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(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2
CH3COOCH2CH3（目标产物）
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
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=CHCN
CH2=CH2 + HCN → CH3CH2CN
+ HCN → CH3CHCN
OH
③丙酮与HCN的加成反应
CH3CCH3+ HCN → CH3CCN
OH
O
CH3
一、构建碳骨架
O
C
CH3C—H
O
δ+
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-COOH
C
R
H
OH
CH2NH2
C
R
H
OH
CN
丙烯腈
CH≡CH
CH2=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
CH3CHCN
OH
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）
α
CH3—C—CH2CHO
OH
H
CH3-CH＝CHCHO＋H2O
α
α
β
β
CH3-C-H＋CH3CHO
O
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
—OMgCl
R
—OH
R
H+
RMgCl
RCl + 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H2SO4
nCH≡CH [ CH=CH2 ] n
nCH2=CH2 [ CH2—CH2 ] n
C2H5 OH + HO C2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
140 ℃
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—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
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—R
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
②炔烃
③芳香化合物的侧链
一H成CO2，无H成酸
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
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。
3
4
6
5
1
2
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=CH2
COOH
△
＋
COOH
1
2
3
6
5
4
探究导学
(2)形成环酯
一、构建碳骨架
CH2OH
CH2OH
—
COOH
COOH
—
+
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—OH
O
═
OH
＋2H2O
CH3
O
C
═
O
O
C
═
O
CH3
浓硫酸
探究导学
(3)形成环醚
一、构建碳骨架
CH2OH
CH2OH
—
+
+2H2O
HOCH2
HOCH2
—
△
O
O
+H2O
△
CH2CH2
OH OH
—
—
CH2—CH2
O
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+H2O
CH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH+NaBr
CH2=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.②③④⑤
C.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 ？
CHO
CHO
—
NaOH水溶液
△
CH3CH2Br
NaOH醇溶液
△
CH2=CH2
Br2
CH2Br
CH2Br
—
CH2OH
CH2OH
—
―→
[O]
CHO
CHO
—
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+H2O
CH≡CH+ HCl CH2=CHCl
CH3CH2CH2OH 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 =CHCl
CH2=CH2+ Br2 CH2BrCH2Br
2.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
+ Cl2
R—OH+ HX R—X+H2O
CH2=CHCH3+ Cl2 CH2=CHCH2Cl+HCl
RCH2COOH+ Cl2 RCHCOOH + HCl
Cl
—
α
α
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 CH3CH2OH
CH3—C—CH3+ H2 CH3 —CH—CH3
O
=
OH
—
R—X + NaOH R—OH+NaX
RCOOR’+ 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 2CH3COOH
③烯烃的氧化反应
④苯的同系物的氧化反应
CH3CH=CHCH3 CH3COOH
CH3CH2OH CH3COOH
H+
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＋NH4Cl
5.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＋2H2O
CH≡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=CH2
B.溴乙烷→乙醇：CH3CH2Br CH2=CH2 CH3CH2OH
C.1-溴丁烷→1-丁炔：CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH=CH2
CH3CH2C≡CH
D.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。
CH3CH2Br
CH3COOCH2CH3
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
△
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″—OH
②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
ONa
COOH
OH
COOH
NaOH
KMnO4/H＋
H＋
ONa
CH3
OH
CH3
三、官能团的保护
②用CH3I保护
探究导学
OCH3
COOH
OH
COOH
CH3I
KMnO4/H＋
H＋
OCH3
CH3
OH
CH3
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＝C
C＝C
＋HX
—C—C—
X
H
C＝C
NaOH/醇
△
C＝C
＋H2O
—C—C—
OH
H
H＋
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。
ONa
COONa
NaOH
O2/Cu
△
H＋
ONa
CH2OH
OH
CH2OH
OH
COOH
ONa
CHO
新制Cu(OH)2
NaOH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—R
RCOOH
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↑＋H2O
CH3CH==CH2↑＋NaCl＋H2O
CH2==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
＋HCl
CH3CH2Cl
CH2==CHCl
CH3CH3
CH3CH2Cl＋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 .
＋HCl
R—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 ______________________
CH3CH2OH
CH3CH2OH
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′OH
C2H5OH＋NaBr
2CH3CHO＋2H2O
CH3—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＋NH4Cl
2CH3COOH
CH3COOH＋C2H5OH
2CH3COOH
CH3COOH
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
。

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