资源简介 (共68张PPT)第五节 有机合成第1课时 有机合成的主要任务第三章 烃的衍生物通过碳骨架的构建、官能团的转化,体会有机合成的基本任务,掌握有机化合物分子碳骨架的构建,官能团引入、转化或消除的方法(重、难点)。[学习目标]问题导入有关资料报道,宇航员的服装能使太空的人处于加压状态,供给宇航员生命所需的氧气,控制温度和湿度,防止辐射,还要经得起微流星的冲击。宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料,其中多数是有机合成材料。密闭头盔由透明聚碳酸酯组成,密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。宇航服面罩是由碳材料制成的金刚石膜。日常生活中有哪些材料是有机合成材料?神舟十七号载人飞行任务中国空间站“最年轻乘组”有机合成有什么意义?怎样进行有机合成?视频导学1.有机合成有什么意义?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合成自然界中不存在的有机物,满足人们生活需要。阿司匹林缓释片隐形眼镜材料制备的维生素C交流讨论2.怎样进行有机合成?主要任务是什么?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。主要任务:构建碳骨架和引入官能团交流讨论一、构建碳骨架3.以乙烯为原料,设计合成乙酸乙酯的路线。CH2=CH2(原料)中间体1中间体2CH3COOCH2CH3(目标产物)CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH催化剂、△Cu、△中间体3催化剂、△辅助原料条件辅助原料条件辅助原料条件主要任务:碳骨架的构建和官能团的转化碳骨架的构建主要包含:碳链的增长、碳链的缩短、碳链的成环交流讨论一、构建碳骨架从乙烯制备乙酸乙酯,实现了碳链的增长,你还知道哪些反应可以增长碳链?乙醇制取乙醚、乙烯加聚、乙炔制备聚氯乙烯、聚乙炔……1.碳链的增长原料分子中的碳原子目标分子中的碳原子<引入含碳原子的基团思考交流带正电荷的原子或原子团连接在 上,带负电荷的原子或原子团链接在 上。(1)引入氰基(—CN)的加成反应①乙烯、乙炔与HCN的加成反应②乙醛与HCN的加成反应CH≡CH + HCN → CH2=CHCNCH2=CH2 + HCN → CH3CH2CN+ HCN → CH3CHCNOH③丙酮与HCN的加成反应CH3CCH3+ HCN → CH3CCNOHOCH3一、构建碳骨架OCCH3C—HOδ+δ-δ+δ-探究导学一、构建碳骨架ⅰ. —CN通过水解反应可以转化为-COOHCRHOHCH2NH2CRHOHCN丙烯腈CH≡CHCH2=CHCN△CH2=CHCOOH丙烯酸催化剂ⅱ. —CN通过加氢还原可以引入—CH2NH2催化剂催化剂羟基腈氨基醇δ+δ-探究导学如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH?写出合成路线。丙烯腈CH3CHO△CH3CH(OH)COOH乳酸催化剂CH3CHCNOH一、构建碳骨架应用体验一、构建碳骨架(2)羟醛缩合醛基邻位C上的H(α-H)αCH3—C—CH2CHOOHHCH3-CH=CHCHO+H2OααββCH3-C-H+CH3CHOO一定条件下可与醛基发生加成反应β-羟基醛α,β-不饱和醛受羰基吸电子的影响,具有一定活性△δ+δ-先加成后消去产物易失水,得到α,β-不饱和醛探究导学一、构建碳骨架(3)由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链+ RMgCl—OMgClR—OHRH+RMgClRCl + Mg温故知新一、构建碳骨架(4)加聚反应(5)酯化反应(6)分子间脱水CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O浓H2SO4nCH≡CH [ CH=CH2 ] nnCH2=CH2 [ CH2—CH2 ] nC2H5 OH + HO C2H5 C2H5 O C2H5 + H2O140 ℃温故知新一、构建碳骨架2.碳链的缩短原料分子中的碳原子目标分子中的碳原子>断开碳链碳链缩短的反应:烷烃的裂化、酯的水解、烯烃或炔烃的氧化以及苯的同系物的氧化等。探究导学一、构建碳骨架(1)烷烃的裂化或裂解烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成碳链缩短的羧酸或酮。(2)酯的水解(3)氧化反应C8H18 C4H8+C4H10△CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH稀硫酸温故知新一、构建碳骨架①烯烃C=CH—RR'R''KMnO4H+C=O+R—COOHR'R''二H成CO2 ,一H成酸,无H成酮思考:乙烯被高锰酸钾氧化,产物是什么?探究导学一、构建碳骨架CH≡C—RKMnO4H+CO2+RCOOH②炔烃③芳香化合物的侧链一H成CO2,无H成酸CH—RR'KMnO4H+HOOC—氧化条件:苯环直接相连的碳上至少有一个H探究导学一、构建碳骨架3.碳链的成环(1)第尔斯—阿尔德反应共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应,得到环加成产物,构建了环状碳骨架。346512共轭二烯烃:含两个碳碳双键,且两个双键被一个单键隔开的烯烃如:CH2=CH-CH=CH2COOH△+COOH123654探究导学(2)形成环酯一、构建碳骨架CH2OHCH2OH—COOHCOOH—+浓硫酸+2H2O思考:写出2分子CH3CH(OH)COOH形成环酯的化学方程式。2CH3—CH—C—OHO═OH+2H2OCH3OC═OOC═OCH3浓硫酸探究导学(3)形成环醚一、构建碳骨架CH2OHCH2OH—++2H2OHOCH2HOCH2—△OO+H2O△CH2CH2OH OH——CH2—CH2O探究导学1.碳链增长在有机合成中具有重要意义,它是实现由小分子有机物向较大分子有机物转化的主要途径。某同学设计了如下4个反应,其中可以实现碳链增长的是A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热D.乙烯和H2O的加成反应√可增加一个碳原子CH3CH2CH2CH2Br + NaOH CH3CH2CH=CH2 ↑ +NaBr+H2OCH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH+NaBrCH2=CH2 +H2O CH3CH2OH一、构建碳骨架思考交流2.下列反应能使碳链缩短的是①烯烃被酸性KMnO4溶液氧化 ②乙苯被酸性KMnO4溶液氧化 ③重油裂化为汽油 ④CH3COOCH3与NaOH溶液共热 ⑤炔烃与溴水反应A.①②③④⑤ B.②③④⑤C.①②④⑤ D.①②③④√加成反应生成溴代烃,碳链长度不变。碳碳双键氧化断裂,碳链缩短;苯环侧链氧化生成苯甲酸,碳链缩短;长链大分子转化为短链小分子,碳链缩短;水解生成乙酸钠和甲醇,碳链缩短;一、构建碳骨架思考交流3.阅读 “资料卡片”,了解羟醛缩合的原理,思考下列问题:(1)如何由苯甲醛和乙醛制取 思考交流+ CH3CHO+H2O△一、构建碳骨架思考交流(2)如何由甲醛和乙醛制取 一、构建碳骨架3HCHO+CH3CHO一、构建碳骨架构建碳骨架碳链的增长①与HCN发生加成反应 ②羟醛缩合反应③格式试剂 ④乙烯、乙炔加聚反应⑤酯化反应 ⑥分子间脱水……碳链的缩短①烷烃的裂化或裂解②酯的水解③氧化反应碳链的成环①第尔斯—阿尔德反应②形成环酯 ③形成环醚归纳小结探究导学二、引入官能团思考:如何以CH3CH2Br为原料制备 ?CHOCHO—NaOH水溶液△CH3CH2BrNaOH醇溶液△CH2=CH2Br2CH2BrCH2Br—CH2OHCH2OH—―→[O]CHOCHO—在有机合成中有选择地通过取代、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。温故知新二、引入官能团名称 官能团 主要化学性质烷烃 ----------------烯烃炔烃芳香烃 ----------------卤代烃 —X醇 —OH酚 —OH醛 —CHO酮羧酸 —COOH酯 —COOR各种官能团的性质温故知新燃烧氧化 、取代、裂化氧化、加成、加聚氧化、加成、加聚氧化、取代、加成水解、消去取代、消去、氧化弱酸性、取代、显色、氧化加成、氧化、聚合加成酸性、酯化水解归纳整理二、引入官能团1.引入碳碳双键(1)消去反应①醇的消去反应(2)加成反应②卤代烃的消去反应CH3CH2CH2Cl + NaOH CH3CH=CH2 ↑ +NaCl+H2OCH≡CH+ HCl CH2=CHClCH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 ↑ +H2O探究导学二、引入官能团(1)加成反应①烯烃的加成反应②炔烃的加成反应CH≡CH+ Cl2 CHCl =CHClCH2=CH2+ Br2 CH2BrCH2Br2.引入碳卤键①烷烃的取代反应(2)取代反应CH3CH3+ Cl2 CH3CH2Cl+HCl探究导学二、引入官能团②芳香烃的取代反应③醇的取代反应④烯烃、羧酸中α-H的取代反应+HCl+ Cl2+HCl+ Cl2R—OH+ HX R—X+H2OCH2=CHCH3+ Cl2 CH2=CHCH2Cl+HClRCH2COOH+ Cl2 RCHCOOH + HClCl—αα探究导学二、引入官能团3.引入羟基(1)加成反应(2)还原反应(3)水解反应①醛的还原反应②酮的还原反应①卤代烃的水解反应②酯的水解反应CH2=CH2+ H2O CH3CH2OH加压CH3CHO+ H2 CH3CH2OHCH3—C—CH3+ H2 CH3 —CH—CH3O=OH—R—X + NaOH R—OH+NaXRCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH稀硫酸探究导学二、引入官能团4.引入羧基(1)氧化反应②醇的氧化反应①醛的氧化反应2CH3CHO+ O2 2CH3COOH③烯烃的氧化反应④苯的同系物的氧化反应CH3CH=CHCH3 CH3COOHCH3CH2OH CH3COOHH+探究导学二、引入官能团(2)水解反应①酯的水解反应②酰胺的水解反应RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH稀硫酸RCONH2+ H2O +HCl RCOOH+NH4Cl5.引入醛基(1)醇的催化氧化反应(2)炔烃与水的加成反应2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2OCH≡CH+H2O CH3—CHO思考交流1.在有机合成中,常会引入官能团或将官能团消除,下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是A.乙烯→乙二醇:CH2=CH2B.溴乙烷→乙醇:CH3CH2Br CH2=CH2 CH3CH2OHC.1-溴丁烷→1-丁炔:CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH=CH2CH3CH2C≡CHD.乙烯→乙炔:CH2==CH2 CH≡CH√溴乙烷→乙醇,只需溴乙烷在碱性条件下水解二、引入官能团二、引入官能团思考交流2.由溴乙烷转化成乙酸乙酯并标注反应类型。CH3CH2BrCH3COOCH2CH3CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH△Cu、△催化剂、△取代(酯化)反应水解反应氧化反应氧化反应三、官能团的保护思考交流含有多个官能团的有机化合物在进行反应时,非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来,先将其转化为不受该反应影响的其他官能团,反应后再转化复原。1.羟基的保护(1)醇羟基①将醇羟基转化为醚键,反应结束后再脱除。三、官能团的保护R—OH R—O—R′→… →R″—O—R′ R″—OH②将醇羟基转化为酯基,再水解复原。探究导学三、官能团的保护(2)酚羟基①用NaOH溶液保护探究导学ONaCOOHOHCOOHNaOHKMnO4/H+H+ONaCH3OHCH3三、官能团的保护②用CH3I保护探究导学OCH3COOHOHCOOHCH3IKMnO4/H+H+OCH3CH3OHCH3三、官能团的保护2.氨基的保护(1)用酸转化为盐保护(2)用醋酸酐转化为酰胺保护探究导学三、官能团的保护3.碳碳双键的保护利用其与HCl等的加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。C=CC=C+HX—C—C—XHC=CNaOH/醇△C=C+H2O—C—C—OHHH+C=C浓硫酸△探究导学三、官能团的保护4.醛基(或酮羰基)的保护用乙醇(或乙二醇)加成保护②探究导学三、官能团的保护1.将 直接氧化能得到 吗?若不能,如何得到?不能。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。ONaCOONaNaOHO2/Cu△H+ONaCH2OHOHCH2OHOHCOOHONaCHO新制Cu(OH)2NaOH溶液 △思考交流三、官能团的保护思考交流2.设计方案以CH2==CHCH2OH为原料制备CH2==CHCOOH。CH2==CHCH2OH CH2ClCH2CH2OH CH2ClCH2COOH、△H+CH2==CHCOOH有机合成主要任务构建碳骨架引入官能团官能团保护课堂小结自我测试1.(2023·北京朝阳高二期末)下列构建碳骨架的反应,不属于加成反应的是B.√氧化反应自我测试2.(2023·山西朔州高二期末)有机合成的主要任务之一是引入目标官能团。下列反应中,引入官能团的途径合理的是A.加热条件下,2-丙醇在Cu催化作用下引入醛基B.光照条件下,甲苯与Cl2反应在苯环上引入碳氯键C.加热条件下,卤代烃与NaOH的水溶液反应引入碳碳双键D.加热条件下,丙酮与H2在催化剂作用下引入羟基√羟基CH3CH(OH)CH3 CH3—C—CH3自我测试3.(2023·苏州高二期中)某药物中间体合成路线如图(部分产物已略去),下列说法不正确的是A.步骤①③的目的是保护A中的某官能团B.A的结构简式为C.C能发生水解反应D.第⑤步反应类型为取代反应√生成乙酸酯有-OH本节内容结束目标一 答案有机合成使用相对 的原料,通过有机化学反应来构建和引入 ,由此合成出具有特定 和 的目标分子。碳骨架是有机化合物分子的结构基础,进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成,包括碳链的 和 、 等过程。简单易得碳骨架官能团结构性质增长缩短成环目标一 答案1.碳链的增长(1)炔烃、醛、酮与HCN的加成反应。目标一 答案(2)羟醛缩合反应醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α-H)受羰基吸电子作用的影响,具有一定的活泼性。分子内含有α-H的醛在一定条件下可发生加成反应,生成β-羟基醛,该产物易失水,得到α,β-不饱和醛。__________________。目标一 答案2.碳链的缩短不饱和烃(烯烃、炔烃、芳香烃)的氧化反应(2)RC≡CH 。+HOOC—RRCOOH目标一 答案3.碳链的成环(1)形成环烃(第尔斯-阿尔德反应的加成原理)。其中1,3-丁二烯属于共轭二烯烃即含有两个碳碳双键,且两个双键被一个单键隔开。目标一 答案(2)形成环酯+ _______________________。+2H2O(3)形成环醚+H2O目标二 答案有选择地通过取代、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。目的 方法 举例引入碳碳双键 醇的消去反应 CH3CH2CH2OH 。卤代烃的消去反应 CH3CH2CH2Cl+NaOH。炔烃与H2、卤化氢、卤素单质的不完全加成反应 CH≡CH+HCl 。CH3CH==CH2↑+H2OCH3CH==CH2↑+NaCl+H2OCH2==CHCl目标二 答案引入碳卤键 烯烃、炔烃与卤素单质或卤化氢的加成反应 CH2==CH2+HCl ;CH≡CH+HCl ;烷烃、芳香烃的取代反应+HCl+HClCH3CH2ClCH2==CHClCH3CH3CH3CH2Cl+HCl目标二 答案引入碳卤键 烯烃、羧酸中α-H的取代反应 CH3CH==CH2+Cl2 ClCH2CH==CH2+HCl;RCH2COOH+Cl2 _________________醇与氢卤酸(HX)的取代反应 R—OH+HX .+HClR—X+H2O目标二 答案引入羟基 烯烃与水的加成反应 CH2==CH2+H2O .醛、酮的还原反应 CH3CHO+H2 ;+H2 ______________________CH3CH2OHCH3CH2OH目标二 答案引入 羟基 卤代烃、酯的水解反应 C2H5Br+NaOH ;+H—OH __________________引入醛基 醇的催化氧化反应 2CH3CH2OH+O2 .炔烃与水的加成反应 CH≡CH+H2O .+R′OHC2H5OH+NaBr2CH3CHO+2H2OCH3—CHO目标二 答案引入羧基 醛、醇的氧化反应某些烯烃、苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化 CH3CH==CHCH3 ;酯、酰胺的水解反应 CH3COOC2H5+H2O ;RCONH2+H2O+HCl .RCOOH+NH4Cl2CH3COOHCH3COOH+C2H5OH2CH3COOHCH3COOH目标三 答案1.羟基的保护(1)醇羟基①将醇羟基转化为醚键,反应结束后再脱除②将醇羟基转化为酯基,再水解复原目标三 答案(2)酚羟基①用NaOH溶液保护②用CH3I保护目标三 答案2.氨基的保护①用酸转化为盐保护②用醋酸酐转化为酰胺保护目标三 答案3.碳碳双键的保护利用其与HCl等的加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。CH3CH2Cl目标三 答案4.醛基(或酮羰基)的保护用乙醇(或乙二醇)加成保护。 展开更多...... 收起↑ 资源预览