《有机合成》教案

《有机合成》教案课程目标1．掌握有机化学反应的主要类型、原理及应用，初步学会引入各种官能团的方法。2．初步学习设计合理的有机合成路线。3．了解有机合成中官能团的保护方法。4．初步学习使用逆向合成法合理地设计有机合成的路线。图说考点必备基础——自学·尝试[新知预习]一、有机合成的主要任务1．有机合成指使用相对简单易得的原料，通过________来构建碳骨架和引入官能团，合成具有________和____的目标分子。2．有机合成的任务包括目标化合物________的构建和______的引入与转化。3．构建碳骨架(1)碳链增长①炔烃与HCN先加成后水解生成______________②醛与HCN先加成后还原生成____________CRHOHCN催化剂____________羟基腈③羟醛缩合反应生成烯醛(2)碳链缩短烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾氧化，生成__________________________(3)成环反应共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物反应，得到环加成产物4．官能团的引入和转化：(1)引入碳碳双键的方法。A.____________；B.____________；C.________________________________________________________________________。(2)引入卤素原子的方法。A.____________；B.____________；C.________________________________________________________________________。(3)引入羟基的方法。A.____________；B.____________；C.酯的水解；D.____________。二、有机合成路线的设计与实施(一)有机合成过程示意图(二)逆合成分析法1．将________倒推一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同______反应可以得到__________，而这个中间体，又可由上一步的中间体得到，依次倒推，最后确定最适宜的____________和______________，称为逆合成分析法。2．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成(1)乙二酸二乙酯分子中含有两个酯基，按酯化反应规律将酯基断开，得到____和__________，说明目标化合物可由______________________通过酯化反应得到：(2)羧酸可由醇氧化得到，草酸前一步的中间体应该是乙二醇：________________(3)乙二醇前一步的中间体是1，2-二氯乙烷；1，2-二氯乙烷可通过______的加成反应而得到：__________________________⇒________________________(4)乙醇通过乙烯与水的加成得到。根据以上分析，可得出合成草酸二乙酯的合理步骤如下：a．________________________________________________________________________b．________________________________________________________________________c．________________________________________________________________________d．e．________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．逆合成分析法的基本原则(1)合成路线的各步反应的条件必须比较温和，并具有较高的______。(2)所使用的基础原料和辅助原料应该是低毒性、______、易得和价廉的。[即学即练]1．判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)。(1)有机合成的路线要符合“绿色、环保”的要求。()(2)取代反应、加成反应、消去反应都可以直接引入卤素原子。()(3)有机合成一般只合成自然界没有的物质。()(4)酯化反应、加聚反应都可增长碳链。()(5)CH3CH2Br→CH3CH2OH可以通过一步反应完成。()(6)CH3CH2Br光照BrCH2CH2Br可以用于工业制1，2－二溴乙烷。()2．下面是有机合成的三个步骤：①对不同的合成路线进行优选；②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线；③观察目标分子的结构，正确的顺序是()A．①②③B．③②①C．②③①D．②①③3．可在有机物中引入羟基的反应类型是()①取代②加成③消去④酯化⑤还原A．①②B．①②⑤C．①④⑤D．①②③4．用丙醛(CH3CH2CHO)制取聚丙烯CH2CH(CH3)的过程中发生的反应类型为()①取代②消去③加聚④水解⑤氧化⑥还原A．①④⑥B．⑤②③C．⑥②③D．②④⑤5．从溴乙烷制取1，2-二溴乙烷，下列转化方案中最好的是()B．CH3CH2BrBr2CH26．(1)从CH2=CH2合成CH3CH2OH的可用路径如下：为提高产率，应选择__________途径(“Ⅰ”或“Ⅱ”)。(2)以CH2=CH2和H218O为原料，自选必要的其他无机试剂，合成________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。核心素养——合作·分享提升点一有机合成中官能团的转化例1.叠氮化合物应用广泛，如NaN3可用于汽车安全气囊，PhCH2N3可用于合成化合物Ⅴ(见图，仅列出部分反应条件，Ph—代表苯基即)(1)下列说法中不正确的是________(填字母)。A．反应①④属于取代反应B．化合物I可生成酯，但不能发生氧化反应C．一定条件下化合物Ⅱ可能生成化合物ⅠD．一定条件下化合物Ⅱ能与氢气反应，反应类型与反应②相同(2)化合物Ⅱ发生聚合反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________(不要求写出反应条件)。(3)反应③的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________(要求写出反应条件)。(4)化合物Ⅲ与PhCH2N3发生环加成反应生成化合物V，不同条件下环加成反应还可生成化合物V的同分异构体。该同分异构体的分子式为__________________，结构简式为__________________。[提升1]香豆素是一种常用香料，分子式为C9H6O2，分子中除有一个苯环外，还有一个六元环。香豆素的一种合成路线如下：(1)有机物A能够与新制的银氨溶液发生银镜反应；有机物A能跟FeCl3溶液反应，使溶液呈特征颜色。A分子中的含氧官能团的名称是________、________。(2)反应Ⅰ和Ⅲ的反应类型是______________、______________。(3)有机物A的同分异构体有多种，其中属于芳香族化合物的同分异构体的结构简式是(写出两种即可)____________、____________。(4)反应Ⅱ的化学方程式是___________________________________________________________________________________________________。(5)香豆素的结构简式是__________________________。关键能力有机合成中官能团的转化1．官能团的转化：包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。①官能团种类变化：利用官能团的衍生关系进行衍变，②官能团数目变化：通过不同的反应途径增加官能团的个数，如③官能团位置变化：通过不同的反应，改变官能团的位置，如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原子。3．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。此时需要将该官能团保护起来，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。例如保护羟基：状元随笔1.在解答有机合成题目时，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，而这些特征条件往往会成为解答有机合成类推断题的突破口。例如，特征反应反应条件卤代烃的水解NaOH水溶液并加热卤代烃的消去NaOH的乙醇溶液并加热烷烃(或烷烃基)的取代Cl2、光照2.碳链的增长与变短(1)增长：常见的方法有不饱和化合物间的聚合、羧酸或醇的酯化、有机物与HCN的反应等。(2)变短：常见的方法有烃的裂化与裂解、某些烃(如苯的同系物、烯烃)的氧化等。提升点二有机合成方法的设计例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：①②RCH2CH=CH2＋Cl2500℃RCHClCH=CH2＋HCl③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选)：[提升2]工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯，其过程如下图所示：根据合成路线填写下列空白：(1)有机物A的结构简式为________________，B的结构简式为________________；(2)反应④属于________，反应⑤属于________；(3)③和⑥的目的是_____________________________________。(4)写出反应⑥的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。关键能力有机合成方法选择1．设计有机合成路线的常规方法正合成分析法设计有机合成路线时，从确定的某种原料分子入手，逐步经过碳链的连接和官能团的引入来完成，基本思维模式：原料→中间体→中间体目标产物逆合成分析法此法采用逆向思维方法，从目标化合物的组成、结构和性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维模式：目标产物→中间体→中间体原料综合推理法设计有机合成路线时，用正合成分析法不能得到目标产物，而用逆合成分析法也得不到起始原料时，往往结合这两种思维模式，采用从两边向中间“挤压”的方式，使问题得到解决2.合成路线的选择(1)一元合成路线：R—CH=CH2HX卤代烃一元醇O一元醛O一元羧酸(2)二元合成路线：CH2=CH2X2CH2X—CH2XCH2OH—CH2OHOOHC—CHO(3)芳香族化合物合成路线状元随笔有机合成遵循的原则(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。(2)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，产物的产率越高越好。(3)合成路线要满足“绿色化学”的要求。最大限度地利用原料中的每一个原子，达到零排放。(4)有机合成反应要尽量操作简单、条件温和、能耗低、易实现。(5)尊重客观事实，按一定顺序反应，不能臆造不存在的反应。要综合运用顺推或者逆推的方法导出最佳的合成路线。素养形成——自测·自评1.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()B.溴乙烷→乙醇：CH3CH2Br水解CH2=CH2加成CH3CH2OH2．有机物可经过多步反应转变为，其各步反应的反应类型是()A．加成→消去→脱水B．消去→加成→消去C．加成→消去→加成D．取代→消去→加成3．1，4-二氧六环是一种常见的溶剂，它可以通过下列方法制得：A(烃)Br2BNaOH水溶液A．1-丁烯B．1，3-丁二烯C．乙炔D．乙烯4．由1，3－丁二烯合成2－氯－1，3－丁二烯的路线如下：本合成中各步的反应类型分别为()A．加成、水解、加成、消去B．取代、水解、取代、消去C．加成、取代、取代、消去D．取代、取代、加成、氧化5．我国自主研发的对二甲苯的绿色合成路线示意图如下：下列说法正确的是()A．过程①发生了取代反应B．中间产物M的结构简式为C．利用相同原料、相同原理也能合成邻二甲苯D．该合成路线理论上碳原子的利用率为100%6．完成下列有机合成路线。(1)以和为原料，合成，写出路线流程图(无机试剂和不超过2个碳的有机试剂任选)。(2)写出以邻苯二胺和乙二醇为原料合成的合成路线(其他无机试剂任选)。已知：R—NH2＋R′—COOH100～110℃R—NH—COR′第五节有机合成必备基础新知预习一、1．有机化学反应特定结构性质2．碳骨架官能团3．(1)①羧酸CH2=CHCN②胺(2)羧酸或酮4．(1)卤代烃的消去醇的消去炔烃的不完全加成(2)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)烯烃与水的加成卤代烃的水解醛的还原二、(一)基础原料目标化合物(二)1.目标化合物辅助原料目标化合物基础原料合成路线2．(1)乙二酸(草酸)乙醇两分子乙醇和一分子乙二酸(2)(3)乙烯(4)3．(1)产率(2)低污染即学即练1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×2．解析：进行有机合成时，先确定目标有机物分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。答案：B3．解析：卤代烃或酯的水解(取代)，烯烃与H2O(加成)，醛或酮和H2(加成或还原)，均能引入羟基。消去是从分子中消去—X或—OH形成不饱和键，酯化是酸与醇形成酯(减少—OH)，这些都不能引入—OH。答案：B4．答案：C5．答案：D6．解析：(1)有机合成中，要想得到较高的产率，合成步骤应尽可能的少。答案：(1)Ⅱ(2)核心素养例1解析：(1)反应①：PhCH2CH3→是—H被—Cl所取代，为取代反应；反应④：，可以看做是—Cl被—N3所取代，为取代反应，A正确；化合物Ⅰ含有羟基，为醇类物质，与羟基相连的碳原子上存在一个氢原子，故可以发生氧化反应，B错；化合物Ⅱ为烯烃，在一定条件下与水发生加成反应，可能会生成化合物Ⅰ，C正确；化合物Ⅱ为烯烃，能与氢气发生加成反应，与反应②(反应②是烯烃与溴加成)的反应类型相同，D正确。(3)反应③是在光照条件下进行的，发生的是取代反应：PhCH3＋Cl2

光照

PhCH2Cl＋HCl。(4)书写同分异构体要从结构简式出发，注意碳碳双键上苯基位置的变化，即。答案：(1)B(2)(3)PhCH3＋Cl2

光照

PhCH2Cl(4)C15H13N3提升1答案：(1)醛基酚羟基(2)加成反应消去反应(3)(任意两种即可)(4)(5)例2解析：本题可用逆合成分析法解答，其分析思路为由此确定合成路线。答案：提升2解析：反应①是甲苯与Cl2的取代反应，可知A是卤代烃，从反应②的产物可知，反应②是卤代烃的水解反应，这样我们就可直接推出A。B、C两种物质的推断应结合起来，反应⑤是B与C2H5OH的反应，而最后的产物是对羟基苯甲酸乙酯，说明反应⑤是酯化反应；那么反应④是引入—COOH的反应，这样我们就推出B和C了。从④是氧化反应知，反应③和⑥的目的是保护酚羟基，防止被氧化。答案：(1)(2)氧化反应酯化(或取代)反应(3)保护酚羟基，防止被氧化(4)素养形成1．答案：B2．解析：答案：B3．解析：采用逆推法可得C为HOCH2CH2OH，B为BrCH2CH2Br，烃A为CH2=CH2。答案：D4．解析：根据合成路线中各中间产物中官能团的异同，可确定每步转化的反应类型，①为加成反应，②为水解反应，③为加成反应，④为消去反应。答案：A5．解析：异戊二烯与丙烯醛发生加成反应，生成4-甲基-3-环己烯甲醛，不是取代反应，A错误；通过M的球棍模型可以看出六元环上甲基的邻位有一个双键，所以M的结构简式为，B错误；根据合成路线，可以合成对二甲苯和间二甲苯，不能合成邻二甲苯，C错误；该合成路线包含两步，第一步为加成，第二步为脱水，两步的碳原子利用率均为100%，D正确。答案：D6．答案：(1)(2)必备知识基础练1.下列说法不正确的是()A.可发生消去反应引入碳碳双键B.可发生催化氧化引入羧基C.CH3CH2Br可发生取代反应引入羟基D.与CH2CH2可发生加成反应引入碳环答案B解析中羰基碳原子上无氢原子,故不能发生催化氧化生成羧酸,B项不正确。2.(山东泰安高二检测)在有机合成中,常会将官能团消除或增加,下列相关过程及涉及的反应类型和相关产物合理的是()A.乙醇乙烯:CH3CH2OHCH3CH2BrCH2CH2B.溴乙烷乙醇:CH3CH2BrCH2CH2CH3CH2OHC.乙炔CHClBr—CH2BrD.乙烯乙炔:CH2CH2CH≡CH答案D解析A项中由乙醇乙烯,只需乙醇在浓硫酸、170℃条件下消去即可,路线不合理;B中由溴乙烷乙醇,只需溴乙烷在碱性条件下水解即可,路线不合理;C项中乙炔与HCl按物质的量之比1∶1混合发生加成反应,生成的产物再与HBr发生加成反应,可得CH2Cl—CH2Br或CHClBr—CH3,不合理。3.已知:乙醇可被强氧化剂氧化为乙酸。可经过三步反应制得。设计最合理的三步反应类型依次是()A.加成、氧化、水解 B.水解、加成、氧化C.水解、氧化、加成 D.加成、水解、氧化答案B解析先在NaOH的水溶液中发生水解反应生成,然后该物质和Cl2发生加成反应生成,再被强氧化剂氧化生成,故反应类型依次为水解反应、加成反应、氧化反应,故正确选项是B。4.(山东济南高二检测)格林尼亚试剂简称“格氏试剂”,它是卤代烃与金属镁在无水乙醚中作用得到的,如:CH3CH2Br+MgCH3CH2MgBr,它可与羰基发生加成反应,其中的“—MgBr”部分加到羰基的氧上,所得产物经水解可得醇。今欲通过上述反应合成2-丙醇,选用的有机原料正确的一组是()A.氯乙烷和甲醛 B.氯乙烷和丙醛C.一氯甲烷和丙酮 D.一氯甲烷和乙醛答案D解析根据题意,要得到2-丙醇,则必须有CH3CH(OMgCl)CH3生成,因此必须有CH3CHO和CH3MgX,分析选项中物质,则反应物为CH3CHO和CH3Cl;答案选D。5.(1)由环己醇制取己二酸己二酯,最简单的流程途径顺序正确的是()已知:RCH2CH2R'RCHO+RCHO①取代反应②加成反应③氧化反应④还原反应⑤消去反应⑥酯化反应⑦中和反应⑧缩聚反应A.③②⑤⑥ B.⑤③④⑥C.⑤②③⑥ D.⑤③④⑦(2)写出制取己二酸己二酯最后一步反应的化学方程式:。

(3)写出由环己醇制取1,2-环己二醇的流程图。答案(1)B(2)++2H2O(3)解析采用逆推法分析可得该制备过程的流程为:关键能力提升练6.(河北沧州高二检测)药用有机化合物A(C8H8O2)为一种无色液体。从A出发可发生如图所示的一系列反应。则下列说法正确的是()A.A的结构简式为B.根据D和浓溴水反应生成白色沉淀可推知D为三溴苯酚C.G的同分异构体中属于酯,且能发生银镜反应的只有一种D.图中B→F与C→G发生反应的类型不相同答案A解析从流程图可以看出:由G的气味和E→G的反应条件,可推知G为乙酸乙酯,E为乙酸,C为乙酸钠。则B含有6个碳原子,结合反应现象可以推断F为三溴苯酚,B为苯酚钠,D为苯酚,A为乙酸苯酯。A的结构简式为,A正确;D为苯酚,B不正确;G的同分异构体中属于酯,且能发生银镜反应的有甲酸丙酯、甲酸异丙酯两种,C不正确;图中B→F发生的反应为复分解反应和取代反应,C→G发生的反应为复分解反应和酯化反应,酯化反应属于取代反应,二者的反应类型相同,D不正确。7.用丙醛(CH3CH2CHO)制取聚丙烯的过程中发生的反应类型依次为()①取代②消去③加聚④水解⑤氧化⑥还原A.①④⑥ B.⑤②③C.⑥②③ D.②④⑤答案C解析用丙醛制取聚丙烯的过程为CH3—CH2—CHOCH3—CHCH2,故C正确。8.(山东日照高二检测)如下流程中a、b、c、d、e、f是六种有机化合物,其中a是烃类,其余是烃的衍生物,下列有关说法正确的是()abcdefA.若a的相对分子质量是42,则d是乙醛B.若d的相对分子质量是44,则a是乙炔C.若a为单烯烃,则d与f的最简式一定相同D.若a为苯乙烯(C6H5—CHCH2),则f的分子式是C16H32O2答案C解析d→e需要银氨溶液,则d为醛,e为羧酸,c为醇,b为卤代烃,a为烯烃,f为酯。a为烯烃,相对分子质量为42,则a为丙烯,则d为丙醛,A错误;d为醛,相对分子质量为44,则a为乙烯,B错误;a为单烯烃,则a的分子式为CnH2n(n≥2),c的分子式为CnH2n+2O,d的分子式为CnH2nO,e的分子式为CnH2nO2,f的分子式为C2nH4nO2,d与f的最简式都是CnH2nO,C正确;若a为苯乙烯C6H5—CHCH2,则c为C6H5—CH2CH2OH,e为C6H5—CH2COOH,f为C6H5—CH2COOCH2CH2—C6H5,即f的分子式为C16H16O2,D错误。9.烷烃A只可能有三种一氯取代产物B、C和D。C的结构简式是。B和D分别与强碱的乙醇溶液共热,都只能得到有机化合物E。以上反应及B的进一步反应如下所示:请回答下列问题:(1)A的结构简式是,H的结构简式是。

(2)B转化为F属于(填反应类型名称,下同)反应,B转化为E的反应属于反应。

(3)写出F转化为G的化学方程式:。

(4)1.16gH与足量NaHCO3作用,标准状况下可得CO2的体积是mL。

(5)写出反应①的化学方程式:。

答案(1)(CH3)3CCH2CH3(CH3)3CCH2COOH(2)取代(或水解)消去(3)2(CH3)3CCH2CH2OH+O22(CH3)3CCH2CHO+2H2O(4)224(5)(CH3)3CCH2CHO+2[Ag(NH3)2]OH(CH3)3CCH2COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O解析烷烃A只可能有三种一氯取代产物B、C和D,C的结构简式是,故A为(CH3)3CCH2CH3;B和D分别与强碱的乙醇溶液共热,都只能得到有机化合物E,故E为(CH3)3CCHCH2;B在氢氧化钠水溶液条件下生成F,F为醇,F氧化生成G,G能与银氨溶液反应,则说明G中含有醛基(—CHO),故B为(CH3)3CCH2CH2Cl,F为(CH3)3CCH2CH2OH,G为(CH3)3CCH2CHO,H为(CH3)3CCH2COOH,D为(CH3)3CCHClCH3。(4)1.16g(CH3)3CCH2COOH的物质的量为1.16g116g·mol-1=0.01mol,由(CH3)3CCH2COOH+NaHCO3(CH3)3CCH2COONa+H2O+CO2↑,可知生成CO2的物质的量为0.01mol,标准状况下二氧化碳的体积是0.01mol×22.4L10.已知:①环己烯可以通过1,3-丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到:+(也可表示为+||)。②实验证明,下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更容易被氧化: