高中化学 4-3 第3课时 重要有机物之间的相互转化 苏教版选修5

1 第第 3 3 课时课时 重要有机物之间的相互转化重要有机物之间的相互转化 智能定位 1 掌握有机化学反应的主要类型的原理及应用 初步学习引入各官能团的方法 2 了解烃 卤代烃 醇 醛 羧酸 酯之间的相互转化 3 在掌握各类有机物的性质 反应类型 相互转化的基础上 初步学习设计合理的有机合成 路线 情景切入 人类运用有机化学手段合成出许许多多的物质 合成有机化合物需要考虑哪些问题呢 自主研习 重要有机物之间的相互转化 上述转化的化学方程式分别为 CH3CH3 Br2 光 CH3CH2Br HBr CH2 CH2 H2 催化剂 CH3CH3 CH CH 2H2 催化剂 CH3CH3 CH CH H2 催化剂 CH2 CH2 CH3CH2Br NaOHCH2 CH2 NaBr H2O CH3CH2Br NaOHCH3CH2OH NaBr CH3CH2OH HBrCH3CH2Br H2O 2 CH3CH2OHCH2 CH2 H2O 2CH3CH2OH O22CH3CHO 2H2O CH3COOH CH3CH2OHCH3COOCH2CH3 H2O CH3CHO 2Cu OH 2Cu2O CH3COOH 2H2O 11 思考讨论 若由乙醇制备乙二酸乙二酯 如何设计合成路线 提示 乙醇 消去 乙烯 加成 1 2 二溴乙烷 水解 乙二醇 氧化 乙二醛 氧化 乙二酸 乙二酸乙二酯 课堂师生互动 知识点 1 有机合成过程中常见官能团的引入 1 卤原子的引入方法 1 烃与卤素单质的取代反应 例如 CH3CH3 Cl2 光照 HCl CH3CH2Cl 还有其他的卤代烃 还有其他的氯代苯甲烷 CH2 CH CH3 Cl2 600 500 CH2 CH CH2Cl HCl 2 不饱和烃与卤素单质 卤化氢的加成反应 例如 CH2 CHCH3 Br2 CH2Br CHBrCH3 CH2 CHCH3 HBr CH3 CHBrCH3 CH CH HCl 催化剂 CH2 CHCl 3 醇与氢卤酸的取代反应 例如 3 R OH HXR X H2O 2 羟基的引入方法 1 醇羟基的引入方法 烯烃水化生成醇 例如 CH2 CH2 H2OCH3CH2 OH 卤代烃在强碱性水溶液中水解生成醇 例如 CH3CH2 Br H2O NaOH CH3CH2 OH HBr 醛或酮与氢气加成生成醇 例如 CH3CHO H2CH3CH2 OH CH3COCH3 H2 酯水解生成醇 例如 CH3COOCH2CH3 H2O CH3COOH CH3CH2 OH 2 酚羟基的引入方法 酚钠盐溶液中通入 CO2 生成苯酚 例如 苯的卤代物水解生成苯酚 例如 3 双键的引入方法 1 的引入 醇的消去反应引入 例如 CH3CH2OHCH2 CH2 H2O 卤代烃的消去反应引入 例如 4 CH3CH2BrCH2 CH2 HBr 炔烃与氢气 卤代氢 卤素单质加成 限制物质的量 可得到 例如 CH CH HCl CH2 CHCl 2 的引入 醇的催化氧化 例如 2RCH2OH O22RCHO 2H2O 2R2CHOH O22R2C O 2H2O 4 羧基的引入方法 1 醛被弱氧化剂氧化成酸 例如 CH3CHO 2Cu OH 2CH3COOH Cu2O 2H2O 2 醛被氧气氧化成酸 例如 2CH3CHO O22CH3COOH 3 酯在酸性条件下水解 例如 CH3COOCH2CH3 H2OCH3COOH CH3CH2OH 4 含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化 例如 特别提醒 在解答有机合成的题目时 除了分析各物质组成和结构的差异外还要掌握反应的特征条件 如碱 醇 加热为卤代烃的消去反应的特征条件 碱溶液 加热为卤代烃水解反应的特征条 件 X2 光照为烷烃取代反应的特征条件等 这些特征条件可作为推断有机物过程的突破口 考例 1 已知 1 氯丁烷与水在碱存在下可发生取代反应生成 1 丁醇 CH3CH2CH2CH2Cl H2O NaOH a CH3CH2CH2CH2OH HCl 以乙烯为主要原料 其他物质可任选 合成乙二酸乙二酯的流程如下图 5 请回答下列问题 1 已知 为加成反应 为取代反应 写出下列反应类型 2 写出下列反应的方程式 答案 1 氧化反应 氧化反应 酯化反应 2 CH2 CH2 Br2 CH2Br CHBr CH2BrCH2Br 2NaOH CH2OHCH2OH 2NaBr CH2OHCH2OH O2OHC CHO 2H2O 变式探究 1 烷基苯在酸性高锰酸钾溶液的作用下 侧链被氧化成羧基 例如 化合物 A E 的转化关系如图所示 已知 A 是芳香族化合物 只能生成 3 种一溴代物 B 有 酸性 C 是常用的增塑剂 D 是有机合成的重要中间体和常用的化学试剂 D 也可由其他原料 经催化氧化得到 E 是一种常用的指示剂酚酞 结构简式如图所示 6 写出 A B C D 的结构简式 答案 A 的结构简式为 B 的结构简式为 C 的结构简式为 D 的结构简式为 解析 由 A C8H10 为芳香族化合物 只能生成 3 种一溴代物 及 A B C 的转化关系 和 C 的分子式为 C16H22O4 可知苯环上有两个侧链且处于相邻位置 A 的结构简式为 根据图中所给信息和 B 有酸性可知 B 的结构简式为 由于 B 的 结构中含有 2 个 COOH 因此 1 mol B 与正丁醇作用时应消耗 2 mol 正丁醇 CH3CH2CH2CH2 OH 所以 C 的结构简式为 由 B C8H6O4 250 D C8H4O3 及 E 的结构简式可推知 D 为 B 分子内脱水的产物 其结 构简式为 知识点 2 有机合成遵循的原则及合成路线的选择 1 有机合成遵循的原则 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 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 有时则要综合运用顺推或 逆推的方法导出最佳的合成路线 原料中间产物产品 2 合成路线的选择 7 1 一元合成路线 R CH CH2 HX 卤代烃一元醇 O 一元醛 O 一 元羧酸 酯 2 二元合成路线 CH2 CH2 2 X CH2X CH2XCH2OH CH2OH O CHO CHO O HOOC COOH 链酯 环酯 聚酯 3 芳香化合物合成路线 考例 2 以为原料 并以 Br2 等其他试剂制取 写出有关反 应的化学方程式并注明反应条件 已知 中的醇羟基不能被氧化 解析 对照起始反应物与目标产物分析可知 需要在原料分子中引入 COOH 而碳骨架没有变化 可逆推需要先制得醛 依次需要 醇 卤代烃 在原料分子中引 入卤原子可以利用加成反应来完成 设计合成方法如下 答案 8 变式探究 2 请设计合理方案用合成 用反应流程图表示 并注明反应条件 例如 由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为 CH3CH2OHCH2 CH2 答案 解析 分析题中给出的信息 进行推断 课后强化作业 9 基础巩固 1 可在有机物中引入羟基的反应类型是 取代 加成 消去 酯化 氧化 还原 A B C D 答案 B 解析 卤代烃水解 取代 烯烃水化 加成 醛被氧化成羧酸 醛被还原为醇等反应 均能在分子中引入 OH 消去反应是从有机物分子中消去 X 或 OH 形成不饱和键的反应 酯化反应是酸和醇形成酯的反应 它们都不能引入 OH 相反是去掉 OH 2 在有机合成中 制得的有机物较纯净并且容易分离 则在工业生产中往往有实用价值 试 判断下列有机反应在工业上没有生产价值的是 A B nCH2 CH2 一定条件 C D CH3COOC2H5 H2OCH3COOH C2H5OH 答案 D 3 以 2 氯 丁烷为原料制备 1 3 丁二烯最佳合成路线所需的有机反应类型依次是 加成反应 消去反应 水解反应 加聚反应 A B C D 答案 A 4 2011 江苏 11 紫罗兰酮是存在于玫瑰花 番茄等中的一种天然香料 它经多步 反应可合成维生素 A1 下列说法正确的是 A 紫罗兰酮可使酸性 KMnO4 溶液褪色 B 1mol 中间体 X 最多能与 2mol H2 发生加成反应 C 维生素 A1 易溶于 NaOH 溶液 D 紫罗兰酮与中间体 X 互为同分异构体 答案 A 解析 本题主要考查了官能团的性质 同分异构体的概念等知识 紫罗兰酮分子中 含有碳碳双键 因此可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应 使高锰酸钾溶液褪色 A 正确 10 1mol 中间体 x 中含有 2mol 碳碳双键和 1mol 醛基 因此 1mol 中间体 x 能与 3molH2 加成 B 错 维生素 A1 的憎水基烃基很大故难溶于水 C 错 紫罗兰酮和中间体 x 的 C 原子数不 同 二者不可能是同分异构体 D 错 5 A B C 都是有机化合物 且有如下转化关系 AB 催化氧化 C A 的相对分子质量比 B 大 2 C 的相对分子质量比 B 大 16 C 能与 A 反应生成酯 C4H8O2 以下说法正确的是 A A 是乙炔 B 是乙烯 B A 是乙烯 B 是乙烷 C A 是乙醇 B 是乙醛 D A 是环己烷 B 是苯 答案 C 解析 由 AB 催化氧化 C 可推知 A 为醇 B 为醛 C 为酸 且三者碳原子数相同 碳链结构相同 又据 C 能与 A 反应生成酯 C4H8O2 可知 A 为乙醇 B 为乙醛 C 为乙酸 6 化合物丙由如下反应得到 C4H8Br2 甲 C4H6 乙 190 C4H6Br2 丙 丙的结构简式不可能是 A B C D 答案 D 解析 由分子式 C4H8Br2 知 甲为饱和二元卤代烃 甲 乙 发生消去反应 乙 丙发 生加成反应 这一系列反应中 分子碳骨架没有变化 故丙不可能是 7 已知 CH3CH2OH HOCH2CH3CH3CH2 O CH2CH3 H2O 以乙醇 浓硫酸 溴水 水 氢氧化钠为主要原料合成 最简便的合成路线需要下列反应的顺序是 氧化 还原 取代 加成 消去 中和 水解 酯化 加聚 A B C D 答案 B 解析 合成的最简便流程为 CH3CH2OHCH2 CH2 11 即反应的顺序为 8 某有机物为含氯的酯 C6H8O4Cl2 在稀硫酸存在下水解产生 A 和 B A 和 B 的物质的量之 比为 2 1 有机物 A C2H3O2Cl 可由有机物 D C2H3OCl 氧化而得 则 A A 的结构简式为 B 为乙醇 B A 的结构简式为 B 为乙二醇 C D 的结构简式为 D B 为乙二酸 答案 B 解析 由酯 C6H8O4Cl2 水解生成 n A n B 2 1 且 A 为 C2H3O2Cl 则 A 中含 COOH B 中含两个羟基 又因为 B 分子中只含两个碳原子 则 B 为 A 由分子式只 能写成 则 D 为 9 在有碱存在的条件下 卤代烃与醇反应生成醚 R O R R X R OHR O R HX 化合物 A 通过如图所示的四步反应可以得到常用的试剂四氢呋喃 试回答下列问题 1 1 mol A 和 1 mol H2 在一定条件下恰好反应 生成饱和一元醇 Y Y 中碳元素的质量分 数约为 65 则 Y 的分子式为 A 分子中所含官能团的名称是 A 的结构简式为 2 第 步反应的类型分别为 3 化合物 B 具有的化学性质是 a 可发生氧化反应 b 在强酸或强碱条件下均可发生消去反应 c 可发生酯化反应 d 在有催化剂的条件下可发生加聚反应 4 写出 C D 和 E 的结构简式 C D E 12 5 写出化合物 C 与 NaOH 溶液反应的化学方程式 6 写出四氢呋喃属于链状醚类的所有同分异构体的结构简式 答案 1 C4H10O 羟基 碳碳双键 CH2 CHCH2CH2 OH 2 加成反应 取代反应 3 abc 4 D 和 E 可互换 3 6 CH2 CHOCH2CH3 CH2 CHCH2OCH3 CH3CH CHOCH3 解析 Y 为饱和一元醇 设其为 CnH2n 2O 依 Y 中碳元素的质量分数可列式 1814 12 n n 100 65 可解得 n 4 则 Y 的分子式为 C4H10O 1 mol A 可与 1 mol H2 恰好反应生成 Y A 可能为醛或单烯醇 因为 A 可与 Br2 的 CCl4 溶液反应 则 A 为烯醇 考虑 与 OH 不可连在同一碳原子上 会变为更稳定的醛 且终态产物四氢呋喃中碳链不存在支 链 则 A 为直链丁烯醇 可能有两种结构简式 CH2 CH CH2 CH2 OH 或 CH3 CH CH CH2 OH 则 B 的结构简式可能为或 根据题干信息 R X 与 R OH 在 KOH 和室温条件下发生取 代反应 生成醚 再依据四氢呋喃碳链无支链 可知 B 必须选取端碳上连有 Br 的官能团方 能满足要求 则 A 为 CH2 CH CH2 CH2 OH C 为 C 至 D 为消去反应 可得两种 产物或 分别为 D 和 E 能力提升 1 下列物质中 可以发生反应生成烯烃的是 A CH3Cl B 13 C D 答案 D 2 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 CH3CH2CH2Br B CH3CHBrCH2Br C CH2BrCH2CH2Br D CH3CHBrCH2CH2Br 答案 C 解析 根据所给信息 连接卤素原子的碳原子可以相互连接 而要得到的目标分子是环 丙烷 可以得出原料分子中应存在两个溴原子 且该分子应有三个碳原子 两个溴原子分别 在两端 3 多选 2011 无锡模拟 香叶醇 橙花醇和乙酸橙花酯在工业上用作香料 它们可由 月桂烯来合成 下列关于说法中正确的是 A 反应 均为取代反应 B 月桂烯分子中所有碳原子一定全部处在同一平面上 C 香叶醇和橙花醇具有相同的分子式 D 乙酸橙花酯可以发生取代 加成 氧化和聚合反应 答案 CD 解析 A 项 为加成反应 B 项月桂烯分子中所有碳原子可以不全部在同一平面上 也可能处在同一平面上 C 项两种物质互为同分异构体 D 项 该物质分子中含有 可以发生水解 取代 加成 氧化反应和聚合反应 4 多选 2009 连云港高二检测 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 A 乙烯 乙二醇 B 溴乙烷 乙醇 CH3CH2Br 水解 CH2 CH2 加成 CH3CH2OH 14 C 1 溴丁烷 1 3 丁二烯 CH3CH2CH2CH2Br 消去 CH3CH2CH CH2 加成 消去 CH2 CH CH CH2 D 乙烯 乙炔 CH2 CH2 加成 消去 CH CH 答案 BC 解析 B 项 CH3CH2Br CH2 CH2 应为消去反应 C 项由 CH2 CH CH CH2 不能通过消去反应得到 5 盐酸洛美沙星是一种常用的治疗敏感细菌引起感染的抗菌药 其结构简式为 HCl 分子式为 C17H19F2N3O3 HCl 该物质可发生的反应 类型有 还原 氧化 加成 取代 水解 酯化 中和 加聚 A B C 除 外 D 全部 答案 D 解析 该分子结构中含 F 等结构 可以发 生上面的全部反应 6 下列有机物可通过氧化 酯化 加聚三种反应制得高聚物的是 A CH3 CH2 CH2 OH B C D 答案 C 解析 若要经过加聚反应制得该有机物 其单体应为 CH2 CH COOCH2CH3 又因发生酯 化反应 可推知中间产物有 CH2 CHCOOH 和 CH3CH2OH 结合四个选项只有 C 项 CH2 CH CH2OH 符合题意 15 7 已知乙烯醇 CH2 CH OH 不稳定 可自动转化为乙醛 乙二醇在一定条件下发生脱水 反应 也有类似现象发生 所得产物的结构简式可能有下列几种 其中不正确的是 CH2 CH2 CH3CHO A B C D 答案 A 解析 分子内脱水可得 CH3CHO 或 分子间脱水可 得 发生缩聚反应可得 8 从溴乙烷制得 1 2 二溴乙烷 下列合成方案中最好的是 A B CH3CH2Br 2 Br CH2BrCH2Br C CH3CH2Br 溶液NaOH CH2 CH2 2 Br CH2BrCH2Br D CH3CH2BrCH2 CH2 2 Br CH2BrCH2Br 答案 D 解析 A 项反应不能发生 方案不合实际 B 项中 CH3CH2Br 与 Br2 发生取代反应生成 CH2BrCH2Br 的过程中副产物较多 C 项生成乙烯的反应条件错误 9 乙酸苯甲酯对花香和果香的香韵具有提升作用 故常用于化妆品工业和食品工业 乙酸苯 甲酯可以用下面的设计方案合成 1 写出 A B 的结构简式 A B 2 D 有很多种同分异构体 含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有五个 其中三个的结 构简式是 16 请写出另外两个同分异构体的结构简式 答案 解析 此题给出的设计方案里只有目标产物的结构式 可采用逆推法 结合反应条件推 断各步反应物 1 本题可采用逆推法确定 A C 的结构 由 D 乙酸苯甲酯 可推得 C 为苯甲醇 可由 B 水解得到 故 B 应为不难确定 A 为甲苯 2 由酯的结构特点和书写规则 适