资源简介

(共93张PPT)
第五节　有机合成
素养·目标定位
目标素养
1.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化,了解设计有机合成路线的一般方法
2.能综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团、设计有机合成路线等任务
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
知识概览
课前·基础认知
一、有机合成的主要任务
1.含义:有机合成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。
2.构建碳骨架。
(1)碳链的增长。
①炔烃与HCN的加成反应。
②醛与HCN加成。
③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。
④加聚反应。
微思考 是不是只有加成反应才能延长碳链
提示:不是。通过酯化反应(取代反应)也可以延长碳链。
(2)碳链的缩短。
①烷烃的分解反应。
②烯烃、炔烃的氧化反应。
③苯的同系物的氧化反应。
微训练1 下列反应可以使碳链缩短的是(　　)。
A.乙酸与丙醇的酯化反应
B.用裂化石油为原料制取汽油
C.乙烯的聚合反应
D.苯甲醇氧化为苯甲酸
答案:B
(3)成环反应。
①1,3-丁二烯与丙烯酸反应:
②形成环酯:
3.引入官能团。
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。
4.官能团的保护。
如羟基的保护
微判断
(1)消去反应可以引入双键,加成反应也可以引入双键。
(　　)
(2)消去反应、氧化反应、还原反应或酯化反应等可以消除羟基。(　　)
(3)溴乙烷经消去反应、加成反应和水解反应可以合成乙二醇。(　　)
√
×
√
二、有机合成路线的设计与实施
1.有机合成过程示意图。
2.逆合成分析法。
(1)合成分析表示方法:
表示合成步骤时,使用箭头“→”表示每一步反应;而表示逆合成时,常用符号“ ”来表示逆推过程,从较复杂的目标分子出发,逐步逆推“后退”,直到“简化”为简单的原料分子。
(2)逆合成分析示意图。
(3)示例:合成乙二酸二乙酯( )。
①分析结构:该分子中含有两个酯基,若将酯基断开,所得片段对应的中间体是乙二酸和乙醇,说明目标化合物可由两分子乙醇和一分子乙二酸通过酯化反应得到。
②从官能团转化的角度分析,羧酸可以由醇氧化得到,乙二酸前一步的中间体应该是乙二醇。
③继续分析,乙二醇的前一步中间体是1,2-二氯乙烷,后者则可以通过乙烯的加成反应得到。
另一个中间体乙醇可以通过乙烯与水的加成反应得到。
通过分析过程可表示为:
④具体合成过程:
反应的化学方程式依次为
微训练2 以乙醇为原料,用下述6种类型的反应:①氧化、②消去、③加成、④酯化、⑤水解、⑥加聚,来合成乙二酸乙二酯( )的正确顺序是(　　)。
A.①⑤②③④ B.①②③④⑤
C.②③⑤①④ D.②③⑤①⑥
答案:C
3.有机合成的发展。
(1)发展过程。
(2)发展的作用。
可以通过人工手段合成天然产物,设计合成新物质;为化学、生物学、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供物质基础;促进了人类健康水平的提高和社会的进步。
课堂·重难突破
一 有机合成官能团的引入、转化和消除
问题探究
1.结合学过的有机化学反应,思考讨论在有机化合物中引入羧基的方法有哪些。(结合具体反应举例说明)
提示:①醇、醛在一定条件下被氧化成酸。例如:
②酯、酰胺等在酸性条件下水解。例如:
③烯烃、炔烃及含侧链的芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化。例如:
归纳总结
1.官能团的引入。
(1)卤素原子的引入。
(2)碳碳双键的引入。
(3)羟基的引入。
2.官能团的转化:包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。
(1)官能团种类变化:利用官能团的衍生关系进行衍变,如
3.从分子中消除官能团的方法。
(1)经加成反应消除不饱和键。
(2)经取代、消去、酯化、氧化等反应消除—OH。
(3)经加成或氧化反应消除—CHO。
(4)经水解反应消除酯基。
(5)通过消去或水解反应可消除卤素原子。
4.官能团保护的几种情况。
(1)醇羟基的保护。
(2)酚羟基的保护。
(3)碳碳双键的保护。
典型例题
【例1】 食品添加剂必须严格按照国家食品安全标准的规定使用。作为食品添加剂中的防腐剂G和W,可经下列反应路线得到(部分反应条件略)。
(1)G的制备。
①A与苯酚在分子组成上相差一个CH2原子团,它们互称为　　　　　;常温下在水中的溶解度A比苯酚的　　　(填“大”或“小”)。
②经反应A→B和D→E保护的官能团是　　　　　　。
③E→G的化学方程式为　　 　。
(2)W的制备。
①J→L为加成反应,J的结构简式为　　　　　　。
②M→Q的反应中,Q分子中形成了新的　　　　　　(填“C—C”或“C—H”)。
④应用M→Q→T的原理,由T制备W的反应步骤为
第1步:　　 　;
第2步:消去反应;
第3步:　　　　　　　　　　　　　　　　　　(第1、3步用化学方程式表示)。
答案:(1)①同系物　小　②—OH
解析:(1)①A与苯酚结构相似,它们互称为同系物;A中含有甲基,为憎水基,溶解度较小。
②A中含有酚羟基,易被氧化,所以要保护。
(2)J与氯化氢反应生成CH3CHCl2,则J为乙炔,L水解生成乙醛,由T制备W,应先由T与乙醛发生加成反应生成
①从以上分析可知J 为乙炔。
②从M到Q为加成反应,生成碳碳单键。
③Q的同分异构体Z为HOCH2CH═CHCH2OH,为了避免醇之间生成醚,应该先后发生酯化、加聚、水解反应生成目标物。
方法技巧 官能团的保护。
在有机合成中,当某步反应发生时,原需要保留的官能团可能也发生反应,从而达不到预期的合成目标,因此必须采取措施保护官能团,待反应完成后再复原,通常碳碳双键、羟基、酮羰基或醛基和氨基等需要保护。
【例2】 [高考链接](2023全国甲卷)阿佐塞米(化合物L)是一种可用于治疗心脏、肝脏和肾脏病引起的水肿的药物。L的一种合成路线如下(部分试剂和条件略去)。
回答下列问题。
(1)A的化学名称是　　　　　。
(2)由A生成B的化学方程式为 　。
(3)反应条件D应选择　　　(填字母)。
a.HNO3/H2SO4
b.Fe/HCl
c.NaOH/C2H5OH
d.AgNO3/NH3
(4)F中含氧官能团的名称是　 。
(5)H生成I的反应类型为　　　　　。
(6)化合物J的结构简式为　 。
(7)具有相同官能团的B的芳香同分异构体还有　　种(不考虑立体异构,填字母)。
a.10 b.12
c.14 d.16
其中,核磁共振氢谱显示4组峰,且峰面积比为2∶2∶1∶1的同分异构体的结构简式为　　　　　。
答案:(1)邻硝基甲苯(2-硝基甲苯)
(3)b
(4)羧基
(5)消去反应
(3)C→E的反应为—NO2变为—NH2,发生的反应类型为还原反应,故反应条件是Fe/HCl,b正确。
(4)F中含氧官能团是—COOH,名称为羧基。
(5)H生成I的反应,官能团由—CONH2变为—CN(—C≡N),分子内消去一分子H2O的同时,生成不饱和键,故为消去反应。
二 有机合成方案的设计
问题探究
提示:利用逆推法合成目标化合物。从产物入手,根据官能团的转化关系,推出所需原料即可。对照原料与目标化合物 ,需要在原料分子中引入—COOH,而碳骨架没有变化,可逆推需要先制得醛,然后依次制备醇、卤代烃。在原料分子中引入卤素原子可以利用加成反应来完成。
设计合成路线如下:
2.请设计由环己醇制取1,4-环己二醇的流程图。
归纳总结
1.有机合成题的解题思路和途径。
(1)正确判断合成的有机化合物属于何种有机化合物,含有的官能团,它和哪些知识、信息有关,它所在的位置的特点等。
(2)根据现有原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标有机化合物解剖成若干片段,或寻找官能团的引入、转换、保护方法,或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变,尽快找出合成目标有机化合物的关键和突破点。
(3)将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合,选择出最佳合成方案。
2.有机合成常见的3种合成路线。
(1)一元合成路线。
(2)二元合成路线。
(3)芳香合成路线。
典型例题
【例3】 (2025安徽卷节选)有机化合物C和F是制造特种工程塑料的两种重要单体,均可以苯为起始原料按下列路线合成(部分反应步骤和条件略去):
已知:酮可以被过氧酸(如间氯过氧苯甲酸,MCPBA)氧化为酯。
参照题干合成路线,写出以苯为主要原料制备苯甲酸苯酯
( )的合成路线(其他试剂任选)。
【例4】 (2025湖南卷节选)化合物F是治疗实体瘤的潜在药物。F的一条合成路线如下(略去部分试剂和条件):
成 果 验 收 站
1.下列反应中,能够在有机化合物碳链上引入羟基官能团的是
(　　)。
A.烷烃在光照条件下与氯气反应
B.卤代烃在氢氧化钠的乙醇溶液中加热反应
C.醛在有催化剂并加热的条件下与氧气反应
D.酯在有稀硫酸并加热的条件下反应
答案:D
解析:A项,烷烃在光照条件下与氯气反应生成卤代烃,过程中并不能引入羟基官能团,不符合题意。B项,卤代烃在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应生成不饱和烃,并不能引入羟基官能团,不符合题意。C项,醛在催化剂并加热的条件下与氧气反应生成羧酸,不能引入羟基官能团,不符合题意。D项,酯在酸性条件下水解生成醇和羧酸,能引入羟基官能团,符合题意。
2.下列反应在有机合成中不能用于增长碳链的是(　　)。
A.乙酸乙酯的水解反应
B.溴乙烷与NaCN的取代反应
C.乙醛与HCN的加成反应
D.乙烯的加聚反应
答案:A
解析:乙酸乙酯的水解反应的化学方程式为CH3COOC2H5+H2O CH3COOH+CH3CH2OH,碳链减短,A项符合题意。溴乙烷与NaCN的取代反应的化学方程式为CH3CH2Br+NaCN→CH3CH2CN+NaBr,碳链增长,B项不符合题意。乙醛与HCN的加成反应的化学方程式为CH3CHO+HCN→CH3—CH(OH)—CN,碳链增长,C项不符合题意。乙烯的加聚反应的化学方程式为nCH2═CH2→
CH2—CH2 ,碳链增长,D项不符合题意。
3.在有机合成中,常需将官能团消除或增加,下列合成路线不简洁的是(　　)。
B
解析:溴乙烷在氢氧化钠水溶液中加热水解即可生成乙醇,B项合成路线不简洁,符合题意。
4.脱落酸是一种抑制植物生长的激素,其衍生物L的合成路线如图。
(1)B的分子式为　　　 　　。
(2)写出C→D的化学方程式: 　 。
(3)E中含氧官能团的名称是　 。
(4)依据上述合成路线的原理,利用其中原料,设计如图乙路线,合成有机化合物K,其结构简式如图甲所示。
①C2H2→H的反应类型是　　　　　。
②I的结构简式是　 。
③I→J的反应条件与上述合成L的路线中　　　　　　　步骤相同(用图中字母表示物质)。
解析:A为乙醛,乙醛与乙炔发生加成反应,根据合成路线图可知,在醛中的碳氧双键处发生加成反应生成B;C中羰基与乙二醇反应生成D,B与D反应生成E,E转化为F,结合F的结构、E的
分子式可知,B与D中羰基发生加成反应生成E: ,F转化为G,G中醚键转化为羰基得到L,可知C→D是为了保护C中左
下侧的羰基。
(1)B的分子式为C4H6O。
(2)C中羰基与乙二醇反应生成醚键得到D,化学方程式为
(4)分析K的结构,与L的结构类似,因此需要模仿A到L的合成路径,K的结构左右对称,可知1 mol CH≡CH与2 mol的乙醛
件a为CrO3、吡啶;I再发生类似流程中F生成G的反应得到J, J中碳碳三键加成转化为碳碳双键得到K,条件c为Cr2+、H+。
①1 mol CH≡CH与2 mol的C2H4O发生了加成反应,得到产物H。
②由分析知,I为 。
③I再发生流程中类似F生成G的反应得到J,故为F→G。

展开更多......

收起↑