1、第四节有机合成第1课时有机合成官能团的引入与转化学习目标1.了解有机合成的概念、任务、过程、原则。2.学会官能团引入、消除和保护的方法。一、有机合成的概念、任务、过程、原则1有机合成的概念有机合成指利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。2有机合成的任务通过有机反应构建目标化合物分子骨架和官能团的转化。3有机合成的过程4对照下列有机合成的原料分子和目标分子，仿照示例给出下列有机合成的主要任务。原料分子目标分子主要任务示例CH2=CH2CH3COOH改变官能团种类(1)CH3CH2OH(2)CHCH(3)CH3CH2CH2Br(4)CH3CH=CH2CH3CH2C
2、H2COOH提示(1)增加官能团数目(2)改变碳架结构和官能团种类(3)改变官能团位置(4)改变碳架结构和官能团种类练中感悟1已知苯与一卤代烷在催化剂作用下发生反应生成苯的同系物：CH3XHX。在催化剂存在的条件下，应选择苯和下列哪组物质为原料合成乙苯()ACH3CH3和Cl2 BCH2=CH2和Cl2CCH2=CH2和HCl DCH3CH3和HCl答案C解析根据题给信息，合成乙苯应该选择的原料是苯和氯乙烷。乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，生成一氯乙烷、二氯乙烷等多种取代产物，既难得到纯净的乙苯，又浪费了原料，A项错误；乙烯与氯气反应生成1,2-二氯乙烷，与苯反应不能得到乙苯(产物比较复杂
3、)，B项错误；乙烯与氯化氢反应生成一氯乙烷，它与苯反应只能生成乙苯和氯化氢，合成过程中，氯化氢可以循环使用，C项正确；乙烷与氯化氢不反应，得不到氯乙烷，D项错误。2绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷()的反应中，原子利用率最高的是()ACH2=CH2(过氧乙酸)CH3COOHBCH2=CH2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2OC2CH2=CH2O2DHOCH2CH2OCH2CH2OH2H2O答案C解析A中存在副产品CH3COOH，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；B中存在副产品CaCl2和H2O，反应物没有全部转
4、化为目标产物，原子利用率较低；C中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为100%，原子利用率最高；D中存在副产品HOCH2CH2OCH2CH2OH和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低。3根据如图所示的合成路线，其中反应类型判断正确的是()AAB的反应属于加成反应BBC的反应属于酯化反应CCD的反应属于消去反应DDE的反应属于加成反应答案A解析有机物A中含有碳碳双键，与氢气发生加成反应生成有机物B，A项正确；有机物B与氯化氢发生加成反应生成有机物C，B项错误；有机物C中含有羟基，与氯化氢发生取代反应生成有机物D()，C项错误；有机物D中的2个Cl被2个CN取代生成有机物E，D项
5、错误。有机合成的原则(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，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。二、有机合成中官能团的衍变1有机物分子中官能团的引入(1)引入碳碳双键的方法有哪些？举例说明。提示醇的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2OHCH2=CH2H2O卤代烃的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2BrNaOHCH2=CH2NaBrH2O炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质加成(控制物质的量)可
6、得到碳碳双键。例如：CHCHHClCH2=CHCl(2)引入卤素原子的方法有哪些？举例说明。提示烃与卤素单质的取代反应。例如：CH3CH3Cl2HClCH3CH2Cl(还有其他的氯代烃)Br2HBrCl2HCl(还有其他的氯代苯甲烷)CH2=CHCH3Cl2CH2=CHCH2ClHCl不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。例如：CH2=CHCH3Br2CH2BrCHBrCH3CH2=CHCH3HBrCH3CHBrCH3(或BrCH2CH2CH3)CHCHHClCH2=CHCl醇与氢卤酸的取代反应。例如：ROHHXRXH2O(3)引入羟基的方法有哪些？举例说明。提示醇羟基的引入：烯烃水化生成醇。
7、例如：CH2=CH2H2OCH3CH2OH卤代烃在强碱性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2BrNaOHCH3CH2OHNaBr醛或酮与氢气加成生成醇。例如：CH3CHOH2CH3CH2OHCH3COCH3H2酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3H2OCH3COOHCH3CH2OH酚羟基的引入：酚钠盐溶液中通入CO2生成苯酚。例如：CO2H2ONaHCO3苯的卤代物水解生成苯酚，例如：H2OHCl2有机物分子中官能团的消除官能团消除反应类型双键或三键加成反应OH酯化、氧化、取代、消去反应CHO加成、氧化水解深度思考1下列有机合成中步骤的目的是什么？提示保护酚羟基不被氧化。2有机合成的设
8、计流程中有如下环节，其目的是什么？提示保护羰基不被反应。练中感悟1可在有机物中引入羟基的反应类型是()取代加成消去酯化还原A B C D答案B解析卤代烃或酯的水解(取代)，烯烃与H2O(加成)，醛或酮与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。2依照案例，将下列有机物间能实现一步转化的用“”连接，并写上所需的反应物及条件。答案3根据如下的转化关系，写出物质A、B、C、D的结构简式。ABCD(-溴代肉桂醛)答案课时对点练题组一有机合成中反应类型的判断1有机物可经过多步反应转变为，其各步反应的类型是()A加成消去脱
9、水B消去加成消去C加成消去加成D取代消去加成答案B解析。2已知：乙醇可被强氧化剂氧化为乙酸。BrCH2CH=CHCH2Br可经三步反应制取HOOCCH(Cl)CH2COOH，发生反应的类型依次是()A水解、加成、氧化 B加成、水解、氧化C水解、氧化、加成 D加成、氧化、水解答案A解析BrCH2CH=CHCH2Br可经三步反应制取HOOCCH(Cl)CH2COOH，BrCH2CH=CHCH2BrHOCH2CH=CHCH2OH，为水解反应；HOCH2CH=CHCH2OHHOCH2CH(Cl)CH2CH2OH，为加成反应；HOCH2CH(Cl)CH2CH2OHHOOCCH(Cl)CH2COOH，为氧
10、化反应，所以发生反应的类型依次是水解反应、加成反应、氧化反应。3有下述有机反应类型：消去反应，水解反应，加聚反应，加成反应，还原反应，氧化反应。以丙醛为原料制取1,2-丙二醇，所需进行的反应类型依次是()A BC D答案B解析合成过程为CH3CH2CHOCH3CH2CH2OHCH3CH=CH2。4由乙醇制取乙二酸二乙酯时，最简便的流程需要下列哪些反应，其正确的顺序是()取代加成氧化还原消去酯化中和A BC D答案B解析第一步乙醇(浓硫酸，170 )生成乙烯；第二步乙烯与溴水发生加成反应生成1,2-二溴乙烷；第三步1,2-二溴乙烷和NaOH在水中反应生成乙二醇；第四步乙二醇被氧气连续氧化成乙二酸
11、；第五步乙二酸与乙醇酯化生成乙二酸二乙酯，顺序为，答案选B。5以1-丙醇制取，最简便的流程需要下列反应的顺序是()a氧化b还原c取代d加成e消去f中和g加聚h酯化Ab、d、f、g、h Be、d、c、a、hCa、e、d、c、h Db、a、e、c、f答案B解析CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH。6制备异戊二烯的流程如图所示。下列说法错误的是()丙异戊二烯甲 乙A甲中只有1种化学环境的氢原子B乙能发生加成反应、取代反应、消去反应C丙的官能团有碳碳双键和羟基D上述三步反应分别为取代反应、加成反应和消去反应答案D解析甲中只有1种化学环境的氢原子，A项
12、正确；乙中含有碳碳三键，可发生加成反应，含有羟基，且羟基所连碳原子的邻位碳原子上有氢原子，可发生取代、消去反应，B项正确；由转化关系可知，乙发生加成反应生成丙，丙中含有碳碳双键和羟基，C项正确；反应属于加成反应，属于消去反应，D项错误。题组二有机物分子中官能团的引入、消除与保护7下列有关说法错误的是()A通过还原反应可以消去醛基B消去反应不能改变官能团的种类C酯的水解可以产生羧基D通过取代反应可以引入卤素原子答案B8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()A乙烯乙二醇：CH2=CH2B溴乙烷乙醇：CH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2OHC1-溴
13、丁烷1-丁炔：CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH=CH2CH3CH2CCHD乙烯乙炔：CH2=CH2CHCH答案B解析B项，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，且由溴乙烷乙烯为消去反应。9对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成，已知苯环上的硝基可被还原为氨基，产物苯胺的还原性强，易被氧化，则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是( )A甲苯XY对氨基苯甲酸B甲苯XY对氨基苯甲酸C甲苯XY对氨基苯甲酸D甲苯XY对氨基苯甲酸答案A解析由甲苯制取产物时，需发生硝化反应引入硝基，再还原硝基得到氨基，将甲基氧化才能得到羧基；但氨基易被氧化，故甲基氧化为羧基应在硝基被还原前，否则生成
14、的氨基也被氧化，故先将甲基氧化为羧基，再将硝基还原为氨基，故A正确，D错误。另外还要注意，CH3为邻、对位取代定位基，而COOH为间位取代定位基，所以B错误。10工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯，如图，反应是其合成过程，其中部分反应条件及反应物或生成物未注明。A回答下列问题：(1)有机物A的结构简式为_，名称为_。(2)反应的化学方程式是_。(3)试剂X可以是_。(4)合成路线中设计和两步反应的目的是_。(5)反应的化学方程式是_。(6)的同分异构体中，既能与NaHCO3发生反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有_种，其中核磁共振氢谱为5组峰，且峰面积之比为22211的为_(写结构简式)
15、。答案(1)对氯甲苯(2)Cl2HCl(3)酸性KMnO4溶液(4)保护酚羟基，防止其被氧化(5)C2H5OHH2O(6)13解析(1)反应是甲苯与Cl2在FeCl3作催化剂的条件下发生苯环上的取代反应，从反应的产物可知，反应是卤代烃的水解反应，可推出有机物A为。(3)比较和可知，反应是将苯环上的甲基氧化成羧基，所以试剂X可以为酸性KMnO4溶液。(4)反应是将酚羟基转化为甲氧基，反应是将甲氧基又变为酚羟基，由反应是氧化反应知，反应和的目的是保护酚羟基，防止其被氧化。(5)反应是对羟基苯甲酸与乙醇的酯化反应。(6)的同分异构体既能与NaHCO3发生反应，说明有羧基，又能与FeCl3溶液发生显色
16、反应，说明有酚羟基，则其同分异构体可由和CH2COOH两部分组成，也可由、COOH、CH3三部分组成，若由和CH2COOH两部分组成，则两个取代基在苯环上有邻、间、对三种位置关系；若由、COOH、CH3三部分组成，根据“定二移一”原则，在的苯环上分别加上CH3均有4种结构；在的苯环上加上CH3有2种结构，所以共有13种同分异构体。其中核磁共振氢谱为5组峰，说明应有5种不同化学环境的氢原子，且峰面积之比为22211，则其结构简式为。11用甲苯生产一种常用的化妆品防霉剂，其生产过程如图所示(反应条件没有全部注明)。AB回答下列问题：(1)有机物A的结构简式为_。(2)在合成路线中，设计第步反应的目
17、的是_。(3)写出反应的化学方程式：_。(4)请写出由生成C7H5O3Na的化学方程式：_。(5)下列有关说法正确的有_(填字母)。莽草酸对羟基苯甲酸a莽草酸、对羟基苯甲酸都属于芳香化合物b1 mol莽草酸与NaOH溶液反应，最多消耗4 mol NaOHc二者均可以发生酯化、加成等反应d利用FeCl3溶液可区别莽草酸和对羟基苯甲酸(6)写出同时符合下列要求的的所有同分异构体的结构简式：_。a含苯环b可与FeCl3溶液发生显色反应c一氯代物有两种d能发生银镜反应，不能发生水解反应答案(1)(2)保护酚羟基，防止其被氧化(3)C2H5OHH2O(4)NaHCO3H2OCO2(5)cd(6)12亮菌
18、甲素(F)用于治疗急性胆道感染。其早期的合成路线如下：已知：(1)亮菌甲素中的含氧官能团除了羟基外，还有_、_。(2)C的结构简式为_，设计步骤和的目的是_。(3)EF的反应类型为_。(4)写出满足下列条件的F的一种同分异构体的结构简式：_。1 mol F与足量银氨溶液反应，最多可生成8 mol Ag；能发生水解反应，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应；分子中只有4种不同化学环境的氢原子。(5)请结合题给信息，以和CH3CH2OH为原料制备，写出相应的合成路线流程图(无机试剂任选)。答案(1)酯基羰基(2)保护酚羟基(3)取代反应(4)(或)(5)解析 (1)亮菌甲素中的含氧官能团除
19、了羟基外，还有酯基、羰基。(2)对比B、E的结构简式，结合C、D的分子式，可知B的酚羟基中H原子被甲基取代得到C，C中COOCH3转化为CH2OH生成D，D中OCH3转化为OH生成E，故C的结构简式为，步骤和的目的是保护酚羟基。(3)对比E、F的结构简式，E中苯环上的碳原子连接中碳碳双键中的不饱和碳原子，酚羟基中的O原子连接中酯基上的碳原子，同时生成CH3CH2OH、CH3OH，故EF的反应类型为取代反应。(4)F的一种同分异构体满足：1 mol F与足量银氨溶液反应，最多可生成8 mol Ag，分子中含有4个CHO；能发生水解反应，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应，说明含有苯环，且苯环上含有OOC结构；分子中只有4种不同化学环境的氢原子，属于对称结构，苯环上的取代基为3个CHO、1个OOCH、2个CH3，符合条件的同分异构体有
