化學(xué) 第三章 有機(jī)合成及其應(yīng)用 合成高分子化合物第1節(jié) 有機(jī)化合物的合成 第2課時(shí) 魯科版選修5

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1、第2課時(shí)有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用第3章第1節(jié)有機(jī)化合物的合成學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.初步學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)逆推法設(shè)計(jì)合成路線的思想。2.熟知有機(jī)合成遵循的基本規(guī)律，學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)、優(yōu)選合理的有機(jī)合成路線。3.了解原子經(jīng)濟(jì)和綠色化學(xué)的思想。新知導(dǎo)學(xué)達(dá)標(biāo)檢測(cè)內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)1.正向合成分析法正向合成分析法從確定的某種原料分子開始，逐步經(jīng)過 和 來完成。在這樣的有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)中，首先要比較原料分子和目標(biāo)化合物分子在 上的異同，包括 和 兩個(gè)方面的異同；然后，設(shè)計(jì)由 轉(zhuǎn)向 的合成路線。2.逆向合成分析法逆向合成分析法采取從 逆推出 ，設(shè)計(jì)合理的合成路線的方法。在逆推過程中，需要逆向?qū)ふ夷茼樌铣赡繕?biāo)化合物的 ，直至選出合適

2、的 。碳鏈的連接一、有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)官能團(tuán)的安裝結(jié)構(gòu)官能團(tuán)碳骨架原料分子產(chǎn)物產(chǎn)物原料中間有機(jī)化合物起始原料3.優(yōu)選合成路線依據(jù)優(yōu)選合成路線依據(jù)(1)合成路線是否符合化學(xué)原理。(2)合成操作是否安全可靠。(3)綠色合成：主要考慮有機(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。1.有機(jī)合成的常用方法有機(jī)合成的常用方法(1)正向合成法：思維程序是原料中間產(chǎn)物產(chǎn)品。(2)逆向合成法：思維程序是產(chǎn)品中間產(chǎn)物原料。2.有機(jī)合成路線的基本要求有機(jī)合成路線的基本要求(1)起始原料要廉價(jià)、易得、低毒性、低污染。(2)應(yīng)盡量選擇步驟最少的合成路線，步驟越少，最后產(chǎn)率越高。(3)合成路線要符合“綠色

3、環(huán)保”的要求。(4)有機(jī)合成反應(yīng)要操作簡單、條件溫和、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)。(5)要按一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團(tuán)。歸納總結(jié)歸納總結(jié)例例1以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是 答案解析解析解析題干中強(qiáng)調(diào)的是最合理的方案，A項(xiàng)與D項(xiàng)相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應(yīng)時(shí)，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應(yīng)等副反應(yīng)；B項(xiàng)步驟最少，但取代反應(yīng)不會(huì)停留在“CH2BrCH2Br”階段，副產(chǎn)物多，分離困難，原料浪費(fèi)；C項(xiàng)比D項(xiàng)多一步取代反應(yīng)，顯然不合理；D項(xiàng)相對(duì)步驟少，操作簡單，副產(chǎn)物少，較合理。所以選D。例例2現(xiàn)有以下一系列反應(yīng)，最終產(chǎn)物為草酸(乙二酸)。答案解析試回答下列問題：(1)C的結(jié)構(gòu)簡式是_

4、。BC的反應(yīng)類型是_，EF的化學(xué)方程式是_。CH2=CH2消去反應(yīng)2H2O解析解析采用“逆推法”。由“E F ”可聯(lián)想到“醇 醛 羧酸”的轉(zhuǎn)化關(guān)系推知：F為 ，E為 。依次推知D為 ，C為CH2=CH2，B為CH3CH2Br，A為CH3CH3。 (2)E與乙二酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成環(huán)狀化合物的化學(xué)方程式是_。(3)由B發(fā)生水解反應(yīng)或C與H2O發(fā)生加成反應(yīng)均生成化合物G，在乙二酸、水、苯酚、G四種分子中，羥基上氫原子的活潑性由強(qiáng)到弱的順序是_。答案2H2O乙二酸苯酚水G(乙醇)方法規(guī)律常見的有機(jī)合成路線常見的有機(jī)合成路線(1)一元合成路線：RCH=CH2鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路線

5、：CH2=CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OHHOOCCOOH 鏈酯、環(huán)酯、聚酯(3)芳香化合物合成路線芳香酯例例3丁烯二酸(HOOCCH=CHCOOH)可用于制造不飽和聚酯樹脂，也可作食品的酸性調(diào)味劑。某同學(xué)以ClCH2CH=CHCH2Cl為原料，設(shè)計(jì)了下列合成路線：HOOCCH=CHCOOH。你認(rèn)為上述設(shè)計(jì)存在什么缺陷？請(qǐng)你提出具體改進(jìn)措施？答案答案答案在第二步的氧化過程中， 鍵也會(huì)被氧化，使產(chǎn)率降低，對(duì)上述設(shè)計(jì)可做如下改進(jìn)：易錯(cuò)警示在有機(jī)合成中，有時(shí)候加入試劑能引起多種官能團(tuán)同時(shí)反應(yīng)，這樣就存在保護(hù)某種官能團(tuán)而讓其他官能團(tuán)反應(yīng)的問題。常見的官能團(tuán)保護(hù)情形有：(1)酚羥基的保護(hù)：由于

6、酚羥基極易被氧化，在有機(jī)合成中如果需要用到氧化劑進(jìn)行氧化時(shí)，經(jīng)常先將酚羥基轉(zhuǎn)化為酯或醚的結(jié)構(gòu)，待氧化過程完成后，再通過水解或其他反應(yīng)，將酚羥基恢復(fù)。(2)碳碳雙鍵的保護(hù)：可以先用HX加成，待其他反應(yīng)完成后，再消去HX，恢復(fù)碳碳雙鍵。(3)氨基的保護(hù)：如在 合成 的過程中，應(yīng)該先把CH3氧化為COOH，再把NO2還原為NH2(氨基具有還原性，易被氧化)。不先把NO2還原為NH2是為了防止KMnO4氧化CH3時(shí)，NH2也被氧化。1.觀察目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)觀察目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)相同二、利用逆推法設(shè)計(jì)苯甲酸苯甲酯的合成路線相同苯環(huán)2.逆推原料分子逆推原料分子3.設(shè)計(jì)合成路線設(shè)計(jì)合成路線(設(shè)計(jì)四種不同的合成路線

7、設(shè)計(jì)四種不同的合成路線)_氧化劑 (4)評(píng)價(jià)優(yōu)選合成路線路線由甲苯分別制備 和 較合理。路線制備苯甲酸的步驟多、成本較高，且使用較多的Cl2，不利于環(huán)境保護(hù)。路線的步驟雖然少，但使用了價(jià)格昂貴的還原劑LiAlH4和要求無水操作，成本較高。苯甲醇苯甲酸歸納總結(jié)歸納總結(jié)1.逆推法設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一般程序逆推法設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一般程序觀察目標(biāo)化合物分子的結(jié)構(gòu)目標(biāo)化合物分子的碳骨架特征，以及官能團(tuán)的種類和位置由目標(biāo)化合物分子逆推原料分子，并設(shè)計(jì)合成路線目標(biāo)化合物分子碳骨架的構(gòu)建，以及官能團(tuán)的引入或轉(zhuǎn)化對(duì)不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選以綠色合成思想為指導(dǎo)2.有機(jī)合成遵循的原則有機(jī)合成遵循的原則(1)符合有機(jī)

8、合成中原子經(jīng)濟(jì)性的要求。所選擇的每個(gè)反應(yīng)的副產(chǎn)物應(yīng)盡可能少，所要得到的主產(chǎn)物的產(chǎn)率盡可能高且易于分離，避免采用副產(chǎn)物多的反應(yīng)。(2)發(fā)生反應(yīng)的條件要適宜，反應(yīng)的安全系數(shù)要高，反應(yīng)步驟盡可能少而簡單。(3)要按一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團(tuán)，必要時(shí)應(yīng)采取一定的措施保護(hù)已引入的官能團(tuán)。(4)所選用的合成原料要綠色化且易得、經(jīng)濟(jì)；所選用的試劑與催化劑無公害性。例例4寫出以CH2ClCH2CH2CH2OH為原料制備 的各步反應(yīng)方程式(必要的無機(jī)試劑自選)。答案解析H2O解析解析采用“逆合成分析法”，最終產(chǎn)物是一種環(huán)酯，應(yīng)通過酯化反應(yīng)生成，故其上一步中間產(chǎn)物是HOCH2CH2CH2COOH。分析比較給出

9、的原料與所要制備的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知：原料為鹵代醇，產(chǎn)品為同碳原子數(shù)的環(huán)內(nèi)酯，因此可以用醇羥基氧化成羧基，鹵原子再水解成為OH，最后再酯化。但氧化和水解順序不能顛倒，因?yàn)橄人夂鬅o法控制只氧化一個(gè)OH。易錯(cuò)警示有機(jī)合成中引入多種官能團(tuán)時(shí)，要考慮引入的先后順序。例如，由制備有兩種途徑：一是先將醛基催化氧化為羧基，然后再進(jìn)行醇羥基的消去反應(yīng)；二是先進(jìn)行醇羥基的消去反應(yīng)，后進(jìn)行醛基的催化氧化反應(yīng)。如果先進(jìn)行醇羥基的消去反應(yīng)生成碳碳雙鍵，在醛氧化過程中碳碳雙鍵也會(huì)被氧化，因此途徑二不合適。例例5已知CH2=CHCH=CH2答案解析，試以CH2=CHCH=CH2和 為原料合成 答案答案CH2=CHCH=

10、CH2解析解析對(duì)比目標(biāo)產(chǎn)物和給出的原料，借助題目給出的信息，可采用逆推的方法找出合成路線：方法規(guī)律逆推法的逆推法的“四個(gè)四個(gè)”基本步驟基本步驟(1)觀察目標(biāo)化合物分子的結(jié)構(gòu)。(2)由目標(biāo)化合物分子逆推原料分子。(3)設(shè)計(jì)合成路線。(4)對(duì)不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選。例例6(2017北京昌平區(qū)高二期末)茉莉花是一首膾炙人口的中國民歌。茉莉花香氣的成分有多種，乙酸苯甲酯( )是其中的一種，它可以從茉莉花中提取，也可以以乙烯和甲苯為原料進(jìn)行人工合成。其中一種合成路線如下：回答下列問題：(1)A、B的結(jié)構(gòu)簡式分別為_，_。答案解析CH3CHO解析解析A物質(zhì)應(yīng)該是乙醇在Cu的作用下被催化氧化成的乙醛，B物質(zhì)

11、是 與鹵素單質(zhì)在光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成的鹵代烴，由在的條件下鹵代烴發(fā)生的水解反應(yīng)生成苯甲醇知，B中只有一個(gè)鹵素原子即B為 。(2)寫出反應(yīng)、的化學(xué)方程式_，_。答案解析CH3COOHH2O解析解析是乙醇的催化氧化，是乙酸與苯甲醇發(fā)生的酯化反應(yīng)。(3)上述反應(yīng)中屬于取代反應(yīng)的有_(填序號(hào))。答案解析解析解析是加成反應(yīng)，均是氧化反應(yīng)，是與鹵素發(fā)生的取代反應(yīng)，是鹵代烴發(fā)生的水解反應(yīng)，也屬于取代反應(yīng)，是酯化反應(yīng)，屬于取代反應(yīng)。(4)反應(yīng)_(填序號(hào))原子的理論利用率為100%，符合綠色化學(xué)的要求。答案方法思路利用有機(jī)合成中官能團(tuán)的衍變關(guān)系設(shè)計(jì)合成路線利用有機(jī)合成中官能團(tuán)的衍變關(guān)系設(shè)計(jì)合成路線達(dá)標(biāo)檢測(cè)

12、1.下面是有機(jī)合成的三個(gè)步驟：對(duì)不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選；由目標(biāo)分子逆推原料分子并設(shè)計(jì)合成路線；觀察目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)。逆推法正確的順序?yàn)?A. B.C. D.答案123452.有機(jī)物 可經(jīng)過多步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?，其各步反應(yīng)的反應(yīng)類型是 A.加成消去取代 B.消去加成消去C.加成消去加成 D.取代消去加成答案解析12345解析解析設(shè)計(jì)路線如下：3.下列是以乙烯為原料合成丙酸(CH3CH2COOH)的途徑，不可能達(dá)到目的的是 答案解析12345解析解析A的設(shè)計(jì)中化合物X為甲醛與乙醛在堿性環(huán)境下反應(yīng)生成的HOCH2CH2CHO，然后發(fā)生催化氧化時(shí)不能生成丙酸，故不合理。4.肉桂醛( )在自然界中存在于桂油中

13、，是一種常用的植物調(diào)味油。工業(yè)上主要以CH2=CH2和甲苯為主要原料進(jìn)行合成：答案解析12345請(qǐng)回答：(1)E中含氧官能團(tuán)的名稱是_。羥基、醛基解析解析由框圖可知A是乙醇，B是乙醛；在堿性條件下兩個(gè)醛分子間可以發(fā)生反應(yīng)，生成羥基醛，故E中的含氧官能團(tuán)有羥基和醛基。(2)反應(yīng)中屬于加成反應(yīng)的是_。答案解析12345解析解析從給出的反應(yīng)原理來看，兩個(gè)醛分子間的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是加成反應(yīng)，同時(shí)乙烯和水的反應(yīng)也是加成反應(yīng)。(3)反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。答案解析12345解析解析在設(shè)計(jì)流程時(shí)一定要標(biāo)明反應(yīng)的條件。(4)用流程圖表示出答案12345制備的方案，例如：答案答案5.工業(yè)上用甲苯生產(chǎn)對(duì)羥基苯甲酸乙酯(一

14、種常用的化妝品防霉劑)，其生產(chǎn)過程如圖(反應(yīng)條件沒有全部注明)：12345回答下列有關(guān)問題：(1)寫出有機(jī)物A的結(jié)構(gòu)簡式：_。12345答案解析解析解析比較反應(yīng)路線中各有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式得出：為在催化劑存在下的氯代反應(yīng)，為鹵代烴的水解反應(yīng)(或取代反應(yīng))，為CH3取代OH上H原子的反應(yīng)，為苯環(huán)上的CH3被氧化的反應(yīng)，為酯化反應(yīng)，為H原子取代OCH3上CH3的反應(yīng)。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(3)反應(yīng)的反應(yīng)類型為_(填編號(hào))，反應(yīng)的反應(yīng)類型為_(填編號(hào))。a.取代反應(yīng)b.加成反應(yīng)c.消去反應(yīng)d.酯化反應(yīng)e.氧化反應(yīng)(4)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。12345答案C2H5OHH2OaeHI(5)在合成路線中，設(shè)計(jì)第和第這兩步反應(yīng)的目的是_。12345答案 防止酚羥基在第步反應(yīng)時(shí)被氧化