第3章 第5节 第1课时 有机合成的主要任务-【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（人教版2019）

第五节　有机合成 第1课时　有机合成的主要任务 学习目标 素养解读 1.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。 2．了解官能团的引入和转化及碳骨架构建的一些技巧 通过在有机合成中构建目标分子骨架，引入、转化或消除官能团，培养证据推理与变化观念的核心素养 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。 1．构建碳骨架 碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。 (1)碳链的增长 ①炔烃与HCN加成 CH≡CHCH2===CH—CNCH2===CH—COOH。 ②醛与HCN加成 RCHO。 ③羟醛缩合反应：含有α­H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，发生消去反应得到α，β­不饱和醛。例如： 。 (2)碳链的缩短 ①烯烃 RCOOH。 ②炔烃 RC≡CH RCOOH。 ③芳香烃 。 (3)碳链成环 共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1，3­丁二烯)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。如： 。 2．引入官能团 (1)官能团的引入 官能团 常见引入方法 碳碳双键 ①卤代烃、醇的消去；②炔烃的不完全加成 碳卤键 ①烷烃、苯及其同系物、醇、酚的取代；②烯烃、炔烃的加成 羟基 ①烯烃与水的加成；②卤代烃、酯的水解；③醛、酮的还原 醛基 ①炔烃的加成；②烯烃的氧化；③醇的催化氧化 羧基 ①烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性KMnO4溶液氧化；②酯、酰胺、含—CN化合物的水解；③醛的氧化 (2)官能团的保护 含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。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。如—OH的保护过程： 【易错辨析】 (1)有机合成的关键是目标化合物分子碳骨架的构建和官能团的引入。(√) (2)卤代烃与NaCN的取代反应，可以使碳链减短。(×) (3)可通过醇的氧化、苯环侧链的氧化和酯的水解等引入羧基。(√) (4)由乙烯合成乙二醛：第一步加成反应，第二步取代反应，第三步氧化反应。(√) 问题：进行有机合成时，能否将直接氧化得到? 若不能，应如何得到？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不能； 。 【要点归纳】 1．官能团的引入和转化 反应类型 引入或转化方法 实例 取代反应 烷烃的取代引入卤素原子 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 芳香烃的取代引入卤素原子 ＋Br2＋HBr↑ 卤代烃发生水解转化成—OH CH3CH2X＋NaOHCH3CH2OH+NaX 酯发生水解转化成—OH和—COOH CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH 加成反应 烯烃发生加成转化成卤素原子、—OH CH2===CH2+HXCH3CH2X 炔烃发生加成转化成卤素原子、醛基 CH≡CH+HClCH2===CHCl 醛、酮发生加成转化成—OH CH3CHO+H2CH3CH2OH 氧化反应 烯烃发生氧化引入—CHO 2CH2===CH2＋O22CH3CHO 含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化引入—COOH 被酸性KMnO4溶液氧化为 醇发生氧化转化成—CHO 2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O 醛发生氧化转化成—COOH CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOHCH3COONa+ Cu2O↓+3H2O 消去反应 卤代烃发生消去转化成C===C +NaOHCH2===CH—CH3↑＋NaCl＋H2O 醇发生消去转化成 C===C CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O 2．官能团的消除 (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。 3．官能团的保护 (1)酚羟基的保护 (2)碳碳双键的保护 CH2===CHRCH2Cl—CH2RCH2Cl—CH2R′CH2=== CHR′ (3)醛基的保护 R—CH2—OHR—CHO。 4．官能团的改变 (1)通过某种化学途径增加官能团的个数 CH3CH2OHCH2===CH2Cl—CH2—CH2—ClHOCH2—CH2OH。 (2)通过不同的反应，改变官能团的位置 CH3CH2CH2ClCH3CH===CH2。 【典例分析】 考向1　官能团的改变和保护 【典例1】 在有机合成中，常需将官能团消除或增加，下列合成路线合理的是(　　 ) A． B．CH3CH2OHCH2===CH2ClCH2CH2ClHOCH2CH2OH C．CH≡CHCH2===CHCNCH2===CHCOOH D． 解析：选C。A项，到是苯环侧链甲基中的H被取代，光照条件下和氯气反应才能实现，合成路线不合理；B项，乙醇发生消去反应生成乙烯需控制温度为170 ℃，140 ℃时会生成乙醚，合成路线不合理；C项，乙炔和HCN发生加成反应可生成丙烯腈，丙烯腈中的氰基容易发生水解生成羧基，故乙炔先加成后水解可得到丙烯酸，合成路线合理；D项，该合成路线中的第二步和最后一步都涉及卤代烃的消去反应，应在加热条件下与氢氧化钠乙醇溶液反应，加热条件下与氢氧化钠水溶液反应发生的是氯原子的取代反应，该合成路线不合理。 【对点练】 1.有机合成的主要任务之一是引入目标官能团。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氢气反应 D．羧酸和醇在有浓硫酸并加热的条件下反应 解析：选C。A项，烷烃在光照条件下与Cl2反应生成卤代烃，过程中并不能引入羟基官能团；B项，卤代烃在氢氧化钠醇溶液中发生反应生成不饱和烃，过程中并不能引入羟基官能团；C项，醛在催化剂并加热的条件下与氢气反应生成醇，过程中可以引入羟基官能团；D项，羧酸和醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应生成酯，过程中并不能引入羟基官能团。 2．(2024·辽宁大连高二期末)某药物中间体合成路线如图(部分产物已略去)。下列说法错误的是(　　 ) A．反应①的目的是保护羟基 B．B中含有醛基 C．反应③中有取代反应发生 D．E的消去产物有立体异构体 解析：选D。结合的结构简式可知E应为，D为，C为，B为，A为。反应①将羟基转化为酯基，以防止氧化醛基时羟基也被氧化，A正确；由以上分子可知B中含酯基和醛基，故B正确；反应③中包含羧基与NaOH的中和反应以及酯基的水解(取代)反应，C正确；E发生消去反应生成，由结构简式可知不含立体异构，D错误。 考向2　碳链的改变 【典例2】 (2024·北京海淀区高二期末)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 解析：选A。乙酸乙酯的水解反应的化学方程式为CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH，碳链减短，A正确；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错误；乙醛与HCN的加成反应的化学方程式为CH3CHO＋HCNCH3—CH(OH)—CN，碳链增长，C错误；乙烯的加聚反应的化学方程式为，碳链增长，D错误。 【对点练】 3.在钙钛矿中引入有机物M能抑制离子扩散，增加其稳定性。M的合成路线如下： 已知： (R、R′表示烃基或氢)。 (1)A、B、C的结构简式依次为__________、____________、____________。 (2)以乙醇为起始原料，选用必要的无机试剂合成CH3CH2CH2CHO，写出合成路线(用结构简式表示有机物，用箭头表示转化关系，箭头上注明试剂和反应条件)。 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析：(1)B还原得到，由碳原子数可知，A为1个碳原子的醛，则A为HCHO，故B为，用逆推法判断羧酸C，M发生酯的水解反应生成羧酸C和，则羧酸C为CH2===CH—COOH。 答案：(1)HCHO　　　　CH2===CH—COOH (2)CH3CH2OHCH3CHOCH3CH===CHCHOCH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CHO 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．在有机合成中官能团的引入或改变是极为重要的，下列说法正确的是(　　 ) A．甲苯在光照条件下与Cl2反应，主反应为苯环上引入氯原子 B．引入羟基的方法常有卤代烃和酯的水解、烯烃的加成、醛类的还原 C.将CH2===CH—CH2OH与酸性KMnO4溶液反应即可得到CH2===CH—COOH D.将转化为的合理方法是与足量的NaOH溶液共热后，再加入足量稀H2SO4 解析：选B。甲苯在光照条件下与Cl2反应，主反应为甲基上引入氯原子，A错误；卤代烃水解为醇，酯水解为酸和醇，烯烃与水发生加成反应生成醇，醛与氢气发生还原反应生成醇，B正确；碳碳双键、羟基都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，不能得到CH2===CH—COOH，C错误；原料与足量NaOH溶液反应后，加入足量稀硫酸生成邻羟基苯甲酸，得不到目标产物，D错误。 2．有机合成的主要任务之一是引入目标官能团。下列反应中，不能在有机化合物中引入羧基官能团的是(　　 ) A．异丙醇与酸性高锰酸钾溶液反应 B．异丙苯()与酸性高锰酸钾溶液反应 C．乙醛在有催化剂并加热的条件下与氧气反应 D．乙酸乙酯在稀硫酸催化并加热条件下反应 解析：选A。异丙醇与酸性高锰酸钾溶液反应生成丙酮，引入羰基，A符合题意；异丙苯()与酸性高锰酸钾溶液反应生成苯甲酸，引入羧基，B不符合题意；乙醛在有催化剂并加热的条件下与氧气反应，生成乙酸，引入羧基，C不符合题意；乙酸乙酯在稀硫酸催化并加热条件下反应，生成乙酸和乙醇，引入羧基和羟基，D不符合题意。 3．是一种有机烯醚，可由链烃A(分子式为C4H6)通过如图路线制得，则下列说法正确的是(　　 ) A．A的结构简式是CH2===CHCH2CH3 B．B中含有的官能团只有溴原子 C．C在Cu或Ag做催化剂、加热条件下能被O2氧化为醛 D．①②③的反应类型分别为加成反应、取代反应、消去反应 解析：选C。C发生取代反应生成，则C为HOCH2CH===CHCH2OH；B发生水解反应生成C，则B为BrCH2CH===CHCH2Br，A和溴发生加成反应生成B，则 A为CH2===CHCH===CH2。B结构简式为BrCH2CH===CHCH2Br，B中含有的官能团是碳碳双键和溴原子，B错误；C为HOCH2CH===CHCH2OH，连接醇羟基的碳原子上含有2个H原子，所以C能被催化氧化生成醛，C正确；二烯烃和溴发生1，4­加成反应、卤代烃发生水解反应或取代反应，醇生成醚的反应为取代反应，所以①②③分别是加成反应、取代反应或水解反应、取代反应，D错误。 4．下述反应是有机合成中常见的增长碳链的方法： +H2O (1)有关化合物Ⅰ的说法正确的是___________。 A．可发生取代、氧化等反应 B．1 mol化合物Ⅰ最多能与4mol H2加成 C．易溶于水、乙醇等溶剂 D．属于芳香族化合物 (2)化合物Ⅱ的分子式为__________，1 mol化合物Ⅱ与NaOH溶液反应最多消耗____mol NaOH。 (3)利用此增长碳链的方法，写出以甲苯为原料，制备 的化学方程式：________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析：(1)A项，该物质属于酯类，酯类水解是取代反应，酯类能与氧气反应生成CO2和H2O，是氧化反应，正确；B项，该物质能与H2反应的只有苯环，1 mol苯环最多消耗3 mol H2，酯基中碳氧双键不能与H2发生加成反应，错误；C项，此物质属于酯类，不溶于水，但溶于乙醇，错误；D项，此物质中含有苯环，是芳香族化合物，正确。(2)此物质含有的官能团—Cl、酯基能与NaOH反应。 答案：(1)AD　(2)C10H11O2Cl　2 (3)＋HCHO＋HCl＋H2O, ＋NaOH+NaCl 学科网（北京）股份有限公司 $$