高中化学（情景导入+课前导读+知识解惑+课堂演练）第3章 第1节 有机化合物的合成课件 鲁科版选修5

第第1 1节有机化合物的合成节有机化合物的合成 情情 景景 切切 入入课课 前前 导导 读读知知 识识 解解 惑惑课课 堂堂 演演 练练 第第1 1节有机化合物的合成节有机化合物的合成自20世纪80年代以来，我国先后开发了近10个30万吨或50万吨乙烯工程。用什么来生产乙烯，在乙烯生产过程中，有机分子的碳链发生了怎样的变化？有没有官能团生成？利用乙烯还能合成很多的高分子化合物，你能列举几种吗？“神舟七号”最大的亮点莫过于航天员的出舱活动，对于太空恶劣的环境，低温、高真空、高缺氧、宇宙辐射等都可能对航天员的身体造成伤害，配备特殊的宇航服以保证航天员身体健康当然是重中之重了。中国自发研制的新航天服不但能适合太空行走，还非常舒服，技术“堪比美国”。这个宇航服整套包括通信工具、航天头盔、压力手套、供氧和排放二氧化碳的设备等，据称每套高达1.6亿元人民币。而制造“神舟”七号宇航服的材料大部分是有机合成的，其中氨纶尼龙聚合物是最主要的。据介绍合成氨纶尼龙聚合物有很多条路线，那么科学家以什么原则去选择出最合适的合成路线呢？ 1有机合成是指利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成_的有机化合物。2有机合成的任务包括_和_。3设计有机合成路线常用到方法有_。4碳骨架的构建含义，包括在原料分子及中间化合物分子的碳骨架上_或_碳链，成环或开环等。(1)增长碳链，增加了一个碳原子：_。增加两个碳原子：2CH3CCH2Na _。CH3CH2BrNaCCCH3 _。1较复杂 2构建碳骨架官能团的转化3直导法和逆推法 4增长减短(1)CH3CH2Br+NaCN CH3CH2CN+NaBr2CH3CC NaH2CH3CH2CCCH3NaBr(2)减链反应：方法_的氧化反应，方法_脱羧反应，CH3 COONa+NaOH _。5引入官能团的方法及官能团的转化(1)引入双键的反应：醇的消去：_；卤代烃的消去：_；醇的催化氧化：CH3CH2OH CH3CHO；炔烃加氢：CHCH CH2=CH2。(2)引入卤原子的反应：烷烃取代： ；不饱和烃加成：_，_。 (2)烯烃羧酸钠CH4Na2CO35(1)CH3CH2OH CH2=CH2H2OCH3CH2Br CH2=CH2 +HBr(2)HXX2 浓H2SO4 (3)引入羟基的反应：烯烃与H2O：CH2=CH2 CH3CH2OH；醛或酮与H2加成：CH3CHO CH3CH2OH；卤代烃的水解：_；酯的水解：CH3COOC2H5H2O CH3CH2OH(3)CH3CH2X CH3CH2OHH2SO46有机合成路线设计的一般程序(1)观察_的结构由_逆推_，并设计合成路线对不同合成路线进行_。(2)合成路线的优选_，_，_。其中以绿色合成思想为指导，其出发点有_，_，_。6(1)产物产物原料选择(2)副产物少条件适宜原料廉价易得原子经济性原料绿色化试剂与催化剂无害化有机合成的概述 1有机合成是有机化学中最令人关注的领域设计与合成新的分子是有机化学家们的首要任务。近100年来，有机化学家们设计和合成了大量的有机化合物。在合成有机化合物的同时，有机化学家们发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理论。自1828年德国化学家维勒人工合成尿素以来，人类运用有机化学手段合成出许许多多自然界里存在的物质，也创造性地合成出了许许多多自然界里没有的物质。从染料、炸药、农药和医药的合成，到塑料、合成橡胶和合成纤维等高分子化合物的合成，再到具有生物活性的一系列天然产物的合成，无一不在改变着物质世界的面貌。2有机合成的科学方法和工作程序(1)若合成自然界里已经有的有机化合物： (也可以修改它们的结构、改良它们的性能)(2)若合成某种自然界里不存在的、并具有特殊性质或功能的有机化合物：3有机合成流程：首先设计合成路线(其核心在于构建目标化合物分子的碳骨架，引入所必需的官能团)；然后根据可行的合成路线和步骤合成之，并对其进行分离纯化；最后对纯化了的样品进行结构测定，试验其性质或功能。如果制得了所需的有机化合物，就可进行大量合成；否则，需审查原来的合成路线并予以改进或重新设计。有机合成流程示意图 有机合成的关键碳骨架的构建和官能团的引入 1碳骨架的构建每一种有机化合物的分子都具有特定碳骨架结构，所以合成有机化合物的重要任务之一就是要构建碳骨架。对原料分子及中间化合物分子碳骨架的构建主要包括三个方面：碳骨架增长；减短碳链；成环或开环等。(1)碳骨架的增长：有机合成所用的有机原料物分子中的碳原子数若小于目的物分子中的碳原子数，在合成中就需要增长碳链。有机合成中碳链的增长的常见方法有：卤代烃与氰化钠取代反应后，再在酸性条件下水解。(增加1个碳原子)例如，溴乙烷与氰化钠的乙醇溶液共热时，溴原子被氰基取代而生成氰化物；该氰化物在酸性条件下水解，可以得到分子比溴乙烷分子多一个碳原子的丙酸。CH3CH2Br CH3CH2CN CH3CH2COOH 丙腈 丙酸 卤代烃可以和钠反应增长碳链。例如溴乙烷与钠发生反应为：2CH3CH2Br2Na CH3CH2CH2CH32NaBr溴乙烷和丙炔钠反应可以制得分子中增加两个碳原子的炔烃。如：2CH3CCH2Na 2CH3CCNaH2 丙炔钠CH3CH2BrCH3CCNa CH3CH2CCCH3NaBr 2戊炔不饱和有机化合物间的加成、聚合等。如：nCH2=CH2 羟醛缩合反应：在稀碱或稀酸的作用下，2分子含有氢原子的醛能自身加成生成羟基醛。如：R CH2CHO+RCH2CHO 格氏试剂与羰基化合物反应也是常见的增长碳链的方法：(R移到羰基碳上) (2)减短碳链：如烃的裂化裂解、某些烃(如苯的同系物、烯烃)的氧化、羧酸盐脱羧反应等。烃的裂化裂解：C16H34 C8H18C8H16C8H18 C4H10C4H8C8H16 C5H10C3H6烯烃的臭氧化还原法：脱羧反应：RCOONaNaOH RHNa2CO3(3)成环或开环碱石灰2官能团的引入与转化(1)在碳链上引入卤原子的途径：烃与卤素的取代、不饱和碳碳双键或叁键的有机物(烯烃或炔烃等)与卤素单质或卤代氢的加成反应。(2)在碳链上引入羟基的途径：卤代烃的水解、酯的水解、醛或酮的还原、烯烃与水的加成反应、羰基化合物与格氏试剂反应后酸化等。(3)在碳链上引入羰基的途径：醇的氧化、烯烃的臭氧化还原法、羰基化反应等。(4)在碳链上引入羧基的途径：醇或醛的氧化、苯的同系物的氧化、烯烃的强氧化、酯的水解反应等。(5)在有机合成中官能团的转化极为重要，可以通过取代、消去、加成、氧化、还原等反应来实现。卤代烃、醇、醛在官能团的转化中占有重要的地位。官能团间转化示例： 按要求完成下列转化，写出反应方程式：(1)CH2=CH2 CH3CH2CH2CH3解析：(1)二碳变四碳，碳链增长，可通过二元卤代烃的氰基取代反应而完成。路线为：H2O H+点评：有机合成的关键之一就是碳骨架的构建，包括碳链增长，碳链的减短，注意总结常见碳链增长和碳链减短的反应，才是解题的根本。 以乙烯为初始反应物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知2个醛分子在一定条件下可以自身加成。下式中反应的中间产物()可看成是由()中的碳氧双键打开，分别跟()中的碳原子和氢原子相连而得，()是一种3羟基醛，此醛不稳定，受热即脱水而生成不饱和醛(烯醛)：请运用已学过的知识和上述给出的信息，写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。解析：本题既有碳链增长，又有官能团的引入 ，从反应物乙烯和产物正丁醇可知由C2 C4，必须完成碳链增长，根据信息可知首先合成乙醛，乙醛可用乙烯氧化法或乙烯水化再氧化；如何引入羟基，由题目信息和产物分析；可知烯醛氢化。答案：CH2=CH2H2O CH3CH2OH；2CH3CH2OHO2 2CH3CHO2H2O(或2CH2=CH2O2 2CH3CHO)；2CH3CHO CH3CH(OH)CH2CHO；CH3CHCH2CHO CH3CH=CHCHO(或CH2=CHCH2CHO)H2O；CH3CH=CHCHO(或CH2=CHCH2CHO)2H2 CH3CH2CH2CH2OH点评：有机合成路线设计主要考虑碳链的增长或减短和官能团的引入，都取决于常见有机反应类型，如加成、消去、水解、取代等反应。OH已知RXMg RMgX(格氏试剂) 解析：本题考查了羰基与格氏试剂的反应，该反应是制备醇的一个重要方法，经常用于合成结构较复杂的醇，该反应的特征是引入OH的同时也增长了碳链。首先，理解、整合、加 点评：本题将格氏试剂的反应作为信息，考查学生的实际应用能力。有机合成路线的设计 1正向推导设计有机合成的路线：从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳链的连接和官能团的引入来完成。在有机合成路线设计中，首先要比较原料分子和目标分子在结构上的异同，包括官能团和碳骨架两个方面的异同；然后分步设计由原料分子逐渐转向目标分子的合成路线。2逆向推导设计有机合成的路线：从目标分子开始采用逆推的方法来完成。1964年柯里(E.J.Corey)首先采用逆推的方式设计合成路线。所谓逆推法就是采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找容易合成的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。只要每步逆推是科学合理的，从而得出可行的合成路线。用逆推方式确定原料分子示意图3注意事项：当可能有几条不同的合成路线时，就需要通过优选的方法来确定最佳合成路线。必须考虑合成路线是否符合化学原理，产率是否高，副反应是否少，成本是否低，原料是否容易得到等。合成操作是否安全可靠等；是否符合绿色合成的思想(绿色合成的主要出发点是：有机合成中的原子经济性；原料的绿色化；试剂与催化剂的无公害性)。 4案例：利用逆推法设计乙酰水杨酸的合成路线由苯酚制备水杨酸：水杨醛可以用苯酚作为原料，在氯仿和氢氧化钠的作用下，直接向苯环上引入甲酰基而制得。水杨醛在一定条件下还可以被氧化成水杨酸。工业上，用苯酚为原料制得苯酚钠，再由干燥的苯酚钠与二氧化碳在加温、加压下生成邻羟基苯甲酸钠，将邻羟基苯甲酸钠酸化便得到水杨酸，其转化关系为： 利用所学有关知识设计以下有机合成路线(除指定的起始物外，其他试剂可自行选用)。2CH3CCH2Na 2CH3CCNaH2；解析：有机合成路线的推导，一般有两种方法，“直导法”(正向分析法)和“逆推法”(逆向分析法)，比较常用的是“逆推法”。该方法的思维途径是：首先确定所要合成的有机产物属何类别，以及题干中所给定的条件与所要合成的有机物之间的关系。以题中要求最终产物为起点，考虑这一有机物乙如何从另一有机物甲经过一步反应而制得。若甲不是所给已知原料，需再进一步考虑甲又如何从另一有机物乙经一步反应制得，一直推导到题目中给定的原料为终点。在合成某一种产物时，可能会产生多种不同的方法和途径，应当在兼顾原料省、产率高的前提下选择最合理、最简单的方法和途径。 6羰基庚酸是合成某些高分子材料和药物的重要中间体。某实验室以溴代甲基环己烷为原料合成6羰基庚酸如下图，请用合成反应流程图表示出最合理的合成方案(注明反应条件)。 解析：本题主要考查有机合成路线的选择，一般采用逆推的方法或正推和逆推相结合的方法来处理。即要制备相连处引入OH或卤素原子，然后发生消去反应即可达到目的。 答案：如下图：1在有机物分子中，不能引入羟基的反应是()A氧化反应B水解反应C消去反应 D加成反应解析：CHO的加氢与氧化、RX的水解都能引入OH，而消去反应可在有机物中引入不饱和键，但绝不会引入OH。答案：C2.从溴乙烷制取1，2二溴乙烷，下列转化方案中最好的是( )解析:合成路线简捷，产率高，易于分离。A不简便，B、C取代反应制1，2二溴乙烷产物不唯一。答案：D3(双选）下列反应可以使碳链减短的是()A持续加热乙酸与碱石灰的混合物B裂化石油制取汽油C乙烯的聚合反应D环氧乙烷开环聚合解析：A选项中乙酸和碱石灰反应的产物在持续加热的条件下会发生脱羧反应产生CH4，所以符合题意；B选项石油的裂化也是缩短碳链。C选项是增长碳链，D选项碳链长度不变。答案：AB