3.5.2有机合成路线的设计与实施课件高二下学期化学人教版选择性必修3

第五节有机合成第2课时有机合成路线的设计与实施第三章烃的衍生物1.能利用碳骨架的构建及官能团转化过程中的反应规律进行有机物的推断与合成(重点)。2.落实有机物分子结构分析的思路和方法，建立对有机反应多角度认识模型，并利用模型进一步掌握有机合成的思路和方法，能用“绿色化学”的理念指导合成路线的选择(难点)。[学习目标]新课导入多姿多彩的有机材料19世纪20年代德国·维勒首次人工合成有机物尿素颠茄酮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，罗宾逊仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。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、红霉素、维生素B12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反应理论的发展。后续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。有机合成的发展史化学史实温故知新有机合成合成的任务构建碳骨架增长和缩短、成环等过程官能团的引入、转化、消除及保护合成路线的设计原则成本低、产率高环境友好、路线短方法正向、逆向设计合成路线碳骨架构建官能团转化有机合成路线的确定进行合理的设计与选择较低的成本和较高的产率简便而对环境友好的操作得到目标产物有机合成路线的设计模型模型构建一、正合成分析法1.正合成分析法简单、易得碳骨架和官能团等方面的异同的比较增加一段碳链或连上一个官能团基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。模型构建一、正合成分析法1.(1)食醋的主要成分是乙酸，主要通过发酵法由粮食制备。工业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。CH2=CH2(原料)中间体1中间体2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH

(目标产物)

催化剂、△

Cu、△

催化剂、△基础原料中间体1目标化合物中间体22.正向合成路线的表示方法注意表示合成步骤时，用箭头“→”表示每一步反应。试剂试剂条件条件思考交流一、正合成分析法(2)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(1)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。方法2乙烯直接氧化生成乙酸合成路线更优CH2=CH2(原料)CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH

(目标产物)

催化剂、△

Cu、△

催化剂、△CH2=CH2(原料)CH3COOH

(目标产物)

催化剂、△方法1产率=70%×70%×70%=34.3%方法2产率=70%>思考交流一、正合成分析法2.请用流程图表示出最合理的合成路线。(1)将乙醇转化成乙二醇(改变官能团的数目)。(2)将1-丙醇转化成2-丙醇(改变官能团的位置)。

CH2=CH2

170℃

△—CH2—CH2BrBr——CH2—CH2OHOH—

CH3CH=CH2

△CH3CH—CH3Br—

一定条件CH3CH—CH3OH—

思考交流二、逆合成分析法以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。COCOOC2H5OC2H5COCOOHOHCH3CH2OH中间体1中间体2中间体3中间体4CH2=CH2CH2CH2OHOHCH2CH2ClClCH2=CH2①②③④⑤优先在官能团\碳杂键(如C—O)处切断目标化合物1.逆合成分析法中间体1中间体2基础原料……探究导学二、逆合成分析法2.逆合成分析路线的表示方法逆合成分析步骤的表示：可以用符号“

”表示逆推过程。基础原料中间体1目标化合物试剂试剂条件条件……试剂条件逆合成合成步骤的表示：用箭头“→”表示每一步转化反应。基础原料中间体1目标化合物中间体2试剂试剂条件条件探究导学二、逆合成分析法以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。①②③④⑤相关反应：①CH2=CH2+H2OCH3CH2OH

催化剂高温、高压

CH2Cl—CH2Cl③

+2NaOHH2O△CH2Cl—CH2Cl+2NaClCH2OH

—CH2OH探究导学CH2OH

—CH2OH④

△COOH

—COOH＋2H2OCOOH

—COOH+2CH3CH2OH⑤

△COOC2H5

—COOC2H5＋2H2O二、逆合成分析法1.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。①②③④⑤路线二：路线一：

CH2Cl—CH2Cl③

+2NaOHH2O△CH2Cl—CH2Cl+2NaClCH2OH

—CH2OH思考交流路线一路线二原料原子利用率环境保护二、逆合成分析法Cl2、NaOHO2、H2O，廉价易得③为取代反应有副产物，原子利用率低。原子利用率100%Cl2有毒、NaOH有腐蚀性的，对环境不够友好O2、H2O无毒无腐蚀性的，对环境友好思考交流二、逆合成分析法3.合成路线设计应遵循的原则(1)合成步骤较少，副反应少，反应产率高。(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒。(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。(4)污染排放少，要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。归纳小结二、逆合成分析法利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序观察目标化合物的分子结构由目标化合物逆推原料分子并设计合成路线碳骨架特征，官能团种类和位置碳骨架构建，官能团的引入或转化对不同的合成路线进行优选以绿色合成思想为指导思维建模二、逆合成分析法下列有关该合成路线的说法正确的是A.反应①的反应条件为NaOH的水溶液、加热B.A分子中所有碳原子不可能共平面C.B和C分子中均含有1个手性碳原子D.反应③为加成反应√NaOH的乙醇溶液、加热苯分子和碳碳双键均是平面形结构，通过碳碳单键可旋转至共平面**卤代烃的水解反应属于取代反应思考交流二、逆合成分析法3.以CH2=CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计合成CH2=CHCOOH的路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为)，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条)。CH2=CHCH2OHCH3CHClCH2OH

催化剂、△

H+CH3CHClCOOHCH2=CHCOONaCH2=CHCOOH设计有机合成路线时要选择合适的反应条件、并注意官能团的保护。

思考交流三、常见有机物合成路线设计1.一元合成路线卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯HXR—CH=CH2R—CH2CH2—XNaOH水溶液△

R—CH2CH2—OH[O]R—CH2CHO[O]R—CH2COOH醇、浓硫酸

△

资料卡片三、常见有机物合成路线设计2.二元合成路线二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯X2CH=CH2X—CH2CH2—XNaOH水溶液△

HO—CH2CH2—OH[O]OHC—CHO[O]HOOC—COOH浓硫酸

△卤代烃资料卡片三、常见有机物合成路线设计3.芳香族化合物合成路线CH2OHNaOH水溶液△

CHO[O]COOH[O]芳香酯浓硫酸醇、△ClCl2FeCl3②OH①NaOH水溶液、

△②H+CH3CH2Cl光照Cl2①资料卡片随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成技术和效率不断提高，利用计算机辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为严密思维逻辑的科学过程。实验室有机合成常用的装置：资料卡片工业化合成使用的反应釜有机合成路线的基本流程明确目标化合物的结构设计合成路线碳骨架构建和官能团转化对样品进行结构测定试验其性质或功能合成目标化合物大量合成优化方案科学性可行性安全性简约性依据课堂小结1.(2023·昆明高二检测)由1-氯环己烷(

)制备1,2-环己二醇(

)时，需要经过下列哪几步反应A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去√自我测试ClClClOHOH自我测试2.根据下面合成路线判断烃A为A.1-丁烯 B.1,3-丁二烯C.乙炔 D.乙烯√HOCH2CH2OHBrCH2CH2BrCH2=CH2醚键自我测试3.有机合成在创新药研发中应用十分广泛，有机化合物F是目前最好的前列腺抗癌药物，其合成路线如右：已知：①取代基—CH3可表示为Me；自我测试(1)下列说法正确的是____(填字母)。A.A→D的反应类型分别是取代反应、

还原反应、氧化反应B.化合物F的分子式为C21H16N4O2F4SC.中有手性碳原子D.由甲苯合成A的过程是先将甲苯氧

化为苯甲酸，然后再进行卤代B均为取代反应√均为甲基，无手性碳原子由已知信息③可知，甲苯

A物质F2、Br2Fe酸性KMnO4溶液自我测试(2)写出由甲苯合成

的路线图，条件不用标出，无机化合物任选。

Fe

H+

本节内容结束有机合成路线的确定，需要在掌握

构建和

转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，以较低的

和较高的

，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。有机合成路线的分析方法包括从原料出发来分析的

分析法及从目标化合物出发进行的

分析法。碳骨架官能团成本产率正合成逆合成目标一答案1.正合成分析法(1)单官能团合成(2)双官能团合成醇

醛酸HOCH2—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH目标一答案(3)芳香族化合物合成目标一答案2.合成路线的表示方法有机合成路线用反应流程图表示。注意表示合成步骤时，用箭头“→”表示每一步反应。目标二答案1.逆合成分析法表示逆合成时，常用符号“

”表示逆推过程。目标二答案2.逆合成分析法示例由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。(1)分析如下：根据以上逆合成分析，可以确定合成乙二酸二乙酯的有机基础原料为乙烯(CH2==CH2)，通过5步反应进行合成，写出反应的化学方程式：目标二答案①_____________________________；②__________________________________________；③__________________________________________；④____________________________________；CH2==CH2＋Cl2―→

目标二答案⑤______