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2课时有机合成路线的设计和应用学案鲁科版.docx

有机合成路线的设计和应用核心素养发展目标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(正向合成分析法)1正向合成分析法(1)方法：从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳链的连接和官能团的安装来完成。(2)步骤：首先要比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同，包括官能团和碳骨架两个方面的异同；然后，设计由原料分子转向产物的合成路线。2优选合成路线依据(1)合成路线是否符合化学原理。(2)合成操作是否安全可靠。(3)绿色合成：主要考虑有机合成中的原子经济性；原料的绿色化；试剂与催化剂的无公害性。3有机合成中常用的“四条路线”(1)一元合成路线RCH=CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯。(2)二元合成路线CH2=CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OHOHCCHOHOOCCOOH链酯、环酯、聚酯。(3)芳香化合物合成路线芳香酯(4)改变官能团位置CH3CH2CH2BrCH3CH=CH2相关链接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有机合成路线的基本要求(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，最后产率越高。(3)合成路线要符合“绿色环保”的要求。(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团。例1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【考点】有机合成路线的设计【题点】有机合成路线的设计与选择答案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。例2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)。【考点】有机合成路线的设计【题点】正向合成分析法答案(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3(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_。【考点】有机合成路线的设计【题点】正向合成分析法答案(1)CH2=CHCH3(CH3)2C(OH)COOH(2)加成反应消去反应(3)CH2ClCH2Cl2NaOHCH2OHCH2OH2NaCl2CH3CH(OH)CH3O22CH3COCH32H2O解析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。思维启迪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CH3CH2CHORCH=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(1)方法：采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。图示：目标化合物中间有机化合物原始原料。(2)一般程序2利用逆推法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线(1)观察目标分子的结构(2)逆推原料分子(3)设计合成路线(设计四种不同的合成路线)(4)评价优选合成路线路线由甲苯分别制备苯甲醇和苯甲酸较合理。路线制备苯甲酸的步骤多、成本较高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护。路线的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作，成本较高。有机合成遵循的原则(1)符合有机合成中原子经济性的要求。所选择的每个反应的副产物应尽可能少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。(2)发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。(3)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。(4)所选用的合成原料要绿色化且易得、经济；所选用的试剂与催化剂无公害性。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【考点】有机合成路线的设计【题点】逆向合成分析法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步合成例5现有溴、浓硫酸和其他无机试剂，请设计出由的正确合成路线。答案解析本题中需要保护原有官能团碳碳双键，在设计合成路线时，可以暂时使碳碳双键发生加成反应，等引入新的官能团后，再通过消去反应生成碳碳双键。方法规律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。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【考点】有机合成路线的设计【题点】逆向合成分析法答案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【考点】有机合成路线的设计【题点】逆向合成分析法答案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【考点】有机合成路线的设计【题点】逆向合成分析法答案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【考点】有机合成路线的设计【题点】逆向合成分析法答案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：HOCH2CH2OHCH2BrCH2BrCH2=CH2。5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_。【考点】有机合成路线的设计【题点】正向合成分析法答案(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。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【考点】有机合成路线的设计【题点】有机合成路线的设计与选择答案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以下反应均可在一定条件下进行，其符合绿色化学原理的是()2CH2=CH2O2乙烷与氯气制备氯乙烷乙醇与浓硫酸共热制取乙烯乙烯在一定条件下制备聚乙烯ABCD【考点】有机合成路线的设计【题点】有机合成路线的设计与选择答案D解析以“原料分子中原子全部转变为所需产物”为依据进行分析，乙烷与氯气发生取代反应，生成产物有一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等和氯化氢，原子不能全部转化为一种产物，不符合题意；乙醇在浓硫酸作用下生成乙烯、水及其他副产物，也不符合；而中反应物的原子可以完全转化为产物，符合要求。3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【考点】有机合成路线的设计【题点】有机合成路线的设计与选择答案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4对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成，已知苯环上的硝基可被还原为氨基，产物苯胺还原性强，易被氧化，则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是( )A甲苯XY对氨基苯甲酸B甲苯XY对氨基苯甲酸C甲苯XY对氨基苯甲酸D甲苯XY对氨基苯甲酸【考点】有机合成路线的设计【题点】有机合成路线的设计与选择答案A解析由甲苯制取产物时，需发生硝化反应引入硝基，再还原得到氨基，将甲基氧化才得到羧基；但氨基易被氧化，故甲基氧化为羧基应在硝基还原前，否则生成的氨基也被氧化，故先将甲基氧化为羧基，再将硝基还原为氨基，故A正确，D错误。另外还要注意CH3为邻、对位取代定位基，而COOH为间位取代定位基，所以B错误。题组二有机合成方法的分析与应用5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。6化合物A()可由环戊烷经三步反应合成：XY，则下列说法错误的是()A反应1可用的试剂是氯气B反应3可用的试剂是氧气和铜C反应1为取代反应，反应2为消去反应DA可发生加成反应转化为Y答案C解析由合成流程可知，制取，可以先将与氯气发生取代反应，生成一氯环戊烷，再将一氯环戊烷在碱性条件下水解得环戊醇，环戊醇再氧化可得。反应1可用的试剂是氯气，A项正确；反应3是将羟基氧化成羰基，可用的试剂是氧气和铜，B项正确；反应1为烷烃的取代反应，反应2为卤代烃的水解反应，都属于取代反应，C项错误；A为，Y为，则羰基与氢气发生加成反应可实现转化，故D项正确。7以环己醇为原料有如下合成路线：BC，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。8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。9(2018重庆一中高二下学期期中)化合物M是二苯乙炔类液晶材料的一种，最简单的二苯乙炔类化合物是以互为同系物的单取代芳香烃A、G为原料合成M的一种路线(部分反应条件略去)如下：回答下列问题：(1)A的结构简式为_，B中的官能团名称是_。(2)的反应类型是_，F的名称为_。(3)写出由C生成B的化学方程式：_。(4)反应的化学方程式是_。(5)参照上述合成路线，设计一条由苯乙烯和甲苯为起始原料制备的合成路线(无机试剂任选)。答案(1)羰基(2)还原反应对乙基苯乙炔(或4乙基苯乙炔)(3)2O22H2O(4)2KOH2KBr2H2O(5)解析(1)由题意可知A为乙苯，结构简式为：B的官能团为羰基。(2)反应使羰基转化成羟基，反应类型是还原反应；D是对乙基苯乙烯，E是E在KOH醇溶液中发生消去反应，得到产物为名称为对乙基苯乙炔。(3)由C生成B，则羟基被氧化成羰基，在铜做催化