高中化学人教版有机化学基础第三章烃的含氧衍生物第四节有机合成（市一等奖）

人教版选修5第三章烃的含氧衍生物第四节有机合成教学设计2【教学目标】1.了解有机合成的基本过程和基本原则2.掌握逆向合成法在有机合成用的应用3.培养学生的逆合成分析法的逻辑思维能力4.通过对新闻资料的分析，使学生关注某些有机物对环境和健康可能产生的影响，关注有机物的安全生产和使用问题【教学过程】一、有机合成过程1．有机合成的定义有机合成是利用简单、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．有机合成的任务包括目标化合物官能团的构建和分子骨架的转化，按照目标化合物的要求，合成具有一定碳原子数目、一定结构的目标化合物。3．有机合成的过程示意图：有机合成的过程，就像建筑师建造一座大厦，从基础开始，一层一层的向上构建。中间体目标化合物4．官能团的引入或转化方法(1)引入碳碳双键的方法①醇的消去，②卤代烃的消去，③炔烃的不完全加成。(2)引入卤素原子的方法①烯烃(炔烃)的加成，②醇(酚)的取代，③烷烃(苯及苯的同系物)的取代。(3)引入羟基的方法①烯烃与水的加成，②酯的水解，③卤代烃的水解，④醛的还原。二、逆合成分析法1.逆合成分析法的基本思路可用示意图表示为：eq\x(目标化合物)⇒eq\x(中间体)⇒eq\x(中间体)eq\x(基础原料)2．有机合成的遵循原则：(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染；(2)尽量选择步骤少的合成路线；(3)尽量满足“绿色化学”的要求，步骤少，原料利用率高，达到零排放；(4)操作温和、条件简单、能耗低、易实现；(5)按照一定的顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。3．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成(1)草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，得到草酸和两分子乙醇，说明目标化合物可由两分子的乙醇和草酸通过酯化反应得到：(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)乙二醇的前一步中间体是1,2－二氯乙烷，1,2－二氯乙烷可通过乙烯的加成反应而得到：(4)乙醇通过乙烯与水的加成得到。根据以上分析，合成步骤如下(用化学方程式表示)：①CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(浓硫酸))CH3CH2OH；②；③；⑤。三、自主探究1．回忆《化学必修2》所学内容，想一想：有没有使有机分子碳链增长的例子？如果有，试列举之。提示：《化学必修2》中所学酸和醇生成酯的反应属于碳链增长的反应。如：CH3COOH＋C2H5OHeq\o(→,\s\up11(浓H2SO4),\s\do4(△))CH3COOC2H5＋H2O2．西药引入之前，中国传统治疗发烧的方法是发汗法，由于效果不佳，不知有多少生命葬送在高烧之中。西药引入之后，高烧夺去生命的事件已变得微乎其微。你知道这种退烧药中的有效成分是什么吗？大量应用的退烧药来源于自然界还是有机合成？提示：退烧药的有效成分是乙酰水杨酸，仔细阅读过药品说明书的同学，应该有点印象，它的医学应用品是人工合成的。3．有机物是天然存在的多，还是有机合成的多？你知道被誉为有机合成大师的科学家是谁吗？提示：人类合成的有机物比天然存在的多得多。被称为有机合成大师的科学家是伍德沃德。4．有机合成中，在引入多种官能团时，为什么要考虑引入的先后顺序？提示：因为在引入不同的官能团时，采用不同的反应条件，若不考虑引入的先后顺序，前面引入的官能团，在引入后面的官能团时可能会受到破坏。四、有机合成过程中常见官能团的引入和转化1．卤原子的引入方法(1)烃与卤素单质的取代反应。例如：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃)(还有其他的氯代苯甲烷)CH2=CH－CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(500℃～600℃))CH2=CH－CH2Cl＋HCl(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。例如：CH2=CHCH3＋Br2→CH2Br－CHBrCH3CH2=CHCH3＋HBr→CH3－CHBrCH3CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化剂))CH2=CHCl(3)醇与氢卤酸的取代反应。例如：R－OH＋HXR－X＋H2O2．羟基的引入方法(1)醇羟基的引入方法①烯烃水化生成醇。例如：CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H2SO4或H3PO4),\s\do4(加热、加压))CH3CH2－OH②卤代烃在强碱性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2－Br＋H2Oeq\o(→,\s\up15(NaOH))CH3CH2－OH＋HBr③醛或酮与氢气加成生成醇。例如：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up11(Ni),\s\do4(△))CH3CH2－OH④酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(2)酚羟基的引入方法①酚钠盐溶液中通入CO2生成苯酚。例如：②苯的卤代物水解生成苯酚，例如：3．碳碳双键的引入方法(1)碳碳双键的引入①醇的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up11(浓硫酸),\s\do4(170℃))CH2=CH2↑＋H2O②卤代烃的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2Breq\o(→,\s\up11(NaOH，醇),\s\do4(△))CH2=CH2↑＋HBr③炔烃与氢气、卤代氢、卤素单质加成(限制物质的量)可得到碳碳双键。例如：CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化剂))CH2=CHCl(2)键的引入。醇的催化氧化。例如：2RCH2OH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))2RCHO＋2H2O2R2CHOH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))2R2C=O＋2H2O4．羧基的引入方法(1)醛被弱氧化剂氧化成酸。例如：CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O(2)醛被氧气氧化成酸。例如：2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up11(催化剂),\s\do4(△))2CH3COOH(3)酯在酸性条件下水解。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(4)含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化。例如：5．有机物官能团的转化(1)利用官能团的衍生关系进行衍变：如：醇eq\o(,\s\up11([O]),\s\do4(H2))醛eq\o(,\s\up15([O]))羧酸(2)通过某种化学途径使一个官能团变为两个，如：(3)通过某种手段，改变官能团的位置，如：(4)碳链的增长：有机合成题中碳链的增长，一般会以信息形式给出，常见的方式为有机物与HCN的反应以及不饱和化合物间的加成、聚合等。(5)碳链的变短：如烃的裂化裂解，某些烃(如苯的同系物，烯烃)的氧化，羧酸盐脱羧反应等。提示：(1)要注意特征反应条件。如与氢氧化钠醇溶液共热，一般为卤代烃的消去反应；与氢氧化钠水溶液共热一般为卤代烃、酯类等的水解反应；与卤素单质光照条件下反应，一般是烷烃或芳香烃侧链取代氢的反应。(2)要注意反应的先后顺序。如有时需要先取代再氧化，有时则需要先氧化再取代。(3)注意对某些基团的保护。五、检测题1.某有机物结构简式为，该有机物不可能发生的反应是()①氧化②取代③加成④消去⑤还原⑥酯化⑦水解⑧加聚A．②B．④C．⑥D．⑧2.从溴乙烷制取1，2­二溴乙烷，下列转化方案中最好的是()A．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液),\s\do5(△))CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(170℃))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrB．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrC．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(HBr))CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrD．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2Br3.下列反应可以使碳链减短的是()A．持续加热乙酸与碱石灰的混合物B．裂化石油制取汽油C．乙烯的聚合反应D．环氧乙烷开环聚合4.下列反应中，可能在有机化合物分子中引入羟基“—OH”的是()A．羧酸与醇的酯化反应B．醛类与新制Cu(OH)2悬浊液反应C．乙炔与水的加成反应D．烯烃的水化反应5.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()6.1，4­二氧六环是一种常见的溶剂，它可通过下列反应制得：烃Aeq\o(→,\s\up7(Br2))Beq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液))Ceq\o(→,\s\up7(浓H2SO4))，则烃A可能是()A．1­丁烯B．1，3­丁二烯C．乙炔D．乙烯7.食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下：下列叙述错误的是()A．步骤①产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验B．步骤②产物中残留的CH2=CHCH2OH可用溴水检验C．苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应D．苯氧乙酸和菠萝酯均可与H2在一定条件下发生反应8.乙烯是有机化工生产中最重要的基础原料。请以乙烯和天然气为有机原料，任意选择无机材料，合成1，3­丙二醇(1，3­丙二醇的结构简式为HO—CH2—CH2—CH2—OH)，写出有关反应的化学方程式。9.H是一种香料，可用下图的设计方案合成。已知：①在一定条件下，有机物有下列转化关系：②烃A和等物质的量的HCl在不同的条件下发生加成反应，既可以生成只含有一个甲基的B，也可以生成含有两个甲基的F。(1)D的结构简式为__________________；(2)烃A→B的化学反应方程式是________；(3)F→G的化学反应类型为________；(4)E＋G→H的化学反应方程式为________：(5)H有多种同分异构体，其中含有一个羧基，且其一氯代物有两种的是________(用结构简式表示)。参考答案1.【解析】①该有机物含有碳碳双键、醛基，所以可以发生氧化反应，正确。②该有机物含有—Cl及饱和碳原子上的氢原子，所以可以发生取代反应，正确。③该有机物含有碳碳双键，因此能发生加成反应，正确。④该有机物分子中含有—Cl而且在Cl所连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子，所以可以发生消去反应，正确。⑤该有机物分子中含有—CHO，既能被氧化，也能被还原，正确。⑥该有机物分子中既无—OH，也无—COOH，因此不能发生酯化反应，错误。⑦该有机物含有—Cl，能在NaOH的水溶液中发生水解反应，正确。⑨由于该有机物中含有碳碳双键，所以能够发生加聚反应，正确。【答案】C2.【解析】选择的合成路线应简捷，产率高，并且产物易于分离。A项方案不简便，B、C两项的方案取代反应制1，2­二溴乙烷的产物不唯一。【答案】D3.【解析】A选项中乙酸和碱石灰反应的产物在持续加热的条件下会发生脱羧反应产生CH4，符合题意；B选项中石油的裂化也是缩短碳链，符合题意；C选项是增长碳链；D选项中碳链长度不变。【答案】AB4.【解析】酯化反应引入“”；与新制Cu(OH)2悬浊液反应可使生成羧基；乙炔与水加成生成乙醛；烯烃水化可生成醇，从而引入“—OH”。【答案】D5.【解析】A项存在副产物CH3COOH，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低，故A错误；B项存在副产物CaCl2和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低，故B错误；C项反应物全部转化为目标产物，原子的利用率为100%，原子利用率最高，故C正确；D项存在副产物HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和2H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低，故D错误。【答案】C6.【解析】此题采用逆向思维，根据烃及其衍生物的相互转化关系即可推断。最终产物分子结构中含有“—R—O—R—”键，应该是浓H2SO4作用下，醇分子之间脱水形成的产物。而最终产物分子结构中含有两个“—R—O—R—”键，且呈环状结构分子，所以化合物C应是含有两个碳原子的二元醇，由此确定C是，逆推C是B的水解产物，B中应含两个可水解的原子，B又是烃A跟Br2反应的产物，可见B分子中有两个溴原子，所以烃A只能是CH2=CH2。【答案】D7.【解析】步骤②产物菠萝酯和残留的CH2=CHCH2OH分子结构中都含有碳碳双键，故都可以溴水退色，故B项错；苯酚容易被氧化，能与酸性KMnO4溶液发生反应，菠萝酯分子结构中含有碳碳双键，也能与酸性KMnO4溶液发生反应，C项正确；苯氧乙酸分子结构中含有苯环，故能与H2在一定条件下发生加成反应，菠萝酯分子结构中含有苯环、碳碳双键，故能与H2在一定条件下发生加成反应，D项正确。【答案】8.【解析】目标产物分子中有一个三碳原子链，而原料乙烯分子中只有2个碳原子，要增加一个碳原子，方法有很多：乙醛与HCN加成、氯乙烷与NaCN反应、乙醛与甲醛发生羟醛缩合等。由于前二者涉及到后续反应中氰基转化的问题，比较麻烦，而目标产物多元醇跟羟醛缩合产物比较接近，可以尝试羟醛缩合途径。【答案】①2CH2CH2＋O2eq\o(→,\s\up7(