化学选修五新突破讲义第3章第1节第1课时有机合成的关键-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课时有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入目标与素养：1.理解有机物碳骨架的构建方法。(宏观辨识与微观探析)2.掌握常见官能团的引入、转化方法。(证据推理与模型认知)一、碳骨架的构建1．碳链的增长(1)卤代烃的取代反应①溴乙烷与氰化钠的反应CH3CH2Br＋NaCN→CH3CH2CN＋NaBr，CH3CH2CNeq\o(→,\s\up10(H2O，H＋))CH3CH2COOH。②溴乙烷与丙炔钠的反应CH3CH2Br＋NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3＋NaBr(2)醛酮的加成反应①丙酮与HCN的反应。2．碳链的减短(1)与酸性KMnO4溶液的氧化反应①烯烃、炔烃的反应②苯的同系物的反应(2)脱羧反应无水醋酸钠与碱石灰的反应：CH3COONa＋NaOHeq\o(→,\s\up10(△))CH4↑＋Na2CO3。与碱石灰共热得到的有机物是什么？(请说明原因)提示：，因为发生二、官能团的引入和转化1．官能团的引入类别反应物化学方程式碳碳双键CH3CH2OHCH3CH2OHeq\o(→,\s\up10(浓硫酸),\s\do8(170℃))CH2=CH2↑＋H2OCH3CH2BrCH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up10(乙醇),\s\do8(△))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O卤素原子CH2=CH2与HClCH2=CH2＋HCl→CH3CH2ClCH3CH2OH与HBrCH3CH2OH＋HBr→CH3CH2Br＋H2O羟基CH2=CH2与H2OCH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化剂))CH3CH2OHCH3CH2ClCH3CH2Cl＋NaOHeq\o(→,\s\up10(H2O),\s\do8(△))CH3CH2OH＋NaClCH3CHO与H2CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up10(催化剂),\s\do8(△))CH3CH2OH羧基RCH2CH=CH2RCH2CH=CH2eq\o(→,\s\up10(KMnO4H＋))RCH2COOH＋CO2↑CH3CH2CNCH3CH2CNeq\o(→,\s\up10(H2O、H＋))CH3CH2COOH羰基2．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。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(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。 ()(2)在烯烃中既可引入卤素原子、羟基，又可引入羧基、羰基。 ()(3)加聚反应可以使有机物碳链增长，取代反应不能。 ()[答案](1)√(2)√(3)×2．在有机合成中，有时需要通过减短碳链的方式来实现由原料到目标产物的转化，某同学设计的下列反应中，可成功实现碳链减短的是()A．乙烯的聚合反应B．烯烃与酸性KMnO4溶液的反应C．酯化反应D．卤代烃与NaCN的取代反应B[A、C、D均会引起碳链的增长，只有B可使碳链变短，如CH3CH=CHCH3eq\o(→,\s\up10(KMnO4H＋))2CH3COOH。]3．下列反应可以在烃分子中引入卤素原子的是()A．苯和溴水共热B．光照甲苯与溴的蒸气C．溴乙烷与KOH的水溶液共热D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热B[苯与溴水不发生反应，A项不正确；甲苯与溴的蒸气在光照条件下可发生取代反应生成溴代烃，B项正确；C项发生取代反应取代溴原子；D项发生消去反应脱去溴原子，故C、D项也不正确。]碳骨架的构建1.碳链的增长2．碳链的减短3．开环与成环(1)开环反应(2)成环反应【典例1】写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式。[解析]比较乙烯(CH2=CH2)与正丁醇(CH3—CH2—CH2—CH2—OH)的结构，可知碳原子数增加一倍，官能团由碳碳双键转变为醇羟基，且个数仍为一个。可先将乙烯转化为乙醛即可达到碳原子数加倍的目的：CH2=CH2eq\o(→,\s\up10(＋H2O))CH3—CH2OHeq\o(→,\s\up10([O]))CH3—CHO，2CH3—CHOeq\o(→,\s\up10(OH－))eq\o(→,\s\up10(△),\s\do8(—H2O))CH3—CH=CH—CHO，再转变CH3—CH=CH—CHO的官能团，只需按照烯烃和醛的性质将CH3—CH=CH—CHO与足量H2加成即可。[答案]①CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化剂))CH3—CH2OH②2CH3—CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up10(催化剂))2CH3—CHO＋2H2O③2CH3CHOeq\o(→,\s\up10(OH－))④eq\o(→,\s\up10(△))CH3—CH=CH—CHO＋H2O⑤CH3—CH=CH—CHO＋2H2eq\o(→,\s\up10(催化剂),\s\do8(△))CH3—CH2—CH2—CH2—OH通过羟醛缩合增长碳链时，至少一种分子中含有α­H才能完成该反应。下列分子不能发生成环反应的是()A．HO—CH2COOH B．H2N—CH2COOHC．HO—CH2CH2OH D．D[A、B、C三项物质分子内、分子间均能发生成环反应，D项物质不能。]官能团的引入与消去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取代引入某些醇或卤代烃的消去，炔烃加氢引入—CHO某些醇氧化，烯烃氧化，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)。【典例2】有如下合成路线，甲经两步转化为丙：下列叙述错误的是()A．步骤(2)产物中可能含有未反应的甲，可用溴水检验是否含甲B．反应(1)的无机试剂是液溴，铁作催化剂C．甲和丙均可与酸性KMnO4溶液发生反应D．乙既能发生水解反应，又能发生消去反应B[从丙和甲的结构简式上可判断，丙比甲多了2个羟基，甲经二步转化为丙，根据官能团的转化，需要甲先与卤素单质加成，再水解可得丙。丙中不含碳碳双键，所以步骤(2)产物中若含有未反应的甲，可用溴水检验是否含甲，甲能使溴水退色，丙不能，A正确；反应(1)是加成反应，所以试剂为溴水或溴的四氯化碳溶液即可，B错误；甲中含碳碳双键，丙中含羟基，都能与酸性KMnO4溶液发生反应，C正确；乙中含有卤素原子，可以发生水解反应，也可发生消去反应，D正确。](1)步骤(2)所需要的反应条件是________________________。(2)若步骤(1)的无机试剂是溴化氢，步骤(2)的试剂、条件均不变，则最终的有机产物可能的结构有________。[答案](1)强碱的水溶液共热(2)下图表示4­溴­1­环己醇所发生的4个不同反应。生成物只含有一种官能团的反应是()A．②③ B．①④C．①②④ D．①②③④A[根据题干图示中的反应条件可知，反应①是卤代烃发生消去反应的条件，所以反应①的生成物中含有两种官能团：碳碳双键和羟基；反应②发生的是卤代烃的水解反应，生成物中只含有一种官能团，即只有羟基；反应③是醇与溴化氢发生的取代反应，所以生成物中只含有一种官能团，即溴原子；反应④发生的是醇的消去反应，生成物中含有两种官能团：碳碳双键和溴原子。]1．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A[A项卤代烃水解引入羟基，B、C、D均可引入—COOH。]2．下列物质可以在一定条件下发生消去反应而引入碳碳双键的是()A． B．1­氯甲烷C．2­甲基­2­氯丙烷 D．2,2­二甲基­1­氯丙烷C[A、B、D中物质不能发生消去反应。。]3．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．CH3CH2CH3和Br2(g)光照A[B、C可实现官能团的转化，D中可引入Br原子，但均不会实现碳链增长，A中反应为CH3(CH2)3Br＋NaCNeq\o(→,\s\up10(△))CH3(CH2)3CN＋NaBr，可增加一个碳原子。]4．卤代烃能够发生下列反应：2CH3CH2Br＋2Na→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr。下列有机物可合成环丙烷的是()A．CH3CH2CH2Cl B．CH3CHBrCH2BrC．CH2BrCH2CH2Br D．CH3CHBrCH2CH2BrC[由信息2CH3CH2Br＋2Na→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr可知，反应机理为：分子内碳溴键断裂后，两个断键重新结合为碳碳键，溴与钠结合为NaBr。A中两分子CH3CH2CH2Cl可合成CH3CH2CH2CH2CH2CH3；B中一分子CH3CHBrCH2Br不能成环，两分子生成；C中一分子CH2BrCH2CH2Br可合成；D中一分子CH3CHBrCH2CH2Br可合成。]5．根据下列转化网络图