3.5 有機(jī)合成學(xué)案-人教版化學(xué)選擇性必修三

PAGE22第五節(jié)有機(jī)合成課程目標(biāo)1．掌握有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的主要類型、原理及應(yīng)用，初步學(xué)會引入各種官能團(tuán)的方法。2．初步學(xué)習(xí)設(shè)計合理的有機(jī)合成路線。3．了解有機(jī)合成中官能團(tuán)的保護(hù)方法。4．初步學(xué)習(xí)使用逆向合成法合理地設(shè)計有機(jī)合成的路線。基礎(chǔ)知識一、有機(jī)合成的過程1．有機(jī)合成指使用相對簡單易得的原料，通過________來構(gòu)建碳骨架和引入官能團(tuán)，合成具有________和____的目標(biāo)分子。2．有機(jī)合成的任務(wù)包括目標(biāo)化合物________的構(gòu)建和______的引入與轉(zhuǎn)化。3．官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)化：(1)引入碳碳雙鍵的方法。A．______________；B.______________；C.________________________________________________________________________。(2)引入鹵素原子的方法。A．______________；B.______________；C.________________________________________________________________________。(3)引入羥基的方法。A．__________________；B.________________；C.酯的水解；D.______________。4．有機(jī)合成過程示意圖二、逆合成分析法1．將__________倒退一步尋找上一步反應(yīng)的中間體，該中間體同________反應(yīng)可以得到__________，而這個中間體，又可由上一步的中間體得到，依次倒推，最后確定最適宜的________和______________，稱為逆合成分析法。2．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成(1)草酸二乙酯分子中含有兩個酯基，按酯化反應(yīng)規(guī)律將酯基斷開，得到____和__________，說明目標(biāo)化合物可由________________________通過酯化反應(yīng)得到：(2)羧酸可由醇氧化得到，草酸前一步的中間體應(yīng)該是乙二醇：(3)乙二醇前一步的中間體是1,2-二氯乙烷；1,2-二氯乙烷可通過______的加成反應(yīng)而得到：______________?____________(4)乙醇通過乙烯與水的加成得到。根據(jù)以上分析，可得出合成草酸二乙酯的合理步驟如下：a．________________________________________________________________________b．________________________________________________________________________c．________________________________________________________________________e．________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．逆合成分析法的基本原則(1)合成路線的各步反應(yīng)的條件必須比較溫和，并具有較高的______。(2)所使用的基礎(chǔ)原料和輔助原料應(yīng)該是低毒性、______、易得和廉價的。[即時性自測]1．判斷正誤(對的在括號內(nèi)打√，錯的在括號內(nèi)打×)(1)有機(jī)合成的路線要符合“綠色、環(huán)?！钡囊?。()(2)取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)都可以直接引入鹵素原子。()(3)有機(jī)合成一般只合成自然界沒有的物質(zhì)。()(4)酯化反應(yīng)、加聚反應(yīng)都可增長碳鏈。()(5)CH3CH2Br→CH3CH2OH可以通過一步反應(yīng)完成。()(6)CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(光照))BrCH2CH2Br可以用于工業(yè)制1,2－二溴乙烷。()2．下面是有機(jī)合成的三個步驟：①對不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選；②由目標(biāo)分子逆推原料分子并設(shè)計合成路線；③觀察目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)，正確的順序是()A．①②③B．③②①C．②③①D．②①③3．可在有機(jī)物中引入羥基的反應(yīng)類型是()①取代②加成③消去④酯化⑤還原A．①②B．①②⑤C．①④⑤D．①②③4．用丙醛(CH3CH2CHO)制取聚丙烯CH2CH(CH3)的過程中發(fā)生的反應(yīng)類型為()①取代②消去③加聚④水解⑤氧化⑥還原A．①④⑥B．⑤②③C．⑥②③D．②④⑤5．從溴乙烷制取1,2-二溴乙烷，下列轉(zhuǎn)化方案中最好的是()A．CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(NaOH水溶液),\s\do14(△))CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(濃H2SO4),\s\do14(170℃))CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(Br2))CH2BrCH2BrB．CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(Br2))CH2BrCH2BrC．CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(NaOH),\s\do14(醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(HBr))CH2BrCH3eq\o(→,\s\up15(Br2))CH2BrCH2BrD．CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(NaOH溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(Br2))CH2BrCH2Br6．(1)從CH2=CH2合成CH3CH2OH的可用路徑如下：Ⅰ.CH2=CH2→CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do14(△))CH3CH2OHⅡ.CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(H2O))C2H5OH為提高產(chǎn)率，應(yīng)選擇________途徑(“Ⅰ”或“Ⅱ”)。(2)以CH2=CH2和Heq\o\al(18,2)O為原料，自選必要的其他無機(jī)試劑，合成，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。技能素養(yǎng)提升點一有機(jī)合成中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化[例1]疊氮化合物應(yīng)用廣泛，如NaN3可用于汽車安全氣囊，PhCH2N3可用于合成化合物Ⅴ(見圖，僅列出部分反應(yīng)條件，Ph—代表苯基即)(1)下列說法中不正確的是________(填字母)。A．反應(yīng)①④屬于取代反應(yīng)B．化合物I可生成酯，但不能發(fā)生氧化反應(yīng)C．一定條件下化合物Ⅱ可能生成化合物ⅠD．一定條件下化合物Ⅱ能與氫氣反應(yīng)，反應(yīng)類型與反應(yīng)②相同(2)化合物Ⅱ發(fā)生聚合反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________(不要求寫出反應(yīng)條件)。(3)反應(yīng)③的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________(要求寫出反應(yīng)條件)。(4)化合物Ⅲ與PhCH2N3發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)生成化合物V，不同條件下環(huán)加成反應(yīng)還可生成化合物V的同分異構(gòu)體。該同分異構(gòu)體的分子式為____________，結(jié)構(gòu)簡式為____________。[提升1]香豆素是一種常用香料，分子式為C9H6O2，分子中除有一個苯環(huán)外，還有一個六元環(huán)。香豆素的一種合成路線如下：(1)有機(jī)物A能夠與新制的銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)；有機(jī)物A能跟FeCl3溶液反應(yīng)，使溶液呈特征顏色。A分子中的含氧官能團(tuán)的名稱是________、________。(2)反應(yīng)Ⅰ和Ⅲ的反應(yīng)類型是________、________。(3)有機(jī)物A的同分異構(gòu)體有多種，其中屬于芳香族化合物的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式是(寫出兩種即可)____________、____________。(4)反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。(5)香豆素的結(jié)構(gòu)簡式是________。[關(guān)鍵能力]有機(jī)合成中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化1．官能團(tuán)引入：引入方法及舉例(化學(xué)方程式)引入鹵素原子①烷烴與X2的取代反應(yīng)：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))CH3Cl＋HCl；②不飽和烴與HX或X2的加成反應(yīng)：CH2=CH2＋Br2→；③醇與HX的取代反應(yīng)：CH3CH2OH＋HBreq\o(→,\s\up15(△))CH3CH2Br＋H2O引入羥基①烯烴與水的加成反應(yīng)：CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(催化劑))CH3CH2OH；②醛或酮與H2的加成反應(yīng)：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up15(催化劑))CH3CH2OH；③鹵代烴的水解反應(yīng)：CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(H2O),\s\do14(△))CH3CH2OH＋NaBr；④酯的水解反應(yīng)： CH3COOC2H5＋H2Oeq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do14(△))CH3COOH＋C2H5OH引入雙鍵①醇的消去反應(yīng)：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(濃硫酸),\s\do14(170℃))CH2=CH2↑＋H2O；②鹵代烴的消去反應(yīng)：＋NaOHeq\o(→,\s\up15(醇),\s\do14(△))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O；③炔烴的加成反應(yīng)：CH≡CH＋HCl→CH2=CHCl；④醇的催化氧化反應(yīng)：2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up15(催化劑),\s\do14(△))2CH3CHO＋2H2O引入羧基①醛的氧化反應(yīng)：2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up15(濃硫酸),\s\do14(△))2CH3COOH；②酯的水解反應(yīng)：CH3COOC2H5＋H2Oeq\o(,\s\up15(濃硫酸),\s\do14(△))CH3COOH＋C2H5OH；2.官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化：包括官能團(tuán)種類變化、數(shù)目變化、位置變化等。①官能團(tuán)種類變化：利用官能團(tuán)的衍生關(guān)系進(jìn)行衍變，如鹵代烴醇eq\o(,\s\up15([O]),\s\do14(H2))醛eq\o(→,\s\up15([O]))羧酸CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(氧化))CH3CHOeq\o(→,\s\up15(氧化))CH3COOH。②官能團(tuán)數(shù)目變化：通過不同的反應(yīng)途徑增加官能團(tuán)的個數(shù)，如③官能團(tuán)位置變化：通過不同的反應(yīng)，改變官能團(tuán)的位置，如CH3CH2CH2OHeq\o(→,\s\up15(消去))CH3CH=CH2eq\o(→,\s\up15(HBr),\s\do14(一定條件))3．從分子中消除官能團(tuán)的方法：①經(jīng)加成反應(yīng)消除不飽和鍵。②經(jīng)取代、消去、酯化、氧化等反應(yīng)消除—OH。③經(jīng)加成或氧化反應(yīng)消除—CHO。④經(jīng)水解反應(yīng)消除酯基。⑤通過消去或水解反應(yīng)可消除鹵原子。狀元隨筆1.在解答有機(jī)合成題目時，除了分析各物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的差異外還要掌握反應(yīng)的特征條件，而這些特征條件往往會成為解答有機(jī)合成類推斷題的突破口。例如，特征反應(yīng)反應(yīng)條件鹵代烴的水解NaOH水溶液并加熱鹵代烴的消去NaOH的乙醇溶液并加熱烷烴(或烷烴基)的取代Cl2、光照2.碳鏈的增長與變短(1)增長：常見的方法有不飽和化合物間的聚合、羧酸或醇的酯化、有機(jī)物與HCN的反應(yīng)等。(2)變短：常見的方法有烴的裂化與裂解、某些烴(如苯的同系物、烯烴)的氧化等。提升點二有機(jī)合成方法的設(shè)計[例2]以石油裂解氣為原料，通過一系列化學(xué)反應(yīng)可得到一種重要的化工產(chǎn)品增塑劑G，如圖。請完成下列各題：(1)寫出下列反應(yīng)類型：反應(yīng)①______________，反應(yīng)④______________。(2)寫出下列反應(yīng)條件：反應(yīng)③________________________________________________________________________，反應(yīng)⑥________________________________________________________________________。(3)反應(yīng)②③的目的是________________________________________________________________________。(4)寫出反應(yīng)⑤的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)B被氧化成C的過程中會有中間產(chǎn)物生成，該中間產(chǎn)物可能是____________________(寫出一種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式)，檢驗該物質(zhì)存在的試劑是______________________。(6)寫出G的結(jié)構(gòu)簡式________________________________。根據(jù)合成路線填寫下列空白：(1)有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)簡式為________________，B的結(jié)構(gòu)簡式為________________；(2)反應(yīng)④屬于________，反應(yīng)⑤屬于________；(3)③和⑥的目的是________________________________________________________________________。(4)寫出反應(yīng)⑥的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[關(guān)鍵能力]有機(jī)合成方法選擇1．設(shè)計有機(jī)合成路線的常規(guī)方法正合成分析法設(shè)計有機(jī)合成路線時，從確定的某種原料分子入手，逐步經(jīng)過碳鏈的連接和官能團(tuán)的引入來完成，基本思維模式：原料→中間體→中間體目標(biāo)產(chǎn)物逆合成分析法此法采用逆向思維方法，從目標(biāo)化合物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)入手，找出合成所需的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向已知原料，其思維模式：目標(biāo)產(chǎn)物→中間體→中間體原料綜合推理法設(shè)計有機(jī)合成路線時，用正合成分析法不能得到目標(biāo)產(chǎn)物，而用逆合成分析法也得不到起始原料時，往往結(jié)合這兩種思維模式，采用從兩邊向中間“擠壓”的方式，使問題得到解決2.合成路線的選擇(1)一元合成路線：R—CH=CH2eq\o(→,\s\up15(HX))鹵代烴eq\o(→,\s\up15(NaOH水溶液),\s\do14(△))一元醇eq\o(→,\s\up15([O]))一元醛eq\o(→,\s\up15([O]))一元羧酸→酯(2)二元合成路線：CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(X2))CH2X—CH2Xeq\o(→,\s\up15(NaOH水溶液),\s\do14(△))CH2OH—CH2OHeq\o(→,\s\up15([O]))OHC—CHOeq\o(→,\s\up15([O]))HOOC—COOH→鏈酯、環(huán)酯、聚酯(3)芳香族化合物合成路線3．有機(jī)合成中官能團(tuán)的保護(hù)方法(1)有機(jī)合成中酚羥基的保護(hù)：由于酚羥基極易被氧化，在有機(jī)合成中，如果遇到需要用氧化劑進(jìn)行氧化時，經(jīng)常先將酚羥基通過酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為酯，保護(hù)起來，待氧化過程完成后，再通過水解反應(yīng)，將酚羥基恢復(fù)。(2)有機(jī)合成中醛基的保護(hù)：醛與醇反應(yīng)生成縮醛：R—CHO＋2R′OH→＋H2O，生成的縮醛比較穩(wěn)定，與稀堿和氧化劑均難反應(yīng)，但在稀酸中微熱，縮醛會水解為原來的醛。狀元隨筆有機(jī)合成遵循的原則(1)起始原料要廉價、易得、低毒、低污染。(2)盡量選擇步驟最少的合成路線，為減少合成步驟，應(yīng)盡量選擇與目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)相似的原料，步驟越少，產(chǎn)物的產(chǎn)率越高越好。(3)合成路線要滿足“綠色化學(xué)”的要求。最大限度地利用原料中的每一個原子，達(dá)到零排放。(4)有機(jī)合成反應(yīng)要盡量操作簡單、條件溫和、能耗低、易實現(xiàn)。(5)尊重客觀事實，按一定順序反應(yīng)，不能臆造不存在的反應(yīng)。要綜合運用順推或者逆推的方法導(dǎo)出最佳的合成路線。原料eq\o(,\s\up15(順推),\s\do14(逆推))中間產(chǎn)物eq\o(,\s\up15(順推),\s\do14(逆推))產(chǎn)品形成性自評1．在有機(jī)合成中，常會將官能團(tuán)消除或增加，下列相關(guān)過程中反應(yīng)類型及相關(guān)產(chǎn)物不合理的是()B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2Breq\o(→,\s\up15(水解))CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(加成))CH3CH2OH2．有機(jī)物可經(jīng)過多步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋涓鞑椒磻?yīng)的反應(yīng)類型是()A．加成→消去→脫水B．消去→加成→消去C．加成→消去→加成D．取代→消去→加成 A．1-丁烯B．1,3-丁二烯C．乙炔D．乙烯4．由1,3－丁二烯合成2－氯－1,3－丁二烯的路線如下：本合成中各步的反應(yīng)類型分別為()A．加成、水解、加成、消去B．取代、水解、取代、消去C．加成、取代、取代、消去D．取代、取代、加成、氧化5．下圖是一些常見有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，關(guān)于反應(yīng)①～⑦的說法不正確的是()A．反應(yīng)①是加成反應(yīng)B．只有反應(yīng)②是加聚反應(yīng)C．只有反應(yīng)⑦是取代反應(yīng)D．反應(yīng)④⑤⑥⑦是取代反應(yīng)6．根據(jù)如圖所示的反應(yīng)路線及信息填空：(1)A的結(jié)構(gòu)簡式是________；名稱是________________。(2)①的反應(yīng)類型是________；③的反應(yīng)類型是________________________________________________________________________。(3)反應(yīng)④的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。7．已知：A完全燃燒只生成CO2和H2O，其蒸氣密度是相同狀況下氫氣密度的43倍，分子中H、O原子個數(shù)比為3：1。它與Na或Na2CO3都能反應(yīng)產(chǎn)生無色氣體。(1)A中含有的官能團(tuán)的名稱是________。(2)F是A的一種同分異構(gòu)體，F(xiàn)的核磁共振氫譜圖顯示分子中有兩種不同的氫原子。存在下列轉(zhuǎn)化關(guān)系：寫出F的結(jié)構(gòu)簡式：________________________________________________________________________。寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第五節(jié)有機(jī)合成基礎(chǔ)知識新知預(yù)習(xí)一、1．有機(jī)化學(xué)反應(yīng)特定結(jié)構(gòu)性質(zhì)2．碳骨架官能團(tuán)3．(1)鹵代烴的消去醇的消去炔烴的不完全加成(2)醇(或酚)的取代烯烴(或炔烴)的加成烷烴(或苯及苯的同系物)的取代(3)烯烴與水的加成鹵代烴的水解醛的還原4．基礎(chǔ)原料目標(biāo)化合物二、1．目標(biāo)化合物輔助原料目標(biāo)化合物基礎(chǔ)原料合成路線2．(1)草酸乙醇兩分子乙醇和一分子草酸(2)(3)乙烯(4)CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(催化劑),\s\do14(△，加壓))CH3CH2OHCH2=CH2＋Cl2→3．(1)產(chǎn)率(2)低污染即時性自測1．解析：(2)消去反應(yīng)不能直接引入鹵素原子。(5)CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(水))CH3CH2OH＋NaBr(6)CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(醇))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O不用光照條件。答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×2．解析：進(jìn)行有機(jī)合成時，先確定目標(biāo)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)，再設(shè)計出不同的合成路線，最后對不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選。答案：B3．解析：鹵代烴或酯的水解(取代)，烯烴與H2O(加成)，醛或酮和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。答案：B4．答案：C5．答案：D6．解析：(1)有機(jī)合成中，要想得到較高的產(chǎn)率，合成步驟應(yīng)盡可能的少。(2)采用逆合成分析法：答案：(1)Ⅱ(2)CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(催化劑),\s\do14(加熱、加壓))CH3CH2OH，CH2=CH2＋Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up15(催化劑),\s\do14(加熱、加壓))CH3CHeq\o\al(18,2)OH，2CH3CHeq\o\al(18,2)OH＋O2eq\o(→,\s\up15(Cu),\s\do14(△))＋2H2O，，技能素養(yǎng)例1解析：(1)反應(yīng)①：PhCH2CH3→是—H被—Cl所取代，為取代反應(yīng)；反應(yīng)④：PhCH2Cleq\o(→,\s\up15(NaN3))PhCH2N3，可以看做是—Cl被—N3所取代，為取代反應(yīng)，A正確；化合物Ⅰ含有羥基，為醇類物質(zhì)，與羥基相連的碳原子上存在一個氫原子，故可以發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯；化合物Ⅱ為烯烴，在一定條件下與水發(fā)生加成反應(yīng)，可能會生成化合物Ⅰ，C正確；化合物Ⅱ為烯烴，能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，與反應(yīng)②(反應(yīng)②是烯烴與溴加成)的反應(yīng)類型相同，D正確。(3)反應(yīng)③是在光照條件下進(jìn)行的，發(fā)生的是取代反應(yīng)：PhCH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))PhCH2Cl＋HCl。(4)書寫同分異構(gòu)體要從結(jié)構(gòu)簡式出發(fā)，注意碳碳雙鍵上苯基位置的變化，即。答案：(1)B(2)nPhCH=CH2→(3)PhCH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))PhCH2Cl＋HCl(4)C15H13N3提升1答案：(1)醛基酚羥基(2)加成反應(yīng)消去反應(yīng)(3)(任意兩種即可)(4)(5)例2解析：1,3－丁二烯經(jīng)過反應(yīng)，①生成A，然后轉(zhuǎn)化成了HO—CH2—CH=CH—CH2—OH，所以反應(yīng)①是1,3－丁二烯與鹵素的1,4－加成反應(yīng)。HO—CH2—CH=CH—CH2—OH經(jīng)過一系列反應(yīng)生成了E，從反應(yīng)條件和組成看，E是HOOC—CH=CH—COOH，由于B→C是氧化反應(yīng)，所以②是加成反應(yīng)，③是消去反應(yīng)，安排這兩步反應(yīng)的目的是防止碳碳雙鍵被氧化。從物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及反應(yīng)條件看，反應(yīng)④是CH2=CHCH3中飽和碳原子