【课件】有机合成+++课件高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第三章烃的衍生物第五节

有机合成课时一有机合成的方法及路线学习目标01.熟悉烃及烃的衍生物之间的相互转化、主要的有机反应类型及其特点，能依据相关信息正确书写化学方程式；02.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。人类历史上第一个合成的有机物尿素纪念维勒和尿素合成实验的邮票维勒

随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展,有机合成的技术和效率不断提高。20世纪初维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%十几年后，罗宾逊改进了合成思路，仅用三步反应便完成合成，总产率达90%伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了一系列结构复杂的天然产物，促进了一有机合成技术和有机反应理论的发展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，让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段20世纪中后期颠茄酮

那么我们是如何通过一些小分子合成多我们生活有用的大分子呢？使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建________和引入________，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。碳骨架官能团一、有机合成①炔烃与氢氰酸的加成反应②醛与氢氰酸的加成反应1.构建碳骨架(1)碳链的增长(1)碳链的增长③酮与氢氰酸的加成反应：④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。（5）加聚反应1.构建碳骨架①烷烃的分解反应：②烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮③炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮举例：1.构建碳骨架(1)碳链的增长④芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸①第尔斯-阿尔德反应：共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3-丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder-reaction),得到环加成产物，构建了环状碳骨架。例如：(3)成环反应②形成环酯：③形成环醚HOCH2CH2OH＋H2O

O四、开环①环酯水解开环②环烯烃氧化开环KMnO4H＋HOOCHOOC总结：有机合成的主要任务---构建碳骨架碳链的增长

碳链的缩短

碳链的成环

（1）与HCN发生加成反应（2）羟醛缩合反应（3）加聚反应（4）酯化反应（5）分子间脱水反应（1）烷烃的分解反应（3）与高锰酸钾发生氧化反应（2）酯的水解反应（1）共轭二烯烃加成（2）合成环酯（3）羟基脱水成醚二、引入官能团二、引入官能团引入官能团(包括引入、消除)的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原等。1.引入碳碳双键：(1)醇或卤代烃的消去反应：CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2OCH3CH2Br＋NaOHCH2=CH2↑＋NaBr＋H2O(2)炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质的不完全加成反应：CH≡CH+HClCH2=CHCl

浓硫酸∆乙醇∆催化剂∆2.引入碳卤键(2)烷烃或苯及其同系物的取代反应：(3)醇或酚与氢卤酸的取代反应：(1)烯烃或炔烃与卤素单质或卤化氢的加成反应：CH2=CH2+Br2

CH2BrCH2BrCH≡CH+HClCH2=CHCl催化剂∆CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl

光照+Br2FeBr3+HBrBrC2H5OH+HBr

C2H5Br＋H2O

∆+3Br2

3HBr

+

↓OHOHBrBrBr3.引入羟基：(1)烯烃与水加成：(2)醛或酮与H2加成：(3)卤代烃的水解反应：CH2=CH2+H2OCH3CH2OH催化剂∆CH3CHO＋H2CH3CH2OH催化剂∆+H2—C—OCH3CH3催化剂∆—CH—OHCH3CH3CH3CH2Br＋NaOHCH3CH2OH＋NaBr水∆(4)酯的水解反应：CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH(5)酚盐溶液与CO2、HCl等反应：催化剂△ONa+HClOH+NaClONa+H2O+CO2OH+NaHCO34.引入醛基（或酮羰基）(1)醇的催化氧化：2CH3CH2OH+O2

2CH3CHO+2H2O

(2)某些烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应：∆Cu或Ag(CH3)2CC(CH3)2KMnO4H+2(CH3)2CO5.引入羧基：(1)醛的氧化反应：(2)酯的水解反应：(3)某些烯烃、苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应：(4)伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应：2CH3CHO+O22CH3COOH催化剂∆CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH催化剂∆CH3COOHKMnO4H+KMnO4H+CH3CHCHCH32CH3COOHKMnO4H+R—COOHR—CH2OH6.引入酯基：CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O浓硫酸△7.官能团的消除加成①不饱和键取代、消去、酯化、氧化②羟基加成、氧化③醛基消去、水解④卤原子水解⑤酯基小结.官能团的相互转化不饱和烃饱和烃卤代烃醇醛羧酸酯卤代脱卤水解取代氧化还原酯化水解氧化加成消去加成消去水解酯化8.官能团的转化(1)利用衍变关系进行转化：(2)官能团数目增加或减少：R—CH2—CH2OHR—CH=CH2(3)改变官能团位置：CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2RCH2OHRCHORCOOHO2、Cu、△H2、催化剂、△Ag(NH3)2OH、Cu(OH)2、△或O2、催化剂、△消去水解与X2加成R—CH—CH2XXR—CH—CH2OHOH消去加成H3C—CH—CH3OH二、官能团的保护含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。

官能团的保护例1.用甲苯合成对羟基苯甲酸乙酯的路线如下，其中③的目的是保护酚羟基，使其不被氧化。例2.某种药物中间体的合成路线如下，其中②是为了保护氨基，使其不被氧化。三、有机合成的路线与设计一、有机合成路线的设计与实施1.有机合成路线确定的要素在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上。

进行合理的设计与选择,确定合成路线,以较低的成本和较高的产率,通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。(1)基础:(2)设计与操作:中间体2.有机合成的基本方法(1)从原料出发设计合成路线的方法步骤（正向设计图示）基础原料中间体目标化合物副产物副产物辅助原料辅助原料辅助原料思考与讨论Ⅰ.人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方式生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，分析该合成过程中官能团的变化。CH3CHOCH3COOHCH2＝CH2H2O

△/催化剂CH3CH2OHO2

/Cu△O2

△/催化剂Ⅱ.目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和Ⅰ中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。Ⅰ中合成路线生成CH3COOH的产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的产率70%，因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率。(2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路（逆向设计图示）

基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。可以用符号“”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。中间体基础原料中间体目标化合物断键所得片段断键所得片段

逆合成分析法是在设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。解答有机合成题时，首先要正确判断合成的有机物属于哪一类有机物，带有何种官能团，然后结合学过的知识或题给信息，寻找官能团的引入、转化、保护或消去的方法，找出合成目标有机物的关键点。解答这类题时，常用的典型信息有(1)结构信息——碳骨架、官能团等。(2)组成信息——相对分子质量、组成基团、元素质量分数等。(3)反应信息——官能团间的转化关系、结构的转化关系等。示例：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线逆向合成图C—OHOC—OHOC—OC2H5OC—OC2H5OCH2—OHCH2—OHCH2—ClCH2—ClCH2CH2C2H5OHCH2CH2可以得出正向合成路线图：CH2CH2Cl2CH2ClCH2Cl∆NaOH溶液CH2OHCH2OH催化剂O2COOHCOOH催化剂∆COOC2H5COOC2H5CH2CH2H2O催化剂C2H5OH请写出相关的化学方程式合成步骤(用化学方程式表示):CH2=CH2+H2OCH3CH2OH催化剂,加压∆CH2=CH2+Cl2CH2—CH2ClClCH2—CH2ClCl+2NaOHH2O∆CH2—CH2OHOH+2NaClCH2—CH2OHOH+2O2催化剂∆+2H2OHO—C—C—OHOO+2CH3CH2OHHO—C—C—OHOO催化剂∆C2H5O—C—C—OC2H5OO+2H2O(1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线3.中学常见的合成路线(2)芳香族化合物合成路线

Ⅰ.在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。请比较该方法与以上合成乙二酸二乙酯中的2、3两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。思考与讨论对比两种合成路线，不难发现：首先，从原料成本的角度考虑，路线一使用了Cl2和NaOH而路线二使用了O2和H2O，成本更低；其次，从原子利用率的角度考虑，路线一第二步的取代反应有副产物，原子利用率低，而路线二的原子利用率较高；最后，从环境保护的角度考虑，路线一使用了有毒的Cl2和有腐蚀性的NaOH，对环境不够友好。综合考虑以上因素，路线二更为合理。①原料溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒性、低污染

②尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，产率越高。总产率=各步反应产率的乘积③合成路线要符合“绿色环保”的要求，提高原子利用率，达到零排放或污染排放少④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、产物易于分离提纯