1、-1- 第五节第五节 有机合成有机合成 -2- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 素 养 目 标 1.通过分析常见有机化合物的化学性质,从不同角度对有机化合 物的转化关系进行分析和推断;能根据有机化合物的官能团的转 化等分析有机化合物合成的合理性,形成宏观辨识与微观探析的 学科素养。 2.通过有机合成中原料的选择,使学生知道“绿色合成”思想是优 选合成路线的重要原则,关注有机化合物的安全生产,培养学生科 学的价值观,形成科学态度与社会责任的学科素养。 3.通过有机化合物合成路线的分析,形成正向、逆向合成法的思 维模型,并能在有机合成中进行应用,形成证据推理与模型认知的 学科素养
2、。 -3- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 1.有机反应的类型有取代反应、加成反应、消去反应、酯化反应、 水解反应、氧化反应、还原反应、加聚反应等。 2.在有机化合物中引入碳卤键的反应有烷烃与X2的取代反应、 烯烃和炔烃与X2或HX的加成反应、芳香烃与X2的取代反应、 醇与HX的取代反应等。 -4- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 3.在下列常见官能团的转化关系中填写必要的反应物: -5- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必
3、备知识 正误判断 一、有机合成的主要任务 -6- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 1.构建碳骨架 -7- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 写出有关化学方程式或转化流程: (1)碳链增长 乙炔与HCN加成后再水解: 加成:CHCH+HCNCH2CHCN; 水解:CH2CHCNCH2CHCOOH。 -8- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 丙酮与HCN反应,再还原: 加成:+HCN; 催化加氢还原:+2H2。
4、-9- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 乙醛的羟醛缩合反应: CH3CHO+CH3CHOCH3CH CHCHO+H2O。 -10- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 (2)碳链缩短 2-甲基-2-丁烯与酸性高锰酸钾溶液反应: CH3COOH+。 乙苯与酸性高锰酸钾溶液反应: 。 (3)成环反应 1,3-丁二烯与丙烯酸反应: +。 -11- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 2.引入官能团 (1)常见官能团的引
5、入 官能团 引入方法(举例) 碳碳双键 卤代烃的消去或醇的消去或炔烃的不完全加成 碳卤键 醇、酚的取代或烯烃、炔烃的加成或 烷烃、苯及苯的同系物的取代 羟基 烯烃与水的加成或卤代烃的水解或醛的还原或酯的水解 醛基 醇的催化氧化或烯烃的氧化 羧基 醇的氧化或醛的氧化或酯的水解 酯基 酯化反应 -12- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 (2)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。例如羟基的保护方法: -13- 第五节 有机合成
6、课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 【微思考】举例说明在合成有机化合物时,如何保护碳碳双键? 提示如需氧化含碳碳双键的分子中的羟基时,先让碳碳双键与HX 发生加成反应,氧化后再发生消去反应生成碳碳双键,如: CH2CHCH2OHCH2ClCH2CH2OH CH2ClCH2COOHCH2CHCOOH。 -14- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 二、有机合成路线的设计与实施 1.有机合成路线确定的要素 (1)基础:在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上。 (2)设计与操作:进行合理的设计
7、与选择,确定合成路线,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。 2.有机合成的过程 -15- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 3.逆合成分析法 (1)基本思路 可用示意图表示为 -16- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 (2)实例分析乙二酸二乙酯的合成 分析过程: a.分析乙二酸二乙酯,官能团有酯基; b.反推:酯是由酸和醇合成的,则合成乙二酸二乙酯的反应物为 c.反推:羧酸可以由醇氧化得到,则乙二酸(草酸)前一步的中间体是 和乙醇; 乙二
8、醇,结构简式为; -17- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 d.反推:乙二醇与乙醇的不同之处在于含有两个羟基。乙二醇可通 过卤代烃水解得到,而后者则可通过乙烯与 Cl2的加成反应 得到; e.反推:乙醇可通过乙烯与水加成得到。 以上分析过程可表示为: -18- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 合成步骤(用化学方程式表示): a.CH2CH2+H2OCH3CH2OH。 b.CH2CH2+Cl2。 c.+2NaOH+2NaCl。 d.+2O2+2H2O。 e.+2CH3C
9、H2OH+2H2O。 -19- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 4.合成路线设计遵循的原则 -20- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 5.有机合成的发展 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)发展过程 -21- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 (2)有机合成发展的作用 -22- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课前篇素养初探 知识
10、铺垫 必备知识 正误判断 (1)消去反应可以引入碳碳双键,加成反应也可以引入碳碳双键。 ( ) 提示。如乙醇发生消去反应生成乙烯,乙炔与氢气加成生成乙烯。 (2)一定条件下,可以通过取代反应由溴乙烷制备乙醇。( ) 提示。溴乙烷可以与氢氧化钠水溶液发生取代反应生成乙醇。 (3)丙烯中既可以引入碳卤键也可以引入羟基。( ) 提示。丙烯与溴化氢发生加成反应引入碳卤键,丙烯与水发生加成反 应引入羟基。 (4)加聚反应可以使有机化合物碳链增长。( ) 提示。 (5)消去反应、氧化反应、还原反应、酯化反应等都可以消除羟基。 ( ) 提示。还原反应不能消除羟基而能生成羟基,如醛、酮与H2的加成反 应。 -
11、23- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 有机合成中官能团的引入、转化和消除有机合成中官能团的引入、转化和消除 问题探究 1.将直接氧化能得到 吗?若不能,如 何得到? 提示不能。应设计流程如下: 。 -24- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 2.由怎样转变为 ? 提示由转化成的流程为 。 -25- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 深化拓展 1.官能团的转化 (1)官能团种类变化。 利用官
12、能团的衍生关系进行衍变,如 卤代烃醇醛羧酸, CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。 -26- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (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 CH3CH2OHCH2 CH2HOCH2CH2OH。 (3)官能团位置变化。 通过不同的反应,改变官能团的位置,如 CH3CH2CH2OHCH3CH CH2。 -27- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 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。
13、 (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。 -28- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3.官能团保护的几种情况 (1)醇羟基的保护。 ROHROR 合成反应 ROR ROH (2)酚羟基的保护。 。 -29- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (3)碳碳双键的保护。 (4)醛基的保护。 先让醛与醇反应生成缩醛: 生成的缩醛比较稳定,与稀碱溶液和氧化
14、剂均难反应,但在稀酸溶 液中微热会水解为原来的醛。 CH2CHRCH2ClCH2R CH2ClCH2RCH2CHR RCHO+2ROH+H2O -30- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例1(2020辽宁锦州高二检测)下列反应可以在烃分子中引入碳卤 键的是( ) A.苯和溴水共热 B.甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合 C.溴乙烷与NaOH的水溶液共热 D.溴乙烷与NaOH的醇溶液共热 答案B 解析苯和溴水共热不反应,A项错;甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下 混合发生甲基上的取代反应,引入碳溴键,B项正确;C、D项分别
15、为 溴原子的取代和消去,C、D项均错。 -31- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练1可在有机化合物中引入羟基的反应类型是( ) 取代反应 加成反应 消去反应 酯化反应 还原反 应 A.只有 B. C. D. 答案B 解析卤代烃的水解反应(取代反应)可以得到羟基,碳碳双键与水的 加成反应可以引入羟基,醛基与氢气发生加成反应(还原反应)生成 羟基;消去反应、酯化反应不能引入羟基。 -32- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 规律总结官能团的转化体现在烃及
16、其衍生物的相互转化关系中: -33- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 有机合成方案的设计有机合成方案的设计 问题探究 1.下图是制取乙酸苯甲酯的一种合成路线(部分反应物、产物和反 应条件略去)。 运用逆合成分析法推断C的结构简式。 -34- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 提示利用逆合成分析法的原理可得解答该题的思维过程如下: 故 C 为 CH3CHO。 -35- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络
17、随堂检测 2.实际工业生产中常采用以下路线合成乙二醇: 与教材中合成乙二酸二乙酯路线中合成乙二醇的方法比较分析,选 择该方案的原因是什么? 提示未使用有毒的氯气,无污染,原子利用率100%,符合绿色化学。 CH2CH2, -36- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3.乙酸是醋的主要成分,而醋几乎贯穿了整个人类文明史。 (1)工业上大量使用的醋酸是通过石油化学工业人工合成的。请以 乙烯为原料设计路线合成乙酸。 (2)目前出现了乙烯直接氧化得到乙酸的方法:由乙烯在催化剂(如 氯化钯PdCl2)存在的条件下,与氧气发生反应生成。假
18、定有机合成 路线的每一步的产率为70%,试比较两种合成路线的总产率。哪种 合成路线最优? 提示(1)中合成路线的产率为70%70%70%=34.3%,小于(2)中合 成路线的70%,故(2)中的合成路线更优。 提示合成路线为 CH2CH2CH3CH2OHCH3CHO CH3COOH。 -37- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 深化拓展 1.有机合成的分析方法 方法 内容 正合成 分析法 采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直 接或间接的中间体,逐步推向待合成有机化合物,其思维程 序:原料中间体产品 逆合成 分析
19、法 采用逆向思维方法,从产品的组成、结构、性质入手,找出 合成所需要的直接或间接的中间体,逐步推向已知原料,其 思维程序:产品中间体原料 综合 比较法 采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途 径进行比较,从而得到最佳合成路线 -38- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 2.利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序 -39- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3.中学常见的合成路线 (1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线。 一元合成路线:RCHCH2
20、卤代烃一元醇一元醛 一元羧酸酯。 二元合成路线:CH2CH2XH2CCH2X二元醇 二元 醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯。 -40- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (2)芳香族化合物合成路线。 。 -41- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例2化合物G是一种药物合成中间体,其合成路线如下: D F -42- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 回答下列问题: (1)写出具有六元环结
21、构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的 结构简式: (不考虑立体异构,只需写出3个)。 (2)设计由甲苯和乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)制备 的合成路线: (无机试剂任选)。 -43- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案(1)、 、 (任写 3 个) (2),CH3COCH2COOC2H5 -44- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 解析(1)具有六元环结构、并能发生银镜反应的 B 的同分异构体中 含有醛基,则可能的结构为、 、。 (2)由
22、甲苯和乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)制备 ,可以先由甲苯合成, -45- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 再根据题中反应的信息由乙酰乙酸乙酯和合成 ,最后根据题中反应的信息由 合成产品。 -46- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 具体的合成路线图为,CH3COCH2COOC2H5 。 -47- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练2化合物F是一种抗心肌缺血药物的中间体
23、,可以通过以下 方法合成: C14H14O2 B -48- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (1)化合物A中的含氧官能团为 和 (填官能团名称)。 (2)化合物B的结构简式为 ;由CD的反应类型 是 。 (3)写出同时满足下列条件的E的一种同分异构体的结构简 式: 。 .分子中含有2个苯环; .分子中含有3种处于不同化学环境的氢原子。 (4)已知:RCH2CNRCH2CH2NH2,请写出以 为原料制备化合物 X()的合成路线流程 图(无机试剂可任选)。流程图示例如下: CH3CHOCH3COOHCH3COOCH2CH3。 -
24、49- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案(1)醚键 醛基 (2) 取代反应 (3) (或 ) -50- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (4) (或 ) -51- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 解析(1)由化合物 A 的结构简式知,其含氧官能团有醚键和醛基。 (2)由结构简式可知化合物 A 的分子式为 C14H12O2,结合 B 的分子式 C14H14O2可知,B 是 A 中醛基还
25、原为羟基的反应产物,故 B 的结构简 式为。观察 C、D 的结构简式,可看 出 D 是 C 中Cl 被CN 取代的产物,故 CD 的反应类型为取代 反应。 -52- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (3)满足条件的E的同分异构体分子中含有2个苯环,这一结构特点 与E相同;由于E的分子中碳原子数较多,要求其同分异构体中含有3 种处于不同化学环境的氢原子,则结构必须高度对称。据此,满足 条件的E的同分异构体的结构简式为 或 。 -53- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络
26、随堂检测 (4)可用逆推法分析。根据信息“RCH2CNRCH2CH2NH2” 可逆推:,结合题干信息可进一步逆推: 。因此,以为原 料制备 X 的合成路线流程图如下: -54- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 。另一合成路线流程图为 。 -55- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 -56- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 1.(双选)碳链增长在有机合成中具有重要意义,它是实现由小分子 有机
27、化合物向较大分子有机化合物转化的主要途径。某同学设计 了如下4个反应,其中可以实现碳链增长的是( ) A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热 B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热 C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热 D.乙烯的加聚反应 答案AD 解析A中反应为CH3(CH2)3Br+NaCN CH3(CH2)3CN+NaBr,分子 中可增加一个碳原子;B、C项中可实现官能团的转化,但碳链长度 不变;D项中发生加聚反应由小分子生成高分子,实现碳链增长。 -57- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检
28、测 2.由CH3CH2CH2Br制备CH3CH(OH)CH2OH,依次发生的反应类型 和反应条件都正确的是( ) 选项 反应类型 反应条件 A 加成、取代、消去 KOH的乙醇溶液/加热、KOH水溶液/加 热、常温 B 消去、加成、取代 NaOH的乙醇溶液/加热、常温、KOH水 溶液/加热 C 氧化、取代、消去 加热、KOH的乙醇溶液/加热、KOH水溶 液/加热 D 消去、加成、水解 NaOH水溶液/加热、常温、NaOH的乙醇 溶液/加热 -58- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案B 解析反应过程为 CH3CH2CH2Br
29、CH3CH=CH2CH3CHBrCH2BrCH3CH(OH)CH2 OH,依次发生消去反应、加成反应、水解反应(取代反应),对应的 反应条件为NaOH的乙醇溶液/加热、常温、KOH水溶液/加热。 -59- 第五节 有机合成 课前篇素养初探 课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3.由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E的流程如下: CH2CH2ABCD (1)请写出下列物质的结构简式。 A ; B ; C ; D 。 (2)写出A水解的化学方程式: 。 (3)从有机合成的主要任务角度分析,上述有机合成最突出的特点 是 。 -60- 第五节 有机合成 课前篇素养初探
30、课堂篇素养提升 课堂篇素养提升 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案(1)BrCH2CH2Br(或ClCH2CH2Cl等合理即可) HOCH2 CH2OH OHCCHO HOOCCOOH (2)BrCH2CH2Br+2NaOH HOCH2CH2OH+2NaBr(合理即可) (3)官能团的相互转化 解析本题为有机合成推断题,解题的关键是熟练掌握烃和烃的衍生 物之间的相互转化,即官能团的相互转化。由基础原料乙烯和目标 化合物E(一种环状酯)综合考虑,与乙烯发生加成反应的物质应该 是溴水(或氯气等),首先乙烯与溴加成得到1,2-二溴乙烷,再水解得 到乙二醇,然后氧化为乙二醛,进而氧化为乙二酸,最后乙二酸与乙 二醇发生酯化反应得到E。
