人教版(2019)高中化学选择性必修3第三章 第五节 有机合成 教案

第第页人教版(2019)高中化学选择性必修3第三章第五节有机合成教案第1课时有机合成的主要任务【教材分析】在前三节中，教科书以乙醇、苯酚、乙醛、乙酸、乙酸乙酯为例，介绍了醇、酚、醛、羧酸、酯等含氧衍生物的结构特点、物理性质、化学性质以及用途等方面的知识。有机合成是本章的最后一节，通过复习再现、资料给予、课件激发、课题探究等形式，分析有机合成过程，复习各类有机物的结构、性质、反应类型、相互转化关系。教学时通过典型例题的分析，使学生认识到合成的有机物与人们生活的密切关系，对学生渗透热爱化学、热爱科学的教育;通过有机物逆合成法的推理，培养学生逻辑思维能力以及信息的迁移能力。【教学目标与核心素养】课程目标学科素养掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法。结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法。宏观辨识与变化观念：掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法证据推理与变化观念：结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法(正、逆两向推导法)【教学重难点】教学重点：碳骨架的构建和官能团的转化教学难点：碳骨架的构建和官能团的转化【课前准备】讲义教具【教学过程】【新课导入】 从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了系列药物、香料、染判、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。【展示】合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。【新课讲授】任务一：认识有机合成有机合成的原理有机合成的关键【讲解】一、有机合成有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。构建碳骨架和引入官能团任务二：认识构建碳骨架[小组讨论]分组讨论哪些方法可以改变碳骨架，总结方法。【讲解】构建碳骨架1.构建碳骨架：包括碳链的增长、缩短与成环等2.碳链的增长(1)引入氰基①烯烃（炔烃）与HCN的加成反应②醛、酮中的不饱和键与HCN的加成反应(2)羟醛缩合反应含有α­H的醛在一定条件下可发生加成反应，生成β­羟基醛，进而发生消去反应。3．碳链的缩短(1)氧化反应：苯的同系物氧化、烯烃与炔烃的氧化(2)水解反应：酯的水解、蛋白质水解、多糖水解(3)裂化裂解：烃的裂化、裂解4.碳链成环(1)共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3­丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯­阿尔德反应(Diels­Alderreaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。(2)形成环酯(3)形成环醚任务三：官能团的引入[小组讨论]在碳链上引入碳碳双键、卤素原子、羟基、醛基、羧基、酯基的方法，并举例。【讲解】三、官能团的引入引入官能团的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原引入—OH生成醇的反应有烯与H2O加成，卤代烃水解，酯水解，酮、醛与H2加成引入：醇的消去反应、卤代烃的消去反应、炔烃的不完全加成引入卤素原子：醇/酚的取代反应、烯烃/炔烃的加成反应、烷烃的取代反应、苯的取代反应引入—OH：烯与H2O加成、卤代烃水解、酯水解、酮与H2加成反应、醛与H2加成反应引入醛基：醇的氧化、烯烃氧化、炔烃水化引入羧基：醛的氧化、苯的同系物的氧化、烯烃被酸性高锰酸钾氧化、酯水解引入酯基：酯化反应[小结]官能团转化任务四：官能团的保护[设疑]对甲基苯酚如何合成对羧基苯酚？[回答]合成路线：原理：甲苯可以被酸性高锰酸钾氧化成苯甲酸，但是酚羟基也会被酸性高锰酸钾氧化。措施：加入一种试剂保护酚羟基不被氧化，我们选用的是碘甲烷。【讲解】官能团的保护1、官能团的保护含有多个官能团的有机物在进行反应时，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。2、常见官能团的保护(1)酚羟基的保护因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH转变为—ONa保护起来，待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。(2)碳碳双键的保护碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。例如，已知烯烃中在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：（3）醛基的保护醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为(4)-OH(醇)的保护(5)通过某种化学途径增加官能团的个数CH3CH2OHeq\o(→,\s\up8(消去))CH2=CH2eq\o(→,\s\up8(加成))Cl—CH2—CH2—Cleq\o(→,\s\up8(水解))HOCH2—CH2OH。(6)通过不同的反应，改变官能团的位置[备注]1、官能团的保护在有机合成中，当某步反应发生时，原有需要保留的官能团可能也发生反应，从而达不到预期的合成目标，因此必须采取措施，保护官能团，待反应完成后再复原，通常有碳碳双键、羟基、羰基或醛基和氨基等需保护。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。任务四：知识建构【检测反馈】由乙醇制乙二酸乙二酯最简便的流程途径顺序正确的是取代反应加成反应氧化反应还原反应消去反应酯化反应水解反应A. B. C. D.【答案】B【解析】欲合成乙二酸乙二酯则需要合成乙二酸，合成乙二酸则需要合成乙二醛，合成乙二醛则需要合成乙二醇，合成乙二醇则需要合成1，二卤乙烷，所以对应的合成路线为：乙醇乙烯，二溴乙烷乙二醇乙二醛乙二酸乙二酸乙二酯，所以对应的反应类型为消去反应、加成反应、水解反应或取代反应、氧化反应、酯化反应或取代反应，故B正确。

故选B。有机物甲的结构简式为：，它可以通过下列路线合成分离方法和其他产物已经略去：下列说法不正确的是A.甲可以发生取代反应、加成反应和缩聚反应

B.步骤I的反应方程式是：

C.步骤IV的反应类型是取代反应

D.步骤I和IV在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化【答案】B【解析】A.甲分子中含有氨基、羧基和苯环，可以发生取代反应、加成反应和缩聚反应，故A正确；

B.步骤I是取代反应，反应方程式是：，故B错误；

C.步骤IV的反应是肽键水解，所以反应类型是取代反应，故C正确；

D.氨基易被氧化，所以步骤I和IV在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化，故D正确；

故选B。

已知酸性：，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是A.与稀共热后，加入足量NaOH溶液

B.与稀共热后，加入足量溶液

C.与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量

D.与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量【答案】D【解析】先在氢氧化钠溶液中水解，转化为，因为酸性，故再通入足量转变为。

故选D。铑的配合物离子可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。下列叙述错误的是

A.是反应中间体

B.甲醇羰基化反应为

C.反应过程中Rh的成键数目保持不变

D.存在反应【答案】C【解析】A.由物质转化流程可知，是反应的中间产物，是反应的中间体，故A正确；B.根据物质的进出转化，反应物是甲醇和一氧化碳，产物是，故B正确；C.反应开始时，配合物离子中Rh的成键数目是4，反应过程中成键数有6和5，故C错误；D.根据反应开始时，甲醇先与HI反应转化为；即存在反应：，故D正确；故选C。柠檬醛的结构简式如图所示，主要用作柠檬和什锦水果型香精，也是合成紫罗兰酮的主要原料。柠檬醛中官能团的名称是_______________柠檬醛不能发生的反应类型为_____________填字母A.酯化反应

加成反应

氧化反应

消去反应香叶醇经催化氧化可制得柠檬醛，则香叶醇的结构简式为_____________双羟基香茅酸也是一种重要的香料，可由柠檬醛合成，合成路线如下：双羟基香茅酸的分子式为________，写出的化学方程式______________________【答案】

碳碳双键；醛基

；【解析】柠檬醛中官能团的名称是：碳碳双键；醛基，

故答案为；碳碳双键；醛基；

柠檬醛分子中含有1个醛基、2个碳碳双键，可以发生加成反应、氧化反应，不能发生酯化反应和消去反应，

故答案为：AD；

香叶醇经催化氧化可制得柠檬醛，则柠檬醛与氢气发生还原反应即可得到香叶醇，所以香叶醇的结构简式为：，

故答案为：；

根据双羟基香茅酸的结构简式，可知其分子式为：，柠檬醛与HBr发生加成反应生成A，发生卤代烃的水解反应引入羟基，B中醛基氧化生成羧基得到双羟基香茅酸，的化学方程式为：。

故答案为：；。【教学反思】本节课的学习主要目标是掌握有机合成的主要任务，掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法，培养学生宏观辨识与变化观念的科学素养。结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，培养“证据推理与变化观念”的核心素养。第三章烃的衍生物第五节有机合成第2课时有机合成路线的设计与实施【教材分析】在前三节中，教科书以乙醇、苯酚、乙醛、乙酸、乙酸乙酯为例，介绍了醇、酚、醛、羧酸、酯等含氧衍生物的结构特点、物理性质、化学性质以及用途等方面的知识。有机合成是本章的最后一节，通过复习再现、资料给予、课件激发、课题探究等形式，分析有机合成过程，复习各类有机物的结构、性质、反应类型、相互转化关系。教学时通过典型例题的分析，使学生认识到合成的有机物与人们生活的密切关系，对学生渗透热爱化学、热爱科学的教育;通过有机物逆合成法的推理，培养学生逻辑思维能力以及信息的迁移能力。【教学目标与核心素养】课程目标学科素养在掌握各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上，初步学会设计合理的有机合成路线。理解有机合成遵循的基本规律，初步学会使用逆合成法设计有机合成路线。科学探究与创新意识：在掌握各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上，初步学会设计合理的有机合成路线模型认知与科学探究：理解有机合成遵循的基本规律，初步学会使用逆合成法设计有机合成路线科学探究与社会责任：体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。【教学重难点】教学重点：逆合成分析，简单有机合成路线的设计教学难点：逆合成分析，简单有机合成路线的设计【课前准备】讲义教具【教学过程】【新课导入】有机合成的发展史随着新的有机反应、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)20世纪初，维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，罗宾逊仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。(2)20世纪中后期，伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B12等一系列结构复杂的天然产物，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展。(3)科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机来辅助设计合成路线。让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段。有机合成的发展,使人们不仅能通过人工手段合成原本只能从生物体内分离、提取的天然产物，还可以根据实际需要设计合成具有特定结构和性能的新物质，为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础，有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步。【过渡】有机合成路线的确定，需要在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，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。为了达到以上目的，可以从简单、易得的原料出发比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团等方面的异同，再有目的地选择每一步的转化反应任务一：从原料出发设计合成路线的方法[思考与讨论]（1）人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方法生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，并以图3-28的形式呈现，分析该合成过程中官能团的变化。（2）目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和(1）中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。[小结]从原料出发设计合成路线的方法(正向设计图示)【讲解】[思考与讨论](1)方法1:0.7x0.7x0.7=0.343方法2：0.7(2)中的合成路线更优。[小结]从原料出发设计合成路线的方法基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。正向设计图示任务二：逆合成分析逆合成的基本思路逆合成的目的逆合成步骤的表示以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。逆合成的合成路线设计【讲解】逆合成基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键逆合成的目的是得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物，接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来，依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。可以用符号“”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。任务三：设计合成路线的基本原则[思考与讨论]在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。请比较该方法与以上合成乙二酸二乙酯中的2、3两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。[小结]依据以上所学，总结设计合成路线的基本原则【讲解】[思考与讨论]该合成方法步骤较少，副反应少，反应产率高；污染排放少；[小结]设计合成路线的基本原则(1)步骤较少，副反应少，反应产率高；(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；(4)污染排放少；(5)在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。【讲解】逆合成分析法是在设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。解答有机合成题时，首先要正确判断合成的有机物属于哪一类有机物，带有何种官能团，然后结合学过的知识或题给信息，寻找官能团的引入、转化、保护或消去的方法，找出合成目标有机物的关键点。解答这类题时，常用的典型信息有结构信息——碳骨架、官能团等。组成信息——相对分子质量、组成基团、元素质量分数等。反应信息——官能团间的转化关系、结构的转化关系等。【知识拓展】常见有机物合成路线设计(1)一元合成路线：R—CH=CH2eq\o(→,\s\up8(HX),\s\do7())卤代烃eq\o(→,\s\up8(NaOH水溶液),\s\do7(△))一元醇eq\o(→,\s\up8([O]))一元醛eq\o(→,\s\up8([O]))一元羧酸→酯。(2)二元合成路线：CH2=CH2eq\o(→,\s\up8(X2))CH2X—CH2Xeq\o(→,\s\up8(NaOH水溶液),\s\do7(△))CH2OH—CH2OHeq\o(→,\s\up8([O]))CHO—CHOeq\o(→,\s\up8([O]))HOOC—COOH→链酯、环酯、聚酯。(3)芳香族化合物合成路线【学生活动】如何利用乙烯合成乙酸乙酯？[回答]任务四：知识建构【检测反馈】扎来普隆是一种短期治疗失眠症的药物，其合成路线如下：

回答下列问题：中的官能团名称是________________。所需的试剂和条件分别为______________________________。、的反应类型依次为_______________、_______________。扎来普隆的分子式为_______________________。的化学方程式为______________________________________。属于芳香化合物，且含有硝基，并能发生银镜反应的B的同分异构体有________种不考虑立体异构，其中核磁共振氢谱有4组峰的结构简式有_____。已知：有碱性且易被氧化。设计由和乙醇制备的合成路线无机试剂任选。________【答案】羰基或酮基

浓硝酸、浓硫酸、加热

还原反应；取代反应

；、

【解析】由结构可知，A中含有的官能团为：羰基或酮基，故答案为：羰基或酮基；

对比A、B的结构可知，A发生硝化反应生成B，需要条件为：浓硝酸、浓硫酸、加热，

故答案为：浓硝酸、浓硫酸、加热；

是硝基转化为氨基，组成上去氧加氢，属于还原反应；是氢原子被乙基替代，属于取代反应，

故答案为：还原反应；取代反应；

扎来普隆的分子含有17个C原子、15个H原子、1个O原子、5个N原子，其分子式为：，

故答案为：；

是氨基中氢原子被替代，同时有乙酸生成，反应方程式为：，

故答案为：；

的同分异构体属于芳香化合物，且含有硝基，并能发生银镜反应，苯环有1个侧链为，可以有2个侧链为、或者、，均有邻、间、对3种位置结构，可以有3个侧链为：、、，共有10种位置结构，故符合条件的共有种，其中核磁共振氢谱有4组峰的结构简式为：、，

故答案为：17；、；

甲基用酸性高锰酸钾溶液氧化引入羧基，硝基用还原引入氨基，羧基与乙醇发生酯化反应引入酯基，由于氨基易被氧化且能与羧基反应，应先氧化，再发生酯化反应，最后再还原，合成路线流程图为：，

故答案为：。异戊二烯是重要的有机化工原料，其结构简式为。完成下列填空：化合物X与异戊二烯具有相同的分子式，与反应后得到甲基，1，2，四溴丁烷。X的结构简式为_______________。异戊二烯的一种制备方法如下图所示：

A能发生的反应有________________________填反应类型。B的结构简式为____________________________。设计一条由异戊二烯制得有机合成中间体的合成路线。合成路线常用的表示方式为：目标产物【答案】

加成还原、氧化、聚合、取代、消除反应；

合理即可

【解析】已知化合物X与异戊二烯具有相同的分子式，则其分子式为，不饱和度为2。X与反应后得到甲基，1，2，四溴丁烷，则X分子中含有碳碳三键，结合甲基，1，2，四溴丁烷的结构简式：可知，X的结构简式为：。

由A的结构简式可知：A中存在碳碳三键，能发生加成还原反应，能被酸性溶液氧化而发生氧化反应，能发生聚合反应加聚反应；A中含有羟基，能发生取代酯化反应；与羟基相邻的碳上含有氢原子，能发生消去反应，故答案为：加成还原、氧化、聚合、取代、消除反应；对比A与异戊二烯的结构简式可知，A先与发生加成反应生成B，B再发生消除反应脱水得到异戊二烯，故B的结构简式为：。

由异戊二烯制得有机合成中间体的合成思路如下：

在一定条件下与HCl发生加成反应生成；在、加热的条件下发生取代反应生成；最后在催化剂的作用下与发生加成反应即可生成，具体合成路线如下：

。呋喃酚是克百威、好安威、嚯线威等大吨位氨基甲酸酯农药合成的关键中间体。它的一条合成路线如下。根据已知条件回答下列问题：已知：的结构简式为________。反应的反应类型为________，的反应类型为________。写出反应第1步的化学方程式________。呋喃酚中官能团名称是________，核磁共振氢谱图上有________个峰。以和1，丁二烯为原为，设计的合成路线________无机试剂任选。【答案】；

加成反应；取代反应；

；

酚羟基和醚键；6；

。【解析】与邻氯苯酚反应，生成，则的结构简式为；

反应利用碳碳双键和羟基发生加成反应生成，为羟基取代氯原子，属于取代反应；

写出反应第1步的化学方程式为：；

根据呋喃酚的结构简式可知，官能团名称是酚羟基和醚键；核磁共振氢谱图上有6个峰；

，丁二烯首先与HCl发生1，加成，生成，然后再与邻氯苯酚发生取代反应生成，加热后转化为，最后生成，则合成路线为：。近来有报道，碘代化合物E与化合物H在催化下可以发生偶联反应，合成一种多官能团的化合物Y，其合成路线如下：已知：回答下列问题：的化学名称是________。为单氯代烃，由B生成C的化学方程式为__________________________。由A生成B、G生成H的反应类型分别是________、___