu)特點極性鍵和非極性鍵（共價鍵極性）單鍵 雙鍵叁健（碳原子飽和程度）碳原子成鍵方式同分異構(gòu)現(xiàn)象和同分異構(gòu)體 剖析官能團，對官能團對反

16、應影響結(jié)識從知其然到知其因此然，愈加理性化！ 內(nèi)容結(jié)構(gòu)52第52頁第52頁烴衍生物性質(zhì)烴衍生物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關系內(nèi)在聯(lián)系醇 -OH酚 -OH醛 -CHO酮 -CO-羧酸 COOH酯 -COO-鹵代烴 -X加成反應取代反應消去反應氧化反應還原反應官能團有機化學反應類型53第53頁第53頁有機化合物合成應用有機化學反應 結(jié)構(gòu)官能團性質(zhì)54第54頁第54頁 充足利用官能團結(jié)識框架，拓寬有機化合物取材范圍，選擇含有官能團典型性、在自然界中廣泛存在、在生產(chǎn)、生活中有著主要用途有機化合物。開闊學生對有機化合物結(jié)識視野，極大地豐富了現(xiàn)行高中化學教材對有機化合物簡介范圍。密切結(jié)合生產(chǎn)生活實際以及生命科學。55第5

17、5頁第55頁關于教學實行幾點提議1.結(jié)構(gòu)理論方面內(nèi)容 是為認識有機化合物搭建平臺， 其要求不同于物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)選修模塊，教課時 不宜過多拓展。2.教學過程突出性質(zhì)、轉(zhuǎn)化、應用整體性、聯(lián)系性,將會使學生在多方面受益。 這將有助于學生下列幾方面能力培養(yǎng)：培養(yǎng)依據(jù)結(jié)構(gòu)預測反應性質(zhì)能力。培養(yǎng)比較、分析、演繹、推論等思維能力,尤其是逆 推思維能力。 培養(yǎng)參與交流研討活動能力56第56頁第56頁5.注意創(chuàng)造性地應用教材中活動性欄目，給學生充足思考和交流時間。4.課內(nèi)討論及探究式學習與課外指導學生閱讀教材等互結(jié)合各種教學方式。3.教學中注重官能團隊系，對代表性化合物教學也要基于類別進行討論，突出“由普通到個

18、別、由個別 到普通” 思維方式。57第57頁第57頁特色和創(chuàng)新 注重結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關系，發(fā)揮了結(jié)構(gòu)和反應規(guī)律指導作用，確保了有機化合物知識 系統(tǒng)性（官能團隊系）,為學生搭建了結(jié)識有機化合物理論平臺，既減少了學習難度，又加深了結(jié)識深廣度。 體系構(gòu)建思緒和創(chuàng)新 全面整合有機物、官能團、結(jié)構(gòu)、反應、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和合成之間關系，采用了概念原理與有機化合物知識合理穿插編排、雙向同時展開方式,使學生能更深刻地體會到有機化學內(nèi)在聯(lián)系和創(chuàng)造能力。58第58頁第58頁有機化學中氧化反應和還原反應加成反應取代反應消去反應氧化反應還原反應有機化學中反應主要類型反應類型 有機化合物結(jié)構(gòu)特性 試劑反應產(chǎn)物CHCOH CXCO

19、H CXC=C C=O C CX2、HX、NH3等濃H2SO4、Zn、NaOH/C2H5OH等HCl、H2SO4、HCN、NH3等依據(jù)氧化數(shù)H2、LiAlH4等如氫化鋁鋰、硼氫化鈉等酸性KMnO4、O2等得到含不飽和鍵化合物氧化數(shù)升高或減少產(chǎn)物不飽和 極性鍵 羥鹵氨加成反應 取代反應 消去反應59第59頁第59頁詳細化 不飽和 極性鍵 羥鹵氨加成反應 取代反應 消去反應60第60頁第60頁特色和創(chuàng)新引入有機反應類型規(guī)律 取代反應： A1 B1+A2 B2A1 B2A2 B1+NaOHH2OROH + NaClNaCNRCN + NaClNaORROR + NaClHOHNaOHROH + H

20、ClA2 B2A1 B2 + A2 B1R ClA1 B1NaOCCH3OROCCH3 + NaClO61第61頁第61頁特色和創(chuàng)新引入有機反應類型規(guī)律 加成反應CH3CH=O A1 B1CH3CH=CH2 A1 B1CH3CH -CH3 OSO3H H2SO4 CH3CHBr-CH3H BrA2 B2A1B1 B2 A2OH -H CNCH3CHOH CNH NH2CH3CHOH NH2A1 B1 + A2B2 A1 B1 B2 A262第62頁第62頁特色和創(chuàng)新引入有機反應類型規(guī)律 脫水劑脫水、堿脫酸、金屬脫非金屬、加熱脫小分子 消去反應CH3CH2Cl + NaOHROH CH2= CH

21、2 + H2SO4CH2= CH2 + H2OCH2= CH2 + NaCl + H2O CH2CH2ZnClClCH2= CH2ZnCl2CH3CH2OSO3H170CH3CH2OHH2SO4 98% 170 63第63頁第63頁特色和創(chuàng)新引入有機合成設計思想初次引入“有機合成”章節(jié)，簡介了逆推思維思想和推理辦法及合成有機化合物對人類奉獻,凸顯有機化學價值。采用案例教學策略，引導學生初步理解有機合成基本思緒和辦法，實現(xiàn)對官能團和各類有機化學反應綜合結(jié)識和應用。64第64頁第64頁有機合成意義確證分子結(jié)構(gòu)，取得稀罕化合物開創(chuàng)一類新化合物(或結(jié)構(gòu)單元)合成辦法增進化學學科發(fā)展(比如:VB12合成

22、中發(fā)覺了W-H規(guī)則)逆推法合成設計65第65頁第65頁草酸二乙酯合成草酸二乙酯性質(zhì)：無色異丁酸油狀液體，有芳香味。微溶與水，劇毒。用途：各種醫(yī)藥、染料、塑料增進劑中間體。66第66頁第66頁+67第67頁第67頁草酸二乙酯合成路線68第68頁第68頁草酸二乙酯工業(yè)合成以淀粉或葡萄糖溶液為原料，在五氧化二釩催化下，用硝酸硫酸氧化得到草酸 H2SO4 V2O5 C6H12O6 + 6HNO3 3H2C2O4 + 6H2O + 6NO或用CO與NaOH作用形成甲酸鈉，然后濃縮脫氫得到草酸鈉 加壓CO + NaOH HCOONa 150 C 400 C PbSO4 H2SO4HCOONa Ma2C2O

23、4 PbC2O4 H2C2O4工業(yè)草酸脫水形成無水草酸，然后在甲苯存在下與乙醇發(fā)生酯化反應得到草酸二乙酯69第69頁第69頁逆推法苯甲酸苯甲酯（苯甲酸芐酯）存在于各種植物香精中，可用作香料、食品添加劑，及一些固體香料溶劑。它也是一個常見化工原料，能夠用作塑料、涂料增塑劑。 苯甲酸苯甲酯合成70第70頁第70頁觀測苯甲酸苯甲酯結(jié)構(gòu)苯甲酸芐酯為酯類化合物，形成酯羧酸與醇分別含有一個苯環(huán)，并且各含有7個碳原子。苯環(huán) 苯環(huán) 酯基 71第71頁第71頁原料分子 目的分子 苯甲酸 苯甲醇 苯甲醛 甲苯 72第72頁第72頁73第73頁第73頁優(yōu)選合成路線對上述過程中所設計不同合成路線進行評價，優(yōu)選其中比較

24、合理路線。考慮原因：產(chǎn)率高低 步驟多少 操作繁簡 經(jīng)濟上是否合理 是否利于環(huán)境保護。74第74頁第74頁工業(yè)上，苯甲酸芐酯制備采用苯甲酸與氯芐在催化劑下直接反應制備。其中苯甲酸鈉可由苯甲酸與碳酸氫鈉制備，氯芐制備與上述辦法相同。75第75頁第75頁大學有機化學對中學生希望1、會做試驗（有機化學試驗性）2、用發(fā)展、可變、開放眼光看待化學知識 理解結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關系 知道有機反應復雜性，注意有機反應條件，而不刻意平衡方程式3、含有較好分析、推理、綜合能力76第76頁第76頁練習題化合物A俗名莽草酸, 結(jié)構(gòu)式如右圖, 是治療禽流感藥物“達菲”原料, 可由我國特產(chǎn)八角茴香提取得到。1、 A分子式是 。2、

25、A化學名稱是 。3、 A分子中含有官能團有 。4、下列試劑能夠與A發(fā)生反應是 。 濃鹽酸 銀氨溶液 氫氧化鈉溶液 溴水 三氯化鐵溶液 高錳酸鉀溶液77第77頁第77頁5 、化合物B結(jié)構(gòu)式如右圖, 俗名沒食子酸, 可由植物五倍子提取得到. B化學名稱是 。6、常溫下B狀態(tài)是 體。7、用簡樸化學辦法判別A 、B。8、寫出由B制備PG (沒食子酸丙酯, 慣用食品防腐劑)化學方程式。9、是否能夠用與第8題類似辦法制備莽草酸丙酯? 為何?78第78頁第78頁分析討論莽草酸可由我國特產(chǎn)八角茴香提取得到，是治療禽流感藥物“達菲”原料, 但莽草酸不能治療禽流感，有關八角茴香能夠治療禽流感說法不妥。1、 A分子式是 C7H10O5 。 羥基、醛基、羧基不影響氫原子數(shù) 檢查：不飽和度 (2C-H-X+N)/2 +1 2 與