2020版高中化学第三章第四节第2课时逆合成分析法学案（含解析）新人教版.docx

第2课时逆合成分析法核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：结合碳骨架的构建及官能团衍变过程中的反应规律，能利用反应规律进行有机物的推断与合成。2.证据推理与模型认知：落实有机物分子结构分析的思路和方法，建立对有机反应多角度认识模型、并利用模型进一步掌握有机合成的思路和方法。一、有机合成路线的设计1常见有机物的转化关系若以乙醇为原料合成乙二酸(HOOCCOOH)，则依次发生反应的类型是消去反应、加成反应、水解(或取代)反应、氧化反应、氧化反应。2常见的有机合成路线(1)一元化合物合成路线：(2)二元化合物合成路线：(3)芳香化合物合成路线芳香酯3有机合成中常见官能团的保护(1)酚羟基的保护：因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH溶液反应，把OH变为ONa(或使其与ICH3反应，把OH变为OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为OH。(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。(3)氨基(NH2)的保护：如在对硝基甲苯对氨基苯甲酸的过程中应先把CH3氧化成COOH之后，再把NO2还原为NH2。防止当KMnO4氧化CH3时，NH2(具有还原性)也被氧化。例1已知：请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步主要反应的化学方程式(不必写出反应条件)。答案(1)CH2=CH2H2OCH3CH2OH(2)2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O(3)2CH3CHO(4)CH3CH=CHCHOH2O(5)CH3CH=CHCHO2H2CH3CH2CH2CH2OH解析由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。本题基本采用正向思维方法。乙烯乙醛丁烯醛正丁醇。本题中乙烯合成乙醛的方法有两种：其一：乙烯乙醇乙醛；其二：乙烯乙醛。例2(2018广东佛山月考)软性隐形眼镜可由聚甲基丙烯酸羟乙酯制成超薄镜片，其中聚甲基丙烯酸羟乙酯的合成路线如图所示：已知：试回答下列问题：(1)A、E的结构简式分别为A_，E_。(2)写出下列反应的反应类型：AB_，EF_。(3)写出下列反应的化学方程式：IG_；CD_。答案(1)CH2=CHCH3(CH3)2C(OH)COOH(2)加成反应消去反应(3)CH2ClCH2Cl2NaOHCH2OHCH2OH2NaCl2CH3CH(OH)CH3O22CH3COCH32H2O解析(1)A与溴化氢发生加成反应得到B(C3H7Br)，则A为丙烯(CH2=CHCH3)，C3H7Br在氢氧化钠水溶液中发生取代反应得到C(C3H7OH)；C催化氧化得到丙酮D(CH3COCH3)；丙酮与HCN、H2O及H等发生反应，最终得到E(CH3)2C(OH)COOH；E在浓硫酸、加热条件下发生消去反应得到FCH2=C(CH3)COOH。乙烯(CH2=CH2)与氯气发生加成反应得到I，则I为1,2二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)；1,2二氯乙烷在氢氧化钠水溶液中发生取代反应，得到G，即乙二醇(CH2OHCH2OH)。FCH2=C(CH3)COOH与乙二醇(CH2OHCH2OH)发生酯化反应得到H()，H发生加聚反应得到目标产物。(2)A转化为B的反应为加成反应；E转化为F的反应为消去反应。(3)I转化为G的反应方程式为CH2ClCH2Cl2NaOHCH2OHCH2OH2NaCl；C转化为D的反应方程式为2CH3CH(OH)CH3O22CH3COCH32H2O。解决有机合成题的基本步骤第一步：要正确判断合成的有机物属于何种有机物，它带有什么官能团，它和哪些知识、信息有关，它所在的位置的特点等。第二步：根据现有原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段，或寻找官能团的引入、转换、保护方法，或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变，尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。第三步：将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合，选择出最佳合成方案。相关链接有机合成中常见的新信息1苯环侧链引羧基如(R代表烃基)被酸性KMnO4溶液氧化生成，此反应可缩短碳链。2卤代烃跟氰化钠溶液反应再水解可得到羧酸如CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH；卤代烃与氰化物发生取代反应后，再水解得到羧酸，这是增加一个碳原子的常用方法。3烯烃通过臭氧氧化，再经过锌与水处理得到醛或酮如CH3CH2CHO；RCH=CHR(R、R代表H或烃基)与碱性KMnO4溶液共热后酸化，发生双键断裂生成羧酸，通过该反应可推断碳碳双键的位置。4双烯合成如1,3丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到环己烯，这是著名的双烯合成，也是合成六元环的首选方法。5羟醛缩合有H的醛在稀碱(10%NaOH)溶液中能和另一分子醛相互作用，生成羟基醛，称为羟醛缩合反应。如2CH3CH2CHO6格林试剂延长碳链卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应，可得格林试剂RMgX，它可与醛、酮等羰基化合物加成：RMgX二、逆合成分析法1逆向合成分析法从目标化合物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推向已知原料，其合成示意图为2逆向合成分析法应用例析由“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯(1)具体步骤如下：根据以上逆合成分析，可以确定合成草酸二乙酯的有机基础原料为乙烯(CH2=CH2)，通过五步反应进行合成，写出反应的化学方程式：_，_，_，_，_。答案CH2=CH2Cl2CH2=CH2H2OCH3CH2OH2CH3CH2OH(2)根据以上逆合成分析，合成步骤如下：逆合成分析法设计有机合成路线的思维程序(1)观察目标分子结构，即目标分子的碳架特征，以及官能团的种类和位置。(2)由目标分子逆推原料分子，并设计合成路线，即目标分子碳架的构建，以及官能团引入和转化。(3)依据绿色合成的思想，对不同的合成路径进行优选。例3由CH3CH=CH2合成CH2(OOCCH3)CH(OOCCH3)CH2(OOCCH3)时，需要经过的反应是()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解析考查有机物的合成，一般采用逆推法。根据有机物的结构简式可知，化合物是由丙三醇和乙酸通过酯化反应生成的；要生成丙三醇，需要利用1,2,3三氯丙烷通过水解反应生成；生成1,2,3三氯丙烷需要利用CH2ClCH=CH2和氯气通过加成反应生成；丙烯通过取代反应即生成CH2ClCH=CH2，所以答案选B。例4以和为原料合成请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。提示：RCH2CH=CH2Cl2RCHClCH=CH2HCl；合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选)：ABCH答案解析本题可用逆合成法解答，其思维过程为：其逆合成分析思路为：由此确定可按以上6步合成相关链接有机合成综合题中的常见误区误区一转化缺乏依据在所给合成路线中，有时存在一步或两步的变化是中学有机化学中未曾学习过的，此时推断过程往往难以进行下去。在这种情况下，应该结合变化前后两种有机物在碳链结构、官能团等方面的差异去寻找突破口，切勿主观臆造化学反应使转化缺乏依据。误区二混淆反应条件有机化学反应大多需要在一定条件下才能进行，有些条件只是在浓度上的差异，如酯化反应一般用浓硫酸，而酯的水解反应用稀硫酸即可；卤代烃的取代反应需在氢氧化钠水溶液中进行，而卤代烃的消去反应则需在氢氧化钠醇溶液中进行等。有些催化剂可能是与反应物发生反应的生成物，如苯的卤代反应，一般加入铁作催化剂，而实际起催化作用的是卤化铁，有时题目给出了卤化铁，但学生由于思维定式，就会出现错误。误区三忽视相对分子质量的变化化学反应一定遵守质量守恒(原子守恒)定律。有机化学反应中常有无机小分子(如水分子)参加或生成，若忽视反应前后有机物相对分子质量变化这一重要条件，就会使问题的解决变得困难。1以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOCCOOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的()与NaOH的水溶液共热与NaOH的醇溶液共热与浓硫酸共热到170在催化剂存在的情况下与氯气反应在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热与新制的Cu(OH)2悬浊液共热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。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。2(2018沈阳期中)有下列几种反应类型：消去取代氧化加成还原水解，用丙醛制取1,2丙二醇()，按正确的合成路线依次发生的反应所属类型不可能是()ABCD答案D解析用丙醛制取1,2丙二醇()，由结构变化可知是从消除CHO到引入2个OH，则合成路线可以为a.先发生丙醛与氢气加成反应生成丙醇，为加成反应，也属于还原反应；b.再发生丙醇消去反应生成丙烯，为消去反应；c.然后丙烯与溴加成，为加成反应；d.最后1,2二溴丙烷水解生成1,2丙二醇，为水解反应，也属于取代反应；则合成中不会涉及氧化反应，故选D。3(2018桂林联考)是一种有机烯醚，可由链烃A通过下列路线制得，下列说法正确的是()AB中含有的官能团有溴原子、碳碳双键BA的结构简式是CH2=CHCH2CH3C该有机烯醚不能发生加聚反应D的反应类型分别为加成反应、取代反应、消去反应答案A解析由题述分析可知，A为CH2=CHCH=CH2，B为BrCH2CH=CHCH2Br，C为HOCH2CH=CHCH2OH。B中含有的官能团有溴原子、碳碳双键，故A正确；A为CH2=CHCH=CH2，故B错误；该有机烯醚含有碳碳双键，能发生加聚反应，故C错误；的反应类型分别为加成、水解(取代)、取代，故D错误。4乙二酸二乙酯(D)可由石油气裂解得到的烯烃合成。回答下列问题：(1)B和A为同系物，B的结构简式为_。(2)反应的化学方程式为_，其反应类型为_。(3)反应的反应类型为_。(4)C的结构简式为_。(5)反应的化学方程式为_。答案(1)CH2=CHCH3(2)CH2=CH2H2OCH3CH2OH加成反应(3)取代反应(或水解反应)(4)HOOCCOOH(5)2CH3CH2OHHOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O解析根据流程图可知，A为乙烯，与水发生加成反应生成乙醇，再与C酯化生成乙二酸二乙酯，则C为乙二酸，B和A为同系物，B含3个碳，则B为丙烯，丙烯与氯气在光照的条件下发生H的取代反应生成CH2=CHCH2Cl。(1)根据上述分析，B为丙烯，结构简式为CH2=CHCH3。(2)反应为乙烯与水发生加成反应生成乙醇，反应的化学方程式为CH2=CH2H2OCH3CH2OH，反应类型为加成反应。(3)反应是卤代烃在NaOH水溶液中发生取代反应生成醇，则反应类型为取代反应(或水解反应)。(4)根据上述分析，C为乙二酸，则C的结构简式为HOOCCOOH。(5)反应是乙醇与乙二酸发生酯化反应生成酯和水，反应的化学方程式为2CH3CH2OHHOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH32H2O。5香豆素是广泛存在于植物中的一类芳香族化合物，大多具有光敏性，有的还具有抗菌和消炎作用。它的核心结构是芳香内酯A，其分子式为C9H6O2，该芳香内酯A经下列步骤转变为水杨酸和乙二酸。ABC提示：.CH3CH=CHCH2CH3CH3COOHCH3CH2COOH；.RCH=CH2RCH2CH2Br。请回答下列问题：(1)写出化合物C的结构简式：_。(2)在上述转化过程中，反应步骤BC的目的是_。(3)请设计合理方案由合成 (用反应流程图表示，并注明反应条件)。例：由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为CH3CH2OHCH2=CH2CH2CH2答案(1)(2)保护酚羟基，使之不被氧化(3)解析A是芳香内酯，其分子式为C9H6O2。由AB是酯的水解(开环)反应。由B的分子式为C9H8O3结合题给信息和C被氧化的产物，可以推出A的结构简式为从而推出水解产物B的结构简式为由C的分子式，结合BC，则不难推出C的结构简式为BC的目的是把酚羟基保护起来，防止下一步C的氧化破坏酚羟基。由采用逆向分析则有：正向分析则要把转变成CH2CH2OH。通过消去、加成、水解等过程，结合题给信息RCH=CH2RCH2CH2Br完成转变。最后再进行酯化成环反应，生成目标产物内酯。题组一有机合成路线的设计与选择1在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是()A酚钠与卤代烃作用合成酚醚：NaBrB乙烷与氯气在光照下制备氯乙烷：CH3CH3Cl2CH3CH2ClHClC萘与浓硫酸制备萘磺酸：HOSO3HH2OD乙烯水化制乙醇：CH2=CH2H2OCH3CH2OH答案B解析乙烷与氯气在光照下发生取代反应，反应生成的有机物是多种氯代乙烷的混合物。2已知酸性：H2CO3综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是()A与稀H2SO4共热后，加入足量NaOH溶液B与稀H2SO4共热后，加入足量Na2CO3溶液C与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量H2SO4D与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2答案D解析先在氢氧化钠溶液中水解，转化为因为酸性H2CO3故再通入足量CO2转变为3以溴乙烷为原料制备乙二醇，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解析题干中强调的是最合理的方案，A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应；B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费；C项比D项多一步取代反应，显然不合理；D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。4乙醇在与浓硫酸混合共热的反应过程中，受反应条件的影响，可发生两类不同类型的反应：1,4二氧六环是一种常见的溶剂。它可以通过下图所示的合成路线制得：其中A可能是()A乙烯B乙醇C乙二醇D乙酸答案A解析根据题示信息可以得出1,4二氧六环是由乙二醇通过分子间脱水反应的方式合成的，结合官能团在各反应条件下变化的特点，各物质的结构可借助于逆推法得到：CH2=CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH5.乙烯酮(CH2=C=O)在一定条件下能跟含活泼氢原子的化合物发生加成反应，反应的通式可表示为CH2=C=OHA (极不稳定)，试指出下列反应不合理的是()A.CH2=C=OHClCH3COClBCH2=C=OH2OCH3COOHCCH2=C=OCH3CH2OHCH3COCH2CH2OHDCH2=C=OCH3COOH (CH3CO)2O答案C解析由所给方程式可以看出乙烯酮与含活泼氢原子的化合物发生加成反应，是加成，而不是加成；活泼的氢原子加在CH2上，活泼氢原子的化合物中其余部分与羰基碳相连。故C项不正确。题组二有机合成方法的分析与应用6食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下：下列叙述错误的是()A步骤(1)产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验B苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应C苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应D步骤(2)产物中残留的烯丙醇可用溴水检验答案D解析A项中利用的显色反应可进行检验，正确；B项中和菠萝酯中的均可以被酸性KMnO4氧化，正确；C项中苯氧乙酸中的羧基、菠萝酯中的酯基都可与NaOH溶液反应，正确；D项中步骤(2)产物也含，能使溴水褪色，故错误。74溴甲基1环己烯的一种合成路线如下：下列说法正确的是()AX、Y、Z都属于芳香族化合物B的反应类型依次为加成反应、还原反应和取代反应C由化合物Z一步制备化合物Y的转化条件是：NaOH醇溶液，加热D化合物Y先经酸性高锰酸钾溶液氧化，再与乙醇在浓硫酸催化下酯化可制得化合物X答案B解析X、Y、Z中的六元环不是苯环，不属于芳香族化合物；由官能团的转化可知1,3丁二烯与丙烯酸乙酯发生加成反应生成X，X发生还原反应生成Y，Y发生取代反应生成Z；由化合物Z一步制备化合物Y，应发生水解反应，应在氢氧化钠的水溶液中；Y含有碳碳双键，可被酸性高锰酸钾氧化。8以环己醇为原料有如下合成路线：C，则下列说法正确的是()A反应的反应条件是：NaOH溶液、加热B反应的反应类型是取代反应C环己醇属于芳香醇D反应中需加入溴水答案D解析此题可以应用逆推法。由产物的结构和反应的条件知C应为二元卤代烃；则反应应该是醇的消去反应，反应条件为浓硫酸、加热，故A错误；反应应该是烯烃的加成反应，故B错误、D正确；环己醇中不含苯环，不属于芳香醇，故C错误。9有如下合成路线，甲经两步转化为丙，下列叙述不正确的是()A丙中可能含有未反应的甲，可用溴水检验是否含甲B反应(1)的无机试剂是液溴，铁作催化剂C甲和丙均可与酸性KMnO4溶液发生反应D反应(2)属于取代反应答案B解析甲与溴水发生加成反应，两个不饱和的碳原子上均增加一个溴原子，形成乙，乙发生水解反应，两个Br原子被OH取代形成丙。A项，丙中可能含有未反应的甲，由于甲中含有碳碳双键，可以与溴发生加成反应使溴水褪色，因此可用溴水检验是否含甲，正确；B项，反应(1)的无机试剂是溴水，若是液溴，铁作催化剂，则发生的是苯环上的取代反应，错误；C项，甲含有碳碳双键，丙含有醇羟基，二者均可与酸性KMnO4溶液发生反应，正确；D项，反应(2)是卤代烃的水解反应，水解反应属于取代反应，正确。10由E()转化为对甲基苯乙炔() 的一条合成路线如下：(G为相对分子质量为118的烃)下列说法不正确的是()AG的结构简式：B第步的反应条件是NaOH的水溶液，加热C第步的反应类型是还原反应DE能发生银镜反应答案B解析根据E和对甲基苯乙炔的结构简式可知，由E合成对甲基苯乙炔的过程实际上就是由CH2CHO转化成CH=CH2，最终转化成CCH的过程。具体合成路线为第步的反应条件应是NaOH的醇溶液，加热，B项错误；第步E与氢气加成，属于还原反应，C项正确；E结构中含有醛基，能发生银镜反应，D项正确。11根据图示内容填空：(1)化合物A含有的官能团为_。(2)1molA与2molH2反应生成1molE，其化学方程式为_。(3)与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式是_。(4)B在酸性条件下与Br2反应得到D，D的碳链不含支链，其结构简式是_。(5)F的结构简式是_。由EF的反应类型是_。答案(1)碳碳双键、醛基、羧基(2)OHCCH=CHCOOH2H2HOCH2CH2CH2COOH(3)(4)(5)酯化反应解析A能与银氨溶液反应，表明A分子内含有醛基；A能与NaHCO3反应，断定A分子中含有羧基。由F的组成和来源看F应为环酯，E应既含羟基又含羧基。综合第(4)问中D物质的碳链不含支链，可知A分子也不含支链，1molA与2molH2反应生成1molE，可知A中还含有碳碳双键，故A应为OHCCH=CHCOOH。12(2018北京四中高二下学期期末)已知：通常羟基与碳碳双键相连时不稳定，易发生下列变化：依据如下图所示的转化关系，回答问题：(1)A的化学式是_，官能团是酯基和_(填名称)。(2)的化学方程式是_。(3)F是芳香族化合物且苯环上只有一个侧链，的化学方程式是_。(4)绿色化学中，最理想的“原子经济”是原子利用率100%，上述反应中能体现“原子经济”原则的是_(填字母)。abc(5)G是F的同分异构体，有关G的描述：能发生水解苯环上有三个取代基苯环上一溴代物有2种据此推测