第五节　第2课时　有机合成路线的设计与实施 教学课件

第2课时有机合成路线的设计与实施

第三章第五节有机合成1．了解设计有机合成路线的一般方法。2．理解逆向合成法在有机合成中的应用，尤其在制药行业中的重要作用，知道“绿色合成”原则。3．体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。学习目标任务一正合成分析法1任务二逆合成分析法2随堂达标演练3内容索引课时测评4任务一正合成分析法新知构建有机合成路线的确定，需要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，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．常见有机物的转化2．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(3)芳香族化合物合成3．合成路线的表示方法有机合成路线用反应流程图表示。示例：原料

中间体(Ⅰ)

中间体(Ⅱ)……―→目标化合物交流研讨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。(1)请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，写出反应流程图。提示：CH2==CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。(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。提示：若每一步反应的产率均为70%，第一种合成路线的总产率为70%×70%×70%＝34.3%，远小于第二种工艺反应的产率70%。典例应用1．在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是A．酚钠与卤代烃作用合成酚醚：B．乙烷与氯气在光照下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HClC．萘与浓硫酸制备萘磺酸：D．乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2O

CH3CH2OH√乙烷与氯气在光照下发生取代反应，反应生成的有机物是多种氯代乙烷的混合物，故B符合题意。2.(2023·沈阳高二调研)在一次有机化学课堂小组讨论中，某同学设计了下列合成路线，你认为最不可行的是D.用乙烯合成乙二醇：CH2==CH2CH3CH3CH2ClCH2Cl

HOCH2CH2OH√氯苯与H2发生加成反应生成一氯环己烷，一氯环己烷在NaOH的乙醇溶液、加热条件下发生消去反应生成环己烯，可以实现，A项不符合题意；甲苯与Cl2在光照条件下发生甲基上的取代反应生成

在NaOH水溶液、加热条件下发生取代反应生成

，可以实现，B项不符合题意；乙烯与H2发生加成反应生成乙烷，但乙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，其产物有多种，无法控制反应只生成CH2ClCH2Cl，不可以实现，D项符合题意。3．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)。答案：CH3CH2OHCH2===CH2

(2)将1-丙醇转化成2-丙醇(改变官能团的位置)。答案：CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2返回任务二逆合成分析法新知构建1．逆合成分析法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；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。2．逆合成分析法的应用由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。(1)分析如图：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：①________________________________；②____________________________________________________；③____________________________________________________；④_______________________________________；⑤_____________________________________________________________。CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH(2)合成路线如下：特别提醒1．上述合成路线中

也可以先氧化为OHC—CHO，再氧化为HOOC—COOH。2．表示合成步骤时，用箭头“→”表示每一步反应；而表示逆合成时，用“

”表示逆推过程。交流研讨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①、②两步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。提示：该方法的原料H2O、O2廉价易得、无毒，原料利用率高，产物易于分离，符合“绿色化学”理念等。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。4．有机合成的发展及价值发展从生物体内提取有机物→人工设计并合成有机物→计算机辅助设计合成有机物价值为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础，有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步交流研讨2提示：典例应用1．(2024·北京西城高二期末)以

为原料制取

，较合理的路线依次发生的反应为A．加成—消去—取代 B．消去—加成—取代C．消去—取代—加成 D．取代—消去—加成√由逆合成法可知，二卤代烃水解可制备二元醇，烯烃加成可制备二卤代烃，则以2-溴丙烷为原料制取1，2-丙二醇，步骤为：①2-溴丙烷与NaOH醇溶液共热发生消去反应生成丙烯；②丙烯与溴单质发生加成反应生成1，2-二溴丙烷；③1，2-二溴丙烷与NaOH水溶液共热发生取代反应生成1，2-丙二醇。2．(2024·北京五中高二期中)已知

所用的原始原料可以是①2-甲基-1，3-丁二烯和2-丁炔②1，3-戊二烯和2-丁炔③2，3-二甲基-1，3-戊二烯和乙炔④2，3-二甲基-1，3-丁二烯和丙炔A．①④ B．②③C．①③ D．②④√

则两种原料分别为2-甲基-l，3-丁二烯和2-丁炔，①④正确，A符合题意。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==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONaH2==CHCOOH

①设计有机合成路线时要选择合适的反应条件②并注意官能团的保护以CH2==CHCH2OH为主要原料合成CH2==CHCOOH，CH2==CHCH2OH可先和HCl发生加成反应，保护碳碳双键，再利用强氧化剂将醇羟基氧化为羧基，最后结合卤代烃的消去引入碳碳双键。返回随堂达标演练1．甲基丙烯酸甲酯旧法合成的反应是(CH3)2C===O＋HCN―→(CH3)2C(OH)CN，(CH3)2C(OH)CN＋CH3OH＋H2SO4―→CH2==C(CH3)COOCH3＋NH4HSO4。20世纪90年代新法合成的反应是CH3C≡CH＋CO＋CH3OHCH2==C(CH3)COOCH3，与旧法比较，新法的优点是A．原料无爆炸危险

B．原料都是无毒物质C．没有副产物，原料利用率高

D．条件较简单√新法有CO、CH3OH参与，CO、CH3OH有毒且可燃，有爆炸危险，所以A、B两项错误；新法需要催化剂而旧法不用，所以D项错误；比较两种合成方法，新法的优点是没有副产物，原料利用率高，所以C项正确。

2．已知醇在一定条件下经分子间脱水可以生成醚，以乙醇、浓硫酸、溴水、氢氧化钠的水溶液为主要原料合成

。最佳合成路线中依次涉及的反应类型是①氧化反应②还原反应③取代反应④加成反应⑤消去反应⑥中和反应⑦水解反应⑧酯化反应⑨加聚反应A．①⑤④⑥⑧⑨ B．⑤④⑦③C．②⑤④⑧ D．②④⑥⑧√3．1，4-环己二醇()是生产某些液晶材料和药物的原料，现以环己烷()为基础原料，使用逆合成分析法设计它的合成路线如下。下列说法正确的是A．有机物X、Y、M均为卤代烃B．有机物X和Y可能为同分异构体，也可能为同种物质C．反应①为取代反应，反应⑥为加成反应D．合成过程涉及取代反应、加成反应、消去反应√

，C错误；综上分析，合成过程涉及取代反应、加成反应、消去反应，D正确；答案选D。4．环戊二烯()是一种重要的化工原料。Diels-Alder反应为共轭双烯与含有碳碳双键或碳碳三键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的反应是

；由环戊二烯和A经Diels-Alder反应制得

。(1)Diels-Alder反应属于_____反应(填反应类型)，A的结构简式为________________________。加成CH2==CH—CH==CH2根据提示可知，该反应是碳碳不饱和键减少的反应，属于加成反应；加成的为A中也含有2个碳碳双键，A为CH2==CH—CH==CH2。(2)写出实验室由

的属于芳香烃的同分异构体的同系物制备

的合成路线流程图____________________________________________________________________________________。(合成路线流程图示例如下：H2C==CH2CH3CH2BrCH3CH2OH)

的结构可知，它可由甲苯发生氯代反应，再水解生成醇，醇氧化而得。返回课时测评题点一有机合成路线的设计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√由1-氯环己烷制取1，2-环己二醇，正确的过程为

，即依次发生消去反应、加成反应、取代反应。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√由最后的产物是醚，结合最后一步的反应条件可知，最后一步反应是醇发生分子间脱水，所以C为HOCH2CH2OH，再结合B中有Br，B转化为C的条件是氢氧化钠的水溶液、加热，可知B为BrCH2CH2Br，则A是乙烯。3．以1-丙醇制取

，最简便的流程需要下列反应的顺序是a．氧化

b．还原

c．取代d．加成e．消去f．中和

g．加聚

h．酯化A．b、d、f、g、h B．e、d、c、a、hC．a、e、d、c、h D．b、a、e、c、f√4．(2023·北京师大附中高二期中)下面是以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线，下列说法不正确的是A．M的结构简式为

B．反应④的反应试剂和反应条件是NaOH的乙醇溶液、加热C．②③④的反应类型分别为消去反应、加成反应、消去反应D．环戊二烯与Br2以1∶1的物质的量之比加成，可生成√的反应，反应条件是NaOH的乙醇溶液，并加热，选项B正确；C.②是消去反应，③是加成反应，④是消去反应，选项C正确；D.环戊二烯与Br2以1∶1的物质的量之比加成时，若发生1，4-加成，可生成

，选项D正确。题点二有机合成路线的选择5．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷()的反应中，原子利用率最高的是√A、B、D中均存在副产品，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；C中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为100%，原子利用率最高。6．以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是√A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应；B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费；C项比D项多一步取代反应，显然不合理；D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。7．(2023·安徽芜湖高二检测)以

为基本原料合成

，下列合成路线最合理的是√以

为基本原料合成

，因碳碳双键、羟基均能被氧化，则应先使碳碳双键发生加成反应引入一个卤素原子，然后将羟基氧化为羧基，最后再发生消去反应(脱HCl)生成碳碳双键，D项合理。8．有机物d的合成路线如图所示：下列说法错误的是A．a和

互为同系物B．a→b的目的是保护酚羟基C．b→c属于氧化反应D．一定条件下，a、d可以分别与适当物质发生缩聚反应√A.由题干a的结构简式可知，a中含有酚羟基，则a和

中官能团的种类不同即结构不相似，故不互为同系物，A错误；B.由题干转化关系信息比较a→b和c→d可知，a→b的目的是保护酚羟基，B正确；C.由题干转化信息可知，b→c为甲基变为羧基，则属于氧化反应，C正确；D.由题干a、d的结构简式可知，二者分子中均含有酚羟基，且邻位上有两个H，故一定条件下，a、d可以分别与适当物质HCHO发生缩聚反应，D正确；故答案为A。9．(2023·北京平谷区检测)合成某医药的中间路线如图，下列说法不正确的是A．R的官能团是—OHB．R的沸点高于P的沸点C．由P生成M发生消去反应D．P的核磁共振氢谱图只有一组峰√通过题述合成路线图知，R的结构简式为CH3CH(OH)CH3，则R的官能团是—OH，故A正确；P的结构简式为CH3COCH3，R的结构简式为CH3CH(OH)CH3，R能形成分子间氢键但P不能形成分子间氢键，含有分子间氢键的物质熔、沸点较高，所以R的沸点高于P的沸点，故B正确；P中碳氧双键被取代生成M，属于取代反应，故C错误；P的结构简式为CH3COCH3，P含有一种化学环境的氢原子，所以其核磁共振氢谱图只有一组峰，故D正确。√10．(2024·湖南衡阳一中期末)化合物Ⅳ()是合成中药的一种中间体，以邻二甲苯为原料制备化合物Ⅳ的一种合成路线如图所示。下列说法错误的是

A．由Ⅱ生成Ⅲ的反应类型为取代反应B．Ⅱ和Ⅳ均能使酸性高锰酸钾溶液褪色C．1molⅣ能与6molH2发生加成反应D．Ⅰ能从碘水中萃取碘，有机相在上层A.由图可知，

取代Ⅱ中苯环上的氢原子生成Ⅲ，因此由Ⅱ生成Ⅲ的反应类型为取代反应，故A正确；B.Ⅱ和Ⅳ中苯环上均有—CH3，则Ⅱ和Ⅳ均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故B正确；C.1molⅣ中含有1mol碳碳双键、1mol羰基