高中化學(xué)（情景導(dǎo)入+課前導(dǎo)讀+知識解惑+課堂演練）第3章 第1節(jié) 有機(jī)化合物的合成課件 魯科版選修5

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1、第第1 1節(jié)有機(jī)化合物的合成節(jié)有機(jī)化合物的合成 情情 景景 切切 入入課課 前前 導(dǎo)導(dǎo) 讀讀知知 識識 解解 惑惑課課 堂堂 演演 練練 第第1 1節(jié)有機(jī)化合物的合成節(jié)有機(jī)化合物的合成自20世紀(jì)80年代以來，我國先后開發(fā)了近10個30萬噸或50萬噸乙烯工程。用什么來生產(chǎn)乙烯，在乙烯生產(chǎn)過程中，有機(jī)分子的碳鏈發(fā)生了怎樣的變化？有沒有官能團(tuán)生成？利用乙烯還能合成很多的高分子化合物，你能列舉幾種嗎？“神舟七號”最大的亮點莫過于航天員的出艙活動，對于太空惡劣的環(huán)境，低溫、高真空、高缺氧、宇宙輻射等都可能對航天員的身體造成傷害，配備特殊的宇航服以保證航天員身體健康當(dāng)然是重中之重了。中國自發(fā)研制的新航天服

2、不但能適合太空行走，還非常舒服，技術(shù)“堪比美國”。這個宇航服整套包括通信工具、航天頭盔、壓力手套、供氧和排放二氧化碳的設(shè)備等，據(jù)稱每套高達(dá)1.6億元人民幣。而制造“神舟”七號宇航服的材料大部分是有機(jī)合成的，其中氨綸尼龍聚合物是最主要的。據(jù)介紹合成氨綸尼龍聚合物有很多條路線，那么科學(xué)家以什么原則去選擇出最合適的合成路線呢？ 1有機(jī)合成是指利用簡單、易得的原料，通過有機(jī)反應(yīng)，生成_的有機(jī)化合物。2有機(jī)合成的任務(wù)包括_和_。3設(shè)計有機(jī)合成路線常用到方法有_。4碳骨架的構(gòu)建含義，包括在原料分子及中間化合物分子的碳骨架上_或_碳鏈，成環(huán)或開環(huán)等。(1)增長碳鏈，增加了一個碳原子：_。增加兩個碳原子：2C

3、H3CCH2Na _。CH3CH2BrNaCCCH3 _。1較復(fù)雜 2構(gòu)建碳骨架官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化3直導(dǎo)法和逆推法 4增長減短(1)CH3CH2Br+NaCN CH3CH2CN+NaBr2CH3CC NaH2CH3CH2CCCH3NaBr(2)減鏈反應(yīng)：方法_的氧化反應(yīng)，方法_脫羧反應(yīng)，CH3 COONa+NaOH _。5引入官能團(tuán)的方法及官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化(1)引入雙鍵的反應(yīng)：醇的消去：_；鹵代烴的消去：_；醇的催化氧化：CH3CH2OH CH3CHO；炔烴加氫：CHCH CH2=CH2。(2)引入鹵原子的反應(yīng)：烷烴取代： ；不飽和烴加成：_，_。 (2)烯烴羧酸鈉CH4Na2CO35(1)CH3CH2

4、OH CH2=CH2H2OCH3CH2Br CH2=CH2 +HBr(2)HXX2 濃H2SO4 (3)引入羥基的反應(yīng)：烯烴與H2O：CH2=CH2 CH3CH2OH；醛或酮與H2加成：CH3CHO CH3CH2OH；鹵代烴的水解：_；酯的水解：CH3COOC2H5H2O CH3CH2OH(3)CH3CH2X CH3CH2OHH2SO46有機(jī)合成路線設(shè)計的一般程序(1)觀察_的結(jié)構(gòu)由_逆推_，并設(shè)計合成路線對不同合成路線進(jìn)行_。(2)合成路線的優(yōu)選_，_，_。其中以綠色合成思想為指導(dǎo)，其出發(fā)點有_，_，_。6(1)產(chǎn)物產(chǎn)物原料選擇(2)副產(chǎn)物少條件適宜原料廉價易得原子經(jīng)濟(jì)性原料綠色化試劑與催化

5、劑無害化有機(jī)合成的概述 1有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)中最令人關(guān)注的領(lǐng)域設(shè)計與合成新的分子是有機(jī)化學(xué)家們的首要任務(wù)。近100年來，有機(jī)化學(xué)家們設(shè)計和合成了大量的有機(jī)化合物。在合成有機(jī)化合物的同時，有機(jī)化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論。自1828年德國化學(xué)家維勒人工合成尿素以來，人類運(yùn)用有機(jī)化學(xué)手段合成出許許多多自然界里存在的物質(zhì)，也創(chuàng)造性地合成出了許許多多自然界里沒有的物質(zhì)。從染料、炸藥、農(nóng)藥和醫(yī)藥的合成，到塑料、合成橡膠和合成纖維等高分子化合物的合成，再到具有生物活性的一系列天然產(chǎn)物的合成，無一不在改變著物質(zhì)世界的面貌。2有機(jī)合成的科學(xué)方法和工作程序(1)若合成自然界里已經(jīng)有的有機(jī)化

6、合物： (也可以修改它們的結(jié)構(gòu)、改良它們的性能)(2)若合成某種自然界里不存在的、并具有特殊性質(zhì)或功能的有機(jī)化合物：3有機(jī)合成流程：首先設(shè)計合成路線(其核心在于構(gòu)建目標(biāo)化合物分子的碳骨架，引入所必需的官能團(tuán))；然后根據(jù)可行的合成路線和步驟合成之，并對其進(jìn)行分離純化；最后對純化了的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定，試驗其性質(zhì)或功能。如果制得了所需的有機(jī)化合物，就可進(jìn)行大量合成；否則，需審查原來的合成路線并予以改進(jìn)或重新設(shè)計。有機(jī)合成流程示意圖 有機(jī)合成的關(guān)鍵碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入 1碳骨架的構(gòu)建每一種有機(jī)化合物的分子都具有特定碳骨架結(jié)構(gòu)，所以合成有機(jī)化合物的重要任務(wù)之一就是要構(gòu)建碳骨架。對原料分子及中間化合

7、物分子碳骨架的構(gòu)建主要包括三個方面：碳骨架增長；減短碳鏈；成環(huán)或開環(huán)等。(1)碳骨架的增長：有機(jī)合成所用的有機(jī)原料物分子中的碳原子數(shù)若小于目的物分子中的碳原子數(shù)，在合成中就需要增長碳鏈。有機(jī)合成中碳鏈的增長的常見方法有：鹵代烴與氰化鈉取代反應(yīng)后，再在酸性條件下水解。(增加1個碳原子)例如，溴乙烷與氰化鈉的乙醇溶液共熱時，溴原子被氰基取代而生成氰化物；該氰化物在酸性條件下水解，可以得到分子比溴乙烷分子多一個碳原子的丙酸。CH3CH2Br CH3CH2CN CH3CH2COOH 丙腈 丙酸 鹵代烴可以和鈉反應(yīng)增長碳鏈。例如溴乙烷與鈉發(fā)生反應(yīng)為：2CH3CH2Br2Na CH3CH2CH2CH32N

8、aBr溴乙烷和丙炔鈉反應(yīng)可以制得分子中增加兩個碳原子的炔烴。如：2CH3CCH2Na 2CH3CCNaH2 丙炔鈉CH3CH2BrCH3CCNa CH3CH2CCCH3NaBr 2戊炔不飽和有機(jī)化合物間的加成、聚合等。如：nCH2=CH2 羥醛縮合反應(yīng)：在稀堿或稀酸的作用下，2分子含有氫原子的醛能自身加成生成羥基醛。如：R CH2CHO+RCH2CHO 格氏試劑與羰基化合物反應(yīng)也是常見的增長碳鏈的方法：(R移到羰基碳上) (2)減短碳鏈：如烴的裂化裂解、某些烴(如苯的同系物、烯烴)的氧化、羧酸鹽脫羧反應(yīng)等。烴的裂化裂解：C16H34 C8H18C8H16C8H18 C4H10C4H8C8H16

9、 C5H10C3H6烯烴的臭氧化還原法：脫羧反應(yīng)：RCOONaNaOH RHNa2CO3(3)成環(huán)或開環(huán)堿石灰2官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化(1)在碳鏈上引入鹵原子的途徑：烴與鹵素的取代、不飽和碳碳雙鍵或叁鍵的有機(jī)物(烯烴或炔烴等)與鹵素單質(zhì)或鹵代氫的加成反應(yīng)。(2)在碳鏈上引入羥基的途徑：鹵代烴的水解、酯的水解、醛或酮的還原、烯烴與水的加成反應(yīng)、羰基化合物與格氏試劑反應(yīng)后酸化等。(3)在碳鏈上引入羰基的途徑：醇的氧化、烯烴的臭氧化還原法、羰基化反應(yīng)等。(4)在碳鏈上引入羧基的途徑：醇或醛的氧化、苯的同系物的氧化、烯烴的強(qiáng)氧化、酯的水解反應(yīng)等。(5)在有機(jī)合成中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化極為重要，可以通過取代、消去、

10、加成、氧化、還原等反應(yīng)來實現(xiàn)。鹵代烴、醇、醛在官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化中占有重要的地位。官能團(tuán)間轉(zhuǎn)化示例： 按要求完成下列轉(zhuǎn)化，寫出反應(yīng)方程式：(1)CH2=CH2 CH3CH2CH2CH3解析：(1)二碳變四碳，碳鏈增長，可通過二元鹵代烴的氰基取代反應(yīng)而完成。路線為：H2O H+點評：有機(jī)合成的關(guān)鍵之一就是碳骨架的構(gòu)建，包括碳鏈增長，碳鏈的減短，注意總結(jié)常見碳鏈增長和碳鏈減短的反應(yīng)，才是解題的根本。 以乙烯為初始反應(yīng)物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知2個醛分子在一定條件下可以自身加成。下式中反應(yīng)的中間產(chǎn)物()可看成是由()中的碳氧雙鍵打開，分別跟()中的碳原子和氫原子相連而得，()是一

11、種3羥基醛，此醛不穩(wěn)定，受熱即脫水而生成不飽和醛(烯醛)：請運(yùn)用已學(xué)過的知識和上述給出的信息，寫出由乙烯制正丁醇各步反應(yīng)的化學(xué)方程式(不必寫出反應(yīng)條件)。解析：本題既有碳鏈增長，又有官能團(tuán)的引入 ，從反應(yīng)物乙烯和產(chǎn)物正丁醇可知由C2 C4，必須完成碳鏈增長，根據(jù)信息可知首先合成乙醛，乙醛可用乙烯氧化法或乙烯水化再氧化；如何引入羥基，由題目信息和產(chǎn)物分析；可知烯醛氫化。答案：CH2=CH2H2O CH3CH2OH；2CH3CH2OHO2 2CH3CHO2H2O(或2CH2=CH2O2 2CH3CHO)；2CH3CHO CH3CH(OH)CH2CHO；CH3CHCH2CHO CH3CH=CHCHO

12、(或CH2=CHCH2CHO)H2O；CH3CH=CHCHO(或CH2=CHCH2CHO)2H2 CH3CH2CH2CH2OH點評：有機(jī)合成路線設(shè)計主要考慮碳鏈的增長或減短和官能團(tuán)的引入，都取決于常見有機(jī)反應(yīng)類型，如加成、消去、水解、取代等反應(yīng)。OH已知RXMg RMgX(格氏試劑) 解析：本題考查了羰基與格氏試劑的反應(yīng)，該反應(yīng)是制備醇的一個重要方法，經(jīng)常用于合成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的醇，該反應(yīng)的特征是引入OH的同時也增長了碳鏈。首先，理解、整合、加 點評：本題將格氏試劑的反應(yīng)作為信息，考查學(xué)生的實際應(yīng)用能力。有機(jī)合成路線的設(shè)計 1正向推導(dǎo)設(shè)計有機(jī)合成的路線：從確定的某種原料分子開始，逐步經(jīng)過碳鏈的連接

13、和官能團(tuán)的引入來完成。在有機(jī)合成路線設(shè)計中，首先要比較原料分子和目標(biāo)分子在結(jié)構(gòu)上的異同，包括官能團(tuán)和碳骨架兩個方面的異同；然后分步設(shè)計由原料分子逐漸轉(zhuǎn)向目標(biāo)分子的合成路線。2逆向推導(dǎo)設(shè)計有機(jī)合成的路線：從目標(biāo)分子開始采用逆推的方法來完成。1964年柯里(E.J.Corey)首先采用逆推的方式設(shè)計合成路線。所謂逆推法就是采取從產(chǎn)物逆推出原料，設(shè)計合理的合成路線的方法。在逆推過程中，需要逆向?qū)ふ胰菀缀铣傻闹虚g有機(jī)化合物，直至選出合適的起始原料。只要每步逆推是科學(xué)合理的，從而得出可行的合成路線。用逆推方式確定原料分子示意圖3注意事項：當(dāng)可能有幾條不同的合成路線時，就需要通過優(yōu)選的方法來確定最佳合成路

14、線。必須考慮合成路線是否符合化學(xué)原理，產(chǎn)率是否高，副反應(yīng)是否少，成本是否低，原料是否容易得到等。合成操作是否安全可靠等；是否符合綠色合成的思想(綠色合成的主要出發(fā)點是：有機(jī)合成中的原子經(jīng)濟(jì)性；原料的綠色化；試劑與催化劑的無公害性)。 4案例：利用逆推法設(shè)計乙酰水楊酸的合成路線由苯酚制備水楊酸：水楊醛可以用苯酚作為原料，在氯仿和氫氧化鈉的作用下，直接向苯環(huán)上引入甲?；频?。水楊醛在一定條件下還可以被氧化成水楊酸。工業(yè)上，用苯酚為原料制得苯酚鈉，再由干燥的苯酚鈉與二氧化碳在加溫、加壓下生成鄰羥基苯甲酸鈉，將鄰羥基苯甲酸鈉酸化便得到水楊酸，其轉(zhuǎn)化關(guān)系為： 利用所學(xué)有關(guān)知識設(shè)計以下有機(jī)合成路線(除指

15、定的起始物外，其他試劑可自行選用)。2CH3CCH2Na 2CH3CCNaH2；解析：有機(jī)合成路線的推導(dǎo)，一般有兩種方法，“直導(dǎo)法”(正向分析法)和“逆推法”(逆向分析法)，比較常用的是“逆推法”。該方法的思維途徑是：首先確定所要合成的有機(jī)產(chǎn)物屬何類別，以及題干中所給定的條件與所要合成的有機(jī)物之間的關(guān)系。以題中要求最終產(chǎn)物為起點，考慮這一有機(jī)物乙如何從另一有機(jī)物甲經(jīng)過一步反應(yīng)而制得。若甲不是所給已知原料，需再進(jìn)一步考慮甲又如何從另一有機(jī)物乙經(jīng)一步反應(yīng)制得，一直推導(dǎo)到題目中給定的原料為終點。在合成某一種產(chǎn)物時，可能會產(chǎn)生多種不同的方法和途徑，應(yīng)當(dāng)在兼顧原料省、產(chǎn)率高的前提下選擇最合理、最簡單的方

16、法和途徑。 6羰基庚酸是合成某些高分子材料和藥物的重要中間體。某實驗室以溴代甲基環(huán)己烷為原料合成6羰基庚酸如下圖，請用合成反應(yīng)流程圖表示出最合理的合成方案(注明反應(yīng)條件)。 解析：本題主要考查有機(jī)合成路線的選擇，一般采用逆推的方法或正推和逆推相結(jié)合的方法來處理。即要制備相連處引入OH或鹵素原子，然后發(fā)生消去反應(yīng)即可達(dá)到目的。 答案：如下圖：1在有機(jī)物分子中，不能引入羥基的反應(yīng)是()A氧化反應(yīng)B水解反應(yīng)C消去反應(yīng) D加成反應(yīng)解析：CHO的加氫與氧化、RX的水解都能引入OH，而消去反應(yīng)可在有機(jī)物中引入不飽和鍵，但絕不會引入OH。答案：C2.從溴乙烷制取1，2二溴乙烷，下列轉(zhuǎn)化方案中最好的是( )解析:合成路線簡捷，產(chǎn)率高，易于分離。A不簡便，B、C取代反應(yīng)制1，2二溴乙烷產(chǎn)物不唯一。答案：D3(雙選）下列反應(yīng)可以使碳鏈減短的是()A持續(xù)加熱乙酸與堿石灰的混合物B裂化石油制取汽油C乙烯的聚合反應(yīng)D環(huán)氧乙烷開環(huán)聚合解析：A選項中乙酸和堿石灰反應(yīng)的產(chǎn)物在持續(xù)加熱的條件下會發(fā)生脫羧反應(yīng)產(chǎn)生CH4，所以符合題意；B選項石油的裂化也是縮短碳鏈。C選項是增長碳鏈，D選項碳鏈長度不變。答案：AB