有机合成路线的设计和应用 学案 高二下学期化学鲁科版（2019）+选择性必修3

有机合成路线的设计和应用学习目标1.初步学会利用逆推法分析有机合成路线的思想。2.熟知有机合成的基本规律,学会评价、优选合理的有机合成路线。3.了解原子经济和绿色化学的思想。一、有机正向合成路线的设计1.正向合成分析法(1)含义从确定的某种原料分子开始,逐步经过的构建和的引入或转化来完成。(2)设计方法首先要比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同,包括和两个方面的异同;然后设计由原料分子转化为分子的合成路线。2.正向合成的表示方法有机合成路线用反应流程图表示。示例:原料中间体(Ⅰ)中间体(Ⅱ)……目标化合物3.正向合成的基本要求(1)起始原料要廉价易得、低毒性、低污染。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线,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。(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。4.常见正向合成的设计方法方法举例一元官能团合成路线CH3—CH2XCH3—CH2OHCH3—CHOCH3—COOH酯二元官能团合成路线CH2X—CH2XCH2OH—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH链酯、环酯、聚酯芳香族化合物的合成路线(1)(2)芳香酯(3)芳香酯1.已知RXRMgX(X表示卤素原子),以苯甲醇为原料制备,画出合成路线图(无机试剂及有机溶剂任选)。已知R1COOR2+R2—OH(R、R1、R2均表示烃基)。二、有机逆向合成分析法1.概念逆合成分析法就是从逆推、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有机化合物,直至选出合适的。如图所示:2.优选合成路线原则3.一般程序4.实例分析(1)逆推法分析苯甲酸苯甲酯的合成(2)设计合成路线(设计四种不同的合成路线)②(3)评价优选合成路线路线①由甲苯分别制备和较合理。路线②④制备苯甲酸的步骤多、成本较高,且使用较多的Cl2,不利于环境保护。路线③的步骤虽然少,但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4并要求无水操作,成本较高。2.以和为原料合成,请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。提示:①+②RCH2CHCH2+Cl2RCHClCHCH2+HCl;③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选):ABC……→H微专题4有机推断题的突破1.通过物理特征突破有机物中各类代表物的颜色、状态、气味、溶解性、密度、熔点、沸点等往往各有特点,解题时可考虑通过物理特征找到突破口。2.从反应条件突破反应条件可能的有机反应浓硫酸,加热①醇的消去反应②酯化反应③苯的硝化反应④醇的分子间脱水稀硫酸,加热①酯的水解反应②二糖、多糖的水解反应强碱的水溶液,加热①卤代烃的水解反应②酯的水解反应强碱的醇溶液,加热卤代烃的消去反应新制Cu(OH)2或银氨溶液,加热醛基的氧化反应酸性KMnO4溶液①烯烃、炔烃的氧化反应②某些苯的同系物的氧化反应③醇、醛、苯酚的氧化反应O2、Cu(或Ag),加热醇的催化氧化反应H2、催化剂,加热①烯烃、炔烃的加成反应②芳香烃的加成反应③醛、酮还原为醇(羧基、酯基、肽键中的碳氧双键不能加成)浓溴水①烯烃、炔烃的加成反应②苯酚的取代反应Cl2,光照①烃的取代反应②中侧链的取代反应3.从转化关系突破(1)连续氧化关系结论ⅠA为醇、B为醛、C为羧酸、D为酯结论ⅡA、B、C三种物质中碳原子数相同,碳骨架结构相同结论ⅢA分子结构中与羟基相连的碳原子上至少有2个氢原子,即含—CH2OH结论Ⅳ若D能发生银镜反应,则A为CH3OH,B为HCHO,C为HCOOH,D为HCOOCH3(2)重要的“三角”转化关系①卤代烃在强碱的醇溶液中加热、醇在浓硫酸催化下加热均发生消去反应生成烯烃。②烯烃在一定条件下分别与HX(X为卤素原子)、H2O发生加成反应生成卤代烃、醇。③卤代烃在强碱的水溶液中发生取代反应可生成醇,醇与浓的HX发生取代反应可生成卤代烃。4.从实验现象突破实验现象结论使溴水褪色可能含碳碳双键、碳碳三键、醛基、酚羟基(产生白色沉淀)等使酸性KMnO4溶液褪色可能含碳碳双键、碳碳三键,也可能是苯的同系物、醇、醛、酚等遇FeCl3溶液显紫色说明含酚羟基加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热有砖红色沉淀生成,或加入银氨溶液水浴加热有银镜出现说明该物质中含有—CHO加入Na,有H2产生可能有—OH或—COOH或—OH和—COOH加入NaHCO3溶液有气体放出说明含—COOH5.根据相关数据确定官能团的数目(1)烃和卤素单质的取代:每取代1mol氢原子,消耗1mol卤素单质(X2)。(2)的加成:与H2、Br2、HCl、H2O等加成时按物质的量之比1∶1加成。(3)含—OH的有机物与Na反应时:2mol—OH生成1molH2。(4)(5)物质转化过程中相对分子质量的变化:a.RCb.RCc.RCOOH1.化合物M可用作消毒剂、抗氧化剂、医药中间体。实验室由芳香烃A制备M的一种合成路线如下:已知:R1COOR2请回答:(1)B的化学名称为。(2)下列说法不正确的是。A.化合物A能使酸性高锰酸钾溶液褪色B.C生成D的反应类型是加成反应C.化合物F与苯甲酸互为同系物D.可用新制Cu(OH)2检验物质B中的官能团(3)M的结构简式为。(4)由F转化为G的化学方程式为。2.端炔烃在催化剂存在下可发生偶联反应,称为Glaser反应。2R—C≡C—HR—C≡C—C≡C—R+H2该反应在研究新型发光材料、超分子化学等方面具有重要价值。下面是利用Glaser反应制备化合物E的一种合成路线:回答下列问题:(1)B的结构简式为,D的化学名称为。(2)①和③的反应类型分别为、。(3)E的结构简式为。用1molE合成1,4-二苯基丁烷,理论上需要消耗mol氢气。(4)化合物也可发生Glaser偶联反应生成聚合物,该聚合反应的化学方程式为。(5)写出以2-苯基乙醇为原料(其他无机试剂任选)制备化合物D的合成路线。1.按下列路线制备聚氯乙烯,没有发生的反应类型是()C2H5BrCH2CH2CH2Cl—CH2ClCH2CHClA.加成反应 B.消去反应C.取代反应 D.加聚反应2.最理想的“原子经济性反应”是指反应物的原子全部转化为期望的最终产物的反应。下列属于最理想的“原子经济性反应”的是()A.用电石与水制备乙炔的反应B.用溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热制备乙烯的反应C.用苯酚稀溶液与饱和溴水制备2,4,6-三溴苯酚的反应D.用乙烯与氧气在Ag催化下制备环氧乙烷()的反应3.由1-氯丁烷制取少量的1,2-丁二醇时,需要经过下列哪几步反应()A.加成—消去—取代 B.消去—加成—水解C.取代—消去—加成 D.消去—加成—消去4.化合物A()可由环戊烷经三步反应合成:,则下列说法错误的是()A.反应1可用试剂是氯气B.反应3可用的试剂是氧气和铜C.反应1为取代反应,反应2为消去反应D.A可通过加成反应合成Y5.已知CH2CHCH3+H2OCH3CH(OH)CH3,试以1-丁烯为主要原料合成CH3CH2COCOOCH(CH3)CH2CH3,并写出有关的化学方程式。有机合成路线的设计和应用一、1.(1)碳骨架官能团(2)官能团碳骨架目标化合物对点训练1.见解析解析苯甲醇为,目标产物为,根据已知信息可知,可以由和反应得到。可以由和发生酯化反应得到,而苯甲醇可以被氧化成苯甲酸,根据RXRMgX可知可以由生成,而可以由和HBr发生取代反应得到,由此可得出合理的合成路线如图:二、1.产物原料中间起始原料2.化学原理安全可靠绿色合成思想3.碳骨架特征官能团碳骨架引入转化绿色合成4.(2)①②③④(3)苯甲醇苯甲酸对点训练2.解析本题可用逆合成分析法解答,其思维过程为→……→中间体→……→起始原料其逆合成分析思路为⇒由此确定可按以上6步合成。微专题4有机推断题的突破迁移应用1.(1)对甲基苯甲醛或4-甲基苯甲醛(2)BC(3)(4)+CH3CH2OH+H2O解析(1)(3)由A的分子式以及B的结构简式可知A为,由C的分子式可知,B中醛基被氧化为羧基,C为,结合F的结构简式可知,C发生苯环上的取代反应生成D为,D与氢气发生加成反应生成的E为,E发生消去反应生成F,F与乙醇发生酯化反应生成G,G为,G发生已知信息中同类型的反应生成M,M为。B的化学名称为对甲基苯甲醛或4-甲基苯甲醛。(2)化合物A为,甲基可被酸性高锰酸钾氧化,使酸性高锰酸钾溶液褪色,故A正确;C生成D的反应类型是取代反应,故B错误;化合物F为,与苯甲酸结构不同,不互为同系物,故C错误;B为,官能团为醛基,则可用新制Cu(OH)2检验物质B中的官能团,故D正确。(4)F与乙醇发生酯化反应生成G,则由F转化为G的化学方程式为+CH3CH2OH+H2O。2.(1)苯乙炔(2)取代反应消去反应(3)4(4)(5)解析(1)B(C8H10)与Cl2在光照条件下发生取代反应可生成(C),则B的结构简式为。A与CH3CH2Cl在AlCl3、加热条件下反应生成(B),显然反应①为取代反应,(D)经④Glaser反应得到E(C16H10),结合Glaser反应原理推知,E的结构简式为。D的化学名称为苯乙炔。(2)反应①是苯与CH3CH2Cl的取代反应;反应③中转化为,生成了碳碳三键,故该反应为卤代烃的消去反应。(3)用1molE()合成1,4-二苯基丁烷,理论上需要消耗4mol氢气。(4)化合物可发生Glaser偶联反应生成聚合物,结合Glaser偶联反应的反应原理及原子守恒写出化学方程式:。(5)2-苯基乙醇的结构简式为,根据乙醇和卤代烃的性质,可先在浓硫酸、加热条件下发生消去反应生成,再与Br2发生加成反应生成,最后在NaNH2、H2O条件下发生消去反应生成(D)。课堂达标训练1.C[①为消去反应,②为加成反应,③为消去反应,④为加聚反应。]2.D[CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑,不是“原子经济性反应”,A项不符合题意;C2H5Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O,不是“原子经济性反应”,B项不符合题意;苯酚与饱和溴水的反应是取代反应,有副产物HBr生成,C项不符合题意;乙烯与O2生成环氧乙烷的反应为CH2CH2+12O2,无副产物生成,属于“原子经济性反应”,D项符合题意。]3.B[由1-氯丁烷制取1,2-丁二醇,官能团由—Cl转化为—OH,且官能团数目由1个变为2个,应先在NaOH醇溶液和加热条件下发生氯代烃的消去反应生成CH2CHCH2CH3,然后与溴发生加成反应生成CH2BrCHBrCH2CH3,最后在NaOH水溶液、加热条件下发生水解反应生成。]4.C[由制取,环戊烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成,和氢氧化钠的水溶液在加热条件下发生取代反应生成Y,Y为,在铜作催化剂加热条件下发生催化氧化反应生成,所以反应1的试剂和条件为Cl2、光照,反应2的化学方程式为+NaOH+NaCl,反应3可用的试剂为O2、Cu,由上述分析可知,反应1可用的试剂是氯气,故A正确;反应3是将羟基氧化成酮羰基,所以可用的试剂是氧气和铜,故B正确;反应1为取代反应,反应2为卤代烃的水解反应,属于取代反应,故C错误;A为,Y为,则羰基与氢气发生加成反应可实现转化,故D正确。]5.①CH3CH2CHCH2+Br2CH3CH2CHBrCH2Br②CH3CH2CHBrCH2Br+2NaOHCH3CH2CH(OH)CH2OH+2NaBr③CH3CH2CH(OH)CH2OH+O2CH3CH2COCHO+2H2O④2CH3CH2COCHO+O22CH3CH2COCOOH⑤CH2CHCH2CH3+H2OCH3CH(OH)CH2CH3⑥CH3CH2COCOOH+HOCH(CH3)CH2CH3CH3CH2COCOOCH(CH3)CH2CH3+H2O解析①明信息:通过分析找规律,从给出的反应中可找出丙烯与水反应的规律。即水与