【人教版高中化學(xué)選修5】 第三章 第四節(jié) 第1課時(shí)　有機(jī)合成——官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化

1、第四節(jié)有機(jī)合成第1課時(shí)有機(jī)合成官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解有機(jī)合成的概念、任務(wù)、過(guò)程、原則。2.學(xué)會(huì)官能團(tuán)引入、消除和保護(hù)的方法。一、有機(jī)合成的概念、任務(wù)、過(guò)程、原則1有機(jī)合成的概念有機(jī)合成指利用簡(jiǎn)單、易得的原料，通過(guò)有機(jī)反應(yīng)，生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)化合物。2有機(jī)合成的任務(wù)通過(guò)有機(jī)反應(yīng)構(gòu)建目標(biāo)化合物分子骨架和官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化。3有機(jī)合成的過(guò)程4對(duì)照下列有機(jī)合成的原料分子和目標(biāo)分子，仿照示例給出下列有機(jī)合成的主要任務(wù)。原料分子目標(biāo)分子主要任務(wù)示例CH2=CH2CH3COOH改變官能團(tuán)種類(1)CH3CH2OH(2)CHCH(3)CH3CH2CH2Br(4)CH3CH=CH2CH3CH2C

2、H2COOH提示(1)增加官能團(tuán)數(shù)目(2)改變碳架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)種類(3)改變官能團(tuán)位置(4)改變碳架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)種類練中感悟1已知苯與一鹵代烷在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成苯的同系物：CH3XHX。在催化劑存在的條件下，應(yīng)選擇苯和下列哪組物質(zhì)為原料合成乙苯()ACH3CH3和Cl2 BCH2=CH2和Cl2CCH2=CH2和HCl DCH3CH3和HCl答案C解析根據(jù)題給信息，合成乙苯應(yīng)該選擇的原料是苯和氯乙烷。乙烷與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)，生成一氯乙烷、二氯乙烷等多種取代產(chǎn)物，既難得到純凈的乙苯，又浪費(fèi)了原料，A項(xiàng)錯(cuò)誤；乙烯與氯氣反應(yīng)生成1,2-二氯乙烷，與苯反應(yīng)不能得到乙苯(產(chǎn)物比較復(fù)雜

3、)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；乙烯與氯化氫反應(yīng)生成一氯乙烷，它與苯反應(yīng)只能生成乙苯和氯化氫，合成過(guò)程中，氯化氫可以循環(huán)使用，C項(xiàng)正確；乙烷與氯化氫不反應(yīng)，得不到氯乙烷，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應(yīng)提高原子利用率。原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷()的反應(yīng)中，原子利用率最高的是()ACH2=CH2(過(guò)氧乙酸)CH3COOHBCH2=CH2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2OC2CH2=CH2O2DHOCH2CH2OCH2CH2OH2H2O答案C解析A中存在副產(chǎn)品CH3COOH，反應(yīng)物沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率較低；B中存在副產(chǎn)品CaCl2和H2O，反應(yīng)物沒(méi)有全部轉(zhuǎn)

4、化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率較低；C中反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率為100%，原子利用率最高；D中存在副產(chǎn)品HOCH2CH2OCH2CH2OH和H2O，反應(yīng)物沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率較低。3根據(jù)如圖所示的合成路線，其中反應(yīng)類型判斷正確的是()AAB的反應(yīng)屬于加成反應(yīng)BBC的反應(yīng)屬于酯化反應(yīng)CCD的反應(yīng)屬于消去反應(yīng)DDE的反應(yīng)屬于加成反應(yīng)答案A解析有機(jī)物A中含有碳碳雙鍵，與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成有機(jī)物B，A項(xiàng)正確；有機(jī)物B與氯化氫發(fā)生加成反應(yīng)生成有機(jī)物C，B項(xiàng)錯(cuò)誤；有機(jī)物C中含有羥基，與氯化氫發(fā)生取代反應(yīng)生成有機(jī)物D()，C項(xiàng)錯(cuò)誤；有機(jī)物D中的2個(gè)Cl被2個(gè)CN取代生成有機(jī)物E，D項(xiàng)

5、錯(cuò)誤。有機(jī)合成的原則(1)起始原料要廉價(jià)、易得、低毒、低污染。(2)盡量選擇步驟最少的合成路線，使得反應(yīng)過(guò)程中副反應(yīng)少、產(chǎn)率高。(3)符合“綠色化學(xué)”的要求，操作簡(jiǎn)單、條件溫和、能耗低、易實(shí)現(xiàn)、原料利用率高、污染少，盡量實(shí)現(xiàn)零排放。(4)按照一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團(tuán)，不能臆造不存在的反應(yīng)。二、有機(jī)合成中官能團(tuán)的衍變1有機(jī)物分子中官能團(tuán)的引入(1)引入碳碳雙鍵的方法有哪些？舉例說(shuō)明。提示醇的消去反應(yīng)引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2OHCH2=CH2H2O鹵代烴的消去反應(yīng)引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2BrNaOHCH2=CH2NaBrH2O炔烴與氫氣、鹵化氫、鹵素單質(zhì)加成(控制物質(zhì)的量)可

6、得到碳碳雙鍵。例如：CHCHHClCH2=CHCl(2)引入鹵素原子的方法有哪些？舉例說(shuō)明。提示烴與鹵素單質(zhì)的取代反應(yīng)。例如：CH3CH3Cl2HClCH3CH2Cl(還有其他的氯代烴)Br2HBrCl2HCl(還有其他的氯代苯甲烷)CH2=CHCH3Cl2CH2=CHCH2ClHCl不飽和烴與鹵素單質(zhì)、鹵化氫的加成反應(yīng)。例如：CH2=CHCH3Br2CH2BrCHBrCH3CH2=CHCH3HBrCH3CHBrCH3(或BrCH2CH2CH3)CHCHHClCH2=CHCl醇與氫鹵酸的取代反應(yīng)。例如：ROHHXRXH2O(3)引入羥基的方法有哪些？舉例說(shuō)明。提示醇羥基的引入：烯烴水化生成醇。

7、例如：CH2=CH2H2OCH3CH2OH鹵代烴在強(qiáng)堿性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2BrNaOHCH3CH2OHNaBr醛或酮與氫氣加成生成醇。例如：CH3CHOH2CH3CH2OHCH3COCH3H2酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3H2OCH3COOHCH3CH2OH酚羥基的引入：酚鈉鹽溶液中通入CO2生成苯酚。例如：CO2H2ONaHCO3苯的鹵代物水解生成苯酚，例如：H2OHCl2有機(jī)物分子中官能團(tuán)的消除官能團(tuán)消除反應(yīng)類型雙鍵或三鍵加成反應(yīng)OH酯化、氧化、取代、消去反應(yīng)CHO加成、氧化水解深度思考1下列有機(jī)合成中步驟的目的是什么？提示保護(hù)酚羥基不被氧化。2有機(jī)合成的設(shè)

8、計(jì)流程中有如下環(huán)節(jié)，其目的是什么？提示保護(hù)羰基不被反應(yīng)。練中感悟1可在有機(jī)物中引入羥基的反應(yīng)類型是()取代加成消去酯化還原A B C D答案B解析鹵代烴或酯的水解(取代)，烯烴與H2O(加成)，醛或酮與H2(加成或還原)，均能引入羥基。消去是從分子中消去X或OH形成不飽和鍵，酯化是酸與醇形成酯(減少OH)，這些都不能引入OH。2依照案例，將下列有機(jī)物間能實(shí)現(xiàn)一步轉(zhuǎn)化的用“”連接，并寫上所需的反應(yīng)物及條件。答案3根據(jù)如下的轉(zhuǎn)化關(guān)系，寫出物質(zhì)A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。ABCD(-溴代肉桂醛)答案課時(shí)對(duì)點(diǎn)練題組一有機(jī)合成中反應(yīng)類型的判斷1有機(jī)物可經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋涓鞑椒磻?yīng)的類型是()A加成消去脫

9、水B消去加成消去C加成消去加成D取代消去加成答案B解析。2已知：乙醇可被強(qiáng)氧化劑氧化為乙酸。BrCH2CH=CHCH2Br可經(jīng)三步反應(yīng)制取HOOCCH(Cl)CH2COOH，發(fā)生反應(yīng)的類型依次是()A水解、加成、氧化 B加成、水解、氧化C水解、氧化、加成 D加成、氧化、水解答案A解析BrCH2CH=CHCH2Br可經(jīng)三步反應(yīng)制取HOOCCH(Cl)CH2COOH，BrCH2CH=CHCH2BrHOCH2CH=CHCH2OH，為水解反應(yīng)；HOCH2CH=CHCH2OHHOCH2CH(Cl)CH2CH2OH，為加成反應(yīng)；HOCH2CH(Cl)CH2CH2OHHOOCCH(Cl)CH2COOH，為氧

10、化反應(yīng)，所以發(fā)生反應(yīng)的類型依次是水解反應(yīng)、加成反應(yīng)、氧化反應(yīng)。3有下述有機(jī)反應(yīng)類型：消去反應(yīng)，水解反應(yīng)，加聚反應(yīng)，加成反應(yīng)，還原反應(yīng)，氧化反應(yīng)。以丙醛為原料制取1,2-丙二醇，所需進(jìn)行的反應(yīng)類型依次是()A BC D答案B解析合成過(guò)程為CH3CH2CHOCH3CH2CH2OHCH3CH=CH2。4由乙醇制取乙二酸二乙酯時(shí)，最簡(jiǎn)便的流程需要下列哪些反應(yīng)，其正確的順序是()取代加成氧化還原消去酯化中和A BC D答案B解析第一步乙醇(濃硫酸，170 )生成乙烯；第二步乙烯與溴水發(fā)生加成反應(yīng)生成1,2-二溴乙烷；第三步1,2-二溴乙烷和NaOH在水中反應(yīng)生成乙二醇；第四步乙二醇被氧氣連續(xù)氧化成乙二酸

11、；第五步乙二酸與乙醇酯化生成乙二酸二乙酯，順序?yàn)椋鸢高xB。5以1-丙醇制取，最簡(jiǎn)便的流程需要下列反應(yīng)的順序是()a氧化b還原c取代d加成e消去f中和g加聚h酯化Ab、d、f、g、h Be、d、c、a、hCa、e、d、c、h Db、a、e、c、f答案B解析CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH。6制備異戊二烯的流程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()丙異戊二烯甲 乙A甲中只有1種化學(xué)環(huán)境的氫原子B乙能發(fā)生加成反應(yīng)、取代反應(yīng)、消去反應(yīng)C丙的官能團(tuán)有碳碳雙鍵和羥基D上述三步反應(yīng)分別為取代反應(yīng)、加成反應(yīng)和消去反應(yīng)答案D解析甲中只有1種化學(xué)環(huán)境的氫原子，A項(xiàng)

12、正確；乙中含有碳碳三鍵，可發(fā)生加成反應(yīng)，含有羥基，且羥基所連碳原子的鄰位碳原子上有氫原子，可發(fā)生取代、消去反應(yīng)，B項(xiàng)正確；由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，乙發(fā)生加成反應(yīng)生成丙，丙中含有碳碳雙鍵和羥基，C項(xiàng)正確；反應(yīng)屬于加成反應(yīng)，屬于消去反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。題組二有機(jī)物分子中官能團(tuán)的引入、消除與保護(hù)7下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A通過(guò)還原反應(yīng)可以消去醛基B消去反應(yīng)不能改變官能團(tuán)的種類C酯的水解可以產(chǎn)生羧基D通過(guò)取代反應(yīng)可以引入鹵素原子答案B8在有機(jī)合成中，常會(huì)將官能團(tuán)消除或增加，下列相關(guān)過(guò)程中反應(yīng)類型及相關(guān)產(chǎn)物不合理的是()A乙烯乙二醇：CH2=CH2B溴乙烷乙醇：CH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2OHC1-溴

13、丁烷1-丁炔：CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH=CH2CH3CH2CCHD乙烯乙炔：CH2=CH2CHCH答案B解析B項(xiàng)，由溴乙烷乙醇，只需溴乙烷在堿性條件下水解即可，路線不合理，且由溴乙烷乙烯為消去反應(yīng)。9對(duì)氨基苯甲酸可用甲苯為原料合成，已知苯環(huán)上的硝基可被還原為氨基，產(chǎn)物苯胺的還原性強(qiáng)，易被氧化，則由甲苯合成對(duì)氨基苯甲酸的步驟合理的是( )A甲苯XY對(duì)氨基苯甲酸B甲苯XY對(duì)氨基苯甲酸C甲苯XY對(duì)氨基苯甲酸D甲苯XY對(duì)氨基苯甲酸答案A解析由甲苯制取產(chǎn)物時(shí)，需發(fā)生硝化反應(yīng)引入硝基，再還原硝基得到氨基，將甲基氧化才能得到羧基；但氨基易被氧化，故甲基氧化為羧基應(yīng)在硝基被還原前，否則生成

14、的氨基也被氧化，故先將甲基氧化為羧基，再將硝基還原為氨基，故A正確，D錯(cuò)誤。另外還要注意，CH3為鄰、對(duì)位取代定位基，而COOH為間位取代定位基，所以B錯(cuò)誤。10工業(yè)上用甲苯生產(chǎn)對(duì)羥基苯甲酸乙酯，如圖，反應(yīng)是其合成過(guò)程，其中部分反應(yīng)條件及反應(yīng)物或生成物未注明。A回答下列問(wèn)題：(1)有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_，名稱為_。(2)反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(3)試劑X可以是_。(4)合成路線中設(shè)計(jì)和兩步反應(yīng)的目的是_。(5)反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(6)的同分異構(gòu)體中，既能與NaHCO3發(fā)生反應(yīng)，又能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)的共有_種，其中核磁共振氫譜為5組峰，且峰面積之比為22211的為_(寫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式)

15、。答案(1)對(duì)氯甲苯(2)Cl2HCl(3)酸性KMnO4溶液(4)保護(hù)酚羥基，防止其被氧化(5)C2H5OHH2O(6)13解析(1)反應(yīng)是甲苯與Cl2在FeCl3作催化劑的條件下發(fā)生苯環(huán)上的取代反應(yīng)，從反應(yīng)的產(chǎn)物可知，反應(yīng)是鹵代烴的水解反應(yīng)，可推出有機(jī)物A為。(3)比較和可知，反應(yīng)是將苯環(huán)上的甲基氧化成羧基，所以試劑X可以為酸性KMnO4溶液。(4)反應(yīng)是將酚羥基轉(zhuǎn)化為甲氧基，反應(yīng)是將甲氧基又變?yōu)榉恿u基，由反應(yīng)是氧化反應(yīng)知，反應(yīng)和的目的是保護(hù)酚羥基，防止其被氧化。(5)反應(yīng)是對(duì)羥基苯甲酸與乙醇的酯化反應(yīng)。(6)的同分異構(gòu)體既能與NaHCO3發(fā)生反應(yīng)，說(shuō)明有羧基，又能與FeCl3溶液發(fā)生顯色

16、反應(yīng)，說(shuō)明有酚羥基，則其同分異構(gòu)體可由和CH2COOH兩部分組成，也可由、COOH、CH3三部分組成，若由和CH2COOH兩部分組成，則兩個(gè)取代基在苯環(huán)上有鄰、間、對(duì)三種位置關(guān)系；若由、COOH、CH3三部分組成，根據(jù)“定二移一”原則，在的苯環(huán)上分別加上CH3均有4種結(jié)構(gòu)；在的苯環(huán)上加上CH3有2種結(jié)構(gòu)，所以共有13種同分異構(gòu)體。其中核磁共振氫譜為5組峰，說(shuō)明應(yīng)有5種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，且峰面積之比為22211，則其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。11用甲苯生產(chǎn)一種常用的化妝品防霉劑，其生產(chǎn)過(guò)程如圖所示(反應(yīng)條件沒(méi)有全部注明)。AB回答下列問(wèn)題：(1)有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_。(2)在合成路線中，設(shè)計(jì)第步反應(yīng)的目

17、的是_。(3)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(4)請(qǐng)寫出由生成C7H5O3Na的化學(xué)方程式：_。(5)下列有關(guān)說(shuō)法正確的有_(填字母)。莽草酸對(duì)羥基苯甲酸a莽草酸、對(duì)羥基苯甲酸都屬于芳香化合物b1 mol莽草酸與NaOH溶液反應(yīng)，最多消耗4 mol NaOHc二者均可以發(fā)生酯化、加成等反應(yīng)d利用FeCl3溶液可區(qū)別莽草酸和對(duì)羥基苯甲酸(6)寫出同時(shí)符合下列要求的的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_。a含苯環(huán)b可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)c一氯代物有兩種d能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，不能發(fā)生水解反應(yīng)答案(1)(2)保護(hù)酚羥基，防止其被氧化(3)C2H5OHH2O(4)NaHCO3H2OCO2(5)cd(6)12亮菌

18、甲素(F)用于治療急性膽道感染。其早期的合成路線如下：已知：(1)亮菌甲素中的含氧官能團(tuán)除了羥基外，還有_、_。(2)C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_，設(shè)計(jì)步驟和的目的是_。(3)EF的反應(yīng)類型為_。(4)寫出滿足下列條件的F的一種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_。1 mol F與足量銀氨溶液反應(yīng)，最多可生成8 mol Ag；能發(fā)生水解反應(yīng)，其水解產(chǎn)物之一能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；分子中只有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。(5)請(qǐng)結(jié)合題給信息，以和CH3CH2OH為原料制備，寫出相應(yīng)的合成路線流程圖(無(wú)機(jī)試劑任選)。答案(1)酯基羰基(2)保護(hù)酚羥基(3)取代反應(yīng)(4)(或)(5)解析 (1)亮菌甲素中的含氧官能團(tuán)除了羥基外，還有酯基、羰基。(2)對(duì)比B、E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，結(jié)合C、D的分子式，可知B的酚羥基中H原子被甲基取代得到C，C中COOCH3轉(zhuǎn)化為CH2OH生成D，D中OCH3轉(zhuǎn)化為O