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有机化合物的合成与研究
第五章
5.1有机合成初步
章节脉络
第五章
有机化合物的合成与研究
5.2研究有机化合物的一般方法
5.1有机合成初步
合成路线设计与优化
逆合成分析法
有机合成的一般过程
有机合成初步
核心素养目标
1. 宏观辨识与微观探析
从宏观视角认识到碳骨架构建和官能团引入对有机化合物性质与用途的影响，深入微观视角，建立宏观反应现象与微观分子结构变化之间的紧密联系，能从分子层面解释有机合成反应的本质。
2. 证据推理与模型认知
依据有机化合物的结构特点、反应条件和产物信息，进行合理的证据推理。构建碳骨架构建和官能团引入的反应模型，提高对有机合成知识的系统性理解和应用能力。
3. 科学探究与创新意识
鼓励学生在有机合成领域进行创新思考，尝试设计新颖的碳骨架构建和官能团引入策略。关注有机合成的前沿技术和研究成果，激发创新意识，培养学生解决复杂有机合成问题的能力和探索精神。
学习重难点
重点：
1. 掌握碳链增长、缩短及成环的常见反应类型与方法。
2. 熟练运用引入羟基、卤素原子、碳碳双键等官能团的典型反应，准确书写反应方程式。
难点：
1. 根据目标产物，合理规划多步反应顺序，选择最优碳骨架构建策略。
2. 在多官能团体系中，精准控制反应条件，避免副反应，实现官能团的定向引入 。
课前导入
某种医用胶的分子结构为 。某同学以乙烯为起始物，为这种有机化合物设计了如下合成路线。
在上述合成过程中，碳骨架是如何构建的？官能团是如何转化的？
碳碳双键
羟基
醛基
羧基
引入氯原子
引入酯基
碳链增长
碳链增长
引入碳碳双键
有机合成的一般过程
PART 01
有机合成的一般过程
有机合成一般是利用化学方法将简单的有机化合物或无机物制成比较复杂的有机化合物的过程。
有机合成主要通过官能团的引入、转化与碳骨架的构建来实现。
通过有机反应使原料分子的化学键发生断裂，形成新的化学键，得到第一个中间体；再进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最终得到目标产物。
有机合成的一般过程
引入碳碳双键
卤代烃的消去
CH3CH2Br＋NaOH CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O
乙醇
醇的消去
CH3CH2OH
CH2=CH2↑+H2O
浓硫酸
170
℃
炔烃的不完全加成
CH≡CH+HCl
CH2=CHCl
催化剂
△
△
有机合成的一般过程
引入卤素原子
不饱和烃的加成反应
CH=CH+HCl
CH3CH2Cl
催化剂
醇与HX的取代反应
CH3CH2 OH + H Br CH3CH2 Br + H2O
△
△
苯及其同系物的卤代反应
↑
液溴
＋Br2
FeBr3
—Br ＋ HBr
有机合成的一般过程
引入羟基
烯烃与水加成
CH2＝CH2＋H2O CH3CH2OH
催化剂
加热、加压
醛(酮)与H2加成
催化剂
CH3CH2OH
CH3CHO
+ H2
卤代烃的水解
CH3CH2CH2Cl+ NaOH CH3CH2CH2OH+NaCl
H2O
△
△
有机合成的一般过程
引入醛基
酯的水解
CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
浓H2SO4
△
△
醇的氧化
2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO + 2H2O
Cu/Ag
炔烃的水和
△
CHCH + H2O CH3CHO
催化剂
△
有机合成的一般过程
引入羧基
烯烃的氧化
R—CH＝CH2 RCOOH + CO2↑
KMnO4
H＋
腈的水解
CH3CH2CN
CH3CH2COOH
H2O,H+
△
苯的同系物的氧化
KMnO4
H＋
—CH
R
R'
— COOH
逆合成分析法
PART 02
逆合成分析法
从目标产物的结构入手，通过切断化学键等方式逆推可能的中间体，继而再进行分析，得到前一步的中间体，如此反复，直至推得合适的起始原料，我们把这种方法称为逆合成分析法。
逆合成分析法
乙醇制备 1,2—二溴乙烷的合成路线可以表示为：
可以利用有机合成路线对合成过程进行规划和示意，书写有机合成路线时，一般以各主要中间体为节点，省略副产物，同时在箭头上下标明所用的辅助试剂与反应条件。
逆合成分析法
聚丁二酸乙二醇酯是一种可生物降解的合成高分子，具有良好的柔顺性和热稳定性，在塑料薄膜、食品包装、生物材料等方面有着巨大的发展前景。该如何设计聚丁二酸乙二醇酯的合成路线呢？
逆合成分析法
（1）从聚丁二酸乙二醇酯的结构可知它是一种缩聚产物，单体应为丁二酸与乙二醇。
逆合成分析法
（2）羧酸可由醇氧化得到，因此丁二酸的前一步中间体应该是 1,4—丁二醇。
（3）醇类化合物可由卤代烃水解得到，因此 1,4—丁二醇与乙二醇的前一步中间体分别是 1,4—二溴丁烷和 1,2—二溴乙烷。
逆合成分析法
（4）1,4—二溴丁烷的两个溴原子位于链的两端，考虑通过1,3—丁二烯与溴发生 1,4—加成制得，在发生 1,4—加成后碳链中间会出现新的碳碳双键，可以用催化加氢的方式还原为单键。
（5） 1,2—二溴乙烷可以通过乙烯与溴加成得到。
根据以上逆合成分析过程，可以确定合成聚丁二酸乙二醇酯的原料为 1,3—丁二烯与乙烯。
合成路线设计与优化
PART 03
合成路线设计与优化
丁二酸普遍采用的是以淀粉、纤维素、葡萄糖、牛乳等为原料，利用细菌或其他微生物发酵的方法生产获得。
而生产乙二醇采用的是乙烯制环氧乙烷后直接水合的方法
合成路线设计与优化
官能团的保护
对于多官能团有机化合物，有时需要选择性地在一个官能团上进行反应，而此时其他官能团可能会在该条件下发生反应被破坏，从而导致目标产物损失，在设计有机合成路线时应避免这种情况发生。
一种常见的解决办法是实施官能团保护。对易被破坏的官能团用保护基加以保护。待反应完毕后，再予以脱除恢复。例如用 1,4— 丁烯二醇（ ）合成丁烯二酸（ ）时，需要用较强的氧化剂将羟基氧化为羧基，而在此环境下，分子中的碳碳双键也可能会被破坏。此时可以先用 HCl 加成，形成
后进行氧化，待氧化完成后再消去 HCl，恢复碳碳双键。
合成路线设计与优化
α—苯基丙烯酸可用于合成人造龙涎香。用化合物 X 合成 α—苯基丙烯酸时，设计了两条合成路线
在实际实验中发现路线二的结果不如路线一理想，请说明理由。
合成路线设计与优化
两条路线所用的原料与辅助试剂均相同，步骤数也相同，但效果存在差异，应是反应步骤顺序设置导致了副反应的发生。对比 X 与 α— 苯基丙烯酸的结构可知，要进行两步官能团的转化，一是在浓硫酸条件下进行消去，形成碳碳双键；二是在稀硫酸条件下进行酯的水解，形成羧基。
因此，路线一的中间体结构应为 ，在稀硫酸条件下水解对分子中的碳碳双键无影响。路线二的中间体结构应为 ，在浓硫酸条件下进行消去时，还有可能发生分子内或分子间的酯化反应，由于存在副反应而导致 α— 苯基丙烯酸的产率下降，故路线二的结果不如路线一理想。
课堂小结
逆合成分析法
有机合成的一般过程
引入碳碳双键
合成路线
步骤
引入卤素原子
合成路线设计与优化
引入羟基
引入醛基
引入羧基
随堂训练
1.将 转变为 的方法为(　　)
A．与足量的NaOH溶液共热后，再通入CO2
B．将溶液加热，通入足量的HCl
C．与稀硫酸共热后，加入足量的Na2CO3溶液
D．与稀硫酸共热后，加入足量的NaOH溶液
A
随堂训练
2.烷烃A只可能有三种一氯取代产物B、C和D。C的结构简式是
B和D分别与强碱的醇溶液共热，都只能得到有机化合物E。
以上反应及B的进一步反应如下所示：
随堂训练
请回答下列问题：
(1)A的结构简式是__________，H的结构简式是_________。
(2)B转化为F属于________反应，B转化为E的反应属于________反应。(填反应类型名称)
(3)写出F转化为G的化学方程式：____________________
__________________________________________________。
(4)1.16 g H与足量NaHCO3作用，标准状况下可得CO2的体积是________mL。
(5)写出反应①的化学方程式：_________________________
__________________________________________________。
(CH3)3CCH2CH3
(CH3)3CCH2COOH
取代(或水解)
消去
2(CH3)3CCH2CH2OH＋O2 2(CH3)3CCH2CHO＋2H2O　
△
催化剂
224
(CH3)3CCH2COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O
(CH3)3CCH2CHO＋2[Ag(NH3)2]OH
△
随堂训练
3.有一种脂肪醇，通过一系列反应可变为丙三醇，该脂肪醇通过消去、连续氧化、酯化、加聚反应后可转化为高聚物
该脂肪醇的结构简式可能为(　　)
A. CH2 CHCH2OH B. CH3CH(OH)CH2OH
C. CH3CH2OH D. CH2ClCHClCH2OH
B
随堂训练
4.下列说法不正确的是(　　)
A. 可发生消去反应引入碳碳双键
B． 可发生催化氧化引入羧基
C．CH3CH2Br可发生取代反应引入羟基
D. 与CH2 CH2可发生加成反应引入环
B
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