高中化學(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) 有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)及應(yīng)用同步備課課件 魯科版選修5

第3章 第1節(jié) 有機(jī)化合物的合成1.了解設(shè)計(jì)合成路線的一般程序。2.使學(xué)生通過苯甲酸苯甲酯的合成路線的分析提煉出有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的一般程序逆推法。3.了解原子經(jīng)濟(jì)性等綠色合成思想的重要性。4.在分析苯甲酸苯甲酯的合成路線的過程中培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力和處理信息的能力。 目標(biāo)導(dǎo)航基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)探究隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)欄目索引一、有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)1.正推法從確定的某種開始，逐步經(jīng)過和官能團(tuán)的安裝來完成。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。 基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)原料分子碳鏈的連接結(jié)構(gòu)答案官能團(tuán)碳骨架原料分子目標(biāo)化合物分子2.逆推法采取從 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 ，直至選出合適的 。3.優(yōu)選合成路線依據(jù)(1)合成路線是否符合。(2)合成操作是否。(3)綠色合成：綠色合成主要考慮有機(jī)合成中的 ，原料的 ，試劑與催化劑的。產(chǎn)物原料中間有機(jī)化合物答案起始原料化學(xué)原理安全可靠原子經(jīng)濟(jì)性綠色化無公害性目標(biāo)化合物分子 的構(gòu)建，以及官能團(tuán)的由目標(biāo)化合物分子逆推原料分子并設(shè)計(jì)合成路線目標(biāo)化合物分子的 ，以及 的種類和位置4.逆推法設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一般程序 碳骨架特征官能團(tuán)碳骨架答案觀察目標(biāo)化合物分子的結(jié)構(gòu)對(duì)不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選以 思想為指導(dǎo)引入或轉(zhuǎn)化綠色合成議一議1.有機(jī)合成的目標(biāo)和任務(wù)是什么？答案答案包括目標(biāo)化合物分子碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化。其合成過程示意圖如圖所示。答案2.綠色化學(xué)在有機(jī)合成中體現(xiàn)在哪些方面？答案答案(1)原子經(jīng)濟(jì)性；(2)原材料無毒害；(3)產(chǎn)品無污染；(4)最大限度節(jié)約能源。 答案二、合成路線選擇1.合成路線的設(shè)計(jì) 2.合成方法的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)四種不同的合成方法) (1)答案(2)答案(3)答案答案3.合成方法的優(yōu)選 (1)路線由甲苯制取 和 ，較合理。 (2)(4)路線中制備苯甲酸 多、 高，且Cl2的使用不利于環(huán)境保護(hù)。 (3)的步驟雖然少，但使用了價(jià)格昂貴的還原劑 和要求 操作，成本高。 苯甲酸苯甲醇步驟答案價(jià)格LiAlH4無水議一議1.有機(jī)合成遵循的原則是什么？答案答案答案(1)起始原料要廉價(jià)、易得、低毒性、低污染。通常采用四個(gè)碳以下的單官能團(tuán)化合物和單取代苯。(2)應(yīng)盡量選擇步驟最少的合成路線。為減少合成步驟，應(yīng)盡量選擇與目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)相似的原料。步驟越少，最后產(chǎn)率越高。(3)合成路線要符合“綠色、環(huán)?！钡囊?。高效的有機(jī)合成應(yīng)最大限度地利用原料分子中的每一個(gè)原子，使之結(jié)合到目標(biāo)化合物中，達(dá)到零排放。(4)有機(jī)合成反應(yīng)要操作簡(jiǎn)單、條件溫和、反應(yīng)的安全系數(shù)高、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)，不能臆造不存在的反應(yīng)事實(shí)。綜合運(yùn)用有機(jī)反應(yīng)中官能團(tuán)的衍變規(guī)律及有關(guān)的提示信息，掌握正確的思維方法。2.有機(jī)合成、推斷的方法和步驟是什么？ 答案答案(1)根據(jù)官能團(tuán)特征反應(yīng)作出推理。如某有機(jī)物的“水溶液顯酸性，能跟碳酸鈉溶液反應(yīng)”，可推斷它含有羧基(COOH)；若它“能使溴水退色”，說明含不飽和鍵。(2)根據(jù)現(xiàn)有的原料、信息和有關(guān)反應(yīng)規(guī)律，盡可能合理地把目標(biāo)化合物分成若干片段，或?qū)ふ夜倌軋F(tuán)的引入、消除、轉(zhuǎn)化、保護(hù)方法，或設(shè)法將各片段拼接衍變，盡快找出合成目標(biāo)化合物的關(guān)鍵。 (3)根據(jù)框圖已知信息利用將正向推導(dǎo)和逆向推導(dǎo)相結(jié)合的方法進(jìn)行推斷，一定要將題目中的信息理清，尋找突破口，同時(shí)結(jié)合性質(zhì)，按邏輯推理順序解題。 答案返回 重點(diǎn)難點(diǎn)探究一、有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)1.有機(jī)合成的三種常見方法(1)正向合成法，此法采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向合成目標(biāo)有機(jī)物，其思維程序是原料 中間產(chǎn)物 產(chǎn)品。(2)逆向合成法：簡(jiǎn)稱逆推法，此法采用逆向思維方法 ，從合成目標(biāo)有機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)入手，找出合成所需的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向已知原料，其思維程序是產(chǎn)品 中間產(chǎn)物 原料。(3)類比分析法：此法要點(diǎn)是采用綜合思維的方法，其思維程序?yàn)椤氨容^題目所給知識(shí)原型找出原料與合成物質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系確定中間產(chǎn)物產(chǎn)品”。2.有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的五個(gè)原則(1)符合綠色化學(xué)思想。(2)符合原子經(jīng)濟(jì)性的要求。(3)原料價(jià)廉，原理正確。(4)路線簡(jiǎn)捷，便于操作，條件適宜。(5)易于分離，產(chǎn)率高。3.有機(jī)合成常見的四條合成路線(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：(3)芳香化合物合成路線：4.有機(jī)合成中常見官能團(tuán)的保護(hù)(1)酚羥基的保護(hù)：因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團(tuán)前可以先使其與NaOH反應(yīng)，把OH變?yōu)镺Na(或OCH3)將其保護(hù)起來，待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)镺H。(2)碳碳雙鍵的保護(hù)：碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團(tuán)前可以利用其與HCl等的加成反應(yīng)將其保護(hù)起來，待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。(3)氨基(NH2)的保護(hù)：如對(duì)硝基甲苯合成對(duì)氨基苯甲酸的過程中應(yīng)先把CH3氧化成COOH之后，再把NO2還原為NH2。防止當(dāng)KMnO4氧化CH3時(shí)，NH2(具有還原性)也被氧化。例1 已知： 請(qǐng)運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)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)。解析答案解析解析由題給信息知：兩個(gè)醛分子在一定條件下通過自身加成后脫水反應(yīng)，得到的不飽和醛分子中的碳原子數(shù)是原參加反應(yīng)的兩個(gè)醛分子的碳原子數(shù)之和。根據(jù)最終產(chǎn)物正丁醇中有4個(gè)碳原子，原料乙烯分子中只有2個(gè)碳原子，運(yùn)用題給信息，將乙烯氧化為乙醛，兩個(gè)乙醛分子再進(jìn)行自身加成變成丁烯醛，最后用H2與丁烯醛中的碳碳雙鍵和醛基進(jìn)行加成反應(yīng)，便可得到正丁醇。本題基本采用正向思維方法。解析答案本題中乙烯合成乙醛的方法有兩種：解析答案答案答案(1)CH2=CH2H2O CH3CH2OH(2)2CH3CH2OHO2 2CH3CHO2H2O(4) CH3CH=CHCHOH2O(5)CH3CH=CHCHO2H2 CH3CH2CH2CH2OH(1)有機(jī)合成的正向合成分析法(即順推法)設(shè)計(jì)思路：基礎(chǔ)原料 中間體 中間體 目標(biāo)有機(jī)物。采用正向思維方法，從已知原料分子開始，找出可直接合成所需的中間產(chǎn)物，并同樣找出它的下一步產(chǎn)物，依次類推，逐步推向合成目標(biāo)產(chǎn)物。解題反思(2)有機(jī)合成的逆向合成分析法(即逆推法)設(shè)計(jì)思路：目標(biāo)有機(jī)物 中間體 中間體 基礎(chǔ)原料。采用逆向思維方法，先找出合成目標(biāo)有機(jī)物的前一步原料(中間體)，依次類推，直至選出合適的起始原料為止。(3)有機(jī)合成的綜合分析法采用綜合思維的方法，將正向和逆向推導(dǎo)的幾條不同的合成路線進(jìn)行比較，得出最佳合成路線。變式訓(xùn)練1寫出以CH2ClCH2CH2CH2OH為原料制備解析答案的各步反應(yīng)方程式(必要的無機(jī)試劑自選)。解析解析本題考查“逆合成分析法”，突破口在于最終產(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。解析答案H2O二、綠色合成思想 1.綠色化學(xué) (1)綠色化學(xué)的目標(biāo) 研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大限度地節(jié)約能源，在化工生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)凈化和無污染的反應(yīng)途徑。 (2)綠色化學(xué)的特點(diǎn) 在始端應(yīng)采用預(yù)防實(shí)際污染的科學(xué)手段，其過程和終端均為零排放和零污染。 (3)綠色化學(xué)的研究意義 綠色化學(xué)是人類和自然界的生物和諧相處的化學(xué)，是對(duì)環(huán)境更友善的化學(xué)。這種綠色意識(shí)是人類追求自然完善的一種高級(jí)表現(xiàn)，它不把人看成自然界的主宰者，而是看做自然界中普通的一員，追求的是人對(duì)自然的尊重以及人與自然和諧的關(guān)系。 2.綠色合成的具體要求(1)原料要廉價(jià)、易得、低毒性、低污染，選擇與目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似的四個(gè)碳以下的單官能團(tuán)化合物或單取代苯。 (2)零排放，零污染。 (3)減少步驟，合成反應(yīng)操作要簡(jiǎn)單，條件要溫和，耗能低，易于實(shí)現(xiàn)。(4)按一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團(tuán)，不能臆造不存在的反應(yīng)。例2 綠色化學(xué)對(duì)化學(xué)反應(yīng)提出了“原子經(jīng)濟(jì)性”(原子節(jié)約)的新概念及要求。理想的原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)零排放。下列生產(chǎn)乙苯()的方法中，原子經(jīng)濟(jì)性最好的是(反應(yīng)均在一定條件下進(jìn)行)()解析答案解析解析符合“原子節(jié)約性”即只有乙苯這一種產(chǎn)物，沒有其他的副產(chǎn)物。這道題目，只要認(rèn)真領(lǐng)會(huì)題干信息，便很容易解決。答案答案C變式訓(xùn)練2下列合成路線原子經(jīng)濟(jì)性最好的可能是()A.CH2=CH2 CH3CH2Cl B.CH3CH3 CH3CH2Cl C.CH3CH2OH CH3CH2Cl D.CH2ClCH2Cl CH3CH2Cl 解析解析經(jīng)濟(jì)性最好的路線應(yīng)是原料分子中的原子全部進(jìn)入目標(biāo)產(chǎn)物中，分析4個(gè)選項(xiàng)，可看出僅有A(為加成反應(yīng))符合題意。 A解析答案返回1.用苯做原料，經(jīng)過一步化學(xué)反應(yīng)不能制得的是()A.硝基苯 B.環(huán)己烷 C.苯酚 D.溴苯C 隨堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)答案2乙烯酮(CH2=C=O)在一定條件下能跟含活潑氫原子的化合物發(fā)生加成反應(yīng)，反應(yīng)的通式可表示為CH2=C=OHA (極不穩(wěn)定) ，試指出下列反應(yīng)不合理的是()ACH2=C=OHCl CH3COClBCH2=C=OH2O CH3COOHCCH2=C=OCH3CH2OH CH3COCH2CH2OHDCH2=C=OCH3COOH (CH3CO)2O解析答案答案答案C解析解析由所給方程式可以看出乙烯酮與含活潑氫原子的化合物發(fā)生加成反應(yīng)，是 加成，而不是加成；活潑的氫原子加在CH2上，活潑氫化合物中其余部分與羰基碳相連。故C項(xiàng)不正確。解析答案3近年來，食品安全事故頻繁發(fā)生，人們對(duì)食品添加劑的認(rèn)識(shí)逐漸加深。Butylated Hydroxy Toluene(簡(jiǎn)稱BHT)是一種常用的食品抗氧化劑，合成方法有如下兩種：下列說法正確的是()A 能與Na2CO3溶液反應(yīng)生成CO2B 與BHT互為同系物CBHT久置于空氣中不會(huì)被氧化D兩種方法的反應(yīng)類型都是加成反應(yīng)解析解析酚羥基不能和Na2CO3反應(yīng)產(chǎn)生CO2，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；BHT是一種常用的食品抗氧化劑，故它可以被空氣中的氧氣氧化，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；方法一是加成反應(yīng)，方法二是取代反應(yīng)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案答案B4.在下列制備環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，原子利用率最高的是()A.CCH2=CH2(過氧乙酸) CH3COOHB.CH2=CH2Cl2Ca(OH)2 CaCl2H2O解析答案C.2CH2=CH2O2D.HOCH2CH2OCH2CH2OH2H2O解析解析根據(jù)原子利用率內(nèi)涵，副產(chǎn)物越少原子利用率越高。C項(xiàng)沒有副產(chǎn)物，則原子利用率為100%，答案為C。答案答案C解析答案返回5.氯乙烯是合成高聚物聚氯乙烯塑料的單體，工業(yè)上制氯乙烯需要以下反應(yīng)：乙炔與氯化氫制氯乙烯；高溫煅燒石灰石；電解飽和食鹽水(2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2)；制乙炔；制乙烯；合成氯化氫；制水煤氣；制鹽酸；制電石。則制氯乙烯的正確操作順序是()返回解析解析制取氯乙烯最好的途徑是由乙炔和HCl發(fā)生加成反應(yīng)。因此需要制取乙炔和HCl，而制取HCl又需制取Cl2和H2，需要應(yīng)用反應(yīng)；制乙炔需制CaC2，可利用生石灰和C(碳)反應(yīng)制取CaC2。因此可知正確的操作為C項(xiàng)。答案答案C