2019_2020学年高中化学第3章有机合成及其应用合成高分子化合物第1节第1课时碳骨架的构建和官能团的引入学案鲁科版.docx

碳骨架的构建和官能团的引入核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有机合成基本任务，掌握有机物碳骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。2.证据推理与模型认知：根据烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯之间的转化构建官能团转化与衍变模型，利用模型进行有机合成和推断。一、碳骨架的构建1碳链的增长(1)卤代烃的取代反应卤代烃与NaCN的反应CH3CH2ClNaCNCH3CH2CNNaCl，CH3CH2CNCH3CH2COOH。卤代烃与炔钠的反应2CH3CCH2Na2CH3CCNaH2，CH3CCNaCH3CH2ClCH3CCCH2CH3NaCl。(2)醛、酮与氢氰酸的加成反应CH3CHOHCN，CH3CHOHCN。(3)羟醛缩合反应2CH3CHO。CH3CHOHCHO。2碳链的减短(1)氧化反应烯、炔的氧化反应CH3CH=CH2CH3COOHCO2。芳香烃侧链的氧化反应。(2)脱羧反应CH3COONaNaOHNa2CO3CH4。(3)水解反应主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。(4)烃的裂化或裂解反应C16H34C8H18C8H16；C8H18C4H10C4H8。3成环(1)二烯烃的成环反应(2)形成环酯2H2O(3)氨基酸缩合H2NCH2CH2CH2CH2COOH。(4)形成环醚4开环(1)环酯水解开环(2)环烯烃氧化开环HOOC(CH2)4COOH。相关链接1碳链的增长其他还有：(1)卤代烃与活泼金属反应：2CH3Cl2NaCH3CH32NaCl。(2)醛、酮与RMgX加成：2碳链的减短例1下列反应中：酯化反应乙醛与HCN加成乙醇与浓硫酸共热到1401-溴丙烷与NaCN作用持续加热乙酸与过量碱石灰的混合物重油裂化为汽油乙烯的聚合反应乙苯被酸性KMnO4溶液氧化(1)可使碳链增长的反应是_。(2)可使碳链减短的反应是_。【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案(1)(2)像由CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3不属于碳链增长，酯化反应引入“”，也不属于碳链增长。例2写出下列构建碳骨架反应的方程式。(1)一溴甲烷制乙酸：_。(2)CH3CH2CHO和CH3CHO的反应：_。(3)与NaOH共热的反应：_。(4)由CH2=CH2合成丙酸_。【考点】碳骨架的构建【题点】碳骨架的增长与缩短答案(1)CH3BrNaCNCH3CN，CH3CNCH3COOH(2)CH3CH2CHOCH3CHO(或CH3CH2CHOCH3CHO)(3)NaOHNa2CO3(4)CH2=CH2HBrCH3CH2Br，CH3CH2BrNaCNCH3CH2CNNaBr，CH3CH2CNCH3CH2COOH二、官能团的引入、转化与消除1官能团的引入(1)在碳链上引入卤原子的途径不饱和烃与卤素单质或卤化氢的加成反应。烷烃、苯及其同系物与卤素单质的取代反应。Br2HBr。烯烃、羧酸的H取代反应。CH3CH2COOHCl2HCl。醇与氢卤酸的取代反应CH3CH2OHHBrCH3CH2BrH2O。(2)在碳链上引入羟基的途径烯烃与水，醛、酮与氢气或HCN的加成反应HCN。卤代烃、酯的水解反应NaOHNaBr。(3)引入碳碳双键的途径卤代烃或醇的消去反应CH3CH2CH2BrNaOHCH3CH=CH2NaBrH2O。CH3CH2OHCH2=CH2H2O。炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应(4)在碳链上引入醛基的途径醇、烯烃的氧化反应(5)在碳链上引入羧基的途径烯烃、苯的同系物和醛的氧化反应，酯、蛋白质、肽或氰的水解反应。2官能团的转化用对应的字母完成填空：(1)上述转化中属于取代反应的为e、f，属于加成反应的为a、c、j，属于消去反应的为b、d，属于氧化反应的为g、i、k，属于还原反应的为h、j。(2)转化步骤b的试剂为NaOH醇溶液，转化步骤e的试剂为NaOH水溶液，转化步骤g的试剂为酸性KMnO4溶液，转化步骤h的试剂为LiAlH4。3从分子中消除官能团的方法(1)经加成反应消除不饱和键。(2)经取代、消去、酯化、氧化等反应消去OH。(3)经加成或氧化反应消除CHO。(4)经水解反应消去酯基。(5)经消去或水解反应消除卤素原子。官能团转化与衍变的三种方式(1)利用官能团的衍生关系进行官能团种类的转化。(2)通过消去、加成(控制试剂)、水解反应使官能团数目增加。如：CH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2Br。CH3CH2OHCH2=CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH。(3)通过消去、加成(控制条件)反应使官能团位置改变。如：CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2CH3CH2CH2BrCH3CH=CH2例3常见的有机反应类型有：取代反应加成反应消去反应酯化反应加聚反应缩聚反应氧化反应还原反应，其中能在有机物中引入羟基的反应类型有()ABCD【考点】官能团的引入与转化【题点】羟基的引入答案B解析卤代烃、酯的水解反应，烯烃等与H2O的加成反应，醛、酮与H2的还原反应均能在有机物中引入羟基。例4富马酸(反式丁烯二酸)与Fe2形成的配合物富马酸铁又称“富血铁”，可用于治疗缺铁性贫血。以下是合成富马酸铁的一种工艺路线：回答下列问题：(1)A的化学名称为_；由A生成B的反应类型为_。(2)C的结构简式为_。(3)富马酸的结构简式为_。【考点】官能团的引入与转化【题点】有机合成中官能团的转化与衍变答案(1)环己烷取代反应(2)(3)解析环己烷与氯气在光照条件下生成B为卤代烃，B发生消去反应生成环己烯，则B为环己烯与溴发生加成反应生成C为C再发生消去反应生成与氯气发生取代反应生成发生氧化反应生成再发生消去反应、中和反应得到进行酸化得到富马酸为方法规律二元卤代烃发生消去反应后，可在有机物中引入碳碳叁键，如CH3CH2CHCl22NaOHCH3CCH2NaCl2H2O；CH2BrCH2Br2NaOHCHCH2NaBr2H2O。例5乙烯是一种重要的化工原料，以乙烯为原料衍生出部分化工产品的反应如下(部分反应条件已略去)：请回答下列问题：(1)A的化学名称是_。(2)B和A反应生成C的化学方程式为_，该反应的类型为_。(3)D的结构简式为_。(4)F的结构简式为_。(5)D的同分异构体的结构简式为_。【考点】官能团的引入与转化【题点】有机合成中官能团的转化与衍变答案(1)乙醇(2)CH3CH2OHCH3COOHCH3COOCH2CH3H2O酯化反应(或取代反应)(3)(4)(5)CH3CHO、CH2=CHOH解析CH2=CH2与H2O在催化剂作用下发生加成反应，生成A(CH3CH2OH)，CH3CH2OH经氧化生成B(C2H4O2)，则B为CH3COOH。CH3COOH与CH3CH2OH在浓H2SO4、加热条件下发生酯化反应，生成C(C4H8O2)，则C为CH3COOCH2CH3。E与B在浓硫酸、加热条件下发生酯化反应，生成F(C6H10O4)，从而推知E分子中含有2个OH，则E为HOCH2CH2OH，F为。D与H2O发生反应生成E(HOCH2CH2OH)，可推知D为，不可能为CH3CHO。D(C2H4O)的同分异构体为CH3CHO和CH2=CHOH。思维启迪通过有机物分子碳架结构的改变以及分子中官能团的衍变，进一步体会有机物分子中化学键、官能团与有机物化学性质之间的关系，促进“宏观辨识与微观探析”化学学科素养的发展。1下列反应不能在有机化合物分子中引入羟基的是()A乙酸和乙醇的酯化反应B聚酯的水解反应C油脂的水解反应D烯烃与水的加成反应【考点】官能团的引入与转化【题点】羟基的引入答案A解析羧酸和醇的酯化反应在有机物分子中引入酯基；酯的水解、烯烃与水的加成均能引入羟基。2(2018安庆市一中高二下学期期中)由乙醇制取乙二酸二乙酯时，最简便的流程需要下列哪些反应，其正确的顺序是()取代加成氧化还原消去酯化中和ABCD【考点】官能团的引入与转化【题点】有机合成中官能团的转化与衍变答案B解析第一步乙醇(浓硫酸，170)生成乙烯；第二步乙烯与溴水发生加成反应生成1,2二溴乙烷；第三步1,2二溴乙烷和NaOH在水中反应生成乙二醇；第四步乙二醇被氧气氧化成乙二酸；第五步乙二酸与乙醇酯化生成乙二酸二乙酯，顺序为，答案选B。3已知：含C=C的物质(烯烃)一定条件下能与水发生加成反应，生成醇(含羟基的烃的衍生物)；有机物AD间存在图示的转化关系：下列说法不正确的是()AD的结构简式为CH3COOCH2CH3BA能使酸性高锰酸钾溶液退色CB与乙酸发生了取代反应D可用B萃取碘水中的碘单质【考点】官能团的引入与转化【题点】官能团的转化与衍变答案D解析C被氧化生成乙酸，则C为CH3CHO，B在CuO做催化剂并且加热的条件下发生氧化反应生成C，则B为CH3CH2OH，A和水发生加成反应生成B，则A为CH2=CH2，乙酸和乙醇发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH2CH3。4(2018日照高二检测)下图表示4溴1环己醇所发生的4个不同反应。生成物只含有一种官能团的反应是()ABCD【考点】官能团的引入与转化【题点】官能团的转化与衍变答案A解析根据反应条件分析：A为B为C为D为或5已知共轭二烯烃(两个碳碳双键间有一个碳碳单键)与烯或炔反应可生成六元环状化合物。已知1,3丁二烯与乙烯的反应可表示为则异戊二烯(2甲基1,3丁二烯)与丙烯反应，生成的产物的结构简式可能是()【考点】碳骨架的构建【题点】成环答案B解析根据1,3丁二烯与乙烯反应表示式可知其反应过程为1,3丁二烯中的两个碳碳双键断裂，原碳碳单键之间形成一个新的碳碳双键，两端碳原子上的两个半键与乙烯中碳碳双键断裂形成的两个半键相连构成环状。类比1,3丁二烯与乙烯的反应可推知异戊二烯()与丙烯的反应过程：异戊二烯的两个碳碳双键断裂，原碳碳单键之间形成一个新的碳碳双键，两端碳原子上的两个半键与丙烯中碳碳双键断裂形成的两个半键相连接构成环状，所以生成的产物是或6已知：RMgX由乙醇合成CH3CH=CHCH3(2丁烯)的流程如下：下列说法错误的是()A发生氧化反应，发生消去反应BM的结构简式为CH3CH2XCP的分子式为C4H10OD2丁烯与Br2以11加成可得三种不同产物【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案D题组一碳骨架的构建1已知苯与一卤代烷在催化剂作用下发生反应生成苯的同系物CH3XHX。在催化剂存在的条件下，应选择苯和下列哪组物质为原料合成乙苯()ACH3CH3和Cl2BCH2=CH2和Cl2CCH2=CH2和HClDCH3CH3和HCl【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案C解析根据题给信息，合成乙苯应该选择的原料是苯和氯乙烷。乙烷与氯气在光照下发生取代反应，生成一氯乙烷、二氯乙烷等多种取代产物，既难得到纯净的乙苯，又浪费了原料，A项错误；乙烯与氯气反应生成1,2二氯乙烷，与苯反应不能得到乙苯(产物比较复杂)，B项错误；乙烯与氯化氢反应生成一氯乙烷，它与苯反应只能生成乙苯和氯化氢，合成过程中，氯化氢可以循环使用，C项正确；乙烷与氯化氢不反应，得不到氯乙烷，D项错误。2根据下列合成路线判断反应类型正确的是()AAB的反应属于加成反应BBC的反应属于酯化反应CCD的反应属于消去反应DDE的反应属于加成反应【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案A解析A中含有碳碳双键，与氢气发生加成反应生成B，A项正确；有机物B是环醚，与氯化氢发生加成反应生成C，B项错误；C中含有羟基，与氯化氢发生取代反应生成D，C项错误；D中的氯原子被CN取代，发生取代反应，D项错误。3在有机合成中，有时需要通过减短碳链的方式来实现由原料到目标产物的转化，某同学设计的下列反应中，可成功实现碳链减短的是()A乙烯的聚合反应B烯烃与酸性KMnO4溶液的反应C酯化反应D卤代烃与NaCN的取代反应【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的减短答案B解析A、D均会引起碳链的增长，C项酯化反应引入“”，不属于碳链增长，只有B项可使碳链变短，如：CH3CH=CHCH32CH3COOH。4已知：卤代烃可以和钠发生反应，例如溴乙烷与钠发生的反应为2CH3CH2Br2NaCH3CH2CH2CH32NaBr，应用这一反应，下列所给化合物中可以与钠合成环丁烷的是()ACH3BrBCH3CH2CH2CH2BrCCH2BrCH2BrDCH2BrCH2CH2Br【考点】碳骨架的构建【题点】成环答案C解析由题给信息可知，要合成环丁烷，可用两分子CH2BrCH2Br与Na反应生成；或者由一分子BrCH2CH2CH2CH2Br与Na反应生成。5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：所得产物经水解可以得到醇，这是某些复杂醇的合成方法之一。现欲合成(CH3)3COH，下列所选用的卤代烃和羰基化合物的组合正确的是()A乙醛和氯乙烷B甲醛和1溴丙烷C甲醛和2溴丙烷D丙酮和一氯甲烷【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案D解析由题给信息可知产物中与OH相连的碳原子是羰基碳原子，要合成需要丙酮和一氯甲烷。6(2018潍坊高二月考)已知：|，如果要合成，所有的起始原料可以是()2甲基1,3丁二烯和2丁炔1,3戊二烯和2丁炔2,3二甲基1,3戊二烯和乙炔2,3二甲基1,3丁二烯和丙炔ABCD【考点】碳骨架的构建【题点】碳链的增长答案A解析如果在虚线处断键可得起始原料；如果在虚线处断键可得起始原料，A选项符合题意。题组二官能团的引入与转化7官能团的引入和转化是有机合成中的关键和主要内容。下面是某同学设计的引入羧基的几种方案，请判断其中无法实现的是()A卤代烃的水解B腈(RCN)在酸性条件下水解C醛的氧化D烯烃的氧化【考点】官能团的引入与转化【题点】官能团的引入答案A8如图是一些常见有机物的转化关系，关于反应的说法正确的是()A反应是加成反应，产物的结构简式为CH3CHBr2B反应是氧化反应，其中是去氢氧化C反应是取代反应，其中是酯化反应D反应是消去反应，反应的副产物中有SO2气体【考点】碳骨架的构建【题点】官能团的转化与衍变答案D解析反应是乙烯与单质溴发生加成反应，产物的结构简式为CH2BrCH2Br，故A错误；反应是乙烯与水的加成反应，故B错误；反应是乙酸的还原反应，故C错误；反应是乙醇的消去反应，反应条件是浓硫酸、加热，浓硫酸具有强氧化性，加热时能够与乙醇发生氧化还原反应，生成SO2气体，故D正确。9分析下列合成路线，可推知B物质应为下列物质中的()CH2=CHCH=CH2ABC【考点】碳骨架的构建【题点】官能团的引入答案D解析结合产物特点分析可知A为1,4加成产物经过三步反应生成COOH由CH2OH氧化得到，为防止碳碳双键被氧化，应先加成再氧化，因此B为HOCH2CH=CHCH2OH，C为最后催化氧化得到题组三有机合成过程中反应类型的判断10有机物可经过多步反应转变为，其各步反应的类型是()A加成消去脱水B消去加成消去C加成消去加成D取代消去加成【考点】碳骨架的构建【题点】官能团的引入答案B解析11有下述有机反应类型：消去反应，水解反应，加聚反应，加成反应，还原反应，氧化反应。以丙醛为原料制取1,2丙二醇，所需进行的反应类型依次是()ABCD【考点】碳骨架的构建【题点】官能团的引入答案B解析合成过程为CH3CH2CHOCH3CH2CH2OHCH3CHCH212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(或取代反应)解析题中给出的已知条件中包含着以下四类信息：反应(条件、性质)信息：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。结构信息：从D物质的碳链不含支链，可知A分子也不含支链。数据信息：从F分子中碳原子数可推出A是含4个碳原子的物质。隐含信息：从第(2)问中提示“1molA与2molH2反应生成1molE”，可知A分子内除了含1个醛基外还可能含1个碳碳双键。13已知：环己烯可以通过1,3丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到：(也可表示为)实验证明，下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更容易被氧化：RCHOH2RCH2OH现仅以1,3丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷：1,3丁二烯C7H14O甲基环己烷请按要求填空：(1)A的结构简式是_；B的结构简式是_。(2)写出下列反应的化学方程式和反应类型：反应_，反应类型_。反应_，反应类型_。答案(1)(2)解析理解题给信息是解决本题的关键，因为原料是1,3丁二烯，通过碳碳双键之间的环化加成反应可以得到六元碳环。目标产物的六元环的支链为甲基，由信息及C的分子式知，可先将支链中的碳碳双键氧化，得到醛基，从醛基得到甲基的理想途径是醛基被还原得到醇羟基，通过醇的消去反应得到碳碳双键，再与氢气加成得到甲基。故其合成路线如下：142018天津，8(1)(2)(3)(4)(5)化合物N具有镇痛、消炎等药理作用，其合成路线如下：(1)A的系统命名为_，E中官能团的名称为_。(2)AB的反应类型为_，从反应所得液态有机混合物中提纯B的常用方法为_。(3)CD的化学方程式为_。(4)C的同分异构体W(不考虑手性异构)可发生银镜反应；且1molW最多与2molNaOH发生反应，产物之一可被氧化成二元醛。满足上述条件的W有_种，若W的核磁共振氢谱具有四组峰，则其结构简式为_。(5)F与G的关系为_(填序号)。a碳链异构b官能团异构c顺反异构d位置异构答案(1)1,6己二醇碳碳双键、酯基(2)取代反应减压蒸馏(或蒸馏)(3)(4)5(5)c解析(1)A是含有6个碳原子的直链二元醇，2个羟基分别位于碳链的两端，