有机合成-教师学案

一、有机合成的过程1、有机合成的概念利用简单、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、有机合成的任务有机合成的任务包括目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化。二、有机合成的方法1、有机合成的常规方法（1）官能团的引入①引入双键（C=C或C=O）1）某些醇的消去引入C=CCHCH3CH2OH浓硫酸170℃CH2=CH2↑+H2O2）卤代烃的消去引入C=C醇醇△CH2=CH2↑+NaBr+H2OCH3CH2Br+NaOH3）炔烃加成引入C=CCHCH≡CH+HBrCH2=CHBr催化剂△4）醇的氧化引入C=O2CH3CH2OH+O2催化剂△2CH3CHO+2H2O②引入卤原子（—X）1）烃与X2取代CHCH4+Cl2CH3Cl+HCl光照2）不饱和烃与HX或X2加成CH2=CH2+Br2CH2BrCH2Br3）醇与HX取代CC2H5OH+HBrC2H5Br+H2O△③引入羟基（—OH）1）烯烃与水的加成CH2=CH2+H2O催化剂加热加压CH3CH2OH2）醛（酮）与氢气加成CH3CHO+H2催化剂ΔCH3CH2OH3）卤代烃的水解（碱性）CC2H5Br+NaOHC2H5OH+NaBr水△4）酯的水解CH3COOC2H5+H2O稀H2SO4△CH3COOC2H5+H2O4、在碳链上引入醛基和羧基的方法有醛基：(1)R—CH2OH氧化(2)乙炔和水加成(3)RCH=CHR‘适度氧化(4)RCHX2水解等羧基：(1)R—CHO氧化(2)酯水解(3)RCH=CHR'适度氧化(4)RCX3水解等（2）官能团的消除①通过加成消除不饱和键②通过消去或氧化或酯化或取代等消除羟基③通过加成或氧化消除醛基④通过消去反应或水解反应可消除卤原子（3）官能团的衍变2、正向合成分析法此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可间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。3、逆向合成分析法是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标化合物。三、中学常用的合成路线1．烃、卤代烃、烃的含氧衍生物之间的转化关系2．一元合成路线R—CH＝CH2eq\o(→,\s\up7(HX),\s\do5(一定条件))卤代烃→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯3．二元合成路线CH2＝CH2eq\o(→,\s\up7(X2))→二元醇→二元醛→二元羧酸→酯(链酯、环酯、聚酯)4．芳香族化合物合成路线：特别提醒和Cl2的反应，应特别注意条件的变化；光照只取代甲基上的氢，Fe做催化剂取代苯环邻、对位上的氢。考点一：正向合成例1已知：请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。答案(1)CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OH(2)2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2O(3)2CH3CHO→(4)→CH3CH=CHCHO＋H2O(5)CH3CH=CHCHO＋2H2→CH3CH2CH2CH2OH解析由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。本题基本采用正向思维方法。乙烯eq\o(→,\s\up7([O]))乙醛eq\o(→,\s\up7(自身加成))丁烯醛eq\o(→,\s\up7(H2))正丁醇。本题中乙烯合成乙醛的方法有两种：其一：乙烯eq\o(→,\s\up7(H2O))乙醇eq\o(→,\s\up7([O]))乙醛其二：乙烯eq\o(→,\s\up7(O2催化剂))乙醛例2以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制CH2–CH2–CH2–C＝OO的各步反应方程式（必要的无机试剂自选）CH2ClCH2CH2CH2OH→CH2ClCH2CH2CHO→CH2ClCH2CH2COOH→HOCH2CH2CH2COOH→CH2–CH2–CH2–C＝OO考点二：逆向合成例1碱存在下，卤代烃与醇反应生成醚(ROR′)：R—X＋R′OHeq\o(→,\s\up7(KOH),\s\do5(室温))ROR′＋HX化合物A经下列四步反应可得到常用溶剂四氢呋喃，反应框图如下：请回答下列问题：(1)1molA和1molH2在一定条件下恰好反应，生成饱和一元醇Y，Y中碳元素的质量分数约为65%，则Y的分子式为__________，A分子中所含官能团的名称是________________________________________________________________________，A的结构简式____________________________________________________。(2)第①②步反应类型分别为①________②________(3)化合物B具有的化学性质(填写字母代号)是______。a．可发生氧化反应b．强酸或强碱条件下均可发生消去反应c．可发生酯化反应d．催化条件下可发生加聚反应(4)写出C、D和E的结构简式：C________、D__________、E________________。(5)写出化合物C与NaOH水溶液反应的化学方程式：_____________________________________________________________________(6)写出四氢呋喃链状醚类的所有同分异构体的结构简式：__________________________________________________________________________________________________________________________________答案(1)C4H10O羟基、碳碳双键(2)加成反应取代反应(3)abc解析本题为有机信息推断题，综合考查了有机物分子式、结构简式、方程式、同分异构体的书写等知识，着重考查学生利用所学知识结合所给信息分析问题、解决问题的能力和自学能力。(1)由1molA和1molH2恰好反应生成饱和一元醇Y知，A中含有一个碳碳双键，且Y的通式可写为CnH2n＋2O，又因Y中碳元素的质量分数约为65%，则有eq\f(12n,14n＋2＋16)×100%＝65%，解得n＝4，即Y的分子式为C4H10O；再由反应框图从而推出A的结构简式为CH2=CHCH2CH2OH。B应发生A与溴的加成反应，B→B应发生A与溴的加成反应，B→C应发生生成醚的取代反应。(3)因B为，含有—Br和—OH，故应具有a、b、c所述的化学性质。(6)因四氢呋喃为环状醚，要写成链状醚时，其碳碳链上一定含有一个碳碳双键，从而写出可能的同分异构体。考点三：综合合成例1下图中A、B、C、D、E、F、G、H均为有机化合物。回答下列问题：(1)有机化合物A的相对分子质量小于60，A能发生银镜反应，1molA在催化剂作用下能与3molH2反应生成B，则A的结构简式是__________________，由A生成B的反应类型是__________；(2)B在浓硫酸中加热可生成C，C在催化剂作用下可聚合生成高分子化合物D，由C生成D的化学方程式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)①芳香族化合物E的分子式是C8H8Cl2。E的苯环上的一溴取代物只有一种，则E的所有可能的结构简式是__________________________；②E在NaOH溶液中可转变为F，F用高锰酸钾酸性溶液氧化生成G(C8H6O4)。1molG与足量的NaHCO3溶液反应可放出44.8LCO2(标准状况)，由此确定E的结构简式是________________________________________________________________________；(4)G和足量的B在浓硫酸催化下加热反应可生成H，则由G和B生成H化方程式是___________________________________________________________。该反应的反应类型是______________。解析(1)A的相对分子质量小于60，A能发生银镜反应，则A中有。1molA能与3molH2发生反应生成B，则A分子中有两个双键或一个三键，若有两个双键，则其相对分子质量一定超过60，因此A的结构简式为，B的结构简式为CH3—CH2—CH2—OH，由A到B发生的反应为加成反应(或还原反应)。(2)CH3—CH2—CH2—OH在浓H2SO4作用下，发生消去反应，生成烯烃C(CH3—CH=CH2)，丙烯发生加聚反应生成聚丙烯，化学方程式为(3)①芳香族化合物C8H8Cl2，其苯环上的一溴取代物只有一种，则E的结构应该非常对称，因此E的结构简式为②1molG与足量的NaHCO3反应生成44.8LCO2，即2molCO2，则G分子中一定有两个—COOH，因此E的结构简式为。(4)G为，B为CH3CH2CH2OH，G和B发生酯化反应的化学方程式为找解题的“突破口”的一般方法是：(1)找已知条件最多的地方，信息量最大的。(2)寻找最特殊的——特殊物质、特殊的反应、特殊颜色等等。(3)特殊分子式，这种分子式只能有一种结构。(4)如果不能直接推断某物质，可以假几种可能，认真小心去论证，看是否完全符合题意。1．用苯作原料，不能经一步化学反应制得的是()A．硝基苯B．环己烷C．苯酚D．溴苯答案C2．在有机物分子中，不能引入羟基的反应是()A．氧化反应B．水解反应C．消去反应D．加成反应答案AC3．“绿色、高效”概括了2005年诺贝尔化学奖成就的特点。换位合成法在化学工业中每天都在应用，主要用于研制新型药物和合成先进的塑料材料。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应⑧缩聚反应等反应类型中能体现这一原子最经济原则的是()A．①②⑤B．②⑤⑦C．只有⑦⑧D．只有⑦答案B4．由乙炔为原料制取CHClBr—CH2Br，下列方法中最可行的是()A．先与HBr加成后再与HCl加成B．先与H2完全加成后再与Cl2、Br2取代C．先与HCl加成后再与Br2加成D．先与Cl2加成后再与HBr加成答案C5．由1－丙醇制取，最简便的流程需要下列反应的顺序应是()a．氧化b．还原c．取代d．加成e．消去f．中和g．缩聚h．酯化A．b、d、f、g、hB．e、d、c、a、hC．a、e、d、c、hD．b、a、e、c、f答案B6．化合物丙(C4H8Br2)由如下反应得到：C4H10Oeq\o(→,\s\up7(浓硫酸，△))C4H8eq\o(→,\s\up7(Br2，CCl4))丙(C4H8Br2)则丙的结构不可能是()A．CH3CH2CHBrCH2BrB．CH3CH(CH2Br)2C．CH3CHBrCHBrCH3D．(CH3)2CBr—CH2Br答案B7．下列有机物可能经过氧化、酯化、加聚三种反应制得高聚物的是()答案C解析利用逆合成分析法可推知：[8．写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备的各步反应方程式(必要的无机试剂自选)。①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。答案①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O②2CH2ClCH2CH2CHO＋O2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2CH2ClCH2CH2COOH③CH2ClCH2CH2COOH＋H2Oeq\o(→,\s\up7(NaOH),\s\do5(△))＋HCl④eq\o(→,\s\up7(稀H2SO4),\s\do5(△))＋H2O解析分析比较给出的原料与所要制备的产品的结构特点可知：原料为卤代醇，产品为同碳原子数的环内酯，因此可以用醇羟基氧化成羧基，卤原子再水解成为—OH，最后再酯化。但氧化和水解的先后顺序不能颠倒，因为先水解后无法控制只氧化一个—OH。9．具有—C≡C—H结构的炔烃，在加热和催化剂的条件下，可以跟醛或酮分子中的羰基()发生加成反应，生成具有—C≡C—结构的炔类化合物，例如：其中R1和R2可以是烃基，也可以是氢原子。试写出以电石、水、甲醛、氢气为基本原料和适当的催化剂制取聚1,3－丁二烯的各步反应的化学方程式。答案CaC2＋2H2O→CH≡CH↑＋Ca(OH)210．香豆素是广泛存在于植物中的一类芳香族化合物，大多具有光敏性，有的还具有抗菌和消炎作用。它的核心结构是芳香内酯A，其分子式为C9H6O2。该芳香内酯A经下列步骤转变为水杨酸和乙二酸。提示：①CH3CH=CHCH2CH3eq\o(→,\s\up7(①KMnO4、OH－),\s\do5(②H3O＋))CH3COOH＋CH3CH2COOH②R—CH=CH2eq\o(→,\s\up7(HBr),\s\do5(过氧化物))R—CH2—CH2—Br请回答下列问题：(1)写出化合物C的结构简式________________________________________________________________________。(2)化合物D有多种同分异构体，其中一类同分异构体是苯的二取代物，且水解后生成的产物之一能发生银镜反应。这类同分异构体共有________种。(3)在上述转化过程中，反应步骤B→C的目的是__________________________________________