人教版选择性必修3第三章第五节有机合成学案

('第五节有机合成学习目标1.通过学习碳骨架的构建、官能团的转化,体会有机合成基本任务,掌握有机化合物碳骨架的构建,官能团引入、转化或消除的方法。2.通过学习烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯之间的转化,构建官能团转化与衍变,能利用模型进行有机合成和推断。3.通过学习构建碳骨架的方法和引入官能团的方法及有机化合物官能团之间的相互转化,掌握有机合成的途径和条件的合理选择,以及逆合成分析法。学习任务1确定有机合成的主要任务1.有机合成有机合成指利用相对简单易得的原料,通过有机化学反应,生成具有特定结构和性质的有机化合物的过程方法。2.有机合成的主要任务对照下列有机合成的原料分子和目标分子,仿照示例写出下列有机合成的主要任务。序号原料分子目标分子主要任务示例CH2CH2CH3COOH改变官能团种类(1)CH3CH2OH改变官能团数目(2)碳链转变为碳环(3)CH3CH2CH2Br改变官能团的位置(4)CH3CHCH2CH3CH2CH2COOH改变官能团的种类和碳原子数目探究有机合成中的碳链变化和官能团衍变有机合成是指利用化学方法将单质、简单的无机物或简单的有机化合物制成比较复杂的有机化合物的过程。例如从氢气和二氧化碳制成甲醇;从乙炔制成氯乙烯,再经聚合而得到聚氯乙烯树脂;从苯酚经一系列反应制得己二酸和己二胺,两者再缩合成聚酰胺66纤维。目前大多数的有机化合物如树脂、橡胶、纤维、染料、药物、燃料、香料等都可通过有机合成制得。某科学探究小组欲以CH3—CHCH2为原料合成CH3—CH2—CHO。问题1:能够转化成CH3—CH2—CHO的物质有哪些?提示:CH3—CH2—CH2OH在催化剂条件下可以被氧化为CH3—CH2—CHO。问题2:从CH3—CHCH2开始有哪些方法可以得到CH3—CH2—CH2OH?提示:可以用H2O与CH3—CHCH2通过加成反应制得CH3—CH2—CH2OH;也可以用HX与CH3—CHCH2通过加成反应得到CH3—CH2—CH2X,再在碱溶液、加热条件下水解得到CH3—CH2—CH2OH。有机合成中的碳链变化和官能团衍变1.有机合成中常见的碳链变化碳链变化反应方式碳链增长不饱和有机化合物之间的加成反应或相互加成反应卤代烃与氰化钠或炔钠的反应醛、酮与HCN的加成反应等羟醛缩合碳链缩短烯、炔的氧化反应烷的裂解脱羧反应芳香烃侧链的氧化成环二烯烃成环反应(第尔斯-阿尔德反应)形成环酯形成环醚开环环酯水解开环环烯烃氧化开环2.常见官能团引入(或转化)的方法引入的官能团反应类型碳碳双键卤代烃的消去反应醇的消去反应炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应碳卤键不饱和烃与卤素单质(或卤化氢)的加成反应烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应醇与氢卤酸的取代反应羟基卤代烃的水解反应醛、酮与H2的加成反应酯的水解反应羧基醛的氧化苯的同系物的氧化(酸性高锰酸钾溶液)酯的水解(酸性条件)3.有机物分子中官能团的消除(1)消除不饱和双键或三键,可通过加成反应。(2)经过酯化、氧化、与氢卤酸取代、消去等反应,都可以消除—OH。(3)通过加成、氧化反应可消除—CHO。(4)通过水解反应可消除酯基。1.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(C)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Y解析:实现此过程,反应1为环戊烷与卤素单质发生取代反应,反应2为卤代环戊烷与NaOH的水溶液发生取代反应生成醇,反应3为醇的催化氧化,A、B正确,C错误;酮可通过催化加氢变成相应的醇,D正确。2.(2022·湖南株洲期末)由p(丙烯)制备化合物r(丙烯酸甲酯)的流程如图:下列说法正确的是(C)A.只有p能发生加聚反应B.p、q分子中所有原子均可能处于同一平面C.可用NaHCO3溶液鉴别q和rD.与r含有相同官能团的同分异构体有2种解析:p、q、r的分子结构中均含有碳碳双键,均可发生加聚反应,故A错误;p的分子结构中存在一个甲基,甲基中的碳原子形成了键角约为109°28′的四条共价键,因此,甲基中的所有原子一定不能共平面,所以p分子中所有原子一定不能共平面,q分子中所有原子可能共平面,故B错误;q中含有羧基,能与NaHCO3溶液反应,r中含有酯基,不能与NaHCO3溶液反应,故C正确;r为丙烯酸甲酯,含有碳碳双键和酯基,与r含有相同官能团的同分异构体有HCOOCHCHCH3、HCOOC(CH3)CH2、HCOOCH2CHCH2、CH3COOCHCH2,共4种,故D错误。3.已知:+,如果通过一步反应合成,所用的原料可以是(A)①1,3-丁二烯和2-丁炔②1,3-戊二烯和2-丁炔③2,3-二甲基-1,3-丁二烯和乙炔④2,4-己二烯和乙炔A.①③B.①④C.②③D.①②解析:如果通过一步反应合成,根据已知反应中化学键变化可推测出反应物,+,即1,3-丁二烯和2-丁炔,或+,即2,3-二甲基-1,3-丁二烯和乙炔,A正确。学习任务2探究有机合成路线的设计与实施1.基本思路(1)从原料出发分析合成路线。微点拨:有机合成的基础原料通常采用四个碳原子以下的单官能团化合物和单取代苯,如乙烯、丙烯、甲苯等。(2)逆合成分析。2.基本原则(1)原料要价廉、易得、低毒、低污染。(2)尽量选择步骤最少的合成路线,使得反应过程中副反应少、产率高。(3)符合“绿色化学”的要求,操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少,尽量实现零排放。(4)按照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。在引入官能团的过程中,要注意先后顺序,以及对先引入的官能团的保护。3.用逆合成分析法分析乙二酸二乙酯的合成合成步骤(用化学方程式表示):①CH2CH2+H2OCH3CH2OH。②CH2CH2+Cl2。③+2NaOH+2NaCl。④+2O2+2H2O。⑤+2CH3CH2OH+2H2O。探究逆合成路线的设计逆合成分析法是有机合成路线设计的最基本、最常用的方法。逆合成分析法是一种可逆向的逻辑思维方法,从剖析目标分子的化学结构入手,根据分子中各原子间连接方式(化学键)的特征,综合运用有机化学反应方法和反应机制的知识,选择合适的化学键进行切断,将目标分子转化成一些稍小的中间体;再以这些中间体作为新的目标分子,将其切断成更小的中间体;依次类推,直到找到可以方便购得的基础原料为止。是从合成产物的分子结构入手,采用“切断一种化学键”分析法,来得到所需合成原料(合成子)的方法。已知:问题1:以乙烯为原料,从目标产物的碳骨架看,要得到CH3CH2CH2CH2OH,需要先合成哪种物质?提示:CH3CH2CH2CH2OH有四个碳原子,而原料分子只有两个碳原子,由已知信息,可以先制得乙醛(乙烯乙醇乙醛),然后通过已知中的反应生成含有4个碳原子的碳链。问题2:在已完成目标产物的碳骨架的基础上,如何完成官能团的转化?提示:根据已知信息,在制得乙醛的基础上可以合成,然后通过消去反应,得到CH3—CHCH—CHO,再用氢气还原得到目标产物CH3CH2CH2CH2OH。有机合成线路的设计1.常见的有机物转化路线(1)烃、卤代烃、烃的含氧衍生物之间的转化关系。烃R—H卤代烃R—X醇类R—OH醛类R—CHO羧酸R—COOH酯类RCOOR′(2)一元合成路线。R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯(3)二元合成路线。CH2CH2CH2X—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯(4)芳香化合物合成路线。①②2.有机合成中常见官能团的保护在有机合成中有时只想完成对某个目标官能团进行转化,但是加入试剂以及反应条件会影响其他官能团,此时就需要采用先保护后恢复的方法。(1)酚羟基的保护:酚羟基易被氧气、臭氧、过氧化氢、酸性高锰酸钾溶液氧化。用氢氧化钠溶液先转化为酚钠,后酸化恢复为酚。(2)氨基的保护:氨基易被氧气、臭氧、过氧化氢、酸性高锰酸钾溶液氧化。先用盐酸转化为铵盐,后加氢氧化钠溶液重新转化为氨基。(3)碳碳双键的保护:碳碳双键易与卤素单质加成,易被氧气、臭氧、过氧化氢、酸性高锰酸钾溶液氧化。可先与氯化氢通过加成反应转化为氯代物,后用氢氧化钠醇溶液通过消去反应恢复为碳碳双键。(4)醛基的保护:醛基也是容易被氧化剂氧化,可以先还原为醇,再氧化为醛。1.以2-溴丙烷为原料制取1,2-丙二醇,需要经过的反应是(B)A.加成反应—消去反应—取代反应B.消去反应—加成反应—取代反应C.消去反应—取代反应—加成反应D.取代反应—消去反应—加成反应解析:要制取1,2-丙二醇,则需要1,2-二溴丙烷通过水解反应得到;而丙烯与溴发生加成反应得到1,2-二溴丙烷;2-溴丙烷通过消去反应即可得到丙烯,故选B。2.以环己醇为原料有如下合成路线:BC则下列说法正确的是(D)A.反应①的反应条件是NaOH溶液、加热B.反应②的反应类型是取代反应C.环己醇属于芳香醇D.反应②中需加入溴水解析:此题可以应用逆推法。由产物的结构和反应③的条件知C应为二元卤代烃,则反应①应该是醇的消去反应,反应条件为浓硫酸、加热;反应②应该是烯烃的加成反应;环己醇中不含苯环,不属于芳香醇,故D正确。3.根据某有机合成的片段:A写出以C2H5OH为原料合成乳酸()的路线(其他试剂任选):。解析:由题干有机合成的片段知A为,由此逆推可得CH3CHOCH3CH2OH,再由乙醇开始可写出合成乳酸的合成路线。答案:CH3CH2OHCH3CHO【知识整合】1.有机合成过程的3个任务(1)构建碳骨架。(2)官能团引入或消除。(3)官能团的转化。2.有机合成的2条常见路线(1)。(2)CH2CH2CH2X—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯。【易错提醒】1.误认为CH2CH—CHO转化为CH2Br—CHBr—CHO时,可以用溴水直接加成。其实不然,因为溴水也可以氧化醛基,可以用溴的四氯化碳溶液,避免醛基被氧化。2.误认为酯在酸、碱性条件下都可以发生水解,其水解反应的化学方程式相同。其实不然,在碱性条件下,生成羧酸盐与醇,但在酸性条件下得到羧酸与醇。3.误认为甲烷、苯都能与溴蒸气在光照条件下发生取代反应生成溴代甲烷、溴苯。其实不然,甲烷与溴蒸气在光照条件下发生取代反应,但苯只能与液溴在FeBr3作催化剂的条件下反应生成溴苯。',)