2018高中化学有机化合物的合成第2课时有机合成路线的设计及应用同步备课学案鲁科版.docx

第2课时有机合成路线的设计及应用目标导航1.了解设计合成路线的一般程序。2.使学生通过苯甲酸苯甲酯的合成路线的分析提炼出有机合成路线设计的一般程序逆推法。 3.了解原子经济性等绿色合成思想的重要性。4.在分析苯甲酸苯甲酯的合成路线的过程中培养学生的阅读能力和处理信息的能力。一、有机合成路线的设计1正推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。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目标化合物分子的合成路线。2逆推法采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。3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：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。4逆推法设计有机合成路线的一般程序议一议1有机合成的目标和任务是什么？答案包括目标化合物分子碳骨架的构建和官能团的转化。其合成过程示意图如图所示。2绿色化学在有机合成中体现在哪些方面？答案(1)原子经济性；(2)原材料无毒害；(3)产品无污染；(4)最大限度节约能源。二、合成路线选择1合成路线的设计2合成方法的设计(设计四种不同的合成方法) (1)(2)(3)3合成方法的优选(1)路线由甲苯制取苯甲酸和苯甲醇，较合理。(2)(4)路线中制备苯甲酸步骤多、价格高，且Cl2的使用不利于环境保护。(3)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，成本高。议一议1. 有机合成遵循的原则是什么？答案(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。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。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、反应的安全系数高、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，不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。2有机合成、推断的方法和步骤是什么？答案(1)根据官能团特征反应作出推理。如某有机物的“水溶液显酸性，能跟碳酸钠溶液反应”，可推断它含有羧基(COOH)；若它“能使溴水退色”，说明含不饱和键。(2)根据现有的原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标化合物分成若干片段，或寻找官能团的引入、消除、转化、保护方法，或设法将各片段拼接衍变，尽快找出合成目标化合物的关键。(3)根据框图已知信息利用将正向推导和逆向推导相结合的方法进行推断，一定要将题目中的信息理清，寻找突破口，同时结合性质，按逻辑推理顺序解题。一、有机合成路线的设计1有机合成的三种常见方法(1)正向合成法，此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料中间产物产品。(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品中间产物原料。(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型找出原料与合成物质的内在联系确定中间产物产品”。2有机合成路线设计应遵循的五个原则(1)符合绿色化学思想。(2)符合原子经济性的要求。(3)原料价廉，原理正确。(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。(5)易于分离，产率高。3有机合成常见的四条合成路线(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：(3)芳香化合物合成路线：(4)改变官能团的位置：CH3CH2CH2BrCH3CH=CH24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反应，把OH变为ONa(或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：如对硝基甲苯合成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反应的化学方程式(不必写出反应条件)。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后脱水反应，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2羟基丁醛丁烯醛正丁醇。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。答案(1)CH2=CH2H2OCH3CH2OH(2)2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O(4)CH3CH=CHCHOH2O(5)CH3CH=CHCHO2H2CH3CH2CH2CH2OH解题反思(1)有机合成的正向合成分析法(即顺推法)设计思路：基础原料中间体中间体目标有机物。采用正向思维方法，从已知原料分子开始，找出可直接合成所需的中间产物，并同样找出它的下一步产物，依次类推，逐步推向合成目标产物。(2)有机合成的逆向合成分析法(即逆推法)设计思路：目标有机物中间体中间体基础原料。采用逆向思维方法，先找出合成目标有机物的前一步原料(中间体)，依次类推，直至选出合适的起始原料为止。(3)有机合成的综合分析法采用综合思维的方法，将正向和逆向推导的几条不同的合成路线进行比较，得出最佳合成路线。变式训练1写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备的各步反应方程式(必要的无机试剂自选)。答案2CH2ClCH2CH2CH2OHO22CH2ClCH2CH2CHO2H2O2CH2ClCH2CH2CHOO22CH2ClCH2CH2COOHCH2ClCH2CH2COOHNaOHHOCH2CH2CH2COOHNaClCH2CH2CH2COOHOHH2O解析本题考查“逆合成分析法”，突破口在于最终产物是一种环酯，应通过酯化反应生成，故其上一步中间产物是HOCH2CH2CH2COOH。分析比较给出的原料与所要制备的产品的结构特点可知：原料为卤代醇，产品为同碳原子数的环内酯，因此可以用醇羟基氧化成羧基，卤原子再水解成为OH，最后再酯化。但氧化和水解顺序不能颠倒，因为先水解后无法控制只氧化一个OH。二、绿色合成思想1绿色化学(1)绿色化学的目标研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。(2)绿色化学的特点在始端应采用预防实际污染的科学手段，其过程和终端均为零排放和零污染。(3)绿色化学的研究意义绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学，是对环境更友善的化学。这种绿色意识是人类追求自然完善的一种高级表现，它不把人看成自然界的主宰者，而是看做自然界中普通的一员，追求的是人对自然的尊重以及人与自然和谐的关系。2绿色合成的具体要求(1)原料要廉价、易得、低毒性、低污染，选择与目标产物结构相似的四个碳以下的单官能团化合物或单取代苯。(2)零排放，零污染。(3)减少步骤，合成反应操作要简单，条件要温和，耗能低，易于实现。(4)按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应。例2绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列生产乙苯()的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)()解析符合“原子节约性”即只有乙苯这一种产物，没有其他的副产物。这道题目，只要认真领会题干信息，便很容易解决。答案C 变式训练2下列合成路线原子经济性最好的可能是()ACH2=CH2CH3CH2Cl BCH3CH3CH3CH2Cl CCH3CH2OHCH3CH2Cl DCH2ClCH2ClCH3CH2Cl 答案A解析经济性最好的路线应是原料分子中的原子全部进入目标产物中，分析4个选项，可看出仅有A(为加成反应)符合题意。1用苯做原料，经过一步化学反应不能制得的是()A硝基苯 B环己烷 C苯酚 D溴苯答案C2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()ACH2=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，活泼氢化合物中其余部分与羰基碳相连。故C项不正确。3近年来，食品安全事故频繁发生，人们对食品添加剂的认识逐渐加深。Butylated Hydroxy Toluene(简称BHT)是一种常用的食品抗氧化剂，合成方法有如下两种：下列说法正确的是()A能与Na2CO3溶液反应生成CO2B与BHT互为同系物CBHT久置于空气中不会被氧化D两种方法的反应类型都是加成反应答案B解析酚羟基不能和Na2CO3反应产生CO2，A选项错误；BHT是一种常用的食品抗氧化剂，故它可以被空气中的氧气氧化，C选项错误；方法一是加成反应，方法二是取代反应，D选项错误。4在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是()ACCH2=CH2 (过氧乙酸)CH3COOHBCH2=CH2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2OC2CH2=CH2O2DHOCH2CH2OCH2CH2OH2H2O答案C解析根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项没有副产物，则原子利用率为100%，答案为C。5氯乙烯是合成高聚物聚氯乙烯塑料的单体，工业上制氯乙烯需要以下反应：乙炔与氯化氢制氯乙烯；高温煅烧石灰石；电解饱和食盐水(2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2)；制乙炔；制乙烯；合成氯化氢；制水煤气；制盐酸；制电石。则制氯乙烯的正确操作顺序是()答案C解析制取氯乙烯最好的途径是由乙炔和HCl发生加成反应。因此需要制取乙炔和HCl，而制取HCl又需制取Cl2和H2，需要应用反应；制乙炔需制CaC2，可利用生石灰和C(碳)反应制取CaC2。因此可知正确的操作为C项。经典基础题题组1有机合成路线的设计和选择1有机合成的三个步骤的正确的顺序为()对不同的合成路线进行优选由目标分子逆推原料分子并设计合成路线观察目标分子的结构ABCD答案B解析进行有机合成时，先确定有机物分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。2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在催化剂存在情况下与氯气加成在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1,2二卤代烃乙烯氯乙烷。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。3下图中a、b、c、d、e、f是6种有机物，其中a是烃类，其余是烃的衍生物，下列有关说法正确的是()A若a的相对分子质量是42，则d是乙醛B若d的相对分子质量是44，则a是乙炔C若a为苯乙烯(C6H5CH=CH2)，则f的分子式是C16H32O2D若a为单烯烃，则d与f的实验式一定相同答案D解析a为烃，能与HBr在一定条件下发生加成反应，则b为溴代烃，溴代烃在NaOH溶液中水解，可得醇，醇经催化氧化得醛或者酮，即d为醛或者酮，又由d能发生银镜反应，故d为醛，e为羧酸，f为酯。设a的分子式为CnHm，若a的相对分子质量是42，则a为丙烯，d为丙醛；若醛d的相对分子质量是44，则d应为乙醛C2H4O，a必为乙烯；若a为苯乙烯(C6H5CH=CH2)，此时b只能为C6H5CH2CH2Br(因为b水解后可氧化为醛)，故f为苯乙酸与苯乙醇形成的酯，其分子式应为C16H16O2；a为单烯烃，d为同碳原子数的醛，f是e与c形成的酯，且c、d、e含有相同的碳原子数，故d、f二者实验式均为CnH2nO。4分析下列合成路线：则B物质应为下列物质中的()答案D解析结合产物特点分析：A为1,4加成产物经过三步反应生成COOH由CH2OH氧化而来，为防止双键被氧化，需保护双键，先加成再氧化，因此B为HOCH2CH=CHCH2OH，C为最后消去HCl得到碳碳双键。5把有机物氧化为所用氧化剂最合理的是()A氧气B酸性高锰酸钾C银氨溶液D溴水答案C解析银氨溶液是弱氧化剂，不会破坏碳碳双键。6已知实验室以乙醇为原料来制备乙酸乙酯时，经历了下面三步反应，已知反应、反应、反应的转化率分别为a、b、c。则由乙醇制乙酸乙酯时总的转化率为()A. Babc C. D2abc答案C解析设有x mol乙醇，则可生成xa mol乙醛，进而产生xab mol乙酸，另取xab mol乙醇与xab mol乙酸反应转化为酯。同时xab mol乙酸中有xabc mol乙醇转化。故当有(xxab) mol乙醇的经反应转化为乙酸乙酯时，共有2xabc mol乙醇发生了转化，所以乙醇转化率为：。7以溴乙烷为原料制取1,2二溴乙烷，下列转化方案中最合理的是()ACH3CH2BrCH3CH2OHCH2=CH2CH2BrCH2BrBCH3CH2BrCH2BrCH2BrCCH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2BrCH2BrCH2BrDCH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2Br答案D解析在有机物的制备反应中，应尽量选择步骤少、产率高、副反应少的合成路线。对此题而言，选择加成反应比取代反应要好得多，而使用加成反应，必须先发生消去反应生成不饱和烃，显然D的步骤较少，最后产率也较高。题组2有机合成中的绿色化学思想8绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变为所需产物，不产生副产物，实现零排放。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()乙烯与氧气在银催化作用下生成环氧乙烷()：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答案D解析以“原料分子中原子全部转变为所需产物”为解题依据进行分析，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，不符合题意要求；乙醇在浓硫酸作用下生成乙烯、水及其他副产物，也不符合要求；而、中反应物的原子可以完全转化为产物，符合要求。9在“绿色化学工艺”中，理想状况是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%，在用1丙炔(CH3CCH)合成CH2=C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的其他反应物有()ACO和CH3OH BCO2和H2OCCO2和H2DCH3OH和H2答案A解析将目标产物可以分解为三部分，即 “OCH3”，将三部分与提供的原料相对照，显然除1丙炔外，还需要CO和CH3OH。能力提升题10乙酰水杨酸，又名邻乙酰氧基苯甲酸，是阿司匹林的主要成分，为白色晶体或粉末，略有酸味，易溶于乙醇等有机溶剂，微溶于水，是常用的解热镇痛药。下面是某化学小组利用逆推法设计乙酰水杨酸合成路线的过程。(1)查阅资料：通过查阅资料得知，以水杨酸为原料合成乙酰水杨酸的反应为：由苯酚制备水杨酸的途径：(2)实际合成路线的设计：观察目标分子乙酰水杨酸的结构乙酰水杨酸分子中有2种典型的官能团，即_、_(填名称)。由目标分子逆推原料分子并设计合成路线首先，考虑酯基的引入：由水杨酸与乙酸酐反应引入酯基，然后分别考虑水杨酸和乙酸酐的合成路线。其中，乙酸酐的合成路线为_。根据题给信息和以前所学知识，水杨酸可以有以下几种不同的合成路线：(3)优选水杨酸的合成路线：以上两种合成路线中较合理的是_，理由是_。答案(2)羧基酯基CH2=CH2CH3CHOCH3COOH (3)途径1因为途径1原料易得，工艺相对简单，而途径2过程复杂解析通过观察，乙酰水杨酸分子中有2个典型的官能团，即羧基、酯基。根据所学知识逆推，乙酸酐可由乙酸合成，乙酸可由乙醛氧化得到，乙醛可由乙烯氧化得到，而乙烯是一种基本的原料。因此乙酸酐的合成路线为：CH2=CH2CH3CHOCH3COOH。水杨酸的2种合成路线中：邻甲基苯酚上的甲基氧化为羧基时，所用的氧化剂(如酸性高锰酸钾溶液)还会将酚羟基氧化。需要在氧化甲基前将酚羟基转化为不能被氧化剂氧化的基团，在氧化甲基后再把酚羟基还原出来。由于此过程较为复杂，因此一般不采用此合成路线合成水杨酸。在工业上常由苯酚出发，采用由干燥苯酚钠与二氧化碳在加温、加压下生成邻羟基苯甲酸钠，邻羟基苯甲酸钠酸化得到水杨酸，进而合成乙酰水杨酸的合成方法。这种合成水杨酸的方法原料易得，工艺相对简单，适合大规模生产。11苯乙酸乙酯是一种常见的合成香料。请设计合理的方案以苯甲醛和乙醇为原料合成苯乙酸乙酯(用合成路线流程图表示，并注明反应条件)。苯乙酸乙酯提示：RBrNaCNRCNNaBr；合成过程中无机试剂任选；合成路线流程图示例如下：解析要获得则必须有和CH3CH2OH，原料CH3CH2OH已有，而无原料，仅提供，要用合成，根据题目信息RBrNaCNRCNNaBr，则12以石油裂解气为原料，通过一系列化学反应可得到一种重要的化工产品增塑剂G，如图。请完成下列各题：(1)写出反应类型：反应_，反应_。(2)写出反应条件：反应_，反应_。(3)反应的目的是_。(4)写出反应的化学方程式：_