2025年高中化學(xué)新教材同步 選擇性必修第三冊 第3章　第5節(jié)　第2課時　有機(jī)合成路線的設(shè)計與實(shí)施

第2課時有機(jī)合成路線的設(shè)計與實(shí)施［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］1.結(jié)合碳骨架的構(gòu)建及官能團(tuán)衍變過程中的反應(yīng)規(guī)律，能利用反應(yīng)規(guī)律進(jìn)行有機(jī)物的推斷與合成。2.落實(shí)有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)分析的思路和方法，建立對有機(jī)反應(yīng)多角度認(rèn)識的模型并利用模型進(jìn)一步掌握有機(jī)合成的思路和方法。3.體會有機(jī)合成在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)及對健康、環(huán)境造成的影響，能用“綠色化學(xué)”的理念指導(dǎo)合成路線的選擇。一、正合成分析法有機(jī)合成路線的確定，需要在掌握碳骨架構(gòu)建和官能團(tuán)轉(zhuǎn)化基本方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的設(shè)計與選擇，以較低的成本和較高的產(chǎn)率，通過簡便而對環(huán)境友好的操作得到目標(biāo)產(chǎn)物。1.常見有機(jī)物的轉(zhuǎn)化2.正合成分析法(1)單官能團(tuán)合成R—CHCH2鹵代烴醇醛酸酯(2)雙官能團(tuán)合成CH2CH2CH2X—CH2XHOCH2—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH鏈酯、環(huán)酯等(3)芳香族化合物合成①②芳香酯3.合成路線的表示方法有機(jī)合成路線用反應(yīng)流程圖表示。示例：原料中間體(Ⅰ)中間體(Ⅱ)……目標(biāo)化合物食醋的主要成分是乙酸，主要通過發(fā)酵法由糧食制備。工業(yè)乙酸是通過石油化學(xué)工業(yè)人工合成的。(1)請以乙烯為原料，設(shè)計合理的路線合成乙酸，寫出反應(yīng)流程圖。(2)目前已經(jīng)出現(xiàn)了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應(yīng)和(1)中合成路線的每一步反應(yīng)的產(chǎn)率均為70%，請計算并比較這兩種合成路線的總產(chǎn)率。提示(1)CH2CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。(2)若每一步反應(yīng)的產(chǎn)率均為70%，第一種合成路線的總產(chǎn)率為70%×70%×70%=34.3%，遠(yuǎn)小于第二種工藝反應(yīng)的產(chǎn)率70%。1.(2023·沈陽高二調(diào)研)在一次有機(jī)化學(xué)課堂小組討論中，某同學(xué)設(shè)計了下列合成路線，你認(rèn)為最不可行的是()A.用氯苯合成環(huán)己烯：B.用甲苯合成苯甲醇：C.用乙炔合成聚氯乙烯：CH2CHClD.用乙烯合成乙二醇：CH2CH2CH3CH3CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH答案D解析氯苯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成一氯環(huán)己烷，一氯環(huán)己烷在NaOH的乙醇溶液、加熱條件下發(fā)生消去反應(yīng)生成環(huán)己烯，可以實(shí)現(xiàn)，A項不符合題意；甲苯與Cl2在光照條件下發(fā)生甲基上的取代反應(yīng)生成，在NaOH水溶液、加熱條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成，可以實(shí)現(xiàn)，B項不符合題意；乙烯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成乙烷，但乙烷在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，其產(chǎn)物有多種，無法控制反應(yīng)只生成CH2ClCH2Cl，不可以實(shí)現(xiàn)，D項符合題意。2.分析下列合成路線，可推知B應(yīng)為()CH2CH—CHCH2ABCA.B.C.D.答案D解析A為Br—CH2—CHCH—CH2—Br；B為HO—CH2—CHCH—CH2—OH；C為。3.請用流程圖表示出最合理的合成路線。(1)將乙醇轉(zhuǎn)化成乙二醇(改變官能團(tuán)的數(shù)目)。答案CH3CH2OHCH2CH2(2)將1?丙醇轉(zhuǎn)化成2?丙醇(改變官能團(tuán)的位置)。答案CH3CH2CH2OHCH3CHCH2二、逆合成分析法1.逆合成分析法在目標(biāo)化合物的適當(dāng)位置斷開相應(yīng)的化學(xué)鍵，目的是使得到的較小片段所對應(yīng)的中間體經(jīng)過反應(yīng)可以得到目標(biāo)化合物；繼續(xù)斷開中間體適當(dāng)位置的化學(xué)鍵，使其可以從更上一步的中間體反應(yīng)得來，依次倒推，最后確定最適宜的基礎(chǔ)原料和合成路線。2.逆合成分析法的應(yīng)用由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。(1)分析如下：根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成乙二酸二乙酯的有機(jī)基礎(chǔ)原料為乙烯(CH2CH2)，通過5步反應(yīng)進(jìn)行合成，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：①_____________________________________________________________________________________；②_____________________________________________________________________________________；③_____________________________________________________________________________________；④_____________________________________________________________________________________；⑤_____________________________________________________________________________________。答案①CH2CH2+Cl2②+2NaOH+2NaCl③+2O2+2H2O④CH2CH2+H2OCH3CH2OH⑤+2CH3CH2OH—OC2H5+2H2O(2)合成路線如下：注意①上述合成路線中也可以先被氧化為OHC—CHO，再被氧化為HOOC—COOH。②表示合成步驟時，用箭頭“→”表示每一步反應(yīng)；而表示逆合成時，用“”表示逆推過程。思考在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，乙二醇還可以通過環(huán)氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環(huán)氧乙烷則可由乙烯直接氧化得到。CH2CH2請比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的①、②兩步反應(yīng)，分析生產(chǎn)中選擇該路線的可能原因。提示該方法的原料H2O、O2廉價易得、無毒，原料利用率高，產(chǎn)物易于分離，符合“綠色化學(xué)”理念等。3.合成路線設(shè)計應(yīng)遵循的原則(1)合成步驟較少，副反應(yīng)少，反應(yīng)產(chǎn)率高。(2)原料、溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒。(3)反應(yīng)條件溫和，操作簡便，產(chǎn)物易于分離提純。(4)污染排放少，要貫徹“綠色化學(xué)”理念，選擇最佳合成路線，以較低的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境代價得到目標(biāo)產(chǎn)物。4.有機(jī)合成的發(fā)展及價值發(fā)展從生物體內(nèi)提取有機(jī)物→人工設(shè)計并合成有機(jī)物→計算機(jī)輔助設(shè)計合成有機(jī)物價值為化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域的研究和相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供了堅實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，有力地促進(jìn)了人類健康水平提高和社會發(fā)展進(jìn)步1.由CH3CHCH2和乙酸合成時，需要依次經(jīng)過的反應(yīng)類型是()A.加成→取代→加成→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解析此題適宜采用逆推法。根據(jù)合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式可知，該化合物可由丙三醇和乙酸通過酯化反應(yīng)生成；可利用1，2，3?三氯丙烷通過水解反應(yīng)生成丙三醇；1，2，3?三氯丙烷可利用CH2(Cl)CHCH2和氯氣通過加成反應(yīng)生成；丙烯通過取代反應(yīng)可生成CH2(Cl)CHCH2，所以答案選B。2.ABC，下列有關(guān)該合成路線的說法正確的是()A.反應(yīng)①的反應(yīng)條件為NaOH的水溶液、加熱B.A分子中所有碳原子不可能共平面C.B和C分子中均含有1個手性碳原子D.反應(yīng)③為加成反應(yīng)答案C解析由原料到目標(biāo)產(chǎn)物，去掉溴原子、引入羥基和醛基，由逆合成分析法可知，C為，羥基可通過鹵代烴的水解引入，則B可為，與溴水發(fā)生加成反應(yīng)可得到B，則A為。由上述分析可知，反應(yīng)①為鹵代烴的消去反應(yīng)，反應(yīng)條件為NaOH的乙醇溶液、加熱，A項錯誤；苯分子和碳碳雙鍵均是平面形結(jié)構(gòu)，則通過碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，A()分子中所有碳原子可能共平面，B項錯誤；手性碳原子為連有4個不同原子或原子團(tuán)的碳原子，B和C分子中均含有1個手性碳原子，C項正確；反應(yīng)③為鹵代烴的水解反應(yīng)，D項錯誤。3.以CH2CHCH2OH為主要原料(其他無機(jī)試劑任選)使用逆合成分析法設(shè)計合成CH2CHCOOH的路線流程圖(已知CH2CH2可被氧氣催化氧化為)，通過此題的解答，總結(jié)設(shè)計有機(jī)合成路線需注意的情況(至少寫2條)：_______________________________________________________________。答案CH2CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2CHCOONaCH2CHCOOH；設(shè)計有機(jī)合成路線時要選擇合適的反應(yīng)條件、并注意官能團(tuán)的保護(hù)隨著新的有機(jī)反應(yīng)、新試劑的不斷發(fā)現(xiàn)和有機(jī)合成理論的發(fā)展，有機(jī)合成技術(shù)和效率不斷提高，利用計算機(jī)輔助設(shè)計合成路線，讓合成路線的設(shè)計逐步成為嚴(yán)密思維邏輯的科學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)室有機(jī)合成常用的裝置：課時對點(diǎn)練［分值：100分］(選擇題1~12題，每小題5分，共60分)題組一有機(jī)合成路線的設(shè)計1.(2023·昆明高二檢測)由1?氯環(huán)己烷()制備1，2?環(huán)己二醇()時，需要經(jīng)過下列哪幾步反應(yīng)()A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去答案B解析由1?氯環(huán)己烷制取1，2?環(huán)己二醇，正確的過程為，即依次發(fā)生消去反應(yīng)、加成反應(yīng)、取代反應(yīng)。2.根據(jù)下面合成路線判斷烴A為()A(烴類)BCA.1?丁烯 B.1，3?丁二烯C.乙炔 D.乙烯答案D解析由最后的產(chǎn)物是醚，結(jié)合最后一步的反應(yīng)條件可知，最后一步反應(yīng)是醇發(fā)生分子間脫水，所以C為HOCH2CH2OH，再結(jié)合B中有Br，B轉(zhuǎn)化為C的條件是氫氧化鈉的水溶液、加熱，可知B為BrCH2CH2Br，則A是乙烯。3.以1?丙醇制取，最簡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A.b、d、f、g、h B.e、d、c、a、hC.a、e、d、c、h D.b、a、e、c、f答案B解析CH3CH2CH2OHCH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH。題組二有機(jī)合成路線的選擇4.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()A.CH2CH2+(過氧乙酸)→+CH3COOHB.CH2CH2+Cl2+Ca(OH)2→+CaCl2+H2OC.2CH2CH2+O22D.+2H2O+HOCH2CH2—O—CH2CH2OH答案C解析A、B、D中均存在副產(chǎn)品，反應(yīng)物沒有全部轉(zhuǎn)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。5.以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是()A.CH3CH2BrCH3CH2OHCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇B.CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇C.CH3CH2BrCH2CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇D.CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇答案D解析A項與D項相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應(yīng)時，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應(yīng)等副反應(yīng)；B項步驟最少，但取代反應(yīng)不會停留在“CH2BrCH2Br”階段，副產(chǎn)物多，分離困難，原料浪費(fèi)；C項比D項多一步取代反應(yīng)，顯然不合理；D項相對步驟少，操作簡單，副產(chǎn)物少，較合理。6.以為基本原料合成，下列合成路線最合理的是()A.KB.XYZMC.NPQD.LJH答案D解析以為基本原料合成，因碳碳雙鍵、羥基均能被氧化，則應(yīng)先使碳碳雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)引入一個鹵素原子，然后將羥基氧化為羧基，最后再發(fā)生消去反應(yīng)(脫HCl)生成碳碳雙鍵，D項合理。7.在有機(jī)合成中，若制得的有機(jī)化合物較純凈且易分離，在工業(yè)生產(chǎn)上才有實(shí)用價值。據(jù)此判斷下列有機(jī)合成一般不適用于工業(yè)生產(chǎn)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：CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HClC.萘與濃硫酸制備萘磺酸：+HO—SO3H+H2OD.乙烯水化制乙醇：CH2CH2+H2OCH3CH2OH答案B解析乙烷與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)生成的有機(jī)物是多種氯代乙烷的混合物。8.甲基丙烯酸甲酯是合成有機(jī)玻璃的單體，早在幾十年前就成功合成，現(xiàn)在又有新的合成方法。舊的合成方法：(CH3)2CO+HCN→(CH3)2C(OH)CN(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4→NH4HSO4+CH2C(CH3)COOCH3新的合成方法：+CO+CH3OH→CH2C(CH3)COOCH3兩種方法相比，新方法的優(yōu)點(diǎn)是()A.原料無爆炸危險B.沒有副產(chǎn)物，原料利用率高C.原料都是無毒物質(zhì)D.生產(chǎn)過程中對設(shè)備沒有任何腐蝕性答案B解析有氣體原料，會有爆炸危險，A不符合題意；反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，沒有副產(chǎn)物，原料利用率高，B符合題意；CO和CH3OH是我們熟知的有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)過程中要注意防護(hù)，C不符合題意；生產(chǎn)過程中原料對設(shè)備的腐蝕性，只有大小之分，不可能沒有任何腐蝕性，D不符合題意。9.根據(jù)下列流程圖提供的信息，判斷下列說法錯誤的是()A.屬于取代反應(yīng)的有①④B.反應(yīng)②③均是加成反應(yīng)C.B的結(jié)構(gòu)簡式為CH2BrCHClCH2BrD.A還有三種同分異構(gòu)體(不考慮立體異構(gòu))答案C解析①④屬于取代反應(yīng)，故A正確；②③屬于加成反應(yīng)，故B正確；丙烯(C3H6)經(jīng)反應(yīng)①②得到產(chǎn)物CH2BrCHBrCH2Cl，故C錯誤；A是CH2CHCH2Cl，它的鏈狀同分異構(gòu)體還有兩種CH3CHCHCl、，環(huán)狀同分異構(gòu)體有一種，故D正確。10.(2024·棗莊高二月考)合成某醫(yī)藥的中間路線如圖，下列說法不正確的是()A.R的官能團(tuán)是—OHB.R的沸點(diǎn)高于P的沸點(diǎn)C.由P生成M發(fā)生消去反應(yīng)D.P的核磁共振氫譜圖只有一組峰答案C解析通過合成路線圖知，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，則R的官能團(tuán)是—OH，故A正確；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，R能形成分子間氫鍵但P不能形成分子間氫鍵，含有分子間氫鍵的物質(zhì)熔、沸點(diǎn)較高，所以R的沸點(diǎn)高于P的沸點(diǎn)，故B正確；P生成M的反應(yīng)屬于取代反應(yīng)，故C錯誤；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，P含有一種化學(xué)環(huán)境的氫原子，所以其核磁共振氫譜圖只有一組峰，故D正確。11.α?呋喃丙烯醛(丙)為常用的優(yōu)良溶劑，也是有機(jī)合成的重要原料，其合成路線如下(部分反應(yīng)試劑與條件已略去)。下列說法正確的是()A.甲中只含有兩種官能團(tuán)B.乙的分子式為C7H10O3C.丙的同分異構(gòu)體中分子中含苯環(huán)且只含一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有5種D.①、②兩步的反應(yīng)類型分別為取代反應(yīng)和消去反應(yīng)答案C解析甲中含有碳碳雙鍵、醚鍵、醛基三種官能團(tuán)，A項錯誤；根據(jù)乙的結(jié)構(gòu)可知，乙的分子式為C7H8O3，B項錯誤；丙的同分異構(gòu)體中分子中含苯環(huán)且只含一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有、、、、，共5種，C項正確；反應(yīng)①是加成反應(yīng)，D項錯誤。12.我國自主研發(fā)“對二甲苯的綠色合成路線”取得新進(jìn)展，其合成示意圖如下：下列說法不正確的是()A.過程i發(fā)生了加成反應(yīng)B.對二甲苯的一溴代物只有一種C.M既可與H2反應(yīng)，也可與溴水反應(yīng)D.該合成路線理論上碳原子利用率為100%，且產(chǎn)物易分離答案B解析過程i是異戊二烯和丙烯醛發(fā)生的加成反應(yīng)，生成具有對位取代基的六元中間體，選項A正確；對二甲苯()高度對稱，分子中有2種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，其一溴代物有2種，選項B不正確；該合成路線理論上碳原子利用率為100%，且產(chǎn)物對二甲苯與水互不相溶，易分離，選項D正確。13.(5分)丁烯二酸(HOOCCHCHCOOH)可用于制造不飽和聚酯樹脂，也可用作食品的酸性調(diào)味劑。某同學(xué)以ClCH2CHCHCH2Cl為原料，設(shè)計了下列合成路線：HOOCCHCHCOOH上述設(shè)計存在的缺陷是什么？請寫出改進(jìn)后的合成路線。答案缺陷：在第二步的氧化過程中，碳碳雙鍵也會被氧化，使產(chǎn)率降低。改進(jìn)后的合成路線：NaOOCCHCHCOONaHOOCCHCHCOOH。14.(5分)(2023·聊城高二檢測)已知：①+RX+HX；②(R為烴基，X為鹵素原子)。2?氨基苯乙醚()可用作燃料、香料、醫(yī)藥中間體。請設(shè)計以苯酚和乙醇為起始原料制備2?氨基苯乙醚的合成路線(無機(jī)試劑任選)。答案解析2?氨基苯乙醚()結(jié)構(gòu)中的—NH2，可由硝基還原得到，而苯環(huán)上的CH3CH2O—可由苯酚與CH3CH2Br發(fā)生取代反應(yīng)得到，而乙醇與HBr發(fā)生取代反應(yīng)可以得到CH3CH2Br，故苯酚首先發(fā)生硝化反應(yīng)在鄰位引入硝基，生成，乙醇和HBr反應(yīng)生成CH3CH2Br，和CH3CH2Br發(fā)生已知①反應(yīng)生成，然后將硝基還原為氨基。15.(18分)(2024·青島二中月考)噠嗪化合物具有優(yōu)良廣譜的抑菌、殺蟲、除草和抗病毒活性，在噠嗪環(huán)分子中引入酰胺、雜環(huán)、甲氧基丙烯酸酯等活性基團(tuán)，可為噠嗪類農(nóng)藥的發(fā)展提供更廣闊的發(fā)展空間，其某種合成路線如圖。請根據(jù)所學(xué)知識回答下列問題：(1)Ⅱ→Ⅲ的反應(yīng)類型為，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：。

(2)已知第爾斯?阿爾德反應(yīng)：，請寫出Ⅰ與Ⅱ發(fā)生該反應(yīng)的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式：。

(3)Ⅲ→Ⅳ需要的其他反應(yīng)物為，設(shè)計Ⅲ→Ⅵ的作用是。

(4)Ⅵ中含有的官能團(tuán)名稱：。(5)寫出從Ⅴ→Ⅵ的反應(yīng)條件：。(6)Ⅸ→Ⅹ過程中需要以氨水為縛酸劑，則每生成1molX，消耗H2的物質(zhì)的量為mol。

(7)Ⅱ含環(huán)狀結(jié)構(gòu)的同分異構(gòu)體有種(不考慮立體異構(gòu))。

答案(1)取代反應(yīng)(2)(3)HCl保護(hù)碳碳