高二化学有机合成人教实验版知识精讲VIP

高二化学高二化学有机合成有机合成人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 有机合成 1. 各类有机物的性质和相互转化关系 2. 有机合成的过程 3. 逆向合成分析法 二. 重点、难点 1. 熟悉各类有机物的性质和相互转化关系 2. 初步认识逆向合成法的思维方法 三. 教学过程 （一）各类有机物的性质和相互转化关系 1、烃的衍生物的重要类别和主要化学性质： 类 别 通式 官能团 代表性物质 分子结构特 点 主要化学性质 卤 代 烃 RX X 溴乙烷 C2H5Br CX 键有 极性，易断 裂。 1.取代反应：与NaOH 溶液发 生取代反应，生成醇。2.消去 反应：与强碱的醇溶液共热， 脱去卤化氢，生成烯烃。 醇 ROH OH 乙醇 C2H5OH 有 CO 键 和OH键， 有极性； OH 与链烃 基直接相 连。 1.与金属钠反应，生成醇钠和 氢气。2.氧化反应：在空气中 燃烧，生成二氧化碳和水；被 氧化剂氧化为乙醛。3.脱水反 应： 170时，发生分子内脱水， 生成乙烯。 4.酯化反应：与酸反 应生成酯。 酚 OH OH 直接 与苯环相 连。 1.弱酸性：与 NaOH 溶液反应， 生成苯酚钠和水。 2.取代反应： 与浓溴水反应，生成三溴苯酚 白色沉淀。3.显色反应：与铁 盐(FeCl3)反应，生成紫色物 质。 醛 乙醛 C=O 双键有 极性，具有 不饱和性。 1.加成反应：用 Ni 作催化剂， 与氢加成，生成乙醇。2.氧化 反应：能被弱氧化剂氧化成羧 酸(如银镜反应、还原氢氧化 铜) 羧 酸 乙酸 受 C=O 影 响， OH 键 能够电离， 产生 H 。 1.具有酸的通性 2.酯化反应：与醇反应生成酯 酯 (R 和 R可 以相同，也 可以不同) 乙酸乙酯 分子中RCO 和 OR 之间的键易 断裂。 水解反应：生成相应的羧酸和 醇 2、烃的衍生物之间的转化关系： 3、有机反应的主要类型 （1）取代反应取代反应: :甲烷、苯、醇的卤代,苯的硝化、磺化，醇与活泼金属反应，醇的分子 间脱水，酯化反应，酯的水解反应等。 是原子或原子团与另一原子或原子团的交换； 两种物质反应，生成两种物质，有进有出的； 该反应前后的有机物的空间结构没有发生变化； 取代反应总是发生在单键上； 这是饱和化合物的特有反应。 （2）加成反应加成反应: :烯烃、苯、醛、油脂等分子中含有 C、C 双键或 C、O 双键，可与 H2、HX、X2、H2O 等加成 。 加成反应发生在不饱和碳原子上； 该反应中加进原子或原子团，只生成一种有机物相当于化合反应） ，只进不出； 加成前后的有机物的结构将发生变化，烯烃变烷烃，结构由平面形变立体形；炔烃 变烯烃，结构由直线形变平面形； 加成反应是不饱和化合物的特有反应，另外，芳香族化合物也有可能发生加成反应。 （3）消去反应：消去反应：有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个小分子（如 H2O） ， 而形成不饱和化合物的反应。如卤代烃、醇。 消去反应发生在分子内； 发生在相邻的两个碳原子上； 消去反应会脱去小分子，即生成小分子； 消去后生成的有机物会产生双键或叁键； 消去前后的有机物的分子结构发生变化，它与加成反应相反，因此，分子结构的变 化正好与加成反应的情况相反。 （4）氧化反应：氧化反应：有机物加氧或去氢的反应，如： 绝大多数有机物都能燃烧。 能使酸性 KMnO4溶液褪色的有机物有：烯烃、炔烃、苯的同系物、醇、酚、醛。 因发生氧化反应而使溴水褪色的有机物有：酚和醛。 能发生催化氧化反应的是醇、醛。 能和弱氧化剂银氨溶液、新制 Cu(OH)2悬浊液反应的有机物有：醛(或含醛基的有机 物)。 （5）还原反应还原反应：有机物加氢或去氧的反应，如：烯烃、苯、醛、油脂等与氢气的加成 反应。 （6）聚合反应：聚合反应：由小分子生成高分子化合物的反应。又分为加聚反应和缩聚反应。 烯烃、炔烃可发生加聚反应； 苯酚和甲醛可发生缩聚反应； 多元醇和多元羧酸也可发生酯化型缩聚反应。 （二）有机合成的过程 以有机反应为基础的有机合成，是有机化学的一个重要内容。以有机反应为基础的有机合成，是有机化学的一个重要内容。 1、有机合成的概念： 利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。 2、有机合成的任务： 有机合成的任务包括目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化。 3、有机合成的过程： 4、有机合成遵循的原则： （1）起始原料要廉价、易得、低毒、低污染通常采用 4 个 C 以下的单官能团化合 物和单取代苯。 （2）尽量选择步骤最少的合成路线反应副反应少、产率高、产品易分离。 （3）满足“绿色化学”的要求反应步骤少，原料利用率高，达到零排放。 （4）操作简单、条件温和、能耗低、易实现。 （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。 5、官能团的引入： 练习练习请你尽可能多用不同的方法，制取下列物质。 （1）制取乙烯( CH2=CH2 ) （2）制取氯乙烷( CH3CH2Cl ) （3）制取乙醇( CH3CH2OH ) 归纳总结归纳总结 （1）引入碳碳双键的方法：卤代烃的消去、醇的消去、炔烃的不完全加成。 （2）引入卤原子的三种方法是：醇（或酚）的取代、烯烃（或炔烃）的加成、烷烃 （或苯及苯的同系物）的取代。 （3）引入羟基的四种方法是：烯烃与水的加成、卤代烃的水解、酯的水解、醛的还原。 （三）逆向合成分析法 设计有机合成路线时，主要考虑如何形成目标化合物的分子骨架分子骨架，以及它所含有的官官 能团能团。首先将原料与产品的结构从以下两方面对照分析：分子骨架有何变化；官能团 有何变更。能否直接引入官能团，间接引入的方法是什么？学习时总结官能团引入和转化 的一些技巧和方法对学习是非常有益的。 1、正向合成分析法：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 和间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。 2、逆向合成分析法：将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助 原料反应可以得到目标化合物 教材讲评教材讲评由乙烯合成草酸二乙酯，请写出各步合成的方程式。 （1）思考方法： （2）设计程序：（逆推逆推） （3）书写方程式：（顺写顺写） 【典型例题典型例题】 例 1. 甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过 100 万吨的高分子单体，旧法合成的反应是： （CH3）2C=OHCN（CH3）2C（OH）CN （CH3）2C（OH）CNCH3OHH2SO4CH2=C（CH3）COOCH3NH4HSO4 90 年代新的反应是：CH3CCHCOCH3OHCH2=C（CH3）COOCH3 Pd 与旧法比较，新法的优点是 A. 原料无爆炸危险 B. 原料都是无毒物质 C. 没有副产物，原料利用率高 D. 对设备腐蚀性较小 分析：分析：新旧方法的原料分别是：旧：丙酮、HCN、CH3OH、H2SO4；新：丙炔、 CO、CH3OH；从中看出原料均无爆炸性，故排除 A 项；又其中 HCN、CO 为有毒物质，可排除 B 项。然后分析给出反应，旧法有副产物 NH4HSO4生成，故 C 正确；又旧法中使用 H2SO4、HCN 等对设备有腐蚀作用，故 D 也正确。答案为 CD。 例 2. 以乙烯为初始反应物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知两个醛分子在一定条件 下自身加成。下式中反应的中间产物（III）可看成是由（I）中的碳氧双键打开，分别跟 （II）中的 2位碳原子和 2位氢原子相连而得：（III）是一种 3羟基醛，此醛不稳 定，受热即脱水而生成不饱和醛(烯醛)： 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)。 分析：分析：由信息可知，由醛的互相反应可增长碳链，所以由乙烯制正丁醇应首先制得乙 醛，然后进入信息，后续反应也即可完成。 答案：答案：CH2=CH2H2OCH3CH2OH 2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O 例 3. 2，4，5三氯苯酚和氯乙酸反应可制造除草剂 2，4，5三氯苯氧乙酸。某生产 该除草剂的工厂曾在一次事故中泄漏出一种有毒的二恶英，简称 TCDD。有关物质的结构式 如下： 请写出：(1)生成 2，4，5三氯苯氧乙酸反应的化学方程式。(2)由 2，4，5三氯苯 酚生成 TCDD 反应的化学方程式。 分析：分析：此题主要考查了有机合成及有机化学方程式的书写，反应(1)的反应物和主要产 物都已给出，只要看出副产物 HCl 即可。而 TCDD 的生成，显然是两分子 2，4，5三氯苯 酚缩减两分子 HCl 生成的。 答案：答案： 例 4. 氯普鲁卡因盐酸盐是一种局部麻醉剂，麻醉作用较快、较强，毒性较低，其合成 路线如下： 请把相应反应名称填入下表中，供选择的反应名称如下： 氧化、还原、硝化、碘化、氯代、酸化、碱化、成盐、酯化、酯交换、水解 分析：分析：此题主要考查的有机化学的反应类型，只要明确了合成路线中的各步反应的条 件及 A、B 产物的结构，问题就能顺利解决。 答案：答案：硝化 氯代 氧化 酯化 还原 例 5. 由乙烯和其他无机原料合成环状化合物 E，请在方框内填入合适的化合物的结构简 式，并写出 A 的水解方程式。 分析：分析：本题是有机合成推断题，解题的关键是在熟练掌握烃和烃的衍生物之间的相互 转变关系的基础上，进行逆向思维和正向思维相结合的推导，所以掌握烃和衍生物之间的 相互转变关系十分重要。 由已知物乙烯和最后产物 ，按照上图所示的条件用逆向思维和正向思 C C O O H2C H2C O O 维相结合进行推导。首先由乙烯与 Br2 加成生成 1，2- 二溴乙烷，再水解生成二醇，再氧 化生成乙二醛，再氧化生成乙二酸，最后乙二酸与乙二醇发生化学反应生成乙二酸乙二酯 。 C C O O H2C H2C O O 答案：答案：（A）：BrCH2CH2Br；（B）：HOCH2CH2OH； （C）：OHCCHO；（D）：HOCCOOH。 H2SO4 例 6. 已知： 试以 1丁烯为主要原料合成，并写出有关化学方 程式。 分析：分析：此题的要求高、难度大。要正确解答此题，须有扎实的基础知识、较高的概括 水平、灵活的迁移能力。其思路为：通过分析找规律，从给出的反应中可找出烯烃与水 反应的规律。即水与烯烃加成反应中OH 加在双键中两端 H 原子较少的碳原子上。同时从 给出的反应中可找出醇类氧化的规律。通过找联系，确定合成的中间产物。题目中要求 用 1丁烯合成： ，由逆推法可得产物分解为： 。经过比较，就可以看成原型和用 1丁烯来制取产物的联系。根 据要求理顺思路，得合成路线为： 例 7. 已知烯烃中 C=C 双键在某些强氧化剂作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时 需要对其保护。保护的过程可简单表示如下： 又知卤代烃在碱性条件下易发生水解，例如： 但烯烃中双键在酸性条件下才能与水发生加成反应。现用石油产品丙烯及必要 的无机试剂合成丙烯酸，设计的合成流程如下： 请写出、三步反应的化学方程式。 分析：分析：本题涉及合成路线如何选择，如反应 I；是取代还是加成，须根据路线选择的 原则结合题设条件（限定 6 步反应等）推知。本题注重研究官能团的引入途径及引入的先 后顺序，介绍官能团的保护，是有机合成的重要环节，值得研究。解答时，要认真审题， 获取有用信息，挖掘隐含信息（反应 I） ，结合旧知识（有机物的相互转变） ，逐步解题。 由 CH3CH=CH2CH2=CHCOOH 可知合成的关键在于双键如何保护，CH3中有一个 H 原 子逐步转化成COOH。结合题中信息可知本题的知识主线为烃卤代烃醇醛羧酸。 由此可知答案。 答案：答案： CH2 CH CH2 OH+ Br2CH 2 CH CH2 OH BrBr + CH2 CH CHO2H2O BrBr 2CH2 CH CH2 OH BrBr O2 催催催 + 例 8. 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。 写出 A、C 的结构简式：A： ，C： 分析：分析：从生成物倒推，C 与 CH3COOH 发生了酯化反应，由酯化反应的原理可推出 C 的 结构简式，由 B 的分子式可知发生了取代反应，即可得知 A 的结构简式。 答案：答案： 【模拟试题模拟试题】 1. 下图中每一方框的字母代表一种反应物或生成物： 已知气态烃 D（其密度在同温同压下是氢气密度的 13 倍）跟物质 F 反应时产生明亮而带浓 烈黑烟的火焰。请写出下列字母代表的物质的化学式（分子式）： A 、B 、D_、E 、H_ 2. 聚甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为，它是制作软质隐形眼镜的材料。 请写出下列有关反应的化学方程式： （1）由甲基丙烯酸羟乙酯制备聚甲基丙烯酸羟乙酯 （2）由甲基丙烯酸制备甲基丙烯酸羟乙酯 （3）由乙烯制备乙二醇 3. 苯酚是重要的化工原料，通过下列流程可合成阿司匹林、香料和一些高分子化合物。 已知： （1）写出 C 的结构简式 。 （2）写出反应的化学方程式 。 （3）写出 G 的结构简式 。 （4）写出反应的化学方程式 。 （5）写出反应类型： 。 （6）下列可检验阿司匹林样品中混有水杨酸的试剂是 。 (a)三氯化铁溶液 (b)碳酸氢钠溶液 (c)石蕊试液 4. 已知乙烯酮与活泼的氢化物易发生加成反应，如与 HCl 的反应如下： 从乙酸出发，可发生下图转化： CH 3 COOH 70 o C 催化剂 H 2 O-H 2 O C 2 H 5 OH H + ,H 2 O +B D B B C(分子式C 4 H 6 O 3 ) A 回答下列问题： （1）上面转化图中，将每一类型反应的个数填入空格，取代反应_个，加成反 应_个，消去反应_个。 （2）C 的结构简式为_，D 的结构简式为_。 （3）C 的同分异构体甚多，其中含 1 个OH 和四元环(由 3 个 C、一个 O 构成)的环酯 类化合物有_种。 （4）写出 AD 的化学方程式_。 5. 有一种广泛用于汽车、家电产品上的高分子涂料，是按下列流程图生产的，图中 M（C3H4O）和 A 都可以发生银镜反应，N 和 M 的分子中碳原子数相等。A 的烃基上的一氯取 代位置有三种。 试写出： （1）物质的结构简式，A： ，M： ； （2）N+BD 的化学方程式为： ； （3）反应类型：X ，Y： 。 6. 乙醛是重要的化工原料和化学试剂。实验室可用乙醇制乙醛，工业上目前使用两种方 法制取乙醛：(1) 乙炔水化法 (2) 乙烯氧化法。两种制法制乙醛的有关信息见下表： 物质 项目 乙炔水化法乙烯氧化法 原料乙炔、水乙烯、空气 反应条件HgSO4、100125PdCl2CuCl2 100125 平衡转化率乙炔转化率 90%乙烯转化率 80% 日产量2.5t(某设备条件下)3.6t(相同设备条件下) 原料来源生产 工艺 CaCO3 CaO高温 电炉 C CaC2 C2H2饱和食盐水 石油裂解气 （1）写出下列化学方程式： 实验室乙醇制乙醛_ 乙炔水化法制乙醛_ （2）将乙醛滴入新制的氢氧化铜悬浊液并加热，其现象是_，反应的化 学方程式为_。 （3）比较两种乙醛的工业制法，从化学反应速率的角度分析，在相同的条件下，较快 的是_(填字母) (A) 乙炔水化法 (B) 乙烯氧化法 （4）乙烯由石油裂化气进一步催化裂解而来。裂解气中各成分的体积百分含量分别为： 甲烷 5%、乙烯 40%、丙烯 10%、丁二烯 7%、硫化氢 2%、氢气 36%。如将上述裂解气通入溴 水中，观察到的现象为_。经溴水充分吸收，剩余气体经干燥后的平均相对分子质量为 _（精确到 0.1） （5）现代工业上乙烯氧化法有逐步取代乙炔水化法的趋势，试通过表中提供的信息， 说出其中的两个原因：_、_ 7. 已知具有双键结构的有机物可被酸性高锰酸钾溶液氧化成二元醇，如： ，现以甲基丙烯（）为原料合成环 状化合物 F 和高分子化合物 E 和 G。 （1）C 中的官能团名称是_。 （2）B 的一种同类别同分异构体的结构简式_ BC 的化学方程式_， BG 的反应类型_，G 的结构简式_ （3）BF 的化学方程式_，两分子 B 之间 发生酯化反应除生成酯 F 外，还可能生成另外一种酯，该酯的结构简式为 _ （4）DE 的化学方程式_。 8. 2020 年诺贝尔化学奖由法国科学家 YvesChauvin、美国科学家 RobertH. Orubbs、 RichardR. Schrock 共同获得。以表彰他们在烯烃复分解反应方面研究与应用所作出的贡 献。已知烯烃的交叉复分解反应机理为双键断裂，换位连接。可表示为： 有机物 R 是烃的含氧衍生物(分子式为：C9H14O6)，常用作纤维的增塑剂以及化妆晶等， F 也可由油脂水解得到，有机物 R 的合成路线如下： 试回答下列问题： （1）写出反应、的反应条件：条件 1 ；条件 2 。 （2）写出结构简式，A： ；E： 。 （3）写出反应的化学方程式： 。 9. 已知有如下反应：2CH3CHO+O22CH3COOH。请以乙烯，空气，水为主要原料，写出合 成乙酸乙酯的化学方程式。 _。 _。 。 _。 10. 从环己烷可制备 1,4-环己二醇的二醋酸酯。下面是有关的 8 步反应（其中所有无机 产物都已略去