19 第3章 第1节 有机化合物的合成-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019 单选）

第1节　有机化合物的合成 [素养发展目标]　1．理解有机物碳骨架的构建方法。2．掌握常见官能团的引入、转化方法。3．了解有机合成路线的设计，掌握简单有机物的合成。4．掌握有机合成的分析方法——逆合成分析法。 一、碳骨架的构建 1．合成路线设计的核心：构建目标化合物分子的碳骨架和引入必需的官能团。 2．碳骨架的构建 构建碳骨架，包括在原料分子及中间化合物分子的碳骨架上增长或缩短碳链、成环或开环等。 (1)碳链的增长 a．卤原子被氰基取代，再水解 例如：CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr CH3CH2CNCH3CH2COOH。 b．羟醛缩合反应 例如：2CH3CHO ； CH3CHO＋HCHO 。 (2)碳链的缩短 a．烯烃、炔烃的氧化反应 b．脱羧反应：CH3COONa＋NaOHNa2CO3＋CH4↑。 二、官能团的引入与转化 官能团的转化可以通过取代、消去、加成、氧化、还原等反应实现。 下图是以乙烯为起始物，通过一系列化学反应实现某些官能团之间的相互转化。 三、有机合成路线的设计 1．正合成分析法 (1)路线：某种原料分子目标分子。 (2)过程：首先比较原料分子和目标化合物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，设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。 2．逆合成分析法 (1)路线：目标化合物分子原料分子。 (2)过程：在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。 3．优选合成路线依据 (1)合成路线是否符合化学原理。 (2)合成操作是否安全可靠。 (3)绿色合成 绿色合成主要出发点是：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。 学生用书第78页 4．利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线 (1)观察目标分子的结构 (2)逆推设计合成路线 (3)合成方法的设计(设计四种不同的合成方法) ① ② ③ ④ (4)合成方法的优选 ①路线由甲苯分别制取苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯较合理。 ②④路线中制备苯甲酸的步骤多、成本较高，且Cl2的使用不利于环境保护。 ③的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作，成本高。 四．有机合成的应用 1．有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。 2．在化学基础研究方面，有机合成也是一个重要的工具。 1．在有机合成中，有时需要通过缩短碳链的方式来实现由原料到目标产物的转化，某同学设计的下列反应中，可成功实现碳链缩短的是(　　) A．乙烯的聚合反应 B．烯烃与酸性KMnO4溶液的反应 C．酯化反应 D．卤代烃与NaCN的取代反应 B　[A、C、D均会引起碳链的增长，只有B可使碳链变短，如：CH3CH===CHCH32CH3COOH。] 2．1，4­二氧六环是一种常见的有机溶剂，它可以通过下列合成路线制得，则烃A可能是(　　) A．1­丁烯 B．1，3­丁二烯 C．乙炔 D．乙烯 D　[由生成物的结构推知C为，B为，A为CH2===CH2。] 一、碳骨架的构建问题 1．写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式。 提示：①CH2==CH2＋H2OCH3—CH2OH， ②2CH3—CH2OH＋O22CH3—CHO＋2H2O， ③2CH3CHO， ④CH3—CH==CH—CHO＋H2O， 2．已知卤代烃能够发生下列反应：2CH3CH2Br＋2Na―→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr，则两分子的1，2­二溴丙烷(CH3CHBrCH2Br)发生成环反应的产物可能是什么？ 。 学生用书第79页 改变碳骨架结构的常用方法 1．增长碳链 (1)卤代烃与NaCN的反应： RCl＋NaCN―→RCN＋NaCl， RCNRCOOH。 (2)醛、酮与氢氰酸的加成反应： 。 (3)卤代烃与炔钠的反应： 2RC≡CH＋2Na2RC≡CNa＋H2， RC≡CNa＋CH3CH2Cl―→RC≡CCH2CH3＋NaCl。 (4)羟醛缩合反应： 4．开环 (1)环酯的水解开环： 。 (2)环烯烃的氧化开环： 。 1．已知：，如果要合成 ，所用的起始原料可以是(　　) A．2­甲基­1，3­丁二烯和1­丁炔 B．1，3­戊二烯和2­丁炔 C．2，3­二甲基­1，3­戊二烯和乙炔 D．2，3­二甲基­1，3­丁二烯和丙炔 D　[如果在虚线处断键可得起始原料：；如果在虚线处断键可得起始原料：，D选项符合题意。] 学生用书第80页 二、官能团的引入、转化 乙烯是植物当中自然存在的激素，能调节植物的成熟和衰老。乙烯是常用的催熟剂。 问题：请以乙烯为原料写出实现下列转化的途径。 (1)在碳链上引入卤素原子的途径。 (2)在碳链上引入羟基的途径。 (3)在碳链上引入醛基的途径。 (1)提示：CH2==CH2＋HClCH3CH2Cl、 CH2==CH2＋Cl2―→CH2ClCH2Cl (2)提示：CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH (3)提示：2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O 1．官能团的转化关系 2．官能团的引入 (1)碳碳双键的引入方法 ①醇(卤代烃)的消去反应引入。例如： , 。 ②炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质加成(限制物质的量)可得到。例如： (2)卤素原子的引入方法 ③醇与氢卤酸的取代反应。例如： R—OH＋HXR—X＋H2O。 ④烯烃、羧酸的α­H取代反应。例如： CH3CH2COOH＋Cl2 ＋HCl。 (3)羟基的引入方法 ②卤代烃在强碱性溶液中水解生成醇。例如： R—Br＋NaOHR—OH＋NaBr。 学生用书第81页 ③烯烃与水，醛、酮与氢气或HCN的加成反应等，例如： 。 ④酯水解生成醇。例如： (4)醛基(或羰基)的引入方法 醇的催化氧化。例如： 2RCH2OH＋O22RCHO＋2H2O； 2R2CHOHR1＋O2 ＋2H2O。 (5)羧基的引入方法 ①醛被氧化成羧酸。例如： 2CH3CHO＋O22CH3COOH。 ②酯在酸性条件下水解。例如： CH3COOCH2CH3＋H2O CH3COOH＋CH3CH2OH。 ③含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化。例如： ④含有2个α­H的醇被强氧化剂氧化。例如： RCH2OHRCOOH＋H2O。 3．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反应，把—OH转变为—ONa保护起来，待氧化其他基团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卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。 (3)醛基的保护 醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复的过程为 Ⅰ．CROHR—CH2—OH； Ⅱ．R—CH2—OHR—CHO。 2．工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯 回答下列问题： (1)有机物A的结构简式为 ________________________________________________________________________。 (2)反应⑤的化学方程式(要注明反应条件)： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)反应②的反应类型是________(填字母，下同)，反应④的反应类型属于__________。 A．取代反应　　　　　B．加成反应 C．氧化反应 D．酯化反应 (4)反应③的化学方程式(不用写反应条件，但要配平)： ________________________________________________________________________。 (5)在合成线路中，设计第③和第⑥这两步反应的目的是 ________________________________________________________________________。 解析：　本题中既给出了合成原料的结构简式，又给出了目标产物的结构简式，所以可用正推法和逆推法相结合的方法，得出A和B的结构简式。A为甲苯在催化剂条件下与Cl2发生反应得到的产物，并且该物质在一定条件下可以得到对甲基苯酚，所以A为；反应②为羟基取代氯原子，为取代反应；反应④为苯环上的甲基被氧化为羧基，为氧化反应；与乙醇发生反应得到B，该反应为酯化反应，所以B的结构简式为。第③步将—OH转化为—OCH3，第⑥步将—OCH3转化为—OH，所以设计第③和第⑥这两步反应的目的是防止酚羟基被氧化。 (5)防止酚羟基被氧化(合理均可) 学生用书第82页 三、有机合成路线的设计 1．逆合成分析法和正合成分析法有什么区别？ 提示：正合成分析法与逆合成分析法是有机合成中最常用的两种方法。正合成分析法是从简单、易得的原料出发，比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团等方面的异同，再有目的地选择每一步的转化反应。基本思路：基础原料→中间体1→中间体2→……→目标化合物。 逆合成分析法是从目标分子开始，在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来，依次类推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。基本思路：目标产物⇒中间体a⇒中间体b⇒……⇒基础原料。 逆合成分析法是设计复杂化合物合成路线的常用方法。有时正合成分析法和逆合成分析法会结合使用。 2．有机合成遵循的原则有哪些？ 提示：(1)原料、溶剂和催化剂要廉价、易得、低毒、低污染；通常采用4个C原子以下的单官能团有机化合物和单取代苯作为原料。 (2)尽量选择步骤最少的合成路线，尽量以与目标化合物结构相似的物质为原料，并且要求副产物少、产率高、产品易分离。 (3)合成路线要满足“绿色化学”的要求：最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之转化到目标化合物中，达到零排放。 (4)有机合成反应要求操作简便、条件温和、能耗低、易于实现。 (5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能主观臆造不存在的反应。 3．逆合成分析法的解题思路是什么？ 提示：(1)观察目标分子结构：主要是观察目标分子的碳骨架结构特征、官能团的类型和位置。 (2)由目标分子推断原料分子并设计合成路线：主要是构建目标分子的碳骨架，推断官能团的引入和转化。 (3)对不同的合成路线进行优选，即以绿色合成思想为指导，对合成路线进行优化，选择步骤简单、反应条件温和、产率较高、所使用的基础原料和辅助原料毒性及污染性较低且容易获得的合成路线。 1．有机合成的三种常见方法 (1)正向合成法：此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，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。 (2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需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)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序是比较题目所给知识原型→找出原料与合成物质的内在联系→确定中间产物→产品。 2．常见的有机合成路线 (3)芳香族化合物的合成路线 学生用书第83页 3．有机合成路线的基本要求 (1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。 (2)应尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，产率越高。 (3)合成路线要符合“绿色环保”的要求。 (4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。 (5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团。 3．(2022·湖南长沙高二模拟)以溴乙烷为原料制取1，2­二溴乙烷，下列转化方案中最合理的是(　　) D [A项步骤较多，原子利用率低；B项副产物较多，浪费原料；C项步骤繁琐，原子利用率低，且副产物较多；D项最合理] 1.制备乙酸乙酯的绿色合成路线如图所示，下列说法不正确的是 ( ) A．M的分子式为C6H12O6 B．上述合成路线中不存在碳骨架的构建 C．①④的反应类型均为取代反应 D．N的结构简式为CH3COOH B　[淀粉或纤维素完全水解得到M(葡萄糖)，分子式是C6H12O6，葡萄糖在酒化酶的作用下转化为乙醇(CH3CH2OH)；乙醇被氧化为N(CH3COOH)，乙醇与乙酸在浓硫酸作用及加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，A、D项正确；①②属于碳链缩短的反应，④属于碳链增长的反应，B项错误；①为水解反应、④为酯化反应，故①④的反应类型均为取代反应，C项正确。] 2．下列反应中，不可能在有机化合物分子里引入—COOH的是(　　)　 A．醛催化氧化 B．酯的水解 C．氰化物酸性条件下水解 D．酮催化氧化 D　[醛基催化氧化条件下可变为羧基；酯的水解可以引入－COOH；氰化物酸性条件下水解可使氰基变为羧基。] 3．用乙炔为原料制取CH2Br—CHBrCl，可行的反应途径是(　　) A．先加Cl2，再加Br2 B．先加Cl2，再加HBr C．先加HCl，再加HBr D．先加HCl，再加Br2 D　[由目标产物与原料对比可得知，乙炔应先与HCl按照1∶1发生加成反应，其产物再与Br2加成即可。] 4．工业上以丙酮为原料制取有机玻璃的合成路线如图所示。 (1)写出A、B的结构简式： A________________________________________________________________________， B________________________________________________________________________。 (2)写出B→C、C→D的化学方程式： B→C____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； C→D_______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 学科网（北京）股份有限公司 $$