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第三章 烃的衍生物
第五节 有机合成
北京时间2024年4月25日，神舟十六号载人飞船成功发射，顺利将叶光富、李聪、李广苏3名航天员送入太空。其中宇航员穿的宇航服应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。有机合成为人类搭建了一个新的世界。这节课我们来学习有机合成的相关知识,认识有机合成的科学方法。
1.结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。掌握官能团的引入和转化的一些技巧。
2.了解设计有机合成路线的一般方法。
3.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。
1.通过分析常见有机化合物的化学性质,从不同角度对有机化合物的转化关系进行分析和推断;能根据有机化合物的官能团的转化等分析有机化合物合成的合理性。（宏观辨识与微观探析）
2.通过有机合成中原料的选择,使学生知道“绿色合成”思想是优选合成路线的重要原则,关注有机化合物的安全生产,培养学生科学的价值观。（科学态度与社会责任）
3.通过有机化合物合成路线的分析,形成正向、逆向合成法的思维模型,并能在有机合成中进行应用。（证据推理与模型认知）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
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课
堂
【思考】观察该合成路线，感受有机合成的原料要求及主要任务
原料：简单易得
主要任务：构建碳骨架和引入官能团
1.有机合成的主要任务---构建碳骨架
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，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
（1）碳链的增长
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
少于
引入含碳原子的官能团
I.碳链的增长
(2)加聚反应
碳链增长
(4)分子间脱水
(5)付克烷基化反应
(1)与HCN发生加成反应
(3)酯化反应
(6)羟醛缩合反应
(1)与HCN发生加成反应
CH3—C—CH3
O
催化剂
HCN
CH3—C—CN
OH
CH3

H2O，H+
CH3—C—COOH
OH
CH3
(2)加聚反应
(3)酯化反应
(4)分子间脱水
(5)付克烷基化反应
(6)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。这类反应被称为羟醛缩合反应。
CH3—C—H +
O
α
CH3CHO
催化剂
CH3—C—CH2CHO
OH
H
α
β
催化剂

CH3—CH CHCHO+H2O
α
β
II.碳链的减短
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
多于
断开碳链
(2)酯的水解
碳链缩短
(4)碳碳双键、三键的氧化
(1)裂解反应
(3)酰胺基的水解
(5)苯的同系物的氧化
(1)烷烃的分解反应(烃的裂化、裂解)
C4H10 CH4 + C3H6
△
(2)酯的水解反应(蛋白质水解、多糖水解)
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
(3)酰胺基的水解
NH2—C—NH2＋ H2O CO2＋2NH3
O
催化剂
△
(4)碳碳双键、碳碳三键的氧化
①烯烃
CH≡C－R
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
②炔烃
C＝CH－R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R－COOH
R'
R''
二氢成气
一氢成酸
无氢成酮
一氢成气
无氢成酸
KMnO4
H＋
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。
(5)芳香化合物的侧链与高锰酸钾发生氧化反应
III.成环反应
(1)形成环醚
(2)形成环酯类
成环反应
(3)形成环酰胺类
(4)共轭二烯烃加成
(1)形成环醚
△
△
(2)形成环酯类
+
浓H2SO4
△
+
2
+
浓H2SO4
△
+
2
(3)形成环酰胺类
+
△
+
△
(4)共轭二烯烃加成
+
△
+
△
2.有机合成的主要任务---引入官能团
(2)引入碳卤键
引入官能团
(4)引入醛基
(6)引入酯基
(1)引入碳碳双键
(3)引入羟基
(5)引入羧基
CH≡CH+HCl
CH2=CHCl
催化剂

②不完全加成反应 ---炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质
①消去反应
CH3CH2OH
CH2=CH2↑+H2O
CH3CH2Br＋NaOH CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O
浓硫酸

乙醇

(1)引入碳碳双键
（2）引入碳卤键
②取代反应---烷烃或苯及其同系物
③取代反应---醇或酚与氢卤酸
①加成反应---烯烃或炔烃与卤素单质或卤化氢
CH2=CH2+Br2 CH2BrCH2Br
CH≡CH+HCl
CH2=CHCl
催化剂

CH3CH3+Cl2
CH3CH2Cl+HCl
光照
+Br2
FeBr3
+HBr
Br
C2H5OH+HBr
C2H5Br＋H2O

+3Br2 3HBr + ↓
OH
OH
Br
Br
Br
（3）引入羟基
①加成反应---烯烃与水、醛或酮与H2
CH2=CH2+H2O
CH3CH2OH
催化剂

CH3CHO＋H2
CH3CH2OH
催化剂

+H2
—C—
O
CH3
CH3
催化剂

—CH—
OH
CH3
CH3
CH3CH2Br＋NaOH
CH3CH2OH＋NaBr
水

②水解反应---卤代烃、酯
CH3COOC2H5+H2O
CH3COOH+C2H5OH
催化剂
△
③取代反应---酚盐溶液与CO2、HX
（4）引入醛基
①氧化反应---醇、烯烃被酸性KMnO4氧化
2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O

Cu或Ag
(CH3)2C C(CH3)2
KMnO4
H+
2(CH3)2C O
②加成反应---炔烃与水
CH≡CH + H2O CH3CHO
催化剂
△
（5）引入羧基
①氧化反应---烯烃、伯醇、醛、苯的同系物
②水解反应---酯、酰胺
（6）引入酯基
+
浓H2SO4
△
+
官能团的保护
KMnO4，H﹢
—
CH3
—
OH
—
COOH
—
OH
×
NaOH
—
CH3
—
OH
—
CH3
—
ONa
KMnO4，H﹢
—
COOH
—
ONa
H﹢
—
COOH
—
OH
含有多个官能团的有机物在进行反应时，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。
2.有机合成路线的设计与实施
有机合成的设计方法
碳骨架构建
引入官能团
有机合成路线的确定
进行合理的设计与选择
较低的成本和较高的产率
简便而对环境友好的操作得到目标产物
（1）正合成分析法
从原料出发设计合成路线
简单、易得
碳骨架和官能团等方面的异同的比较
【思考与讨论】1.阅读教材，总结由乙烯制备乙二醇的方法：
CH2 CH2
溴水
CH2 CH2
Br
Br
CH2 CH2
OH
OH
NaOH水溶液
加热
2.思考如何利用乙烯合成乙酸乙酯
CH2=CH2
2个碳变成4个碳
CH3COOCH2CH3
引入羟基、羧基、酯基
方案一：
方案二：
方案三：
假定合成路线的每一步反应的产率均为70％，计算并比较上述三个方案中的总产率。
方案一：24.01％
方案二：16.807％
方案三：34.30％
尽量减少反应步骤
（2）逆向合成分析法（又称逆推法）
【思考与讨论】如何合成二乙酸乙二酯？
⑤在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。
（3）设计合成路线的基本原则
①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；
（4）常见的合成路线
①脂肪烃为基础原料到酯的合成路线
一元合成路线：
卤代烃
一元醇
一元醛
一元羧酸
酯
HX
R CH＝CH2
R CH2CH2 X
NaOH水溶液
Δ
R CH2CH2 OH
[O]
R CH2CHO
[O]
R CH2COOH
浓硫酸
Δ
二元醇
二元醛
二元羧酸
链酯、环酯、聚酯
X2
CH＝CH2
X CH2CH2 X
NaOH水溶液
Δ
HO CH2CH2 OH
[O]
OHC CHO
[O]
HOOC COOH
浓硫酸
Δ
二元合成路线：
②芳香族化合物合成路线
CH3
CH2Cl
CH2OH
CHO
COOH
芳香酯
光照
Cl2
NaOH水溶液
Δ
[O]
[O]
浓硫酸
Δ
Cl
OH
Cl2
FeCl3
II.
NaOH水溶液
Δ
I.
1.构建碳骨架
碳链增长
碳链减短
成环
2.引入官能团
(2)引入碳卤键
(1)引入碳碳双键
(3)引入羟基
(4)引入醛基
(6)引入酯基
(5)引入羧基
2.有机合成的方法——逆向合成分析法
认
目
标
…
3.有机合成的方法——正向合成分析法
此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。
基础原料
中间体1
中间体2
目标化合物
巧切断
再转换
得原料
得路线
1．绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的“原子经济性”反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。以下反应中符合绿色化学原理的是（ ）　
A.乙烯与氧气在银催化作用下生成环氧乙烷
B.乙烷与氯气制备氯乙烷
C.苯和乙醇为原料，在一定条件下生产乙苯
D.乙醇与浓硫酸共热制备乙烯
A
2.下列反应中，引入羟基官能团的是( )　　
【提示】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。
B
3.由环己醇制取己二酸己二酯，最简单的流程途径顺序正确的是( )　　
①取代反应　②加成反应　③氧化反应　④还原反应　⑤消去反应　⑥酯化反应　⑦中和反应　⑧聚合反应
A．③②⑤⑥ B．⑤③④⑥
C．⑤②③⑥ D．⑤③④⑦
【提示】
B
4、根据下列合成流程图推断B、C、E的结构简式：
【解析】分析乙苯和高聚物的结构，可推知E的结构
简式为：
进一步可推知C为
D为 B为

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