高中化学选择性必修三 第三章　第五节　有机合成

1、第五节有机合成素养目标1.通过分析常见有机化合物的化学性质,从不同角度对有机化合物的转化关系进行分析和推断;能根据有机化合物的官能团的转化等分析有机化合物合成的合理性,形成宏观辨识与微观探析的学科素养。2.通过有机合成中原料的选择,使学生知道“绿色合成”思想是优选合成路线的重要原则,关注有机化合物的安全生产,培养学生科学的价值观,形成科学态度与社会责任的学科素养。3.通过有机化合物合成路线的分析,形成正向、逆向合成法的思维模型,并能在有机合成中进行应用,形成证据推理与模型认知的学科素养。知识铺垫必备知识正误判断1.有机反应的类型有取代反应、加成反应、消去反应、酯化反应、水解反应、氧化反应、还原

2、反应、加聚反应等。2.在有机化合物中引入碳卤键的反应有烷烃与X2的取代反应、烯烃和炔烃与X2或HX的加成反应、芳香烃与X2的取代反应、醇与HX的取代反应等。知识铺垫必备知识正误判断3.在下列常见官能团的转化关系中填写必要的反应物: 知识铺垫必备知识正误判断一、有机合成的主要任务 知识铺垫必备知识正误判断1.构建碳骨架 知识铺垫必备知识正误判断写出有关化学方程式或转化流程:(1)碳链增长乙炔与HCN加成后再水解:知识铺垫必备知识正误判断丙酮与HCN反应,再还原: 知识铺垫必备知识正误判断乙醛的羟醛缩合反应: 知识铺垫必备知识正误判断(2)碳链缩短2-甲基-2-丁烯与酸性高锰酸钾溶液反应:知识铺垫

3、必备知识正误判断2.引入官能团(1)常见官能团的引入官能团引入方法(举例)碳碳双键卤代烃的消去或醇的消去或炔烃的不完全加成碳卤键醇、酚的取代或烯烃、炔烃的加成或烷烃、苯及苯的同系物的取代羟基烯烃与水的加成或卤代烃的水解或醛的还原或酯的水解醛基醇的催化氧化或烯烃的氧化羧基醇的氧化或醛的氧化或酯的水解酯基酯化反应知识铺垫必备知识正误判断(2)官能团的保护含多个官能团的有机化合物在进行反应时,非目标官能团也可能受到影响,此时先将其转化为不受该反应影响的其他官能团,反应后再转化复原。例如羟基的保护方法:知识铺垫必备知识正误判断【微思考】举例说明在合成有机化合物时,如何保护碳碳双键?提示如需氧化含碳碳双

4、键的分子中的羟基时,先让碳碳双键与HX发生加成反应,氧化后再发生消去反应生成碳碳双键,如:知识铺垫必备知识正误判断二、有机合成路线的设计与实施1.有机合成路线确定的要素(1)基础:在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上。(2)设计与操作:进行合理的设计与选择,确定合成路线,以较低的成本和较高的产率,通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。2.有机合成的过程知识铺垫必备知识正误判断3.逆合成分析法(1)基本思路可用示意图表示为知识铺垫必备知识正误判断(2)实例分析乙二酸二乙酯的合成分析过程:a.分析乙二酸二乙酯,官能团有酯基;b.反推:酯是由酸和醇合成的,则合成乙二酸二乙酯的反应物为c.反

5、推:羧酸可以由醇氧化得到,则乙二酸(草酸)前一步的中间体是知识铺垫必备知识正误判断知识铺垫必备知识正误判断合成步骤(用化学方程式表示): 知识铺垫必备知识正误判断4.合成路线设计遵循的原则 知识铺垫必备知识正误判断5.有机合成的发展随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展,有机合成的技术和效率不断提高。(1)发展过程知识铺垫必备知识正误判断(2)有机合成发展的作用 知识铺垫必备知识正误判断(1)消去反应可以引入碳碳双键,加成反应也可以引入碳碳双键。 ()提示。如乙醇发生消去反应生成乙烯,乙炔与氢气加成生成乙烯。(2)一定条件下,可以通过取代反应由溴乙烷制备乙醇。()提示。溴乙烷可

6、以与氢氧化钠水溶液发生取代反应生成乙醇。(3)丙烯中既可以引入碳卤键也可以引入羟基。()提示。丙烯与溴化氢发生加成反应引入碳卤键,丙烯与水发生加成反应引入羟基。(4)加聚反应可以使有机化合物碳链增长。()提示。(5)消去反应、氧化反应、还原反应、酯化反应等都可以消除羟基。()提示。还原反应不能消除羟基而能生成羟基,如醛、酮与H2的加成反应。任务一任务二素养脉络随堂检测有机合成中官能团的引入、转化和消除问题探究任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测深化拓展1.官能团的转化(1)官能团种类变化。利用官能团的衍生关系进行衍变,如任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检

7、测2.从分子中消除官能团的方法(1)经加成反应消除不饱和键。(2)经取代、消去、酯化、氧化等反应消除OH。(3)经加成或氧化反应消除CHO。(4)经水解反应消除酯基。(5)通过消去或水解反应可消除卤素原子。任务一任务二素养脉络随堂检测3.官能团保护的几种情况(1)醇羟基的保护。(2)酚羟基的保护。 任务一任务二素养脉络随堂检测(3)碳碳双键的保护。(4)醛基的保护。先让醛与醇反应生成缩醛:生成的缩醛比较稳定,与稀碱溶液和氧化剂均难反应,但在稀酸溶液中微热会水解为原来的醛。任务一任务二素养脉络随堂检测素能应用典例1(2020辽宁锦州高二检测)下列反应可以在烃分子中引入碳卤键的是()A.苯和溴水共

8、热B.甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合C.溴乙烷与NaOH的水溶液共热D.溴乙烷与NaOH的醇溶液共热答案B解析苯和溴水共热不反应,A项错;甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合发生甲基上的取代反应,引入碳溴键,B项正确;C、D项分别为溴原子的取代和消去,C、D项均错。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1可在有机化合物中引入羟基的反应类型是()取代反应加成反应消去反应酯化反应还原反应A.只有B.C.D.答案B解析卤代烃的水解反应(取代反应)可以得到羟基,碳碳双键与水的加成反应可以引入羟基,醛基与氢气发生加成反应(还原反应)生成羟基;消去反应、酯化反应不能引入羟基。任务一任务二素养脉络随堂检测规律总

9、结官能团的转化体现在烃及其衍生物的相互转化关系中: 任务一任务二素养脉络随堂检测有机合成方案的设计问题探究1.下图是制取乙酸苯甲酯的一种合成路线(部分反应物、产物和反应条件略去)。运用逆合成分析法推断C的结构简式。 任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测2.实际工业生产中常采用以下路线合成乙二醇:与教材中合成乙二酸二乙酯路线中合成乙二醇的方法比较分析,选择该方案的原因是什么?提示未使用有毒的氯气,无污染,原子利用率100%,符合绿色化学。任务一任务二素养脉络随堂检测3.乙酸是醋的主要成分,而醋几乎贯穿了整个人类文明史。(1)工业上大量使用的醋酸是通过石油化学工业人工合成的。请

10、以乙烯为原料设计路线合成乙酸。(2)目前出现了乙烯直接氧化得到乙酸的方法:由乙烯在催化剂(如氯化钯PdCl2)存在的条件下,与氧气发生反应生成。假定有机合成路线的每一步的产率为70%,试比较两种合成路线的总产率。哪种合成路线最优?提示(1)中合成路线的产率为70%70%70%=34.3%,小于(2)中合成路线的70%,故(2)中的合成路线更优。任务一任务二素养脉络随堂检测深化拓展1.有机合成的分析方法方法内容正合成分析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体,逐步推向待合成有机化合物,其思维程序:原料中间体产品逆合成分析法采用逆向思维方法,从产品的组成、结构、性质

11、入手,找出合成所需要的直接或间接的中间体,逐步推向已知原料,其思维程序:产品中间体原料综合比较法采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,从而得到最佳合成路线任务一任务二素养脉络随堂检测2.利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序 任务一任务二素养脉络随堂检测3.中学常见的合成路线(1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线。任务一任务二素养脉络随堂检测(2)芳香族化合物合成路线。 任务一任务二素养脉络随堂检测素能应用典例2化合物G是一种药物合成中间体,其合成路线如下:任务一任务二素养脉络随堂检测回答下列问题:(1)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式:

12、(不考虑立体异构,只需写出3个)。(2)设计由甲苯和乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)制备任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2化合物F是一种抗心肌缺血药物的中间体,可以通过以下方法合成:任务一任务二素养脉络随堂检测(1)化合物A中的含氧官能团为和(填官能团名称)。(2)化合物B的结构简式为;由CD的反应类型是。(3)写出同时满足下列条件的E的一种同分异构体的结构简式:。.分子中含有2个苯环;.分子中含有3种处于不同化学环境的氢原子。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务

13、二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测(3)满足条件的E的同分异构体分子中含有2个苯环,这一结构特点与E相同;由于E的分子中碳原子数较多,要求其同分异构体中含有3种处于不同化学环境的氢原子,则结构必须高度对称。据此,满足条件的E的同分异构体的结构简式为任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测1.(双选)碳链增长在有机合成中具有重要意义,它是实现由小分子有机化合物向较大分子有机化合物转化的主要途径。某同学设计了如下4个反应,其中可以实现碳链增长的是()A.CH3CH2CH2CH2Br和Na

14、CN共热B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热D.乙烯的加聚反应答案AD解析A中反应为CH3(CH2)3Br+NaCN CH3(CH2)3CN+NaBr,分子中可增加一个碳原子;B、C项中可实现官能团的转化,但碳链长度不变;D项中发生加聚反应由小分子生成高分子,实现碳链增长。任务一任务二素养脉络随堂检测2.由CH3CH2CH2Br制备CH3CH(OH)CH2OH,依次发生的反应类型和反应条件都正确的是()选项反应类型反应条件A加成、取代、消去KOH的乙醇溶液/加热、KOH水溶液/加热、常温B消去、加成、取代NaOH的乙醇溶液/加热、常

15、温、KOH水溶液/加热C氧化、取代、消去加热、KOH的乙醇溶液/加热、KOH水溶液/加热D消去、加成、水解NaOH水溶液/加热、常温、NaOH的乙醇溶液/加热任务一任务二素养脉络随堂检测答案B解析反应过程为CH3CH2CH2BrCH3CH=CH2CH3CHBrCH2BrCH3CH(OH)CH2OH,依次发生消去反应、加成反应、水解反应(取代反应),对应的反应条件为NaOH的乙醇溶液/加热、常温、KOH水溶液/加热。任务一任务二素养脉络随堂检测3.由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E的流程如下: (1)请写出下列物质的结构简式。A;B;C;D。(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。任务一任务二素养脉络随堂检测答案(1)BrCH2CH2Br(或ClCH2CH2Cl等合理即可)