2024高中化学专题4烃的衍生物第三单元第3课时重要有机物之间的相互转化教案苏教版选修5

PAGE12-第3课时重要有机物之间的相互转化[明确学习目标]1.熟知烃和烃的衍生物之间的相互转化关系。2.驾驭构建目标分子骨架，官能团引入、转化或消退的方法。3.学会有机合成的分析方法，知道常见的合成路途。重要有机物间的相互关系有关化学方程式为：①CH3CH3＋Br2eq\o(→,\s\up15(光))eq\o(□,\s\up3(01))CH3CH2Br＋HBr；②CH2=CH2＋HBreq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(02))CH3CH2Br；③CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(醇),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(03))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O；④CH2=CH2＋H2eq\o(→,\s\up15(Ni),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(04))CH3CH3；⑤CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(催化剂))eq\o(□,\s\up3(05))CH3CH2OH；⑥CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(170℃))eq\o(□,\s\up3(06))CH2=CH2↑＋H2O；⑦2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up15(Cu或Ag),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(07))2CH3CHO＋2H2O；⑧CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(08))CH3CH2OH；⑨2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(09))2CH3COOH；⑩CH≡CH＋H2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(10))CH2=CH2；⑪⑭CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up15(H＋),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(11))CH3COOH＋C2H5OH；⑫⑬CH3CH2OH＋CH3COOHeq\o(,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(△))eq\o(□,\s\up3(12))CH3COOC2H5＋H2O。有机合成中引入多种官能团时，为什么要考虑引入官能团的先后依次？提示：因为在引入不同的官能团时，要采纳不同的反应条件，若不考虑引入的先后依次，前面已引入的官能团在引入后面的官能团时可能会受到破坏。例如，由制备有两条途径：一是先将醛基催化氧化为羧基，然后再进行醇羟基的消去反应；二是先进行醇羟基的消去反应，后进行醛基的催化氧化反应。假如先进行醛基的氧化反应，生成，再进行醇羟基的消去反应，在浓硫酸加热条件下，可能发生酯化反应等副反应，因此途径一不合适；途径二中先得到碳碳双键，此时应留意不能用酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化醛基，以防碳碳双键也被氧化，应选择银氨溶液、新制氢氧化铜等弱氧化剂来氧化醛基。一、有机合成中常见官能团的引入、消去和转化1．官能团的引入(1)卤原子的引入①烃与卤素单质的取代反应。例如：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的氯代烃)(还有其他的氯代苯甲烷)CH2=CH—CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(500～600℃))CH2=CH—CH2Cl＋HCl②不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。例如：CH2=CHCH3＋Br2→CH2Br—CHBrCH3CH2=CHCH3＋HBr→CH3—CHBrCH3(或BrCH2CH2CH3)CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化剂))CH2=CHCl③醇与氢卤酸的取代反应。例如：R—OH＋HXeq\o(→,\s\up15(△))R—X＋H2O(2)羟基的引入①醇羟基的引入a．烯烃与水加成生成醇。例如：CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(H2SO4或H3PO4),\s\do15(加热、加压))CH3CH2OHb．卤代烃在强碱性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2—Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(H2O),\s\do15(△))CH3CH2—OH＋NaBrc．醛或酮与氢气加成生成醇。例如：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up15(Ni),\s\do15(△))CH3CH2—OHCH3COCH3＋H2eq\o(→,\s\up15(Ni),\s\do15(△))d．酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up15(H＋),\s\do15(△))CH3COOH＋CH3CH2OH②酚羟基的引入a．酚钠盐溶液中通入CO2生成苯酚。例如：b．苯的卤代物水解后酸化生成苯酚，例如：(3)双键的引入①碳碳双键的引入a．醇的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up15(浓硫酸),\s\do15(170℃))CH2=CH2↑＋H2Ob．卤代烃的消去反应引入碳碳双键。例如：CH3CH2——Br＋NaOHeq\o(→,\s\up15(醇),\s\do15(△))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2Oc．炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质加成(限制物质的量)可得到碳碳双键。例如：CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化剂))CH2=CHCl②碳氧双键的引入醇的催化氧化。例如：2R1CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2R1CHO＋2H2O(4)羧基的引入①醛被弱氧化剂氧化成酸。例如：CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOHeq\o(→,\s\up15(△))CH3COONa＋Cu2O↓＋3H2OCH3COONaeq\o(→,\s\up15(H＋))CH3COOH②醛被氧气氧化成酸。例如：2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2CH3COOH③酯在酸性条件下水解。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up15(H＋),\s\do15(△))CH3COOH＋CH3CH2OH④含侧链的芳香烃(与苯环相连的C原子上有H原子)被强氧化剂氧化。例如：2．官能团的消去(1)通过加成反应消去C=C或C≡C等不饱和键。例如：CH2=CH2＋H2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))CH3—CH3CH≡CH＋2H2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))CH3—CH3(2)通过消去反应、氧化反应或酯化反应消退羟基(—OH)。例如：2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2CH3CHO＋2H2O(3)通过加成反应或氧化反应消退醛基(—CHO)。例如：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up15(Ni),\s\do15(△))CH3CH2—OH(4)通过消去反应或水解反应消退卤素原子。例如：CH3CH2Cl＋NaOHeq\o(→,\s\up15(H2O),\s\do15(△))CH3CH2OH＋NaCl3．官能团的转化官能团的转化在有机合成中比较常见，可以通过取代、消去、加成、氧化和还原等反应来实现。常用方法有以下3种。(1)利用官能团的衍生关系进行衍变。例如：R—H(烃)eq\o(,\s\up15(卤代),\s\do15(消去))RX(卤代烃)eq\o(,\s\up15(水解),\s\do15(取代))ROH(醇类)eq\o(,\s\up15(氧化),\s\do15(还原))RCHO(醛类)eq\o(→,\s\up15(氧化))RCOOH(羧酸)eq\o(,\s\up15(酯化),\s\do15(水解))RCOOR′(酯类)(2)通过某种化学途径使1个官能团变为2个。例如：(3)通过某种手段变更官能团的位置。例如：[对点练习]1．可在有机物中引入羟基的反应类型是()①取代②加成③消去④酯化⑤还原A．①② B．①②⑤C．①④⑤ D．①②③答案B解析卤代烃或酯的水解(取代)，烯烃与H2O(加成)，醛或酮和H2(加成或还原)，均能引入羟基。消去是从分子中消去—X或—OH形成不饱和键，酯化是酸与醇形成酯(削减—OH)，这些都不能引入—OH。2．现有A、B、C、D、E、F、G7种有机物，存在如图所示的转化关系：其中A、B在通常状况下为气体，其余为液体，D、E、F、G中E的相对分子质量最小。相对分子质量A<B<C，且C的相对分子质量为64.5，据此推断A～F的结构简式：A________，B________，C________，D________，E________，F________，G________。答案CH2=CH2CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOCH2CH3CH3COOH解析因有机物C的相对分子质量为64.5，则C中必含一个Cl,64.5－35.5＝29，烃基只能为乙基，C为CH3CH2Cl。由于A、B为气体，相对分子质量A<B<C，结合CH3CH2Cl的性质知A为乙烯、B为乙烷，D为乙醇。结合D、E、F、G的转化关系和E的相对分子质量最小的信息，推得E为乙醛，G为乙酸，F为乙酸乙酯。二、有机合成路途的选择1．有机合成的分析方法有机合成的分析方法内容正合成分析法采纳正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所须要的干脆或间接的中间体，逐步推向待合成有机物，其思维程序是：原料→中间体→产品逆合成分析法采纳逆向思维方法，从产品的组成、结构、性质入手，找出合成所须要的干脆或间接的中间体，逐步推向已知原料，其思维程序是：产品→中间体→原料综合比较法采纳综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，从而得到最佳合成路途2．合成路途的设计程序[对点练习]3．有以下一系列反应，如图所示，最终产物为草酸()。已知B的相对分子质量比A的大79。试回答下列问题：(1)写出下列有机物的结构简式。A________；B________；C________；D________；E________；F________。(2)B→C的反应类型是________。(3)E→F的化学方程式是______________________________________________。(4)E与乙二酸发生酯化反应生成环状化合物的化学方程式是________________________________________。答案(1)CH3CH3CH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2Br(2)消去反应(3)(4)解析结合反应条件可逆推知，，碳的骨架未变，A～F均含2个C。由M(B)＝M(A)＋79知，A中一个H被一个Br取代，A为乙烷。结合反应条件及有机物转化规律逆推得转化过程为4．由丁炔二醇制备1,3­丁二烯的流程如图所示。试回答下列问题：(1)写出A、B的结构简式：A________________、B__________________。(2)用化学方程式表示①～④的转化过程。答案(1)(2)①②③④解析本题可由原料丁炔二醇动身，依据题给条件依次推断。反应①为加成反应，产物为A，反应④为消去反应，产物为1,3­丁二烯，可以推出A是丁炔二醇完全氢化的产物，则A的结构简式为。A与HBr发生取代反应生成B，则B的结构简式为。本课归纳总结常见的有机合成路途(1)一元合成路途RCH=CH2eq\o(→,\s\up15(HX),\s\do15(X表示卤素))卤代烃eq\o(→,\s\up15(NaOH水溶液),\s\do15(△))一元醇eq\o(→,\s\up15([O]))一元醛eq\o(→,\s\up15([O]))一元羧酸→酯(2)二元合成路途CH2=CH2eq\o(→,\s\up15(X2),\s\do15(X表示卤素))CH2X—CH2Xeq\o(→,\s\up15(NaOH水溶液),\s\do15(△))CH2OH—CH2OHeq\o(→,\s\up15([O]))OHC—CHOeq\o(→,\s\up15([O]))HOOC—COOH→链酯、环酯、聚酯(3)芳香化合物合成路途1．X、Y、Z、W均为常见的烃的含氧衍生物且物质类别不同，存在如图所示的转化关系，则以下推断正确的是()A．X是羧酸，Y是酯B．Z是醛，W是羧酸C．Y是醛，W是醇D．X是醇，Z是酯答案B解析符合题目框图中转化的含氧有机物为(举例说明)2．烯烃在肯定条件下发生氧化反应时C=C键发生断裂，RCH=CHR′，可以氧化成RCHO和R′CHO，在该条件下烯烃分别被氧化后产物可能有CH3CHO的是()A．(CH3)2C=CH(CH2)2CHB．CH2=CH(CH2)2CH3C．CH3CH=CH—CH=CH2D．CH3CH2CH=CHCH2CH3答案C解析烯烃在肯定条件下发生氧化反应时C=C键发生断裂，RCH=CHR′，可以氧化成RCHO和R′CHO，可知要氧化生成CH3CHO，则原烯烃的结构应含有CH3CH=，CH3CH=CH—CH=CH2结构中含CH3CH=，所以氧化后能得到CH3CHO。3．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的()①与NaOH的水溶液共热②与NaOH的醇溶液共热③与浓硫酸共热到170℃④在催化剂存在的状况下与氯气反应⑤在Cu或Ag存在的状况下与氧气共热⑥与新制的Cu(OH)2悬浊液共热A．①③④②⑥