有机化学学案1：3.1.1碳骨架的构建和官能团的引入

第1节有机化合物的合成第1课时碳骨架的构建和官能团的引入学习目标1.了解有机化合物合成路线设计的一般程序和方法，以及有机合成的应用。2.理解有机物碳骨架的构建方法。3.掌握常见官能团的引入、转化方法。4.归纳和整理烃及烃的衍生物相互转化关系。自主学习知识点一有机合成的基本程序1.基本流程2．合成路线的核心合成路线的核心在于构建目标化合物分子的碳骨架和引入必需的官能团。知识点二碳骨架的构建1.碳链的增长(1)卤原子的氰基取代如CH3CH2Br＋NaCNeq\o(→,\s\up14(△))CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2CNeq\o(→,\s\up14(H2O，H＋))CH3CH2COOH(2)卤原子的烃基取代如CH3CH2Br＋NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3＋2­戊炔(3)羟醛缩合(4)醛、酮的加成反应2．碳链的减短(1)烯烃、炔烃的氧化反应CH3CH=CHCH3eq\o(→,\s\up14(KMnO4H＋))2CH3COOH乙酸(2)脱羧反应：CH3COONa＋NaOHeq\o(→,\s\up14(△))CH4↑＋Na2CO3知识点三官能团的引入和转化1.官能团的引入在分子中引入官能团的途径有(以乙烯为起始物)：(1)在碳链上引入卤原子如CH2=CH2＋HXeq\o(→,\s\up14(催化剂))CH3CH2XCH3CH2OH＋HX→CH3CH2X＋H2O(2)在碳链上引入羟基如CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(催化剂))CH3CH2OHCH3CH2X＋NaOHeq\o(→,\s\up14(H2O))CH3CH2OH＋NaX(3)在碳链上引入醛基的途径如2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up14(Cu或Ag),\s\do14(△))2CH3CHO＋2H2O(4)在碳链上引入羧基的途径如2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up14(催化剂),\s\do14(△))2CH3COOH(5)在分子中引入碳碳双键的途径：如CH3CH2OHeq\o(→,\s\up14(浓H2SO4),\s\do14(170℃))CH2=CH2↑＋H2O卤代烃的消去引入双键：如CH2HCH2Br＋KOHeq\o(→,\s\up14(C2H5OH),\s\do14(△))CH2=CH2↑＋KBr＋H2O2．官能团的转化官能团的转化可以通过取代、消去、加成、氧化、还原等反应实现。下面是以乙烯为起始物，通过一系列化学反应实现的官能团间的转化。探究学习探究一有机合成中碳骨架的构建【问题导思】①要延长有机化合物分子碳链，有哪些反应能实现？【提示】增长碳链的反应有卤代烃的取代反应和醛、酮、烯烃、炔烃的加成反应。②如果原料分子碳链过长，如何使其缩短？【提示】减短碳链的反应有羧酸盐的脱羧反应、烯烃、炔烃的氧化反应。苯的同系物的氧化反应、蛋白质、糖类的水解反应，石油的裂化裂解等。③常见的成环反应有哪些？【提示】常见的成环反应有分子内脱水形成内酯，分子间脱水形成环酯。1．碳链的增长增长碳链的反应卤代烃的取代反应—X的氰基取代—X的炔基取代加成反应醛、酮的加成反应羟醛缩合反应烯烃、炔烃的加成反应、加聚反应2．碳链的减短减短碳链的反应羧酸盐的脱羧反应烯烃、炔烃的氧化反应苯的同系物的氧化反应蛋白质、糖类的水解反应石油的裂化或裂解3．开环与成环(1)开环反应(2)成环反应【例1】根据下列转化网络图回答相关问题。该网络图中化合物B可发生银镜反应，C可与NaHCO3水溶液反应放出气体。(1)写出A、B、D的结构简式：A________，B________，D________。(2)指出①、④、⑤三个反应的反应类型：①________，④________，⑤________。变式训练1．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，任意选择无机原料，合成1,3­丙二醇(结构简式为HO—CH2—CH2—CH2—OH)，写出有关反应的化学方程式。探究二官能团的引入与消除【问题导思】①在有机物分子中引入卤原子、醛基、羧基的方法分别有哪些？【提示】有机物中引入卤原子可通过烷烃与X2取代、不饱和烃与HX或X2加成，醇与HX取代；引入醛基的方法有某些醇的氧化，烯氧化、糖类水解；引入羧基的方法有醛氧化、苯的同系物被强氧化剂氧化，羧酸盐酸化、酯酸性水解。②在有机物分子中构建碳碳双键、需要如何做？【提示】在有机物分子中构建碳碳双键常通过醇或卤代烃的消去、炔烃加氢实现。③在有机化学合成中分别通过哪些反应引入羟基和消除羟基。【提示】在有机合成中引入羟基的途径有烯烃与水加成，醛、酮加氢，卤代烃水解，酯的水解等，常通过消去反应、氧化反应、酯化反应等消除羟基。1．官能团的引入方法引入—OH烯烃与水加成，醛、酮加氢，卤代烃水解，酯的水解引入—X烃与X2取代，不饱和烃与HX或X2加成，醇与HX取代引入C==C某些醇或卤代烃的消去，炔烃加氢引入—CHO某些醇氧化，烯氧化，糖类水解(生成葡萄糖)引入—COOH醛氧化，苯的同系物被强氧化剂氧化，羧酸盐酸化，酯酸性水解引入—COO—酯化反应2.官能团的消除方法(1)通过加成反应消除不饱和键。(2)通过消去反应、氧化反应、酯化反应等消除羟基(—OH)。(3)通过加成反应或氧化反应等消除醛基(—CHO)。【例2】已知：物质A在体内脱氢酶的作用下会氧化为有害物质GHB。下图是关于物质A的一种制备方法及由A引发的一系列化学反应。请回答下列问题：(1)写出反应类型：反应①________，反应②________。(2)写出化合物B的结构简式：________________________________________________。(3)写出反应②的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(4)写出反应④的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(5)反应④中除生成E外，还可能存在一种副产物(含结构)，它的结构简式为____________。(6)与化合物E互为同分异构体的物质不可能为________(填写字母)。a．醇b．醛c．羧酸d．酚变式训练2．在下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是()A．卤代烃的水解B．腈(R—CN)在酸性条件下水解C．醛的氧化D．烯烃的氧化参考答案【例1】【解析】由题意可知其反应过程为【答案】(1)CH3CH2OHCH3CHOCH2=CH2(2)取代(或水解)反应消去反应加成反应【例2】【解析】根据HOCH2C≡CCH2OH与H2反应可得A为HOCH2CH2CH2CH2OH，A转化为D的条件是浓硫酸并加热，即发生了消去反应，所以D为1,3丁二烯，D转化为C7H10O2，从C4H6和CH2=CH—COOH可以看出，D转化为E为加成反应，由GHB转化为C可知，GHB含有—OH和—COOH，所以GHB的结构简式为：HO—CH2CH2CH2—COOH，逆推B为HO—CH2CH2CH2—CHO，GHB转化为C是分子内发生酯化反应生成内酯。【答案】(1)加成反应消去反应(2)HOCH2CH2CH2CHO(3)HOCH2CH2CH2COOHeq\o(→,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))变式训练1.【解析】目标产物分子为1,3­丙二醇，其分子中有3个碳原子，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。由乙烯制得乙醛，由甲烷制得甲醛，然后二者发生加成反应即可。【答案】2CH2=CH2＋O2eq\o(→,\s\up14(催化剂),\s\do14())2CH3CHOCH4＋Cl2eq\o(→,\s\up14(光照),\s\do14())CH3Cl＋HClCH3Cl＋H2Oeq\o(→,\s\up14(NaOH),\s\do14(△))CH3—OH＋HCl2CH3OH＋O2eq\o(→,\s\up