陕西省榆林市神木县第六中学高二化学鲁科版选修5学案：3.1.1-碳骨架的构建和官能团的引入2

1 第第 1 节节 有机化合物的合成有机化合物的合成 第第 1 课时课时 碳骨架的构建和官能团的引入碳骨架的构建和官能团的引入 学习目标定位 1 知道寻找原料与合成目标分子之间的关系与差异 2 掌握构建目标分子骨 架 官能团引入 转化或消除的方法 3 体会有机合成在发展经济 提高生活质量方面的贡 献 1 写出下列转化关系中涉及的有标号的反应的化学方程式 CH2 CH2 H2OCH3CH2OH 催化剂 2C2H5OH O22CH3CHO 2H2O Cu Ag 2CH3CHO O22CH3COOH 催化剂 C2H5OH HBrCH3CH2Br H2O CH3COOH C2H5OHCH3COOC2H5 H2O 浓H2SO4 CH3CH2Br NaOHCH2 CH2 NaBr H2O 乙醇 2 试用化学方程式表示用乙醇合成乙二醇的过程 并说明反应类型 CH3CH2OHCH2 CH2 H2O 消去反应 浓H2SO4 170 2 探究点一 碳骨架的构建 1 对照下列有机合成的原料分子和目标分子 仿照示例给出下列有机合成的主要任务 原料分子目标分子主要任务 示例CH2 CH2CH3COOH改变官能团种类 CH3CH2OH改变官能团数目 CH CH 碳链转变为碳环 CH3CH2CH2Br改变官能团的位置 CH3CH CH2CH3CH2CH2COOH 改变官能团的种类 和碳原子数目 2 任何有机化合物的分子都是由特定碳骨架构成的 构建碳骨架是合成有机化合物的一项重 要任务 1 完成下列反应的化学方程式 CH2 CH2 HCN CH3CH2CN CH3CH2Br NaCN CH3CH2CN NaBr CH3CH2Br NaC CH CH3CH2C CH NaBr 2 完成下列反应的化学方程式 CH3CH CH2CH3COOH CO2 KMnO4 H 溶液 CH3COONa NaOHCH4 Na2CO3 3 比较反应前后有机物的碳骨架 组的变化是碳链增长 组的变化是碳链减短 归纳总结 1 能使碳链增长的反应有 不饱和有机物之间的加成或相互加成 卤代烃与氰化钠或炔钠的 反应 醛 酮与 HCN 的加成等 2 能使碳链减短的反应有烯 炔的氧化 烷的裂解 脱羧反应 芳香烃侧链的氧化等 活学活用 1 下面是以 CH2 CH2为有机原料合成 CH2 CH CH CH2的流程图 3 1 该有机合成的主要任务是什么 2 从原子守恒的角度看 使碳链增长的最重要的物质是什么 答案 1 该有机合成的主要任务是增加碳链的长度和官能团的个数 2 使碳链增长的最重要的物质是 NaCN 和 CH2Br CH2Br 2 已知 R CN 在酸性水溶液中可以转化成 R COOH 试写出以 CH2 CH2为原料合成 HOOC CH2 CH2 COOH 的主要化学反应方程式 解析 本题涉及到碳链的增长问题 根据题目中提示信息应考虑引入 CN 联系卤代烃的取 代反应 即可作出解答 探究点二 官能团的引入与转化 1 由乙烯和其他无机原料合成环状化合物 E 的流程如下 已知 E 的结构简式如右图所示 1 写出方框内化合物 A B C D 的结构简式 2 写出 A 水解的化学方程式 3 从有机合成的主要任务角度分析 上述有机合成最突出的特点是 答案 1 A BrCH2 CH2Br B HOCH2 CH2OH C OHC CHO D HOOC COOH 2 BrCH2 CH2Br NaOHHOCH2 CH2OH 2NaBr 2H2O 3 官能团的相互转化 解析 本题为有机合成推断题 解题的关键是熟练掌握烃和烃的衍生物之间的相互转化 即 官能团的相互转化 由已知物乙烯和最后产物 E 一种环状酯 按照图示条件进行推导 首 先乙烯与溴加成得到 1 2 二溴乙烷 再水解得到乙二醇 然后氧化为乙二醛 进而氧化为乙 二酸 最后乙二酸与乙二醇发生酯化反应得到乙二酸乙二酯 E 4 2 分析下列反应 CH3CH2Br NaOHCH3CH2OH NaBr H2O CH3CH2Br NaOHCH2 CH2 NaBr H2O 乙醇 从上述反应可以看出溴乙烷分别与 NaOH 的水溶液反应和 NaOH 的乙醇溶液反应 发生了不 同类型的化学反应 转化成了不同的官能团 所以有机合成中应特别注意反应条件的控制 归纳总结 1 常见官能团引入或转化的方法 引入或转化为碳碳双键的三种方法 卤代烃的消去反应 醇的消去反应 炔烃与氢气的不 完全加成反应 引入卤素原子的三种方法 不饱和烃与卤素单质 或卤化氢 的加成反应 烷烃 苯及其同 系物发生取代反应 醇与氢卤酸的取代反应 在有机物中引入羟基的三种方法 卤代烃的水解反应 醛 酮与 H2的加成反应 酯的水解 反应 在有机物中引入醛基的两种方法 醇的氧化反应 烯烃的氧化反应 2 从有机物分子中消除官能团 消除不饱和双键或叁键 可通过加成反应 经过酯化 氧化 与氢卤酸取代 消去等反应 都可以消除 OH 通过加成 氧化反应可消除 CHO 通过水解反应可消除酯基 活学活用 3 由环己烷可制备 1 4 环己醇的二乙酸酯 下面是有关的 8 步反应 其中所有无机产物都已 略去 备注 在 8 个步骤中 有 3 个步骤属于取代反应 2 个步骤属于消去反应 3 个步骤属于加 成反应 1 属于取代反应的是 属于加成反应的是 填序号 2 A B C D 的结构简式分别为 A B C D 答案 1 5 解析 由合成路线图可知 发生消去反应生成 经过 的加成反应生成 经过 在 NaOH 醇溶液加热的条件下发生消去反应生成 经过 与溴发生 1 4 加成 生成 经过 在 NaOH 溶液的作用下 发生水解反应 或取代反应 生成 HOOH 经过 发生酯化反应 或取代反应 生成酯 最后经过 与 H2发生加成反应生成 4 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 答案 1 乙醇 2 CH3CH2OH CH3COOHCH3COOCH2CH3 H2O 酯化反应 或取代 浓H2SO4 反应 3 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 6 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 CH OH 有机合成的任务是目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化 官能团的转化体现在烃及其 衍生物相互转化关系之中 1 已知卤代烃可以和钠发生反应 如溴乙烷与钠发生反应为 2CH3CH2Br 2Na CH3CH2CH2CH3 2NaBr 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 A CH3Br B CH3CH2CH2CH2Br C CH2BrCH2Br D CH2BrCH2CH2Br 答案 C 2 下列反应中能引进卤素原子的反应是 A 消去反应 B 酯化反应 C 水解反应 D 取代反应 答案 D 解析 引进卤素原子只能通过加成反应或取代反应达到 3 下列化学反应的有机产物 只有一种的是 7 答案 C 解析 A 选项中的产物可能是 CH3CH2CH CH2或 CH3CH CHCH3 B 选项中的产物可能是或 D 选项中的产物可能是 CH3 CH2 CH2Cl 或 4 从溴乙烷制取 1 2 二溴乙烷 下列制取方案中最合理的是 A CH3 CH2BrCH3CH2OH NaOH水溶液 浓硫酸 170 CH2 CH2CH2BrCH2Br Br2 CCl4 B CH3 CH2BrCH2Br CH2Br Br2 光 C CH3 CH2BrCH2 CH2 NaOH醇溶液 HBr CH2BrCH3CH2Br CH2Br Br2 光 D CH3 CH2BrCH2 CH2 NaOH醇溶液 Br2 CH2Br CH2Br 答案 D 解析 B 项步骤虽然最少 但取代反应难以控制取代的位置 多伴有其他副产物的产生 D 项只需两步 并且消去反应和加成反应无副反应发生 得到的产物比较纯 所以 D 项方案最 合理 5 在有机合成中 常会将官能团消除或增加 下列相关过程中反应类型及相关产物不合理 的是 8 答案 B 解析 B 项由溴乙烷 乙醇 只需溴乙烷在碱性条件下水解即可 路线不合理 基础过关 一 有机合成的过程 1 下列关于有机化合物的说法正确的是 A 乙醇和乙酸都存在碳氧双键 B 甲烷和乙烯都可以与氯气反应 C 高锰酸钾可以氧化苯和乙醛 D 乙烯可以与氢气发生加成反应 而苯不能与氢气加成 答案 B 解析 乙醇的官能团是羟基 OH 无碳氧双键 甲烷和氯气发生取代反应 乙烯可以与氯 气发生加成反应 高锰酸钾不能氧化苯 苯在一定条件下能与氢气加成生成环己烷 2 是某有机物与 H2发生加成反应后的产物 该有机物不可能是 C 乙醛的同系物 D 丁醛的同分异构体 答案 A 解析 该有机物的结构简式有两种可能 分别是 3 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 9 A B C D 答案 B 二 有机合成中官能团的衍变 4 下列反应中 不可能在有机物中引入羧基的是 A 卤代烃的水解 B 有机物 RCN 在酸性条件下水解 C 醛的氧化 D 烯烃的氧化 答案 A 解析 卤代烃水解引入了羟基 RCN 水解生成 RCOOH RCHO 被氧化生成 RCOOH 烯烃 如 RCH CHR 被氧化后可以生成 RCOOH 5 卤代烃能发生下列反应 2CH3CH2Br 2Na CH3CH2CH2CH3 2NaBr 下列有机物可以合成环丙烷的是 A CH3CH2CH2BrB CH3CHBrCH2Br C CH2BrCH2CH2BrD CH3CHBrCH2CH2Br 答案 C 解析 根据信息可知 与钠反应可生成 6 在下列物质中可以通过消去反应制得 2 甲基 2 丁烯的是 答案 B 解析 根据卤代烃的消去反应规律 写出可能的反应产物 然后将反应产物进行命名 10 答案 A 解析 由题给信息可知 在所给条件下反应时 变为 A 选项生成 CH3CH2CHO 和 CH3CHO 两种物质 B 选项生成两分子 HCHO C 选项生成 HCHO 和 D 选项生成 10 化合物丙可由如下反应得到 C4H10OC4H8 丙的结构简式不可能 浓H2SO4 Br2 CCl4 C4H8Br2 丙 是 A CH3CH CH2Br 2B CH3 2CBrCH2Br C C2H5CHBrCH2Br D CH3 CHBr 2CH3 答案 A 解析 C4H8Br2是烯烃与溴发生加成反应生成的 生成的二溴丁烷中 两个溴原子应在相邻 的碳原子上 A 不可能 能力提升 11 根据图示内容填空 11 1 化合物 A 含有的官能团为 2 1 mol A 与 2 mol H2反应生成 1 mol E 其反应方程式为 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 E F 的反应类型是 答案 1 碳碳双键 醛基 羧基 2 OHC CH CH COOH 2H2 催化剂 HO CH2 CH2 CH2 COOH 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 C 原子数可推出 A 是含 4 个碳原子的物质 隐含信息 从第 2 问题中提示 1 mol A 与 2 mol H2反应生成 1 mol E 可知 A 分子内除 了含 1 个醛基外还可能含 1 个碳碳双键 12 对乙酰氨基酚俗称扑热息痛 Paracetamol 具有很强的解热镇痛作用 工业上通过下列 方法合成 B1和 B2 C1和 C2分别互为同分异构体 无机产物已略去 请按要求填空 12 1 上述反应 中 属于取代反应的有 填序号 2 C2分子内通过氢键又形成了一个六元环 用表示硝基 用 表示氢键 画 出 C2分子的结构 C1只能通过分子间氢键缔合 沸点 C1 C2 工业上用水蒸气 蒸馏法将 C1和 C2分离 则首先被蒸出的成分是 填 C1 或 C2 3 工业上设计反应 的目的是 答案 1 2 C2 3 保护酚羟基不被硝酸氧化 解析 2 分子间氢键使物质的沸点升高 所以对 C1和 C2的混合物进行蒸馏时 沸点较低的 C2被蒸出 3 酚