高中化学第3章烃的衍生物第5节有机合成课件新人教版选择性必修3

第五节有机合成目标素养1.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化,了解设计有机合成路线的一般方法。2.能综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团、设计有机合成路线等任务。3.体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。知识概览一、有机合成的主要任务1.含义:有机合成使用相对简单易得的原料,通过有机化学反应来构建

碳骨架

和引入

官能团

,由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。

2.构建碳骨架。(1)碳链的增长。①炔烃与HCN的加成反应。②醛(或酮)与HCN加成。

③羟醛缩合反应:醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α-H)受酮羰基吸电子作用的影响,具有一定的活泼性。分子内含有α-H的醛在一定条件下可发生加成反应,生成β-羟基醛,该产物易失水,得到α,β-不饱和醛。这类反应被称为羟醛缩合反应。④加聚反应。微思考1是不是只有加成反应才能延长碳链?提示:不是。通过酯化反应(取代反应)也可以延长碳链。(2)碳链的缩短。①烷烃的分解反应。②烯烃、炔烃的氧化反应。③苯的同系物的氧化反应。(3)成环反应。①1,3-丁二烯与丙烯酸反应:②形成环酯:3.引入官能团。有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应,可以实现有机化合物类别的转化,并引入目标官能团。4.官能团的保护。如羟基的保护微判断(1)消去反应可以引入双键,加成反应也可以引入双键。(

)(2)可通过醇的氧化、苯环侧链的氧化和酯的水解等引入羧基。(

)(3)消去反应、氧化反应、还原反应或酯化反应等可以消除羟基。(

)(4)溴乙烷经消去反应、加成反应和水解反应可以合成乙二醇。(

)(5)加聚反应可以使有机化合物碳链增长,取代反应不能。(

)√√×√×微训练1下列反应可以使碳链缩短的是(

)。A.乙酸与丙醇的酯化反应B.用裂化石油为原料制取汽油C.乙烯的聚合反应D.苯甲醇氧化为苯甲酸答案:B2.下列反应不能在有机分子中引入羟基的是(

)。A.乙酸与乙醇的酯化反应B.聚酯的水解反应C.油脂的水解反应D.烯烃与水的加成反应答案:A3.已知卤代烃可与金属钠反应,生成碳链较长的烃R—X+2Na+R'—X→R—R'+2NaX。现有碘乙烷和碘丙烷的混合物,使其与金属钠反应,不可能生成的烃是(

)。A.戊烷B.丁烷C.己烷D.2-甲基己烷答案:D二、有机合成路线的设计与实施1.有机合成过程。2.逆合成分析法。(1)合成分析表示方法:表示合成步骤时,使用箭头“→”表示每一步反应;而表示逆合成时,常用符号“”来表示逆推过程,从较复杂的目标分子出发,逐步逆推“后退”,直到“简化”为简单的原料分子。(2)逆合成分析示意图。(3)示例:合成乙二酸二乙酯()。①分析结构:该分子中含有两个酯基,若将酯基断开,所得片段对应的中间体是乙二酸和乙醇,说明目标化合物可由两分子乙醇和一分子乙二酸通过酯化反应得到。②从官能团转化的角度分析,羧酸可以由醇氧化得到,乙二酸前一步的中间体应该是乙二醇。③继续分析,乙二醇的前一步中间体是1,2-二氯乙烷,可以通过乙烯的加成反应得到。另一个中间体乙醇可以通过乙烯与水的加成反应得到。通过分析过程可表示为:④具体合成过程:微思考2如何由乙烯合成乙酸乙酯?提示:由乙烯合成乙酸乙酯的转化流程为微训练2以乙醇为原料,用下述6种类型的反应:①氧化、②消去、③加成、④酯化、⑤水解、⑥加聚来合成乙二酸乙二酯()的正确顺序是(

)。A.①⑤②③④

B.①②③④⑤C.②③⑤①④

D.②③⑤①⑥答案:C3.现代合成技术的发展与标志事件。(1)20世纪初,维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮,总产率仅0.75%。(2)十几年后,罗宾逊改进了合成思路,仅用3步反应即完成合成,总产率达90%。(3)20世纪中后期,伍德沃德与多位化学家合作,成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素等一系列结构复杂的天然产物,促进了有机合成技术和有机理论的发展。(4)科里提出了系统化的逆合成概念,开始利用计算机来辅助设计合成路线,使有机合成进入了新的发展阶段。(5)有机合成的发展,不但可以合成天然产物,也可以设计合成新物质,为生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供物质基础,促进了人类健康水平提高和社会发展进步。一

有机合成官能团的引入、转化和消除重难归纳1.官能团的引入。(1)卤素原子的引入。(2)碳碳双键的引入。

(3)羟基的引入。

2.官能团的转化:包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。(1)官能团种类变化:利用官能团的衍生关系进行衍变,如3.从分子中消除官能团的方法。(1)经加成反应消除不饱和键。(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。4.官能团保护的几种情况。(1)醇羟基的保护。(2)酚羟基的保护。

(3)碳碳双键的保护。

规律方法解碳骨架的构建和官能团的衍变类题的方法。1.对比碳骨架的变化。对比原料分子和目标分子的碳骨架的变化,看碳链是增长还是缩短,是碳链还是碳环,相差几个碳原子,然后筛选碳链改变的常用方法,确定最合理的方法。2.对比官能团的变化。联想各类官能团的性质和转化关系,注意多个官能团的连续转化,综合考虑各类官能团之间的转化步骤和顺序。3.确定最佳方案。根据上面的两个对比,依据转化的科学性、原子的经济性,遵循“绿色化学”的思想,确定科学合理的方案。1.结合学过的有机化学反应,思考讨论在有机化合物中引入羧基的方法有哪些。(结合具体反应举例说明)提示:①醛被弱氧化剂氧化成酸再生成相应的盐。例如:②醛被氧气氧化成酸。例如:典例剖析食品添加剂必须严格按照国家食品安全标准的规定使用。作为食品添加剂中的防腐剂G和W,可经下列反应路线得到(部分反应条件略)。(1)G的制备①A与苯酚在分子组成上相差一个CH2原子团,它们互称为

;常温下A在水中的溶解度比苯酚的

(填“大”或“小”)。

②经反应A→B和D→E保护的官能团是

。

③E→G的化学方程式为

。

(2)W的制备

①J→L为加成反应,J的结构简式为

。

②M→Q的反应中,Q分子中形成了新的

(填“C—C”或“C—H”)。

④应用M→Q→T的原理,由T制备W的反应步骤为第1步:

;

第2步:消去反应;第3步:

(第1、3步用化学方程式表示)。

答案:(1)①同系物小②—OH解析:(1)①A与苯酚结构相似,为同系物;A中含有甲基,为憎水基,溶解度较小。②A中含有酚羟基,易被氧化,所以要保护。(2)与氯化氢反应生成CH3CHCl2,则J为乙炔,L水解生成乙醛,由T制备W,应先由T与乙醛发生加成反应生成①从以上分析可知J

为乙炔。②从M到Q为加成反应,生成碳碳单键。③Q的同分异构体Z为HOCH2CH═CHCH2OH,为了避免醇之间生成醚,应该发生酯化、加聚、水解反应生成目标物。④由T制备W,应先由T与乙醛发生加成反应,再催化氧化,得到目标物。方法技巧官能团的保护。在有机合成中,当某步反应发生时,原有需要保留的官能团可能也发生反应,从而达不到预期的合成目标,因此必须采取措施,保护官能团,待反应完成后再复原,通常有碳碳双键、羟基、酮羰基或醛基和氨基等需保护。学以致用部分果蔬中含有下列成分,回答下列问题:已知:②1mol乙消耗NaHCO3的物质的量是甲的2倍

(1)甲可由已知①得到。①甲中含有不饱和键的官能团名称为

,可以确定有机化合物中存在的官能团的方法是

。

②A→B为取代反应,A的结构简式为

。

③B→D的化学方程式为

。

(2)由丙经下列途径可得一种重要的医药和香料中间体J(部分反应条件略去):①检验丙中官能团的试剂是

,反应的现象是

。

②经E→G→H保护的官能团是

,据此推出E→G两步反应略去的反应物可能为:第一步

,第二步

。

③J有多种同分异构体。其中某异构体L呈链状且不存在支链,L中的官能团都能与H2发生加成反应,L在核磁共振氢谱上显示为两组峰,峰面积比为3∶2,则L的结构简式为

(只写一种)。

答案:(1)①羧基红外光谱②CH3COOH(2)①银氨溶液或新制的氢氧化铜生成光亮的银镜或有砖红色沉淀生成②—OH(或羟基)乙酸(或CH3COOH)、浓硫酸浓硫酸、浓硝酸解析:(1)由A的分子式、B的结构简式可知,A与溴发生取代反应生成B,则A为CH3COOH,B在碱性条件下发生水解反应、中和反应得到D为HOCH2COONa,D酸化得到甲。①甲中含有不饱和键的官能团名称为羧基,可以通过红外光谱确定有机化合物中存在的官能团;②A→B为取代反应,A的结构简式为CH3COOH;③B→D的化学方程式为BrCH2COOH+2NaOHHOCH2COONa+NaBr+H2O。①丙为

,其中官能团为醛基,可以选用银氨溶液或新制的氢氧化铜检验,若生成光亮的银镜或有砖红色沉淀生成,证明含有醛基;②经E→G→H保护的官能团是羟基,E→G略去的两步分别为用酯化反应保护羟基,然后在浓硫酸存在时发生硝化反应,反应物分别为:第一步乙酸(或CH3COOH)、浓硫酸;第二步浓硫酸、浓硝酸;③J()的同分异构体中在核磁共振氢谱上显示为两组峰,峰面积比为3∶2的链状且不存在支链的异构体,分子中含有2个—CH3、2个—CH2—,且为对称结构,可能的结构简式为二

有机合成方案的设计重难归纳1.有机合成题的解题思路和途径。(1)正确判断合成的有机化合物属于何种有机化合物,含有的官能团,它和哪些知识、信息有关,它所在的位置的特点等。(2)根据现有原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标有机化合物解剖成若干片段,或寻找官能团的引入、转换、保护方法,或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变,尽快找出合成目标有机化合物的关键和突破点。(3)将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合,选择出最佳合成方案。2.有机合成常见的3条合成路线。(1)一元合成路线。(2)二元合成路线。

(3)芳香合成路线。

A的结构简式是什么?①②③的反应分别是什么反应类型?提示:由合成流程可知,A与溴发生加成反应得B,B在碱性条件下水解得C,C在浓硫酸作用下发生脱水成醚,结合

的结构可以反推得C为HOCH2CH═CHCH2OH,B为BrCH2CH═CHCH2Br,A为CH2═CHCH═CH2。①②③的反应类型分别为加成、水解(取代)、取代。典例剖析麻黄素H是拟交感神经药。合成H的一种路线如图所示:已知:Ⅰ.芳香烃A的相对分子质量为92(R1、R2可以是氢原子或烃基,R3为烃基)请回答下列问题:(1)A的化学名称为

;F中含氧官能团的名称为

。

(2)反应①的反应类型为

。

(3)G的结构简式为

。

(4)反应②的化学方程式为

。

(5)化合物F的芳香族同分异构体有多种,M和N是其中的两类,它们的结构和性质如下:①已知M中加入FeCl3溶液发生显色反应,能与银氨溶液发生银镜反应,苯环上只有两个对位取代基,则M的结构简式可能为

。

②已知N分子中含有甲基,能发生水解反应,苯环上只有一个取代基,则N的结构有

种(不含立体异构)。

答案:(1)甲苯羟基、酮羰基(2)取代反应(或水解反应)(2)反应①为B发生水解反应生成C,反应类型为取代反应。

(5)①M为F的芳香族同分异构体,分子式为C9H10O2,含有5个不饱和度;已知M遇FeCl3溶液发生显色反应,能与银氨溶液发生银镜反应,则M分子上含有酚羟基、醛基,由于苯环上只有两个对位取代基,M的结构简式可能为②N分子式为C9H10O2,分子中含有甲基,能发生水解反应,则含有酯基,苯环上只有一个取代基,则N可能的结构为方法规律有机合成路线设计。(1)当可能有几种不同的合成路线时,必须考虑合成路线是否符合化学原理,产率是否高,副反应是否少,成本是否低,原料是否容易得到,合成操作是否安全可靠等方面的内容。(2)有机合成要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。学以致用1.有下述有机反应类型:①消去反应;②水解反应;③加聚反应;④加成反应;⑤还原反应;⑥氧化反应。以丙醛为原料制取1,2-丙二醇,所需进行的反应的反应类型依次是(

)。A.⑥④②①

B.⑤①④②C.①③②⑤

D.⑤②④①答案:B2.化合物F是合成某种抗肿瘤药物的重要中间体,其合成路线如图:(1)A中的含氧官能团名称为硝基、

和

。

(2)B的结构简式为

。

(3)C→D的反应类型为

。

(4)C的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式

。

①能与FeCl3溶液发生显色反应。②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1且含苯环。解析:(1)A中的含氧官能团名称为硝基、羟基和醛基。(2)B的结构简式为

。(3)C中羟基被—Br取代生成D,C→D的反应类型为取代反应。(4)C的一种同分异构体同时满足下列条件:①能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基;②能发生水解反应,说明含有酯基或酰胺基,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1且含苯环,则符合条件的结构简式为

。1.下列反应类型不能引入羟基的是(

)。A.消去反应

B.取代反应C.加成反应

D.还原反应答案:A解析:消去反应不能引入羟基,故A项符合;在碳链上引入羟基,可由—Cl、—Br在碱性条件下水解(或取代)生成,故B项不符合;在碳链上引入羟基,可由C═O与氢气发生加成反应生成或由C═C与水发生加成反应生成,故C项不符合;在碳链上引入羟基,可由C═O与氢气发生加成反应生成,该反应也为还原反应,故D项不符合。2.石油化工产品X的转化关系如图所示,下列判断错误的是(

)。A.X→Y是加成反应B.乙酸→W是酯化反应,也是取代反应C.Y能与钠反应产生氢气D.W能与NaOH溶液反应,但不能与稀硫酸反应答案:D解析:X为石油化工产品,结合图示转化关系可推知X为

CH2═CH2,Y为C2H5OH,Z为CH3CHO,W为乙酸乙酯。