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5.1有机合成初步
一、教学目标
1．比较常见官能团的结构和特征反应，能举例说明有机物中基团之间的相互影响。
2．能从官能团入手揭示一定条件下有机物之间的相互转化关系。
3．能运用逆合成分析法设计简单的有机合成路线。
二、教学重难点
重点：1.常见官能团的结构和特征反应及相互转化；
2.设计简单的有机合成路线。
难点：设计简单的有机合成路线。
三、教学方法
探究法、总结归纳法、分组讨论法等
四、教学过程
【导入】展示生活中的合成材料
有机合成能满足人类在材料、能源、医药、生命科学、环境科学等领域的需求，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。
一、有机合成的一般过程
概念：一般是利用化学方法将简单的有机物或无机物制成比较复杂的有机物的过程。
【展示】有机合成一般过程示意图
【讲解】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。
【生】完成在有机物分子中引入碳碳双键、卤原子和羟基
【讲解】
常见官能团引入或转化的方法
引入的官能团 反应类型
引入碳碳双键 卤代烃的消去反应
醇的消去反应
炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应
引入卤素原子 不饱和烃与卤素单质(或卤化氢)的加成反应
烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应
醇与氢卤酸的取代反应
引入羟基 卤代烃的水解反应
醛、酮与H2的加成反应
酯的水解反应
引入羧基 醛的氧化
苯的同系物的氧化(酸性高锰酸钾溶液)
酯的水解(酸性条件)
【讲解】有机合成中常见官能团的保护
(1)(酚)羟基的保护：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溶液反应，把—OH变为—ONa(或使其与ICH3反应，把—OH变为—OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护：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转变为碳碳双键。
(3)氨基(—NH2)的保护：如在对硝基甲苯对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH之后，再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性)也被氧化。
【讲解】有机物分子中官能团的消除
(1)消除不饱和双键或三键，可通过加成反应。
(2)经过酯化、氧化、与氢卤酸取代、消去等反应，都可以消除—OH。
(3)通过加成、氧化反应可消除—CHO。
(4)通过水解反应可消除酯基。
烃的衍生物之间的转化关系
二、逆合成分析法
【讲解】
分析方法 内容
正合成分析法 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，逐步推向待合成有机物，其思维程序：原料→中间产物→目标化合物
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。 其思维程序：
书写：通常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。
例：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。
【问】该如何设计聚丁二酸乙二醇酯的合成路线呢？
【生】小组讨论，并完成设计：
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。
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。
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。
【讲解】逆合成分析法设计有机合成路线的思维程序
(1)观察目标分子结构，即目标分子的碳架特征，以及官能团的种类和位置。
(2)由目标分子逆推原料分子，并设计合成路线，即目标分子碳架的构建，以及官能团引入和转化。
(3)依据绿色合成的思想，对不同的合成路线进行优选。
三、合成路线设计与优化
【讲解】有机合成的原则
(1)基础原料和辅助原料要廉价、易得、低毒性、低污染。
(2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。
(3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。
(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。
【课堂练习】
请设计合理的方案以苯甲醛()和乙醇为原料合成苯乙酸乙酯(用合成路线流程图表示，并注明反应条件)。
提示：(1)R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr，R—CNR—COOH；
[答案]　
【课堂小结】师生共同完成。
一、有机合成的一般过程
二、逆合成分析法
三、合成路线设计与优化

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