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第五节 有机合成
第三章 烃的衍生物
第一课时 有机合成的主要任务
【情境导入】
NH4OCN
H2N
NH2
C
O
氰酸铵
尿素
19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。
宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。
德国化学家维勒
【学习任务一】认识有机合成
1.有机合成
有机合成指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。
有机合成
合成的任务
合成路线的设计
构建碳骨架
官能团的引入、转化、消除及保护
原则
成本低、产率高
环境友好、路线短
方法
逆向设计合成路线
增长和缩短、成环等过程
2.有机合成的意义
①制备天然有机物，弥补自然资源的不足；
②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美；
③合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要
阿司匹林缓释片
隐形眼镜材料
制备的维生素C
【学习任务一】认识有机合成
1.碳链增长
（1）与HCN发生加成反应
CH≡CH
丙烯腈
丙烯酸
CH2==CHCN
CH2==CHCOOH
炔(烯)烃和醛(酮)中的不饱和键与HCN发生加成反应，再经水解生成羧酸，或加氢生成胺。
CH2=CH2
CH3CH2CN
丙腈
CH3CH2COOH
①炔（烯）烃与HCN的加成反应
【学习任务二】构建碳骨架
②醛（或酮）与HCN的加成反应
将羧基、氨基等引入碳链的，产物较原料分子增加了一个碳原子。
【学习任务二】构建碳骨架
（2）加聚反应：
（3）酯化反应：
（4）分子间脱水：
【学习任务二】构建碳骨架
催化剂
CH3—C—H
O
α
CH3—CH—CH2CHO
OH
催化剂
△
CH3—CH＝CHCHO＋H2O
α
α
β
β
＋
H
C CHO
H
H
β-羟基醛
加成反应
消去反应
α,β-不饱和醛
（5）羟醛缩合反应：
醛基邻位碳上的氢原子与另一分子醛中的醛基加成反应，生成羟基醛。
【学习任务二】构建碳骨架
1.由氯代烃增长碳链
② CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl
CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl
③ 2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑
液氨
① 2R—X +2Na
R—R+2NaX
④ + Cl-CH2CH3
无水AlCl3
CH2CH3
+ HCl
【拓展1】
⑤由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链
R’—Cl
+ RMgCl
R’—R
+ MgCl2
RMgCl
RCl + Mg
无水乙醚
+ RMgCl
—OMgCl
R
H2O
—OH
R
【拓展1】
2. 碳链的缩短
(1)烷烃的分解反应(烃的裂化、裂解)
C8H18 C4H10+C4H8
△
你知道哪些缩短碳链的方法？
(2)酯的水解反应(油脂的水解、蛋白质水解、多糖水解)
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
(3)脱羧反应(羧酸分子中失去羧基放出CO2的反应)
CH3-COONa＋NaOH
CaO

CH4＋NaCO3
【学习任务二】构建碳骨架
(4)烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被KMnO4(H+)溶液氧化。
＋ HOOC—R
烯烃：
芳香烃：
炔烃：
RCOOH
RC≡CH
二氢成气
一氢成酸
无氢成酮
一氢成气、无氢成酸
与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。
RCH═CH2
RCOOH＋CO2↑
【学习任务二】构建碳骨架
（1）共轭二烯烃加成
共轭二烯烃（含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1，3-丁二烯）与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生狄尔斯-阿尔德反应（Diels-Alder reaction），得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
COOH
＋
△
COOH
1
2
3
4
6
5
1
2
3
4
6
5
那如何构建碳环呢？
3.碳链的成环
【学习任务二】构建碳骨架
(2)形成环醚
(3)合成环酯
【学习任务二】构建碳骨架
有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应，可以实现有机化合物类别的转化，并引入目标官能团。
【学习任务三】引入官能团
1.碳碳双键
①醇的消去：
CH3CH2OH
浓硫酸
170℃
CH2=CH2↑
+ H2O
醇
△
CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O
CH3CH2Br +NaOH
②卤代烃的消去：
③炔烃的不完全加成：
CH≡CH + HBr CH2=CHBr
催化剂
△
【学习任务三】引入官能团
2.碳卤键
①烷烃、苯及其同系物与卤素单质的取代反应
CH4 +Cl2
CH3Cl+ HCl
光照
③烯烃(炔烃)与 HX 或X2 的加成:
CH2=CH2 + Br2 CH2BrCH2Br
②醇与酚的取代:
C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O
△
CH3
+ Cl2
光照
CH2Cl
+HCl
CH2=CH2 + HBr CH3CH2Br
△
催化剂
+ Br2
Br
+ HBr
FeBr3
【学习任务三】引入官能团
3.羟基
①烯烃与水的加成:
②卤代烃的水解:
CH3CH2CH2Cl+NaOH CH3CH2CH2OH+NaCl
H2O
△
③酯的水解:
④醛、酮与H2加成:
CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH
△
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
CH3CH＝CH2＋H2O CH3CHCH3
催化剂
加热、加压
OH
【学习任务三】引入官能团
另外：酚盐溶液与CO2、HCl等反应
4.醛基
①醇的催化氧化:
醛
2RCH2OH
Cu
2RCHO
+O2
+2H2O
伯醇
CH≡CH＋H2O CH3—CHO
②炔烃的加成反应:
5.酯基
①酯化反应：
【学习任务三】引入官能团
②酰氯醇解
O
－C－
Cl
CH3
＋
CH3OH
无水操作
O
－C－OCH3
＋HCl
CH3
＝
＝
6.引入羧基的方法
①醛的氧化反应:
②酯、酰胺、氰基（—CN）的水解反应:
③某些烯烃、炔烃、芳香烃、醇、醛被KMnO4(H+)溶液氧化的反应:
【学习任务三】引入官能团
因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH，其过程表示为：
OCH3
COOH
OH
COOH
CH3I
KMnO4/H＋
H＋
OCH3
CH3
OH
CH3
官能团的保护——酚羟基的保护
【拓展2】
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。
C＝C
＋HX
—C—C—
X
H
C＝C
NaOH/醇
△
C＝C
＋H2O
—C—C—
OH
H
H＋
C＝C
浓硫酸
△
拓展：官能团的保护——碳碳双键的保护
【拓展2】
1.官能团种类变化
【学习任务四】官能团的转化
2.官能团数目变化
消去
加成
CH3CH2-Br
CH2=CH2
CH2Br-CH2Br
3.官能团位置变化
CH3CH2OH
消去
CH2=CH2
加Br2
CH2BrCH2Br
HOCH2CH2OH
CH3CH2CH2OH
CH3CH=CH2
CH3CH-CH3
Br
消去
HBr
CH3CH-CH3
OH
水解
水解
【学习任务四】官能团的转化

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