2019-2020学年高中化学 第3章 第4节 有机合成教案 新人教版选修5

第四节有机合成目标与素养：1.掌握有机化学反应的主要类型、原理及应用，初步学会引入各种官能团的方法。(宏观辨识与变化观念)2.在掌握各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上，初步学习设计合理的有机合成路线。(科学探究与创新意识)3.理解有机合成遵循的基本规律，初步学会使用逆向合成法合理地设计有机合成的路线。(模型认知与科学探究)4.了解有机合成对人类生产、生活的影响。(科学精神与社会责任)一、有机合成的过程1．有机合成的概念有机合成指利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。2．有机合成的任务通过有机反应构建目标化合物分子的骨架，并引入或转化所需的官能团。3．有机合成的过程4．官能团的引入方法(1)引入碳碳双键的方法①卤代烃的消去，②醇的消去，③炔烃的不完全加成。(2)引入卤素原子的方法①醇(酚)的取代，②烯烃(炔烃)的加成，③烷烃(苯及苯的同系物)的取代。(3)引入羟基的方法①烯烃与水的加成，②卤代烃的水解，③酯的水解，④醛的还原。微点拨：卤素原子的引入、羟基的引入用加成反应比用取代反应好，因为加成反应中官能团的位置可以固定。二、逆合成分析法1．基本思路可用示意图表示为目标化合物⇒中间体⇒中间体基础原料2．基本原则(1)合成路线的各步反应的条件必须比较温和，并具有较高的产率。(2)所使用的基础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、易得和廉价的。3．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成合成步骤(用化学方程式表示)①CH2===CH2＋H2O――→浓硫酸CH3CH2OH。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)消去反应可以引入双键，加成反应也可以引入双键。()(2)引入羟基的反应都是取代反应。()(3)烯烃中既可以引入卤素原子也可以引入羧基或羰基。()(4)酯化反应可以形成链状酯，也可以形成环酯。()[答案](1)√(2)×(3)√(4)√2．1,4­二氧六环()可通过下列方法制取。烃A――→Br2B―――――→NaOH水溶液△C――→浓硫酸－2H2O1,4­二氧六环，则该烃A为()A．乙炔B．1­丁烯C．1,3­丁二烯D．乙烯[答案]D3．以丙醛为原料合成1,2­丙二醇，其他无机试剂任选。写出合成流程图示。[答案]丙醛(CH3CH2CHO)――→H2催化剂1­丙醇(CH3CH2CH2OH)――――――→NaOH醇溶液，△丙烯官能团的转化、消除和保护1.官能团的转化官能团的转化在有机合成中极为常见，可以通过取代、消去、加成、氧化、还原等反应来实现。常用方法有以下三种：(1)利用官能团的衍生关系进行转化(2)通过某种化学途径增加官能团的个数CH3CH2OH――→消去CH2===CH2――→加成Cl—CH2—CH2—Cl――→水解HOCH2—CH2OH。(3)通过不同的反应，改变官能团的位置CH3CH2CH2Cl――→消去CH3CH===CH2――→加成。2．官能团的消除(1)通过加成反应可以消除或C≡C。如：CH2===CH2＋H2――→催化剂△CH3CH3。(2)通过消去反应或氧化反应或酯化反应可消除—OH。如：CH3CH2OH――→浓硫酸170℃CH2===CH2↑＋H2O2CH3CH2OH＋O2――→Cu或Ag△2CH3CHO＋2H2OCH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOCH2CH3＋H2O。(3)通过氧化反应或加成反应可消除—CHO如：2CH3CHO＋O2――→催化剂△2CH3COOHCH3CHO＋H2――→催化剂△CH3CH2OH。(4)通过消去反应或水解反应可消除卤素原子如：CH3CH2Br＋NaOH――→乙醇△CH2===CH2↑＋NaBr＋H2OCH3CH2Br＋NaOH――→水△CH3CH2OH＋NaBr。(5)通过水解反应消除酯基如：CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH3．官能团的保护有机合成时，往往在有机物分子中引入多个官能团，但有时在引入某一个官能团时容易对其他官能团造成破坏，导致不能实现目标化合物的合成。因此，在制备过程中要把分子中的某些官能团通过恰当的方法保护起来，在适当的时候再将其恢复，从而达到有机合成的目的。(1)酚羟基的保护因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与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。(2)碳碳双键的保护碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。例如，已知烯烃中在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：(3)醛基的保护醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为1．在有机合成中，常需要消除或增加官能团，下列合成路线及相关产物不合理的是()B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2Br――→水解CH3CH2OHC[C项，在合成过程中发生消去反应所得产物不合理。]2.异构化可得到三元乙丙橡胶的第三单体。由A(C5H6)和B经Diels­Alder反应制得。Diels­Alder反应为共轭双烯与含有烯键或炔键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的Diels­Alder反应是。请回答下列问题：(1)Diels­Alder反应属于________反应(填反应类型)；A的结构简式为________。(2)写出实验室由的属于芳香烃的同分异构体的同系物制备CHO的合成路线(合成路线常用的表示方式为A――→反应试剂反应条件B……――→反应试剂反应条件目标产物)：________________。[解析](1)由反应可知，该反应为加成反应，由信息可知由两部分组成，由于A的分子式为C5H6，所以通过逆推可推知A为或，但不稳定，则A为，B为。(2)的分子式为C9H12，其属于芳香烃的同分异构体的同系物为CH3，可用逆推法分析如下：3．写出的合成流程图示(无机试剂自选)__________________________________________________________________________________________________________。有机合成的设计1．改变碳骨架的方法(1)增长碳链①卤代烃与NaCN的反应CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(丙腈)＋NaClCH3CH2CN――→H2O，H＋CH3CH2COOH。②醛、酮与氢氰酸的加成反应③卤代烃与炔钠的反应2CH3C≡CH＋2Na――→液氨2CH3C≡CNa＋H2CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。④羟醛缩合反应(2)缩短碳链①脱羧反应：R—COONa＋NaOH――→CaO△R—H＋Na2CO3。②氧化反应：R—CH===CH2――――――――→KMnO4(H＋，aq)RCOOH＋CO2↑。③水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。④烃的裂化或裂解反应：C16H34――→高温C8H18＋C8H16；C8H18――→高温C4H10＋C4H8。(3)成环①二烯烃成环反应。②形成环酯③形成环醚2．合成路线的选择(1)一元合成路线：R—CH===CH2――→HX卤代烃――→NaOH水溶液△一元醇――→[O]一元醛――→[O]一元羧酸―→酯。(2)二元合成路线：CH2===CH2――→X2CH2X—CH2X――――→NaOH水溶液△CH2OH—CH2OH――→[O]CHO—CHO――→[O]HOOC—COOH―→链酯、环酯、聚酯。(3)芳香化合物合成路线有机合成遵循的原则(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳原子以下的单官能团化合物和单取代苯。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少，最后产率越高。(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。有时则要综合运用顺推或逆推的方法导出最佳的合成路线。4．以为原料合成，请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。②RCH2CH===CH2＋Cl2――→500℃RCHClCH===CH2＋HCl；③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选)：A――→反应物反应条件B――→反应物反应条件C……→H[解析]本题可用逆合成法解答，其思维过程为其逆合成分析思路为由此确定可按以上6步合成。[答案]5．(2019·全国Ⅲ卷，节选)氧化白藜芦醇W具有抗病毒等作用。下面是利用Heck反应合成W的一种方法：回答下列问题：(1)A的化学名称为________。(2)反应③的类型为________，W的分子式为________。(3)不同条件对反应④产率的影响见下表：实验碱溶剂催化剂产率/%1KOHDMFPd(OAc)222.32K2CO3DMFPd(OAc)210.53Et3NDMFPd(OAc)212.44六氢吡啶DMFPd(OAc)231.25六氢吡啶DMAPd(OAc)238.66六氢吡啶NMPPd(OAc)224.5上述实验探究了________和________对反应产率的影响。此外，还可以进一步探究________等对反应产率的影响。(4)X为D的同分异构体，写出满足如下条件的X的结构简式__________________。①含有苯环；②有三种不同化学环境的氢，个数比为6∶2∶1；③1mol的X与足量金属Na反应可生成2gH2。(5)利用Heck反应，由苯和溴乙烷为原料制备，写出合成路线_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(无机试剂任选)[答案](1)间苯二酚(1,3­苯二酚)(2)取代反应C14H12O4(3)不同碱不同溶剂不同催化剂(或温度等)(5)1．由CH3CH2CH2OH制备，所发生的化学反应至少有①取代反应，②消去反应，③加聚反应，④酯化反应，⑤还原反应，⑥水解反应等当中的()A．①④B．②③C．②③⑤D．②④B[可采用逆合成分析法←CH2===CHCH3←CH3CH2CH2OH，故应先消去后加聚。]2．由乙炔为原料制取CHClBr—CH2Br，下列方法中最可行的是()A．先与HBr加成后再与HCl加成B．先与H2完全加成后再与Cl2、Br2取代C．先与HCl加成后再与Br2加成D．先与Cl2加成后再与HBr加成C[由CH≡CH和CHClBr—CH2Br比较可知，后者多出2个溴原子、1个氢原子和1个氯原子。即CH≡CH应和Br2、HCl发生加成反应；CH≡CH和H2完全加成后生成CH3—CH3，CH3—CH3和Cl2、Br2发生取代反应时副产物较多，难以控制生成CHClBr—CH2Br。]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，则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是()A．甲苯――→硝化X――→氧化甲基Y――→还原硝基对氨基苯甲苯B．甲苯――→氧化甲基X――→还原Y――→硝化对氨基苯甲酸C．甲苯――→还原X――→氧化甲基Y――→硝化对氨基苯甲酸D．甲苯――→硝化X――→还原硝基Y――→氧化甲基对氨基苯甲酸[答案]A4