第3章 第5节 有机合成(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步练测（人教版2019）

第五节　有机合成 学习目标 核心素养 1.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。掌握官能团的引入和转化的一些技巧。 2.了解设计有机合成路线的一般方法。 3.理解逆向合成法在有机合成中的应用，尤其在制药行业中的重要作用，知道“绿色合成”原则。 4.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等方面的重要贡献。 1.宏观辨识与微观探析：从不同角度对有机物的转化关系进行分析和推断；能根据有机物的官能团的转化等分析有机物合成的合理性。 2.科学态度与社会责任：通过有机合成中原料的选择，使学生知道“绿色合成”思想是优选合成路线的重要原则，关注有机物的安全生产，培养学生科学的价值观。 3.科学探究与创新意识：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。 [对应学生用书第74页] 一、有机合成的主要任务 1.有机合成定义：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）碳链增长 ①炔烃与HCN先加成后水解生成羧酸 CH2CH2 ②醛与HCN先加成后还原生成胺 ③羟醛缩合反应生成烯醛 （2）碳链的缩短 　　烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化。例如： RC≡CHRCOOH （3）成环 　　共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯－阿尔德反应，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。例如： ＋ 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，可以实现有机物类别的转化，并引入官能团。 4.官能团的保护：含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团有可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。 例如羟基的保护 1.下列反应可以使碳链减短的是 （　　） 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 二、有机合成路线的设计与实施 1.有机合成路线确定的要素 （1）基础：在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上。 （2）设计与操作：进行合理的设计与选择，确定合成路线，以较低的成本和较高的产率，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。 2.有机合成的过程 3.逆合成分析法 （1）基本思路 （2）实例——合成乙二酸二乙酯 ①思维过程 ②合成路线 ③反应的化学方程式依次为 a.CH2CH2＋H2OCH3CH2OH b.CH2CH2＋Cl2——→ c.＋2NaOH＋2NaCl d.＋2O2＋2H2O e. 4.合成路线设计遵循的原则 　　要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物 2.由转变成，需经过下列哪种合成途径 （　　） A.消去→加成→消去 B.加成→消去→消去 C.加成→消去→加成 D.取代→消去→加成 解析　由发生消去反应得，再与H2加成得到，然后发生消去反应得到。 答案　A [对应学生用书第76页] 要点一　有机合成中常见官能团的引入、消除和转化 1.将直接氧化能得到吗？若不能，如何得到？ 提示：不能。应设计流程如下： 。 2.由怎样转变为？ 提示：由转化成的流程为 。 1.官能团的引入 方法 举例 引入碳 碳双键 醇的消去反应 CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2↑＋H2O 卤代烃的消去反应 CH3CH2CH2Cl＋NaOHCH3CH===CH2↑＋NaCl＋H2O 炔烃与H2、卤化氢、卤素单质的不完全加成反应 CH≡CH＋HClCH2===CHCl 引入 碳卤键 炔烃、烯烃与卤素单质或卤化氢的加成反应 CH2===CH2＋HClCH3CH2Cl CH≡CH＋HClCH2===CHCl 烷烃、芳香烃的取代反应 CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl 烯烃、羧酸α­H的取代反应 CH3CH===CH2＋Cl2——→ClCH2CH===CH2＋HCl RCH2COOH＋Cl2＋HCl 醇与氢卤酸(HX)的取代反应 R—OH＋HX——→R—X＋H2O 引入 羟基 烯烃与水的加成反应 CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH 醛、酮的还原反应 RCHO＋H2RCH2OH 卤代烃、酯的水解反应 C2H5Br＋NaOHC2H5OH＋NaBr 羧酸在一定条件下被还原 RCOOHRCH2OH 引入 羰基 醇的催化氧化 2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O 某些烯烃被酸性KMnO4溶液氧化 (CH3)2C===C(CH3)22(CH3)2C===O 引入 羧基 醛的氧化反应 2CH3CHO＋O22CH3COOH 某些烯烃、苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化 CH3CH===CHCH32CH3COOH 醇的氧化反应 CH3CH2OHCH3COOH 酯、酰胺的水解反应 CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH RCONH2＋H2O＋HCl——→RCOOH＋NH4Cl 2.常见官能团的消除方法 方法 举例 通过加成反应消除不饱和键 CH2CH2＋H2CH3CH3 通过消去反应或氧化反应或酯化反应消除—OH CH3CH2OHCH2CH2↑＋H2O 2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOCH2CH3＋H2O 续表 方法 举例 通过氧化反应或加成（还原）反应消除—CHO 2CH3CHO＋O22CH3COOH CH3CHO＋H2CH3CH2OH 通过消去反应或水解反应消除碳卤键 CH3CH2Br＋NaOHCH2CH2↑＋NaBr＋H2O CH3CH2Br＋NaOHCH3CH2OH＋NaBr 通过水解反应消除酯基 CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH 3.常见官能团之间的转化 （1）利用官能团的衍生关系进行转化 （2）通过某种化学途径增加官能团的个数 CH3CH2OHCH2CH2Cl—CH2—CH2—ClHOCH2—CH2OH （3）通过不同的反应改变官能团的位置 CH3CH2CH2ClCH3CHCH2 4.常见官能团的保护方法 酚羟基 的保护 （1）先与NaOH溶液反应转化为酚钠，待氧化其他基团后再酸化重新转化为酚羟基 （2）先与CH3I或硫酸二甲酯[（CH3）2SO4]作用转化为—OCH3，待氧化其他基团后再在氢碘酸或三溴化硼的作用下变为酚羟基 氨基的 保护 （1）先与盐酸反应转化为盐，待氧化其他基团后再与NaOH溶液反应重新转化为氨基 （2）注意官能团的转化顺序。如在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH，再把—NO2还原为—NH2，以防止KMnO4氧化—CH3时，—NH2（具有还原性）也被氧化 碳碳双键 的保护 先与卤素单质、卤化氢等发生加成反应，待氧化其他基团后再利用消去反应将其重新转化为碳碳双键，如： ＋Br2——→ ＋Zn——→＋ZnBr2 醛基的 保护 醛与醇反应生成缩醛：R—CHO＋2R'OH——→＋H2O，生成的缩醛比较稳定，与稀碱溶液或氧化剂均难反应，但在稀酸溶液中微热，缩醛会水解为原来的醛 [例1]　由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E的流程如下： CH2CH2ABCD （1）写出化合物A、B、C、D的结构简式：A　　　　　　、B　　　　　　、C　　　　　、D　　　　　　。 （2）写出A水解的化学方程式：　 。 （3）从有机合成的主要任务角度分析，上述有机合成最突出的特点是　 。 [解析]　由乙烯和最终产物E（一种环状酯），按照图示条件进行推导。首先乙烯可与Br2（或Cl2）加成得到1，2－二溴乙烷（或1，2－二氯乙烷），1，2－二溴乙烷（或1，2－二氯乙烷）水解得到乙二醇，乙二醇被氧化为乙二醛，乙二醛被氧化为乙二酸，最后乙二酸与乙二醇发生酯化反应得到E。 [答案]　（1）BrCH2—CH2Br（其他合理答案也可）　HOCH2—CH2OH　OHC—CHO　 HOOC—COOH （2）BrCH2—CH2Br＋2NaOHHOCH2—CH2OH＋2NaBr（其他合理答案也可） （3）官能团的相互转化 1.(河北邯郸一中月考)可以通过不同的反应得到下列四种物质： ①② ③④ 生成这四种有机物的反应类型依次为 ( ) A.消去、消去、氧化、取代 B.取代、还原、消去、取代 C.取代、取代、消去、取代 D.取代、消去、氧化、取代 解析 答案 D 要点二　有机合成的分析方法 以为原料，并利用Br2等其他试剂制取，写出有关反应的化学方程式并注明反应条件。（已知：中的醇羟基不能被氧化） 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。本题合成路线可设计为产物→醛→醇→卤代烃。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： 1.有机合成的分析方法 （1）正合成法：此法是采用正向思维方法，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，其思维程序是原料—→中间产物—→产品。 （2）逆合成法：此法是采用逆向思维方法，从产品的组成、结构、性质入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品—→中间产物—→原料。 （3）综合比较法：此法是采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，从而得到最佳的合成路线，其思维程序是原料—→中间产物—→目标产物。 2.常见的有机合成路线 （1）烃、卤代烃、烃的含氧衍生物之间的转化关系 （2）一元合成路线 R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯 （3）二元合成路线 CH2CH2CH2X—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯 （4）芳香族化合物合成路线 ① ② [例2]　已知：。 参照上述合成路线，以苯酚和含1～2个碳原子的有机物为原料（无机试剂任选），设计制备的合成路线：　 。  [解析]　对比分析原料及目标产物的结构简式可知，该合成路线中需要考虑碳链的增长与官能团的转化（醛基→羧基→酯基）。第一步为在苯环上引入醛基；第二步为醛基的氧化（用弱氧化剂，以防酚羟基被氧化）；第三步为酯化反应。 [答案]　 2.在一次有机化学课堂小组讨论中，某同学设计了下列合成路线，你认为不可行的是 （　　） A.用氯苯合成环己烯： B.用甲苯合成苯甲醇： C.用乙烯合成乙酸：CH2CH2CH3CH2OHCH3CHO CH3COOH D.用乙烯合成乙二醇：CH2CH2CH3CH3CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH 解析　氯苯能与H2发生加成反应生成一氯环己烷，一氯环己烷在NaOH的醇溶液、加热条件下发生消去反应生成环己烯，可以实现，A项不符合题意；甲苯与Cl2在光照条件下发生甲基上的取代反应生成，在NaOH的水溶液、加热条件下发生取代反应生成，可以实现，B项不符合题意；乙烯与水发生加成反应生成乙醇，乙醇发生催化氧化反应生成乙醛，乙醛进一步被氧化生成乙酸，可以实现，C项不符合题意；乙烯与H2发生加成反应生成乙烷，但乙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，其产物有多种，无法控制反应只生成CH2ClCH2Cl，不可以实现，D项符合题意。 答案　D [对应学生用书第80页] 1.(枣庄高二期末)在有机反应中官能团的引入或消除都极为重要。下列说法正确的是(　　) A.羧基通过与氢气催化加成能实现羧基还原成羟基 B.卤代烃与氢氧化钠的乙醇溶液混合后加热使卤原子被羟基取代 C.不饱和烃发生加聚反应后所得高分子化合物中不会含有碳碳不饱和键 D.通过控制乙醇和浓硫酸混合后的温度可以实现醚键的引入 解析　羧基不具有还原性，不能与氢气催化反应，无法还原为羟基，A错误；氢氧化钠醇溶液中卤代烃应该发生消去反应生成烯烃，B错误；炔烃和二烯烃在加聚反应后，分子结构中仍然含有不饱和的碳碳键，C错误；乙醇和浓硫酸在140 ℃的温度下可生成乙醚，在170 ℃的温度下可生成乙烯，D正确。 答案　D 2.根据如图所示合成路线，其中反应类型判断正确的是 （　　） A.A→B的反应属于加成反应 B.B→C的反应属于酯化反应 C.C→D的反应属于消去反应 D.D→E的反应属于加成反应 解析　由题图可知，有机物A中含有碳碳双键，与H2发生加成反应生成有机物B，A项正确；有机物B是环醚，与HCl发生开环反应生成有机物C，B项错误；有机物C中含有羟基，与HCl发生取代反应生成有机物D（），C项错误；有机物D中的2个—Cl被2个—CN取代生成有机物E，D项错误。 答案　A 3.对氨基苯甲酸可以甲苯为原料合成。已知苯环上的硝基可被还原为氨基：，苯胺还原性强，易被氧化，则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是 （　　） A.甲苯XY对氨基苯甲酸 B.甲苯XY对氨基苯甲酸 C.甲苯XY对氨基苯甲酸 D.甲苯XY对氨基苯甲酸 解析　由甲苯制取对氨基苯甲酸时，需发生硝化反应引入硝基，由于氨基易被氧化，故甲基氧化为羧基应在硝基被还原之前，否则生成的氨基也被氧化，故先将甲基氧化为羧基，再将硝基还原为氨基，A正确，D错误。另外还要注意—CH3为邻、对位定位取代基，而—COOH为间位定位取代基，B错误。 答案　A 4.(黑龙江七台河开学考)以芳香烃A为原料制备有机化合物F和I的合成路线如图。 已知：R—CHO＋(CH3CO)2OR—CH===CHCOOH＋CH3COOH。 (1)A的分子式为________，C中的官能团名称为________。 (2)D分子中最多有________个原子共平面。 (3)E生成F的反应类型为________，G的结构简式为________。 (4)由H生成I的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)符合下列条件的B的同分异构体有多种，其中核磁共振氢谱为4组峰，且峰面积比为6∶2∶1∶1的是______________________(任写一种同分异构体的结构简式)。 ①属于芳香族化合物；②能发生银镜反应。 (6)已知：RCOOHRCOCl。参照上述合成路线，以苯和丙酸为原料(其他无机试剂任选)，设计制备的合成路线。 解析　(1)A→G为氧化过程，由G的分子式为C7H6O，可判断G的结构简式为，再结合A→B的反应条件以及B的结构简式可知，A→B是在苯环上引入，可推断A的结构简式为，分子式为C7H8；C中含有的官能团名称为羟基。 (2)C分子内脱水得到的D为，苯环和乙烯均为平面结构，通过单键的旋转，两个平面可以重合，甲基中的一个氢原子通过单键的旋转也可以位于该平面，故D分子中最多有17个原子共平面。 (3)D与Br2发生加成反应生成E，则E为，在KOH乙醇溶液的作用下可发生消去反应生成F()；由(1)中分析可知，G的结构简式为。(4)由H→I的反应试剂和条件及I的结构简式可知，H为，与发生酯化反应生成I，化学方程式为＋CH2CH＋nH2O。 (5)①属于芳香族化合物，说明有苯环；②能发生银镜反应，说明有醛基。其中满足核磁共振氢谱有4组峰，且峰面积比为6∶2∶1∶1的结构简式为或。 (6)要合成，可根据题给流程图中A→B，在苯环上引入丙酰基，再还原，丙酰基可根据已知信息反应制得，其合成路线为CH3CH2COOH。 答案　(1)C7H8　羟基 (2)17 (3)消去反应　 (4)＋nH2O (5) 或 (任写一种即可) (6)CH3CH2COOH 学科网（北京）股份有限公司 $$