高中化学 第三章 第四节 有机合成教案 新人教版选修5-新人教版高中选修5化学教案

第四节 有机合成

[课标要求]

1．掌握有机化学反应的主要类型(取代、加成、消去反应)、原理及应用，初步学会引入各种官能团的方法。

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。

3．初步学会使用逆向合成法合理地设计有机合成的路线。

4．了解有机合成对人类生产、生活的影响。

1.引入碳碳双键的三方法：卤代烃，醇的消去，炔烃的不完全加成。

2.引入卤素原子的三方法：醇的取代，烯烃(炔烃)的加成，烷烃(苯及苯的同系物)的取代。

3.引入羟基的四方法：烯烃与水的加成，卤代烃的水解，酯的水解，醛、酮与H 2的加成。

4.官能团之间的转化：R —CH===CH 2――→HCl 加成RCH 2CH 2Cl ――→NaOH/水水解

RCH 2CH 2OH ――→氧化

RCH 2CHO ――→氧化 RCH 2COOH ――→R′CH 2OH 酯化

5.有机合成路线要求各步反应条件温和、产率高，基础原料和辅助原料低毒性、低污染，

易得而廉价。

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的分子骨架，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

(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。

[特别提醒]

(1)有机合成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。

(2)有机合成过程中要注意官能团的保护。

1．如何由溴乙烷制取乙二醇？

提示：由溴乙烷制取乙二醇的转化流程为

CH 3CH 2Br ――→消去 CH 2===CH 2――→Br 2加成CH 2Br —CH 2Br ――→水解

HOCH 2CH 2OH 。 1．常见的取代反应中，官能团的引入或转化

(1)烷烃的取代，如CH 4＋Cl 2――→光照CH 3Cl ＋HCl 。

(2)芳香烃的取代，如＋Br 2――→FeBr 3—Br ＋HBr 。

(3)卤代烃的水解，如CH 3CH 2X ＋NaOH ――→H 2O △CH 3CH 2OH ＋NaX 。

(4)酯的水解，如CH 3COOC 2H 5＋H 2O 稀硫酸△CH 3COOH ＋C 2H 5OH 。

2．常见的加成反应中，官能团的引入或转化

(1)烯烃的加成反应，如

CH 2===CH 2＋HX ―→CH 3CH 2X 。

其他如H 2O 、X 2等均可以引入或转化为新的官能团。

(2)炔与X 2、HX 、H 2O 等的加成

如HC≡CH＋HCl ――→催化剂△H 2C===CHCl 。

(3)醛、酮的加成，如CH 3CHO ＋H 2――→Ni △CH 3CH 2OH 。

3．常见的氧化反应中，官能团的引入或转化

(1)烯烃的氧化，如

2CH 2===CH 2＋O 2――→一定条件2CH 3CHO 。

(2)含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化，如

被KMnO 4酸性溶液氧化为

(3)醇的氧化，如

2CH 3CH 2OH ＋O 2――→Cu/Ag △2CH 3CHO ＋2H 2O 。

(4)醛的氧化，如

2CH 3CHO ＋O 2――→催化剂△2CH 3COOH 、

CH 3CHO ＋2Cu(OH)2＋NaOH ――→△

CH 3COONa ＋Cu 2O↓＋3H 2O 。

4．常见的消去反应中，官能团的引入或转化

(1)卤代烃消去：

(2)醇消去：CH 3CH 2OH ――→浓硫酸170 ℃

CH 2===CH 2↑＋H 2O 5．官能团的消除

(1)通过有机物加成可消除不饱和键。

(2)通过消去、取代、氧化或酯化可消除羟基。

(3)通过加成或氧化可消除醛基。

(4)通过消去或取代可消除卤素原子。

1．可在有机物中引入羟基的反应类型是( )

①取代 ②加成 ③消去 ④酯化

A ．①②③

B ．①②

C ．③④

D ．①②③④

解析：选B 消去反应形成碳碳双键或碳碳三键，酯化反应消除羟基。

2．1,4­二氧六环可通过下列方法制取：

烃A ―→B ――→NaOH 水溶液△C ――→浓硫酸－H 2O

1,4­二氧六环。则该烃A 为( )

A ．乙炔

B ．1­丁烯

C ．1,3­丁二烯

D ．乙烯 解析：选D CH 2===,\s\up6(,A))CH 2――→Br 2CH 2Br —

B CH 2Br ――→NaOH 水溶液△HO —CH 2—

C CH 2—OH ――→浓硫酸－H 2O

1,4­二氧六环。 3．根据下列合成路线判断反应类型正确的是( )

A ．A→

B 的反应属于加成反应

B ．B→

C 的反应属于酯化反应

C ．C→

D 的反应属于消去反应

D ．D→

E 的反应属于加成反应

解析：选A A 中含有碳碳双键，与氢气发生加成反应生成B ，A 项正确；有机物B 是环醚，与氯化氢发生加成反应生成C ，B 项错误；C 中含有羟基，与氯化氢发生取代反应生成D ，C 项错误；D 中的氯原子被—CN 取代，发生取代反应，D 项错误。

逆合成分析法 (对应学生用书P43)

1．基本思路

例如：由乙烯合成草酸二乙酯，其思维过程可概括如下： 具体路线：

写出合成步骤中相应化学方程式：

2．基本原则

(1)合成路线的各步反应的条件必须比较温和，且具有较高的产率。

(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。

[特别提醒]

(1)有机合成应尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，最后产率越高。

(2)绿色合成的主要出发点：有机合成中的原子经济性、原料的绿色化、试剂与催化剂的无公害性等。

1．下面是有机合成的三个步骤：①对不同的合成路线进行优选；②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线；③观察目标分子的结构。其中正确的顺序是什么？

提示：逆合成分析法可表示为：目标化合物⇒中间体⇒基础原料。故正确的顺序为③②①。

2．如何确定最佳合成路线？

提示：当有几条不同的合成路线时，就需要通过优选的方法来确定最佳合成路线：(1)必须考虑合成路线是否符合化学原理，产率是否高，副反应是否少，成本是否低，原料是否易得；(2)合成操作是否安全可靠等；(3)是否符合绿色合成的思想。

1．常见有机物的合成路线

HX卤代烃―→一元醇―→一

(1)一元合成路线：R—CH===CH2――→

元醛―→一元羧酸―→酯。

(2)二元合成路线：

CH 2===CH 2――→卤素 CH 2X —CH 2X 二元醇―→二元醛

―→二元羧酸―→链酯、环酯、聚酯。

(3)芳香化合物合成路线：

2．有机合成路线的设计

1．以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案中最合理的是( )

A ．CH 3CH 2Br ――→NaOH △，水CH 3CH 2OH ――→浓硫酸170 ℃CH 2===CH 2――→Br 2

CH 2BrCH 2Br ――→水解

乙二醇 B ．CH 3CH 2Br ――→Br 2

CH 2BrCH 2Br ――→水解乙二醇 C ．CH 3CH 2Br ――→NaOH △，醇CH 2===CH 2――→HBr CH 2BrCH 3――→Br 2

CH 2BrCH 2Br ――→水解

乙二醇 D ．CH 3CH 2Br ――→NaOH △，醇CH 2===CH 2――→Br 2 CH 2BrCH 2Br ――→水解 乙二醇

解析：选D B 、C 过程中都应用了取代反应，难以得到单一的有机取代产物；而A 设计过程的前两步可以合并成一步，即CH 3CH 2Br 在NaOH 醇溶液中发生消去反应制乙烯，所以A 过程过于复杂。

2．已知：①乙烯在催化剂和加热条件下能被氧气氧化为乙醛，这是乙醛的一种重要的工业制法；②两个醛分子在NaOH 溶液作用下可以发生加成反应，生成一种羟基醛，产物不稳定，受热即脱水

而生成不饱和醛：

(1)若两种不同的醛，例如乙醛与丙醛在NaOH 溶液中最多可以形成的羟基醛有________。

A ．1种

B ．2种

C ．3种

D ．4种

(2)设计一个以乙烯为原料合成1­丁醇的合理步骤，写出各步反应的化学方程式并注明反应类型。

解析：(1)乙醛、丙醛在NaOH 溶液中发生加成可以有乙醛与乙醛、丙醛与丙醛、乙醛与丙醛(乙醛打开C===O 键)和丙醛与乙醛(丙醛打开C===O 键)，共4种：

(2)CH 2===CH 2催化氧化可制得CH 3CHO,2分子的CH 3CHO 可制得

。下一步是把羟基醛先转化成烯醛还是先转化

成二元醇，这是值得推敲的。显然如果先把羟基醛还原成二元醇，再消去便生成了二烯烃，最后再加氢还原得到的是烃而不是一元醇。可见首先把羟基醛转化为烯醛，再经加氢还原便可得到饱和一元醇。

答案：(1)D (2)2CH 2===CH 2＋O 2――→催化剂△2CH 3CHO(氧化反应)，

――→

NaOH 溶液 (加成反

应)，

――→△ CH 3—CH===CH —CHO ＋H 2O(消去反

应)，CH 3—CH===CH —CHO ＋2H 2――→催化剂△CH 3CH 2CH 2CH 2OH(加成反应或还原反应)。

有机物分子结构推断的方法

1．根据有机物的性质推断官能团或物质类别

有机物的官能团往往具有一些特征反应和特殊的化学性质，这些都是有机物分子结构推断的突破口。

(1)能使溴水褪色的物质可能含有“

”、“—C≡C

—”、“—CHO”和酚类物质(产生白色沉淀)。

(2)能使KMnO 4酸性溶液褪色的物质可能含有“

”、“—C≡C—”、“—CHO”或酚类、苯的同系物等。

(3)能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液煮沸后生成红色沉淀的物质一定含有—CHO 。

(4)能与钠反应放出H 2的物质可能为醇、酚、羧酸等。

(5)能与Na 2CO 3溶液作用放出CO 2或使石蕊溶液变红的有机物中含有—COOH 。

(6)能水解的有机物中可能含有酯基或是卤代烃。

(7)能发生消去反应的为醇或卤代烃。

2．根据性质和有关数据推知官能团的数目

(1)—CHO ⎩⎨⎧ ――→2[Ag NH 32]＋2Ag ――→2Cu OH 2Cu 2O

(2)2—OH(醇、酚、羧酸)――→2Na H 2

(3)2—COOH ――→CO 2－3CO 2，—COOH ――→HCO －

3CO 2

(5)RCH 2OH ――→CH 3COOH 酯化CH 3COOCH 2R (M r ) (M r ＋42)

如某醇与足量CH 3COOH 发生酯化反应后所得产物的相对分子质量比醇多84，则说明该醇为二元醇。

3．根据某些产物推知官能团的位置

(1)由醇氧化成醛(或羧酸)，—OH 一定在链端(即含—CH 2OH)；由醇氧化成酮，—OH 一定在链中(即含)；若该醇不能被催化氧化，则与—OH 相连的碳原子上无氢原子。

(2)由消去反应的产物可基本确定“—OH”或“—X”的位置。

(3)由取代反应的产物的种数可确定碳链结构。

(4)由加氢后碳架结构确定或—C≡C—的位置。

4．根据反应中的特殊条件推断反应的类型

(1)NaOH 水溶液，加热——卤代烃，酯类的水解反应。

(2)NaOH 醇溶液，加热——卤代烃的消去反应。

(3)浓H 2SO 4，加热——醇消去、酯化、苯环的硝化等。

(4)溴水或溴的CCl 4溶液——烯烃、炔烃的加成反应，浓溴水

——酚类的取代反应。

(5)O 2/Cu ——醇的氧化反应。

(6)新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液——醛氧化成羧酸。

(7)稀H 2SO 4——酯的水解、淀粉的水解等。

(8)H 2、催化剂——烯烃(炔烃)的加成反应，芳香烃的加成反应，醛的加成反应等。

1．有以下一系列反应，如下图所示，最终产物为草酸(HOOC —COOH)。

A ――→光Br 2

B ――→NaOH ，醇△

C ――→Br 2，水

D ――→NaOH ，H 2O △

E ――→O 2，催化剂△

F ――→O 2，催化剂△HOOC —COOH

已知B 的相对分子质量比A 的大79，请推测用字母代表的化合物的结构简式。

A____________，B____________，C_____________________________________，

D____________，E____________，F____________________________________。

解析：结合反应条件可逆推知A ―→HOOC—COOH ，碳的骨架未变，A ～F 均含2个C 。由M (B)＝M (A)＋79知A 中一个H 被一个Br 取代，结合反应条件及有机物转化规律逆推得转化过程如下：

答案：CH 3CH 3 CH 3CH 2Br CH 2===CH 2

CH 2Br —CH 2Br HOCH 2—CH 2OH OHC —CHO

2．中茶公司是世界500强之一中粮集团成员企业，是中国领

先的多元化茶叶产品和服务供应商。物质A是从茶叶中提取出的芳香族化合物，A分子中苯环上有2个取代基，均不含支链且处于苯环的对位，遇FeCl3溶液能发生显色反应。F分子中除了2个苯环外，还含有一个六元环。它们的转化关系如下：

请回答下列问题：

(1)A中含氧官能团的名称是________，1 mol A与足量溴水反应最多可以消耗________ mol Br2。

(2)反应①～③中属于加成反应的有________(填序号)。

(3)C的结构简式为________________，F的结构简式为______________________________________________。

(4)A→B的化学方程式是______________________________________________

_____________________________________________________ ___________________。

解析：从A→B转化可知，A中含有羧基且其分子式为C9H8O3；比较A和C的分子式可知反应①为加成反应，则A中含有碳碳双键，因A能够与FeCl3发生显色反应，故含有酚羟基，又因为A的侧链不含有支链，所以A的结构为

答案：(1)羟基、羧基 3 (2)①

3．工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯

回答：

(1)有机物A的结构简式为

_____________________________________________。

(2)反应⑤的化学方程式(要注明反应条件)：_______________________________

_____________________________________________________ ___________________。

(3)反应②的反应类型是________，反应④的反应类型属于________。

A．取代反应B．加成反应

C．氧化反应 D．酯化反应

(4)反应③的化学方程式(不用写反应条件，但要配平)：

_____________________________________________________ ___________________。

(5)在合成线路中，设计第③和⑥这两步反应的目的是

_____________________________________________________ ___________________。

解析：本题中既给出了合成原料，又给出了目标产物的结构简式，所以可用正推法和逆推法相结合的方法得出A和B的结构简式。A为甲苯在催化剂条件下与Cl2发生反应得到的产物，并且该物质在一定条件下可以得到对甲基苯酚，所以A为；反应②为羟基取代氯原子，应为取代反应；反应④为苯环上的甲基被氧化为羧基，为氧化反应；与乙醇发生反应得

到B物质，该反应应为酯化反应，所以B的结构简式为

。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。

(5)第③步将—OH转化为—OCH3、第⑥步将—OCH3转化为—OH，防止酚羟基被氧化(或答“防止酚羟基被氧化”“保护酚羟基”均对)

[方法技巧]

有机合成中官能团的保护方法

1.有机合成中酚羟基的保护

由于酚羟基极易被氧化，在有机合成中，如果遇到需要用氧化剂进行氧化时，经常先将酚羟基通过酯化反应转化为酯，保护起来，待氧化过程完成后，再通过水解反应，将酚羟基恢复。

2.有机合成中醛基的保护

醛与醇反应生成缩醛：R—CHO＋2R′OH―→

生成的缩醛比较稳定，与稀碱和氧化剂均难反应，但在稀酸中微热，缩醛会水解为原来的醛。