3.1.1有机合成的关键-碳骨架的构建和官能团的引入导学案高二化学选择性必修3

第1课时有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入课程标准1．了解有机合成的基本程序和方法。2．掌握碳骨架的构建和官能团的引入与转化的方法。3．掌握卤代烃的消去反应和取代反应的特点。学法指导1.对比分析法。对比有机物分子的结构，分析有机物分子中的官能团和化学键，预测可能的断键部位与相应的化学反应。2．交流讨论法。根据所学各类有机物的代表物的性质，交流研讨有机物官能团的引入与转化的途径。必备知识·自主学习——新知全解一遍过知识点一有机合成的基本程序1.有机合成的基本流程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________和引入必需的________。知识点二有机合成的关键1.碳骨架的构建(1)碳链的增长①卤代烃的取代反应例如：溴乙烷与氰化钠的反应：________________________________________________________________________CH3CH2CNH2②利用羟醛缩合反应例如：两分子乙醛反应的化学方程式为(2)碳链的缩短①烯烃、炔烃的氧化反应。②脱羧反应例如：无水醋酸钠与氢氧化钠反应的化学方程式为CH3COONa＋NaOH△2．官能团的引入与转化(1)官能团的引入(2)官能团的转化官能团的转化可以通过取代、________、________以及氧化、________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某些官能团间的转化。微点拨1.炔烃、醛、酮中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基(—CN)的物质，再在酸性条件下水解生成羧酸，或经催化加氢还原生成含氨基的物质。2．羧酸或羧酸盐的脱羧反应：(1)羧酸或羧酸盐的脱羧反应的实质：其中—R为烃基。(2)羧酸或羧酸盐的脱羧反应属于取代反应。学思用1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)碳骨架的构建只包括碳链的增长及碳链的减短。()(2)酯的水解反应可使碳骨架的碳链缩短。()(3)可利用羟醛缩合反应增长碳链，该反应实质上属于取代反应。()(4)烯烃中既可引入卤素原子、羟基，又可引入羧基、羰基。()(5)石油的裂化或裂解可使碳链缩短。()2．下列反应中，不可能在有机化合物分子里引入—COOH的是()A．醛催化氧化B．卤代烃水解C．氰化物酸性条件下水解D．酮催化氧化关键能力·课堂探究——学科素养全通关提升点一有机合成碳骨架的建立1.常见增长碳链的方法(1)醛、酮的加成①与HCN加成：(2)含有αH的醛发生羟醛缩合反应：2．常见减短碳链的方式3．成环与开环的反应(1)成环。如羟基酸分子内酯化：二元酸和二元醇分子间酯化成环：(2)开环。互动探究问题1下列烯烃可被酸性高锰酸钾氧化，请写出氧化后产物的结构简式。问题2H—C≡N分子可以和—C≡C—、发生加成反应，请写出下列物质与HCN反应的化学方程式。典例示范[典例1]环己烯可通过1，3丁二烯与乙烯发生环化加成反应制得实验证明：下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更易被氧化，，现仅以1，3丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷：按要求填空：(1)A的结构简式：________________________________________________，B的结构简式：__________________________________________________。(2)写出下列反应的化学方程式及反应类型反应④______________________，__________________________________________。反应⑤______________________，____________________________________________。素养训练[训练1]以乙烯为初始反应物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知两个醛分子在一定条件下可以发生加成反应，下式为反应原理：请运用已学过的知识和题干信息判断下列反应与由乙烯制正丁醇的各步反应的化学方程式(反应条件省略)无关的是()A．CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OHB．2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2OC．2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2OD．2CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3＋H2O提升点二官能团的引入、转化、消除和保护1.官能团的引入(1)卤素原子的引入方式。(2)羟基的引入方式。①加成反应a．烯烃与水加成：CH2=CH2＋H2O催化剂CH3—CHb．醛、酮与H2加成：c．醛、酮与HCN加成：d．羟醛缩合：②水解反应：a．卤代烃的水解：b．酯的水解：③酚钠水溶液与酸：(3)碳碳双键或三键的引入方式。2.官能团的转化与衍变根据合成需要(有时题目信息中会明确某些衍变途径)可进行有机物的官能团衍变，以使中间产物向目标产物递进。常见的有三种方式：(3)官能位置的改变，如3．官能团的消除(3)通过氧化反应或加成反应可消除—CHO，如。(4)通过消去反应或水解反应可消除卤素原子，如(5)通过水解反应消除酯基，如4．官能团的保护有机合成时，往往在有机物分子中引入多个官能团，但有时在引入某一个官能团时容易对其他官能团造成破坏，导致不能实现目标化合物的合成。因此，在制备过程中要把分子中的某些官能团通过恰当的方法保护起来，在适当的时候再将其转变回来，从而达到有机合成的目标。(1)酚羟基的保护因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH变为—ONa将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。(2)碳碳双键的保护碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。例如，已知烯烃中在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：(3)氨基(—NH2)的保护例如，在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH，再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性(4)醛基的保护醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为：再如检验碳碳双键时，当有机物中含有醛基、碳碳双键等多种官能团时，可以先用弱氧化剂，如银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等对碳碳双键进行检验。互动探究问题1由酯转化为醇或酚引入—OH与卤代烃转化为醇引入—OH二者有何区别，反应类型相同吗？问题2请用有机合成流程图形式表示出由乙苯和其他无机物合成最合理方案(不超过3步)。典例示范[典例2]对溴苯乙烯(E)是一种重要的化工原料，E的实验室制取流程如图所示：已知：D的分子式为C8H8Br2，且分子中含有甲基。回答下列问题：(1)E中官能团的名称为____________________。(2)D的结构简式为________________。(3)写出反应B→C的化学方程式：__________________________________________________，其反应类型为________。(4)在A、B、C三种物质中，能使酸性KMnO4溶液褪色的有________(填标号)。素养训练[训练2]按以下步骤可由合成(部分试剂和反应条件已略去)：请回答下列问题：(1)写出E的结构简式：____________，B中____(填“可能”或“不可能”)所有碳原子共面。(2)反应①～⑦中属于消去反应的是________，属于取代反应的是________。(3)A→B反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________，C→D反应的化学方程式为___________________________________________________________________________________________________________________________。

·课堂总结·知识导图误区警示对比分析有机物之间的转化应注意1．对比碳骨架的变化。对比原料分子和目标化合物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，遵循绿色化学思想，确定科学合理的方案。随堂检测·强化落实——基础知能练到位1．法国化学家格利雅发现了有机镁试剂(也称为格氏试剂)及其在有机合成中的应用。其反应机理是有机镁试剂中带有负电荷的烃基与带有正电荷的基团结合，从而发生取代或者加成反应。下列反应中有机产物不合理的是()2．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NaOH溶液共热D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热3．一定条件下，炔烃可以进行自身化合反应。如乙炔的自身化合反应为2H—C≡C—H→H—C≡C—CH=CH2。下列关于该反应的说法不正确的是()A．该反应使碳链增长了2个C原子B．该反应引入了新官能团C．该反应是加成反应D．该反应属于取代反应4．(双选)武兹反应是重要的有机增碳反应，可简单表示为2R－X＋2Na→R－R＋2NaX，应用这一反应，下列所给化合物中可以与钠合成环丁烷的是()A．CH3BrB．CH3CH2CH2CH2BrC．CH2BrCH2BrD．CH2BrCH2CH2CH2Br5．根据下面的反应线路及所给信息填空。(1)A的结构简式是________，B的结构简式是________。(2)①的反应类型是________；③的反应类型是________。(3)反应④的条件是_______________________________________________。(4)写出反应②的化学方程式________________________________________________________________________________________________________。第1课时有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入必备知识[知识点一]1．设计合成路线性质或功能2．碳骨架官能团[知识点二]1．（1）①CH3CH2Br＋NaCN→CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2COOH②（2）②CH4↑＋Na2CO32．（1）CH2=CH2↑＋H2OCH2=CH2↑＋NaBr＋H2OCH3CH2ClCH3CH2Br＋H2OCH3CH2OHCH3CH2OH＋NaClCH3CH2OHRCH2COOH＋CO2↑CH3CH2COOH（2）消去加成还原[学思用]1．答案：（1）×（2）√（3）×（4）√（5）√2．解析：醛基催化氧化条件下可变为羧基；多卤代烃可发生反应RCX3水解答案：D关键能力提升点一[互动探究]问题1：提示：（1）CH3COOH（2）、CH3COOH（3）（4）HOOC—COOH、HOOC—CH2CH2—COOH问题2：提示：（1）(1)CH3C≡CH＋HCN催化剂或CH3C≡CH＋HCN催化剂CH3CH（2）（3）（4）[典例1]解析：由反应物和产物对比可知①为2分子1，3丁二烯的加成反应，A的结构简式应为，由题给信息推出B为，C为，D为。答案：（1）（2）消去反应加成反应[训练1]解析：由题干信息可知，醛分子间的加成反应可增长碳链，所以由乙烯制正丁醇时，首先应制得乙醛，然后依据题干信息，完成碳链增长，得到含4个碳原子的烯醛，再经催化加氢即可得到正丁醇，合成路线为CH2=CH2①CH3CHO②CH3CH=CHCHO③CH各步涉及的具体反应(反应条件省略)：①CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OH，2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2O(或2CH2=CH2＋O2→2CH3CHO)；②2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2O；③CH3CH=CHCHO＋2H2→CH3CH2CH2CH2OH。故D项与由乙烯制正丁醇的各步反应的化学方程式无关。答案：D提升点二[互动探究]问题1：提示：由酯引入—OH，发生水解反应（取代反应），条件为稀硫酸或氢氧化钠加热，而卤代烃转化为醇引入—OH，必须是氢氧化钠水溶液加热发生取代反应。问题2：提示：[典例2]解析：根据B的结构简式并结合A的分子式可知，A为，A→B为苯与溴乙烷在AlCl3催化条件下发生取代反应生成乙苯；B→C为乙苯与Br2在FeBr3催化条件下发生的反应，结合E的结构简式可知，该反应为Br原子取代了苯环上乙基对位碳原子上的氢原子，则C为；C→D为C与Br2在光照（注意B→C与C→D的反应条件不同）条件下发生苯环侧链上的取代反应，D可能是或，结合已知信息可知D为；D发生消去反应生成。（1）中所含官能团为溴原子（或碳溴键）、碳碳双键。（3）反应B→C的化学方程式，该反应为取代反应。（4）A为，不能使酸性KMnO4溶液褪色；B、C中与苯环直接相连的碳原子上都有氢原子，都能被酸性KMnO4溶液氧化，从