有机合成的主要任务课件高中化学人教版选择性必修3

第五节有机合成第1课时有机合成的主要任务第三章烃的衍生物素养目标学习要点1.通过碳骨架的构建、官能团的引入和转化,体会有机合成的基本任务,掌握有机化合物分子骨架的构建,官能团引入、转化或消除的方法,形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.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。培养科学探究与创新意识的学科核心素养。1.构建碳骨架的四种形式:增长、缩短、成环、开环。2.常见官能团的引入和消除:碳碳双键、卤素原子、羟基、醛基、羧基、酯基。3.一种意识:保护官能团。知识点一构建碳骨架基础落实•必备知识全过关1.有机合成的定义有机合成指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

和

的目标分子的过程。

碳骨架

官能团结构性质2.构建碳骨架(1)碳链增长①引入氰基炔烃与HCN先加成后水解生成

,醛与HCN先加成后还原生成

。

羧酸胺CH2=CHCNCH2=CHCOOH②羟醛缩合反应分子内含有α-H的醛在一定条件下可发生加成反应,生成β-羟基醛,进而发生消去反应。______________________________________________________________(2)碳链的缩短①烯烃的氧化②炔烃的氧化

③苯的同系物氧化

RCOOH(3)成环反应①碳链成环共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应,得到环加成产物②形成环酯

③形成环醚

深度思考阅读教材“资料卡片”,了解羟醛缩合反应的原理,思考下列两个问题:(1)如何由苯甲醛和乙醛制取

?(2)如何由甲醛和乙醛制取

?

教材拓展有机化合物的开环反应(1)环酯的水解开环(2)环烯烃的氧化开环

易错辨析(1)消去反应可以引入碳碳双键,加成反应也可以引入碳碳双键。(

)(2)一定条件下,可以通过取代反应由溴乙烷制备乙醇。(

)(3)丙烯中既可以引入碳卤键,也可以引入羟基。(

)(4)加聚反应可以使有机化合物碳链增长。(

)(5)酯化反应既可以增长碳链,也可以使碳链成环。(

)√提示

如乙醇发生消去反应生成乙烯,乙炔与氢气加成生成乙烯。

√提示

溴乙烷可以与氢氧化钠水溶液在加热条件下发生取代反应生成乙醇。

√提示

丙烯与溴化氢发生加成反应引入碳卤键,丙烯与水发生加成反应引入羟基。√√提示

酯化反应可以增长碳链,有些酯化反应也可以使碳链成环。

重难突破•能力素养全提升探究角度1

碳链的增长与缩短例1设计流程完成下列转化。(1)由乙烯合成丙烯酸(2)由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH(3)乙烯是有机化工生产中重要的基础原料,请以乙烯为基本原料合成正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH),写出有关反应的化学方程式。归纳总结

1.碳链的增长的常用方法(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2.碳链的缩短的常用方法(1)烷烃的分解反应(2)酯的水解反应(3)与高锰酸钾发生氧化反应[对点训练1]用丙醛(CH3CH2CHO)制取聚丙烯

的过程中发生的反应类型依次为(

)①取代②消去③加聚④水解⑤氧化

⑥还原A.①④⑥ B.⑤②③

C.⑥②③ D.②④⑤C解析

用丙醛制取聚丙烯的过程为

探究角度2

碳链的成环与开环例2盐酸金刚烷胺是一种治疗和预防病毒性感染的药物,可用于抑制病毒穿入宿主细胞,从结构上看是一种对称的三环状胺,可以利用环戊二烯(CPD)来制备合成,流程图如下:(1)写出①反应的化学方程式:[对点训练2]烯烃复分解反应的示意图如下,下列化合物中,经过烯烃复分解反应可以生成

的是(

)A解析

A中两个碳碳双键断裂后,生成物中新形成的环为六元环,且新环中所形成的碳碳双键位置符合要求;B中两个碳碳双键断裂后,合成的是五元环;C中两个碳碳双键断裂后,合成了六元环,但是碳碳双键的位置不正确;D中两个碳碳双键断裂后,得到的是五元环。知识点二官能团的引入与保护基础落实•必备知识全过关1.引入官能团

官能团引入方法(举例)碳碳双键

或

或

碳卤键

或

或

羟基

或

或

或

醛基

或烯烃的氧化

羧基

或

或

酯基____________

卤代烃的消去醇的消去炔烃的不完全加成醇(酚)的取代烯烃(炔烃)的加成烷烃(苯及苯的同系物)的取代烯烃与水的加成卤代烃的水解醛的还原酯的水解醇的催化氧化醇的氧化醛的氧化酯的水解酯化反应2.官能团的保护含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

的其他官能团,反应后再

。

如醇羟基的保护:不受该反应影响转化复原R—O—R'

R″—O—R'R″—OH深度思考(1)如何由溴乙烷制取乙二醇?提示

不能。因酚羟基易被氧化,所以在氧化其他基团前可以先使酚羟基与NaOH反应,把—OH转变为—ONa保护起来,待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。应设计流程如下:重难突破•能力素养全提升探究角度1

官能团的引入与转化例1[2024江西南昌高二期中]下列有机合成设计中,所涉及的反应类型有误的是(

)A.由丙烯合成1,2-丙二醇:第一步加成反应,第二步取代反应B.由1-溴丁烷合成1,3-丁二烯:第一步消去反应,第二步加聚反应C.由乙醇合成乙炔:第一步消去反应,第二步加成反应,第三步消去反应D.由乙烯合成乙二醛:第一步加成反应,第二步取代反应,第三步氧化反应B解析

由丙烯合成1,2-丙二醇,丙烯先与氯气发生加成反应,再由加成产物在氢氧化钠水溶液加热条件下发生取代反应即可生成1,2-丙二醇,故A正确;由1-溴丁烷合成1,3-丁二烯,先发生卤代烃的消去反应,再和HBr发生加成反应生成2-溴丁烷,再发生消去反应生成2-丁烯,再与卤素单质发生加成反应,最后发生消去反应,则需要发生五步反应,分别为消去、加成、消去、加成、消去,故B不正确;由乙醇合成乙炔,第一步先在浓硫酸加热条件下发生消去反应生成乙烯,第二步为乙烯与溴单质发生加成反应生成1,2-二溴乙烷,第三步在氢氧化钠的乙醇溶液加热条件下发生消去反应生成乙炔,故C正确;由乙烯合成乙二醛,第一步为乙烯与溴单质发生加成反应生成1,2-二溴乙烷,第二步在氢氧化钠水溶液加热条件下发生取代反应生成乙二醇,第三步在催化剂的条件下发生氧化反应生成乙二醛,故D正确。【变式设问】(1)如何将溴乙烷转化成乙酸乙酯?(2)如何将乙醇转化成乙二醇?(3)如何将1-丙醇转化成2-丙醇?方法突破

常见官能团的转化关系

[对点训练1][2024北京海淀高二期中]由2-溴丙烷为主要原料制取1,2-丙二醇CH3CHOHCH2OH时,经过的反应类型为(

)A.取代—消去—加成

B.加成—消去—取代C.消去—加成—取代

D.消去—取代—加成C解析

以2-溴丙烷为原料制取1,2-丙二醇时的反应流程为:探究角度2

官能团的保护例2对羟基苯甲酸乙酯是常用的抗真菌防腐剂和食品添加剂。工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯的过程如下:在合成路线中,设计③和⑥这两步反应的目的是什么?答案

防止酚羟基被氧化或保护酚羟基解析

在合成路线中,第③步将—OH转化为—OCH3、第⑥步将—OCH3转化为—OH,是为了避免在氧化苯环上的甲基时,酚羟基也被氧化了,起到了保护酚羟基的作用。方法突破

官能团保护的几种情况

[对点训练2]设计方案以CH2=CHCH2OH为原料制备CH2=CHCOOH。答案

如需氧化含碳碳双键的分子中的羟基,可以先让碳碳双键与HX发生加成反应,氧化后再发生消去反应生成碳碳双键,如:[对点训练3]对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成,已知苯环上的硝基可被还原为氨基:,

,产物苯胺还原性强,易被氧化,写出由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤。解析

。由甲苯制取产物时,需发生硝化反应引入硝基,将甲基氧化才得到羧基,再还原得到氨基;因氨基易被氧化,故甲基氧化为羧基应在硝基还原前进行,否则生成的氨基也会被氧化,故先将甲基氧化为羧基,再将硝基还原为氨基。学以致用随堂检测全达标12345题组1碳链结构的改变1.下列反应能使前者碳链缩短的是(

)A.乙醛发生自身羟醛缩合反应B.乙苯和酸性KMnO4溶液反应C.乙醛和银氨溶液反应D.乙烯和HCN发生加成反应B解析

乙醛发生自身羟醛缩合反应最终生成CH3—CH=CHCHO,碳链增长,A不符合题意;乙苯被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸,碳链缩短,B符合题意;乙醛与银氨溶液反应生成乙酸铵,碳原子数不变,碳链长度不变,C不符合题意;乙烯和HCN发生加成反应生成CH3CH2CN,碳链增长,D不符合题意。12345题组2官能团的引入与转化2.下列反应可以在烃分子中引入碳卤键的是(

)A.苯和溴水共热B.甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合C.溴乙烷与NaOH的水溶液共热D.溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热B解析

苯和溴水共热不反应,A项错误;甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合发生甲基上的取代反应,引入碳卤键,B项正确;溴乙烷与NaOH的水溶液共热发生水解反应生成乙醇,不能在烃分子中引入卤素原子,C项错误;溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热发生消去反应生成乙烯,D项错误。123453.在有机合成中,常需要将官能团消除或增加,且要求过程科学、简捷,下列相关过程不合理的是(

)B解析

乙醇可以与氢溴酸发生取代反应生成溴乙烷,不需要先消去,再加成。

12345题组3官能团的保护4.[2024辽宁大连高二期末]某药物中间体合成路线如图(部分产物已略去)。下列说法错误的是(

)A.①反应的目的是保护羟基 B.B中含有醛基C.步骤③中有取代反应发生 D.E的消去产物有立体异构体D12345123455.仔细体会下列有机合成过程中碳骨架的构建及官能团引入和转化,填写下列空白。已知两个醛分子在NaOH溶液作用下可以发生羟醛缩合反应,生成一种羟基醛:肉桂醛F(分子式为C9H8O)在自然界存在于桂油中,是一种常用的植物调味油,工业上主要是按如下路线合成的:123