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第三章 烃的衍生物
第五节 有机合成
教学目标
1、教学目标
1) 熟悉烃及烃的衍生物之间的相互转化、主要的有机反应类型及其特点，能依据相关信息正确书写化学方程式。
2) 认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法，能设计简单的有机合成路线。
3) 能对给出的有机合成路线进行分析和评价，培养逻辑思维能力和信息迁移能力。
4) 通过设计有机合成路线，体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。
2、教学重点和难点
1) 重点：碳骨架的构建和官能团的转化。
2) 难点：逆合成分析，简单有机合成路线的设计。
导入新课
“水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。
导入新课
每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物
有机合成：
有机合成的两个主要任务：
使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
构建碳骨架和引入官能团
1、构建碳骨架：
碳链的增长和缩短；成环和开环
1) 碳链增长
(多以题示信息告知)
①炔烃、醛与HCN发生加成反应
CH≡CH
HCN
催化剂
CH2＝CHCN
丙烯腈
H2O、H＋
Δ
CH2＝CHCOOH
丙烯酸
一、有机合成的主要任务
1) 碳链增长
(多以题示信息告知)
①炔烃、醛与HCN发生加成反应
CH≡CH
HCN
催化剂
CH2＝CHCN
丙烯腈
H2O、H＋
Δ
CH2＝CHCOOH
丙烯酸
C＝O
R
H
HCN
催化剂
C
R
H
OH
CN
H2
催化剂
C
R
H
OH
CH2NH2
羟基腈
氨基醇
一、有机合成的主要任务
1) 碳链增长
(多以题示信息告知)
②卤代烃与炔钠的反应
液氨
2CH3C≡CH＋2Na 2CH3C≡CNa＋H2
CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl → CH3C≡CCH2CH3＋NaCl
③羟醛缩合反应
催化剂
O
R C H＋CH3CHO
OH
R C
CH2CHO
H
催化剂
Δ
R CH＝CHCHO
一、有机合成的主要任务
1、构建碳骨架：碳链的增长和缩短；成环和开环
2) 碳链缩短
①烯烃、炔烃及芳香烃的侧链的氧化反应
KMnO4
H＋
CH3 CH＝C CH3
CH3
CH CH3
CH3
KMnO4
H＋
O＝C CH3
CH3
CH3 COOH ＋
COOH
一、有机合成的主要任务
3) 成环反应
①共轭二烯烃成环反应
＋
CH
CH
═
═
CH2
CH2
CH2
CH2
②形成环酯
COOH
COOH
浓硫酸
Δ
CH2OH
CH2OH
＋
COOCH2
COOCH2
＋ 2H2O
③形成环醚
HOCH2 CH2OH
一定条件
O
一、有机合成的主要任务
4) 开环反应
①环酯水解开环
②环烯烃氧化开环
CH2 CH2
CH2 C
O
O
＋ H2O
浓硫酸
Δ
CH2 CH2OH
CH2 C OH
O
[O]
CH2 C OH
CH2 C OH
O
O
一、有机合成的主要任务
一、有机合成的主要任务
2、引入官能团
1) 引入碳碳双键
醇的消去反应
卤代烃的消去反应
炔烃与H2、卤化氢、卤素不完全加成反应
浓硫酸
170℃
CH3CH2 OH CH2＝CH2↑＋H2O
醇
CH3CH2Br＋NaOH CH2＝CH2↑＋NaBr＋H2O
CH≡CH ＋ HBr CH2＝CHBr
催化剂

一、有机合成的主要任务
2) 引入碳卤键
烯烃、炔烃与卤素单质或卤化氢的加成反应
烷烃、芳香烃的取代反应
醇与氢卤酸(HX)的取代反应
CH2＝CH2 ＋ HBr CH3CH2Br
催化剂

CH3 ＋Cl2
FeCl3
光
CH2Cl
CH3
Cl
C2H5OH ＋ HBr C2H5Br ＋ H2O
加热
一、有机合成的主要任务
3) 引入羟基
烯烃与水的加成反应
醛、酮的还原反应
卤代烃、酯的水解反应
羧酸在一定条件下被还原
CH2＝CH2＋H2O CH3CH2OH
催化剂
加热、加压
CH3CHO＋H2 CH3CH2OH
催化剂
Δ
C2H5Br＋NaOH C2H5OH＋NaBr
水
Δ
浓硫酸
Δ
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
RCOOH RCH2OH
LiAlH4
一、有机合成的主要任务
4) 引入羰基
醇的催化氧化
某些烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化
2CH3CH2OH＋O2 2CH3CHO＋2H2O
Cu
Δ
KMnO4
H＋
(CH3)2C＝C(CH3)2 2(CH3)2C＝O
一、有机合成的主要任务
5) 引入羧基
醛的氧化反应
某些烯烃、苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化
2CH3CHO＋O2 2CH3COOH
催化剂
Δ
KMnO4
H＋
CH3CH＝CHCH3 2CH3COOH
酯的水解反应
CH CH3
CH3
KMnO4
H＋
COOH
浓硫酸
Δ
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
一、有机合成的主要任务
3、常见官能团之间的转化
还原
水解
酯化
酯
羧酸
醛
醇
卤代烃
氧化
氧化
水解
取代
烷烃
取代
烯烃
炔烃
水化
消去
水化
消去
加成
加成
氧化
加成
一、有机合成的主要任务
4、常见官能团的保护方法
1) 酚羟基的保护：
因酚羟基易被氧化，在氧化其他基团前可以先使酚羟基在一定条件下与CH3I作用转化为 OCH3，待氧化其他基团后再在HI或三溴化硼的作用下变为酚羟基，从而达到保护酚羟基的目的。
2) 碳碳双键的保护：
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。
3) 醛基的保护：醛与醇反应生成缩醛
R CHO＋2R'OH
R CH
R'
R'
稀酸
R CHO
二、有机合成路线的设计与实施
基础原料
辅助原料
中间体
副产物
辅助原料
中间体
副产物
1、有机合成过程示意图
辅助原料
目标产物
二、有机合成路线的设计与实施
2、逆合成分析
中间体
中间体
基础原料
目标化合物
1) 逆合成分析的基本思路
观察目标化合物的结构
在目标化合物适当位置断开相应的化学键
得到较小片段所对应的中间体经过反应转化为目标化合物
继续断开中间体适当位置的化学键
得到更小片段所对应的中间体且可从上一步的中间体得到
基础原料
二、有机合成路线的设计与实施
2、逆合成分析
2) 逆合成分析举例——乙二酸二乙酯的合成
①基本思路：
C OC2H5
C OC2H5
O
O
中间体
中间体
基础原料
目标化合物
COOH
COOH
C2H5OH
CH2＝CH2
CH2OH
CH2OH
CH2Cl
CH2Cl
CH2
CH2
③
二、有机合成路线的设计与实施
①基本思路：
C OC2H5
C OC2H5
O
O
COOH
COOH
C2H5OH
CH2＝CH2
CH2OH
CH2OH
CH2Cl
CH2Cl
CH2
CH2
②基本合成路线：
②
①
CH3CH2OH
CH2 CH2
OH
OH
CH2 CH2
Cl
Cl
④
COOH
COOH
CH2
CH2
⑤
COOC2H5
COOC2H5
二、有机合成路线的设计与实施
3、有机合成应遵循的基本原则
1) 合成步骤较少，副反应少，反应产率高。
2) 原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒。
3) 反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。
4) 污染排放少，要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。
二、有机合成路线的设计与实施
4、有机合成的反应装置
恒压滴液漏斗
温度计
球形冷凝管
三颈烧瓶
二、有机合成路线的设计与实施
练、以甲苯为主要原料合成对氨基苯甲酸。
已知：
1、苯环上的甲基是邻对位定位基团，苯环上的羧基是间位定位基团。
NO2
Fe、HCl
NH2
(苯胺，有强还原性，易被氧化)
2、
NH2
COOH
二、有机合成路线的设计与实施
分析：
NO2
CH3
CH3
思考：官能团引入顺序有何要求？
要求：符合苯环上基团的定位规则
NH2
COOH
二、有机合成路线的设计与实施
浓H2SO4
浓HNO3
NO2
CH3
已知：1、苯环上的甲基是邻对位定位基团，苯环上的羧基是间位定位基团。
2、苯胺，有强还原性，易被氧化
CH3
KMnO4
NO2
COOH
Fe、HCl
NH2
CH3
Fe、HCl
KMnO4
NH2
COOH
要求：保护氨基，防止被氧化
√

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