2020版高中化學第三章第四節(jié)第2課時逆合成分析法學案（含解析）新人教版.docx

第2課時逆合成分析法核心素養(yǎng)發(fā)展目標1.宏觀辨識與微觀探析：結合碳骨架的構建及官能團衍變過程中的反應規(guī)律，能利用反應規(guī)律進行有機物的推斷與合成。2.證據(jù)推理與模型認知：落實有機物分子結構分析的思路和方法，建立對有機反應多角度認識模型、并利用模型進一步掌握有機合成的思路和方法。一、有機合成路線的設計1常見有機物的轉化關系若以乙醇為原料合成乙二酸(HOOCCOOH)，則依次發(fā)生反應的類型是消去反應、加成反應、水解(或取代)反應、氧化反應、氧化反應。2常見的有機合成路線(1)一元化合物合成路線：(2)二元化合物合成路線：(3)芳香化合物合成路線芳香酯3有機合成中常見官能團的保護(1)酚羥基的保護：因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH溶液反應，把OH變?yōu)镺Na(或使其與ICH3反應，把OH變?yōu)镺CH3)將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉變?yōu)镺H。(2)碳碳雙鍵的保護：碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與HCl等的加成反應將其保護起來，待氧化后再利用消去反應轉變?yōu)樘继茧p鍵。(3)氨基(NH2)的保護：如在對硝基甲苯對氨基苯甲酸的過程中應先把CH3氧化成COOH之后，再把NO2還原為NH2。防止當KMnO4氧化CH3時，NH2(具有還原性)也被氧化。例1已知：請運用已學過的知識和上述給出的信息寫出由乙烯制正丁醇各步主要反應的化學方程式(不必寫出反應條件)。答案(1)CH2=CH2H2OCH3CH2OH(2)2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O(3)2CH3CHO(4)CH3CH=CHCHOH2O(5)CH3CH=CHCHO2H2CH3CH2CH2CH2OH解析由題給信息知：兩個醛分子在一定條件下通過自身加成反應，得到的不飽和醛分子中的碳原子數(shù)是原參加反應的兩個醛分子的碳原子數(shù)之和。根據(jù)最終產物正丁醇中有4個碳原子，原料乙烯分子中只有2個碳原子，運用題給信息，將乙烯氧化為乙醛，兩個乙醛分子再進行自身加成變成丁烯醛，最后用H2與丁烯醛中的碳碳雙鍵和醛基進行加成反應，便可得到正丁醇。本題基本采用正向思維方法。乙烯乙醛丁烯醛正丁醇。本題中乙烯合成乙醛的方法有兩種：其一：乙烯乙醇乙醛；其二：乙烯乙醛。例2(2018廣東佛山月考)軟性隱形眼鏡可由聚甲基丙烯酸羥乙酯制成超薄鏡片，其中聚甲基丙烯酸羥乙酯的合成路線如圖所示：已知：試回答下列問題：(1)A、E的結構簡式分別為A_，E_。(2)寫出下列反應的反應類型：AB_，EF_。(3)寫出下列反應的化學方程式：IG_；CD_。答案(1)CH2=CHCH3(CH3)2C(OH)COOH(2)加成反應消去反應(3)CH2ClCH2Cl2NaOHCH2OHCH2OH2NaCl2CH3CH(OH)CH3O22CH3COCH32H2O解析(1)A與溴化氫發(fā)生加成反應得到B(C3H7Br)，則A為丙烯(CH2=CHCH3)，C3H7Br在氫氧化鈉水溶液中發(fā)生取代反應得到C(C3H7OH)；C催化氧化得到丙酮D(CH3COCH3)；丙酮與HCN、H2O及H等發(fā)生反應，最終得到E(CH3)2C(OH)COOH；E在濃硫酸、加熱條件下發(fā)生消去反應得到FCH2=C(CH3)COOH。乙烯(CH2=CH2)與氯氣發(fā)生加成反應得到I，則I為1,2二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)；1,2二氯乙烷在氫氧化鈉水溶液中發(fā)生取代反應，得到G，即乙二醇(CH2OHCH2OH)。FCH2=C(CH3)COOH與乙二醇(CH2OHCH2OH)發(fā)生酯化反應得到H()，H發(fā)生加聚反應得到目標產物。(2)A轉化為B的反應為加成反應；E轉化為F的反應為消去反應。(3)I轉化為G的反應方程式為CH2ClCH2Cl2NaOHCH2OHCH2OH2NaCl；C轉化為D的反應方程式為2CH3CH(OH)CH3O22CH3COCH32H2O。解決有機合成題的基本步驟第一步：要正確判斷合成的有機物屬于何種有機物，它帶有什么官能團，它和哪些知識、信息有關，它所在的位置的特點等。第二步：根據(jù)現(xiàn)有原料、信息和有關反應規(guī)律，盡可能合理地把目標有機物解剖成若干片段，或尋找官能團的引入、轉換、保護方法，或設法將各片段(小分子化合物)拼接衍變，盡快找出合成目標有機物的關鍵和突破點。第三步：將正向思維和逆向思維、縱向思維和橫向思維相結合，選擇出最佳合成方案。相關鏈接有機合成中常見的新信息1苯環(huán)側鏈引羧基如(R代表烴基)被酸性KMnO4溶液氧化生成，此反應可縮短碳鏈。2鹵代烴跟氰化鈉溶液反應再水解可得到羧酸如CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH；鹵代烴與氰化物發(fā)生取代反應后，再水解得到羧酸，這是增加一個碳原子的常用方法。3烯烴通過臭氧氧化，再經過鋅與水處理得到醛或酮如CH3CH2CHO；RCH=CHR(R、R代表H或烴基)與堿性KMnO4溶液共熱后酸化，發(fā)生雙鍵斷裂生成羧酸，通過該反應可推斷碳碳雙鍵的位置。4雙烯合成如1,3丁二烯與乙烯發(fā)生環(huán)化加成反應得到環(huán)己烯，這是著名的雙烯合成，也是合成六元環(huán)的首選方法。5羥醛縮合有H的醛在稀堿(10%NaOH)溶液中能和另一分子醛相互作用，生成羥基醛，稱為羥醛縮合反應。如2CH3CH2CHO6格林試劑延長碳鏈鹵代烴與金屬鎂在無水乙醚中反應，可得格林試劑RMgX，它可與醛、酮等羰基化合物加成：RMgX二、逆合成分析法1逆向合成分析法從目標化合物的組成、結構、性質入手，找出合成所需的直接或間接的中間體，逐步推向已知原料，其合成示意圖為2逆向合成分析法應用例析由“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯(1)具體步驟如下：根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成草酸二乙酯的有機基礎原料為乙烯(CH2=CH2)，通過五步反應進行合成，寫出反應的化學方程式：_，_，_，_，_。答案CH2=CH2Cl2CH2=CH2H2OCH3CH2OH2CH3CH2OH(2)根據(jù)以上逆合成分析，合成步驟如下：逆合成分析法設計有機合成路線的思維程序(1)觀察目標分子結構，即目標分子的碳架特征，以及官能團的種類和位置。(2)由目標分子逆推原料分子，并設計合成路線，即目標分子碳架的構建，以及官能團引入和轉化。(3)依據(jù)綠色合成的思想，對不同的合成路徑進行優(yōu)選。例3由CH3CH=CH2合成CH2(OOCCH3)CH(OOCCH3)CH2(OOCCH3)時，需要經過的反應是()A加成取代取代取代B取代加成取代取代C取代取代加成取代D取代取代取代加成答案B解析考查有機物的合成，一般采用逆推法。根據(jù)有機物的結構簡式可知，化合物是由丙三醇和乙酸通過酯化反應生成的；要生成丙三醇，需要利用1,2,3三氯丙烷通過水解反應生成；生成1,2,3三氯丙烷需要利用CH2ClCH=CH2和氯氣通過加成反應生成；丙烯通過取代反應即生成CH2ClCH=CH2，所以答案選B。例4以和為原料合成請用合成反應的流程圖表示出最合理的合成方案(注明必要的反應條件)。提示：RCH2CH=CH2Cl2RCHClCH=CH2HCl；合成反應流程圖示例如下(無機試劑可任選)：ABCH答案解析本題可用逆合成法解答，其思維過程為：其逆合成分析思路為：由此確定可按以上6步合成相關鏈接有機合成綜合題中的常見誤區(qū)誤區(qū)一轉化缺乏依據(jù)在所給合成路線中，有時存在一步或兩步的變化是中學有機化學中未曾學習過的，此時推斷過程往往難以進行下去。在這種情況下，應該結合變化前后兩種有機物在碳鏈結構、官能團等方面的差異去尋找突破口，切勿主觀臆造化學反應使轉化缺乏依據(jù)。誤區(qū)二混淆反應條件有機化學反應大多需要在一定條件下才能進行，有些條件只是在濃度上的差異，如酯化反應一般用濃硫酸，而酯的水解反應用稀硫酸即可；鹵代烴的取代反應需在氫氧化鈉水溶液中進行，而鹵代烴的消去反應則需在氫氧化鈉醇溶液中進行等。有些催化劑可能是與反應物發(fā)生反應的生成物，如苯的鹵代反應，一般加入鐵作催化劑，而實際起催化作用的是鹵化鐵，有時題目給出了鹵化鐵，但學生由于思維定式，就會出現(xiàn)錯誤。誤區(qū)三忽視相對分子質量的變化化學反應一定遵守質量守恒(原子守恒)定律。有機化學反應中常有無機小分子(如水分子)參加或生成，若忽視反應前后有機物相對分子質量變化這一重要條件，就會使問題的解決變得困難。1以氯乙烷為原料制取乙二酸(HOOCCOOH)的過程中，要依次經過下列步驟中的()與NaOH的水溶液共熱與NaOH的醇溶液共熱與濃硫酸共熱到170在催化劑存在的情況下與氯氣反應在Cu或Ag存在的情況下與氧氣共熱與新制的Cu(OH)2懸濁液共熱ABCD答案C解析采取逆向分析可知，乙二酸乙二醛乙二醇1,2二氯乙烷乙烯氯乙烷。然后再逐一分析反應發(fā)生的條件，可知C項設計合理。2(2018沈陽期中)有下列幾種反應類型：消去取代氧化加成還原水解，用丙醛制取1,2丙二醇()，按正確的合成路線依次發(fā)生的反應所屬類型不可能是()ABCD答案D解析用丙醛制取1,2丙二醇()，由結構變化可知是從消除CHO到引入2個OH，則合成路線可以為a.先發(fā)生丙醛與氫氣加成反應生成丙醇，為加成反應，也屬于還原反應；b.再發(fā)生丙醇消去反應生成丙烯，為消去反應；c.然后丙烯與溴加成，為加成反應；d.最后1,2二溴丙烷水解生成1,2丙二醇，為水解反應，也屬于取代反應；則合成中不會涉及氧化反應，故選D。3(2018桂林聯(lián)考)是一種有機烯醚，可由鏈烴A通過下列路線制得，下列說法正確的是()AB中含有的官能團有溴原子、碳碳雙鍵BA的結構簡式是CH2=CHCH2CH3C該有機烯醚不能發(fā)生加聚反應D的反應類型分別為加成反應、取代反應、消去反應答案A解析由題述分析可知，A為CH2=CHCH=CH2，B為BrCH2CH=CHCH2Br，C為HOCH2CH=CHCH2OH。B中含有的官能團有溴原子、碳碳雙鍵，故A正確；A為CH2=CHCH=CH2，故B錯誤；該有機烯醚含有碳碳雙鍵，能發(fā)生加聚反應，故C錯誤；的反應類型分別為加成、水解(取代)、取代，故D錯誤。4乙二酸二乙酯(D)可由石油氣裂解得到的烯烴合成?；卮鹣铝袉栴}：(1)B和A為同系物，B的結構簡式為_。(2)反應的化學方程式為_，其反應類型為_。(3)反應的反應類型為_。(4)C的結構簡式為_。(5)反應的化學方程式為_。答案(1)CH2=CHCH3(2)CH2=CH2H2OCH3CH2OH加成反應(3)取代反應(或水解反應)(4)HOOCCOOH(5)2CH3CH2OHHOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O解析根據(jù)流程圖可知，A為乙烯，與水發(fā)生加成反應生成乙醇，再與C酯化生成乙二酸二乙酯，則C為乙二酸，B和A為同系物，B含3個碳，則B為丙烯，丙烯與氯氣在光照的條件下發(fā)生H的取代反應生成CH2=CHCH2Cl。(1)根據(jù)上述分析，B為丙烯，結構簡式為CH2=CHCH3。(2)反應為乙烯與水發(fā)生加成反應生成乙醇，反應的化學方程式為CH2=CH2H2OCH3CH2OH，反應類型為加成反應。(3)反應是鹵代烴在NaOH水溶液中發(fā)生取代反應生成醇，則反應類型為取代反應(或水解反應)。(4)根據(jù)上述分析，C為乙二酸，則C的結構簡式為HOOCCOOH。(5)反應是乙醇與乙二酸發(fā)生酯化反應生成酯和水，反應的化學方程式為2CH3CH2OHHOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O。5香豆素是廣泛存在于植物中的一類芳香族化合物，大多具有光敏性，有的還具有抗菌和消炎作用。它的核心結構是芳香內酯A，其分子式為C9H6O2，該芳香內酯A經下列步驟轉變?yōu)樗畻钏岷鸵叶?。ABC提示：.CH3CH=CHCH2CH3CH3COOHCH3CH2COOH；.RCH=CH2RCH2CH2Br。請回答下列問題：(1)寫出化合物C的結構簡式：_。(2)在上述轉化過程中，反應步驟BC的目的是_。(3)請設計合理方案由合成 (用反應流程圖表示，并注明反應條件)。例：由乙醇合成聚乙烯的反應流程圖可表示為CH3CH2OHCH2=CH2CH2CH2答案(1)(2)保護酚羥基，使之不被氧化(3)解析A是芳香內酯，其分子式為C9H6O2。由AB是酯的水解(開環(huán))反應。由B的分子式為C9H8O3結合題給信息和C被氧化的產物，可以推出A的結構簡式為從而推出水解產物B的結構簡式為由C的分子式，結合BC，則不難推出C的結構簡式為BC的目的是把酚羥基保護起來，防止下一步C的氧化破壞酚羥基。由采用逆向分析則有：正向分析則要把轉變成CH2CH2OH。通過消去、加成、水解等過程，結合題給信息RCH=CH2RCH2CH2Br完成轉變。最后再進行酯化成環(huán)反應，生成目標產物內酯。題組一有機合成路線的設計與選擇1在有機合成中，若制得的有機化合物較純凈且易分離，在工業(yè)生產上才有實用價值。據(jù)此判斷下列有機合成一般不適用于工業(yè)生產的是()A酚鈉與鹵代烴作用合成酚醚：NaBrB乙烷與氯氣在光照下制備氯乙烷：CH3CH3Cl2CH3CH2ClHClC萘與濃硫酸制備萘磺酸：HOSO3HH2OD乙烯水化制乙醇：CH2=CH2H2OCH3CH2OH答案B解析乙烷與氯氣在光照下發(fā)生取代反應，反應生成的有機物是多種氯代乙烷的混合物。2已知酸性：H2CO3綜合考慮反應物的轉化率和原料成本等因素，將轉變?yōu)榈淖罴逊椒ㄊ?)A與稀H2SO4共熱后，加入足量NaOH溶液B與稀H2SO4共熱后，加入足量Na2CO3溶液C與足量的NaOH溶液共熱后，再加入適量H2SO4D與足量的NaOH溶液共熱后，再通入足量CO2答案D解析先在氫氧化鈉溶液中水解，轉化為因為酸性H2CO3故再通入足量CO2轉變?yōu)?以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是()ACH3CH2BrCH3CH2OHCH2=CH2CH2BrCH2Br乙二醇BCH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇CCH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇DCH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2Br乙二醇答案D解析題干中強調的是最合理的方案，A項與D項相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應時，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應等副反應；B項步驟最少，但取代反應不會停留在“CH2BrCH2Br”階段，副產物多，分離困難，原料浪費；C項比D項多一步取代反應，顯然不合理；D項相對步驟少，操作簡單，副產物少，較合理。4乙醇在與濃硫酸混合共熱的反應過程中，受反應條件的影響，可發(fā)生兩類不同類型的反應：1,4二氧六環(huán)是一種常見的溶劑。它可以通過下圖所示的合成路線制得：其中A可能是()A乙烯B乙醇C乙二醇D乙酸答案A解析根據(jù)題示信息可以得出1,4二氧六環(huán)是由乙二醇通過分子間脫水反應的方式合成的，結合官能團在各反應條件下變化的特點，各物質的結構可借助于逆推法得到：CH2=CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH5.乙烯酮(CH2=C=O)在一定條件下能跟含活潑氫原子的化合物發(fā)生加成反應，反應的通式可表示為CH2=C=OHA (極不穩(wěn)定)，試指出下列反應不合理的是()A.CH2=C=OHClCH3COClBCH2=C=OH2OCH3COOHCCH2=C=OCH3CH2OHCH3COCH2CH2OHDCH2=C=OCH3COOH (CH3CO)2O答案C解析由所給方程式可以看出乙烯酮與含活潑氫原子的化合物發(fā)生加成反應，是加成，而不是加成；活潑的氫原子加在CH2上，活潑氫原子的化合物中其余部分與羰基碳相連。故C項不正確。題組二有機合成方法的分析與應用6食品香精菠蘿酯的生產路線(反應條件略去)如下：下列敘述錯誤的是()A步驟(1)產物中殘留的苯酚可用FeCl3溶液檢驗B苯酚和菠蘿酯均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應C苯氧乙酸和菠蘿酯均可與NaOH溶液發(fā)生反應D步驟(2)產物中殘留的烯丙醇可用溴水檢驗答案D解析A項中利用的顯色反應可進行檢驗，正確；B項中和菠蘿酯中的均可以被酸性KMnO4氧化，正確；C項中苯氧乙酸中的羧基、菠蘿酯中的酯基都可與NaOH溶液反應，正確；D項中步驟(2)產物也含，能使溴水褪色，故錯誤。74溴甲基1環(huán)己烯的一種合成路線如下：下列說法正確的是()AX、Y、Z都屬于芳香族化合物B的反應類型依次為加成反應、還原反應和取代反應C由化合物Z一步制備化合物Y的轉化條件是：NaOH醇溶液，加熱D化合物Y先經酸性高錳酸鉀溶液氧化，再與乙醇在濃硫酸催化下酯化可制得化合物X答案B解析X、Y、Z中的六元環(huán)不是苯環(huán)，不屬于芳香族化合物；由官能團的轉化可知1,3丁二烯與丙烯酸乙酯發(fā)生加成反應生成X，X發(fā)生還原反應生成Y，Y發(fā)生取代反應生成Z；由化合物Z一步制備化合物Y，應發(fā)生水解反應，應在氫氧化鈉的水溶液中；Y含有碳碳雙鍵，可被酸性高錳酸鉀氧化。8以環(huán)己醇為原料有如下合成路線：C，則下列說法正確的是()A反應的反應條件是：NaOH溶液、加熱B反應的反應類型是取代反應C環(huán)己醇屬于芳香醇D反應中需加入溴水答案D解析此題可以應用逆推法。由產物的結構和反應的條件知C應為二元鹵代烴；則反應應該是醇的消去反應，反應條件為濃硫酸、加熱，故A錯誤；反應應該是烯烴的加成反應，故B錯誤、D正確；環(huán)己醇中不含苯環(huán)，不屬于芳香醇，故C錯誤。9有如下合成路線，甲經兩步轉化為丙，下列敘述不正確的是()A丙中可能含有未反應的甲，可用溴水檢驗是否含甲B反應(1)的無機試劑是液溴，鐵作催化劑C甲和丙均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應D反應(2)屬于取代反應答案B解析甲與溴水發(fā)生加成反應，兩個不飽和的碳原子上均增加一個溴原子，形成乙，乙發(fā)生水解反應，兩個Br原子被OH取代形成丙。A項，丙中可能含有未反應的甲，由于甲中含有碳碳雙鍵，可以與溴發(fā)生加成反應使溴水褪色，因此可用溴水檢驗是否含甲，正確；B項，反應(1)的無機試劑是溴水，若是液溴，鐵作催化劑，則發(fā)生的是苯環(huán)上的取代反應，錯誤；C項，甲含有碳碳雙鍵，丙含有醇羥基，二者均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應，正確；D項，反應(2)是鹵代烴的水解反應，水解反應屬于取代反應，正確。10由E()轉化為對甲基苯乙炔() 的一條合成路線如下：(G為相對分子質量為118的烴)下列說法不正確的是()AG的結構簡式：B第步的反應條件是NaOH的水溶液，加熱C第步的反應類型是還原反應DE能發(fā)生銀鏡反應答案B解析根據(jù)E和對甲基苯乙炔的結構簡式可知，由E合成對甲基苯乙炔的過程實際上就是由CH2CHO轉化成CH=CH2，最終轉化成CCH的過程。具體合成路線為第步的反應條件應是NaOH的醇溶液，加熱，B項錯誤；第步E與氫氣加成，屬于還原反應，C項正確；E結構中含有醛基，能發(fā)生銀鏡反應，D項正確。11根據(jù)圖示內容填空：(1)化合物A含有的官能團為_。(2)1molA與2molH2反應生成1molE，其化學方程式為_。(3)與A具有相同官能團的A的同分異構體的結構簡式是_。(4)B在酸性條件下與Br2反應得到D，D的碳鏈不含支鏈，其結構簡式是_。(5)F的結構簡式是_。由EF的反應類型是_。答案(1)碳碳雙鍵、醛基、羧基(2)OHCCH=CHCOOH2H2HOCH2CH2CH2COOH(3)(4)(5)酯化反應解析A能與銀氨溶液反應，表明A分子內含有醛基；A能與NaHCO3反應，斷定A分子中含有羧基。由F的組成和來源看F應為環(huán)酯，E應既含羥基又含羧基。綜合第(4)問中D物質的碳鏈不含支鏈，可知A分子也不含支鏈，1molA與2molH2反應生成1molE，可知A中還含有碳碳雙鍵，故A應為OHCCH=CHCOOH。12(2018北京四中高二下學期期末)已知：通常羥基與碳碳雙鍵相連時不穩(wěn)定，易發(fā)生下列變化：依據(jù)如下圖所示的轉化關系，回答問題：(1)A的化學式是_，官能團是酯基和_(填名稱)。(2)的化學方程式是_。(3)F是芳香族化合物且苯環(huán)上只有一個側鏈，的化學方程式是_。(4)綠色化學中，最理想的“原子經濟”是原子利用率100%，上述反應中能體現(xiàn)“原子經濟”原則的是_(填字母)。abc(5)G是F的同分異構體，有關G的描述：能發(fā)生水解苯環(huán)上有三個取代基苯環(huán)上一溴代物有2種據(jù)此推測