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5.3有机合成设计
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
随着有机合成化学的迅速发展，以染料合成和药物合成为重点的有机合成化学工业得以兴起。
【展示】常见官能团的结构与特征反应
【生】群答完成。
官能团符号 有机物类别 代表物 特征反应
烯 乙烯CH2==CH2 烯、炔烃均含有不饱和键，性质相似。 (1)加成反应：与H2、H2O、HX、X2等试剂反应，如使溴水褪色； (2)氧化反应：使酸性KMnO4溶液褪色； (3)加聚反应：如生成聚乙烯、聚乙炔
—C≡C— 炔 乙炔CH≡CH
卤代烃 溴乙烷C2H5Br (1)取代反应：在强碱的水溶液中发生水解生成醇； (2)消去反应：与强碱的乙醇溶液共热，脱去卤化氢，生成不饱和化合物
—OH 醇 乙醇C2H5OH (1)取代反应：与氢卤酸反应生成卤代烃；与羧酸、浓硫酸共热生成酯；与浓H2SO4共热生成醚； (2)消去反应：与浓H2SO4共热，脱去H2O，生成不饱和化合物； (3)氧化反应：催化氧化生成醛或酮，被酸性KMnO4溶液氧化
酚 苯酚 (1)弱酸性：能与Na、NaOH、Na2CO3等物质反应； (2)取代反应：与浓溴水反应，生成三溴苯酚沉淀； (3)氧化反应：易被O2、酸性KMnO4溶液氧化； (4)加成反应：苯环与H2在催化剂、加热条件下生成环己醇； (5)显色反应：酚类物质遇到FeCl3显紫色
—CHO 醛 乙醛CH3CHO (1)还原反应：与H2在催化剂、加热条件下反应生成醇； (2)氧化反应：与新制Cu(OH)2、银氨溶液在加热条件下生成羧酸盐；被酸性KMnO4溶液氧化
—COOH 羧酸 乙酸CH3COOH (1)弱酸性：与Na、NaOH、NaHCO3等反应； (2)酯化反应：与醇、浓硫酸共热生成酯
—COOR 酯 乙酸乙酯CH3COOC2H5 水解反应：在酸(或碱)作用下，加热可水解生成酸(或盐)和醇
—NH2 胺 乙胺CH3CH2NH2 具有碱性：与酸反应生成盐
酰胺 乙酰胺CH3CONH2 水解反应：在酸(或碱)作用下，酰胺水解生成羧酸和铵盐[或羧酸盐和氨气(或胺)]
【讲解】基团间的相互影响
1、实验探究苯环对—OH的影响
实验操作
实验现象 开始时两试管中NaOH溶液的pH相同；加入乙醇的试管中pH不变，而加入苯酚的试管中pH减小
实验结论 乙醇分子中的羟基不能电离，乙醇呈中性，而苯酚分子中的羟基能电离，苯酚显酸性
微观解释 苯酚分子中的苯基影响了与其相连的羟基上的氢原子，促使它比乙醇分子中羟基上的氢原子更易电离
2．比较苯和苯酚的溴代反应
苯 苯酚
反应物 苯、液溴 苯酚、溴水
反应条件 Fe、常温 常温
被取代的氢原子数 1 3
反应速率 慢 快
微观解释 羟基影响了与其相连的苯基上的氢原子，使邻、对位的氢原子更活泼，更容易被其他原子或原子团取代
有机物的相互转化
【讲解】烃的衍生物之间的转化关系
【讲解】有机化合物之间转化的实质
有机化合物之间的转化，实质就是在一定条件下官能团发生的变化。
如：医药工业中合成“扑热息痛”的过程
【讲解】三、有机合成的一般过程
1．有机合成的概念
有机合成就是利用简单、易得的原料，通过一系列有机化学反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程。
任务：目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化。
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)
【生】完成相应的化学方程式
【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。
【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 采用逆向思维方法，从目标化合物的组成、结构、性质入手，找出合成所需要的直接或间接的中间原料，逐步推向已知原料，其思维程序：
例：苯甲酸苯乙酯的合成
苯乙酸乙酯的合成
【生】独立完成。
【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、有机物基团间的相互影响
二、重要有机物之间的相互转化
三、有机合成的一般过程

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