第3章 第5节 第2课时 有机合成路线的设计与实施-【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2课时　有机合成路线的设计与实施 学习目标 素养解读 1.理解逆合成分析法在有机合成中的应用，了解设计有机合成路线的一般方法。 2．知道“绿色合成”原则，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 1.通过学习合成路线的设计和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。 2．鼓励学生通过实验探究、文献阅读等方式，自主学习和探索有机化学知识，提高科学探究和创新能力 1．合成的设计方法 (1)从原料出发设计合成路线 ①有机合成过程示意图 ②示例 乙烯合成乙酸的一种合成路线为 乙醇乙醛。 (2)从目标化合物出发的逆合成分析法 ①基本思路 ②示例 乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线 由此确定合成乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯，通过以下5步反应完成合成，写出化学方程式： ⅰ.CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH ⅱ. ⅲ. ⅳ. ⅴ. 2．设计合成路线的基本原则 在进行有机合成时，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。基本原则有： (1)合成步骤较少，副反应少，反应产率高。 (2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒。 (3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。 (4)污染排放少。 【易错辨析】 (1)绿色合成思想只要求所有原料都转化为目标化合物。(×) (2)由1­溴丁烷合成1，3­丁二烯：第一步消去反应，第二步加聚反应。(×) (3)逆推法设计合成路线时往往先推出一些中间产物，然后逐步推出原料分子。(√) (4)设计有机合成路线的方法有正推法和逆推法。(√) (5)有机合成应遵循低价、绿色、环保等要求。(√) (6)有机合成中原子利用率最高的反应是化合反应、加成反应、加聚反应等。(√) 以甲苯为原料合成某药物中间体TM，流程如下： 问题1：推断C的结构简式，并说明理由。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：C的结构简式为。已知B的结构简式，根据B→C转化的条件，可知B→C发生的是苯环上的硝基取代反应，结合D的结构简式可知，硝基取代的是苯环甲基邻位上的氢原子。 问题2：上述流程中，设计步骤A→B，C→D的目的是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：起定位作用，在甲基邻位引入硝基。 问题3：根据上述合成路线，以A为原料合成邻溴苯甲醛，设计合成路线。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示： 【要点归纳】 1．常见有机物的转化 2．常见有机物合成路线设计 (1)一元合成路线 R—CH===CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸―→酯。 (2)二元合成路线 CH2===CH2CH2X—CH2XCH2OH—CH2OHCHO—CHO HOOC—COOH―→链酯、环酯等。 (3)芳香族化合物合成路线 ① ②―→芳香酯。 【典例分析】 【典例】 化合物H是一种有机光电材料中间体。实验室由芳香族化合物A制备H的一种合成路线如下： 已知：①RCHO＋CH3CHORCH===CHCHO＋H2O ② 回答下列问题： (1)A的结构简式为______________，其化学名称为______________。 (2)由C生成D、E生成F的反应类型分别为____________、____________。 (3)E的结构简式为_________________________________________________。 (4)G为甲苯的同分异构体，由F生成H的化学方程式为________________。 (5)芳香族化合物X是F的同分异构体，X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2，其核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢，峰面积比为6∶2∶1∶1，写出所有符合要求的X的结构简式______________________________________。 (6)写出用环戊烷和2­丁炔为原料制备化合物的合成路线(其他试剂任选)。 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析：根据B中碳原子数目，结合信息①，可知A中含有碳原子数为7，且含有醛基，即与乙醛发生信息①反应生成，则A为、B为；B与新制氢氧化铜共热发生氧化反应后酸化生成C，则C为；C与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成D，则D为；D与氢氧化钾醇溶液共热发生消去反应后再酸化生成E，则E为；在浓硫酸作用下E与乙醇共热发生酯化反应生成F，则F为；F与发生信息②反应生成H。 答案：(1)　苯甲醛 (2)加成反应　酯化反应(或取代反应) (3) (4) (5) (6) 【对点练】 1.下列有机合成路线中先后顺序正确的是(　　 ) A．已知①—NH2易被氧化，②，则由甲苯制取对氨基苯甲酸的合成路线： B．已知R—CH2OHR—COOH，则由的合成路线： C．若已知CH3—CH===CH2＋Cl2HCl＋CH2Cl—CH===CH2，现由正丙醇合成丙三醇(CH2OH—CHOH—CH2OH)的合成路线：CH3CH2CH2OHCH3—CH===CH2CH2Cl—CH===CH2CH2ClCHClCH2Cl CH2OHCHOHCH2OH D.由CH2===CH—CH2OH来合成CH3CH2COOH的合成路线：CH2===CH—CH2OHCH2===CH—COOHCH3—CH2—COOH 解析：选C。因为—NH2易被氧化，则由甲苯制取对氨基苯甲酸的合成路线为，A错误;碳碳双键易被酸性高锰酸钾溶液氧化，则合成路线为，B错误；碳碳双键易被酸性高锰酸钾溶液氧化，由CH2===CH—CH2OH来合成CH3CH2COOH的合成路线：CH2===CH—CH2OHCH3—CH2—CH2OH CH3CH2—COOH，D错误。 2．以苯酚为原料合成HOOH的路线如图所示。请按要求作答。 已知：产物E为有机物D和Br2按物质的量之比为1∶1反应所得。 (1)写出由苯酚制取有机物A的化学方程式：____________________________。 (2)写出以下物质的结构简式：B________，F________，物质D中所含的官能团名称为________。 (3)写出反应④的化学方程式：_______________________________________， 反应类型：___________。 (4)反应⑤可以得到E，同时可能得到的副产物的结构简式为___________。 (5)写出反应⑦的反应条件：___________。 解析：苯酚与H2发生加成反应生成的A为，A在浓硫酸并加热条件下反应生成的B为，B与Br2发生加成反应生成C的结构简式为，反应④的条件是氢氧化钠的乙醇溶液，则反应为消去反应，D的结构简式为，由于最终产物是1，4­环己二醇，因此反应⑤是1，4­加成，E的结构简式为；E通过加成反应生成F，F的结构简式为。 答案：(1) (2)　　碳碳双键 (3)＋2NaBr＋2H2O　消去反应 (4) (5)NaOH的水溶液、加热 3．(2024·江西景德镇高二期末)一种药物的关键中间体部分合成路线如下： 已知：—NH— —RN—(X＝Cl、Br、OH)。 (1)A的结构简式为________________。 (2)反应②要加入K2CO3，目的是____________________________________ ________________________________________________________________。 (3)反应③先后涉及的反应类型为____________________________________。 (4)反应⑤的化学方程式为__________________________________________。 (5)B物质的同分异构体中符合下列条件的共有________种；其中核磁共振氢谱图中峰面积之比为1∶2∶2的结构简式为____________。 ①分子结构中有苯环和硝基；②可发生水解和银镜反应。 (6)设计以甲苯和乙烯为原料制备X()的合成路线(无机试剂任选，用流程图表示)。 ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：A转变为B少了一个氢原子，多了一个NO2，所以为硝化反应；由反应②产物可以推断B为，A为;反应⑤发生了给出的信息中的反应，根据生成物可推知D物质为，则C物质为。(2)反应②为 HCl，加入K2CO3消耗HCl使得平衡正向移动，提高转化率、产率。(3)先利用醛基和—CH2—上的氢原子发生加成反应生成羟基，然后再消去生成碳碳双键，故C物质经历了加成反应、消去反应两个过程。(4)由图示可知，反应⑤中环状结构未发生变化，氨基部分进行了给出的信息中的取代反应。(5)化学式为C7H5NO4的化合物，满足①分子结构中有苯环和硝基；②可发生水解和银镜反应，所以分子结构中含HCOO—，即苯环上有两个取代基：硝基和HCOO—，相对位置有邻、间、对三种情况，有3种同分异构体，其中核磁共振氢谱图中峰面积之比为1∶2∶2的结构，两个取代基处于对位。 答案：(1) (2)消耗HCl，促进平衡正向移动，提高产率 (3)加成反应、消去反应 (4) (5)3　 (6) 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．物质A～E均为芳香族化合物，已知：A的结构中含有一个甲基，B能发生银镜反应。下列说法正确的是(　　 ) A．符合以上条件的A的结构有2种 B．物质E遇氯化铁溶液显紫色 C．B→C的反应中可能存在副产物C12H16O3 D．C→D的反应类型为取代反应 解析：选C。物质A～E均为芳香族化合物，已知A的结构中含有一个甲基，B能发生银镜反应，则B含有醛基，那么A中存在—CH2—OH，B和甲醛加成得到C，则B中醛基邻位C上有H(α­H)，C能发生消去反应，则B的α­H有2个，则A、B、E分别为；C为，D为。由分析可知，符合以上条件的A的结构有1种，A错误；物质E不含酚羟基，遇氯化铁溶液不显紫色，B错误；B→C的反应中可能存在1分子B与2分子甲醛反应生成，该副产物的分子式为C12H16O3，C正确；C→D的反应为消去羟基生成碳碳双键的反应，类型为消去反应，D错误。 2．实验室合成乙酰苯胺的路线如下(反应条件略去)： 下列说法错误的是(　　 ) A．反应①完成后，可通过碱洗和水洗除去混合酸 B．为使反应更充分，反应②中需加入过量酸 C．乙酰苯胺的结构中含有酰胺基，可发生水解反应 D．上述合成路线中的反应有两种反应类型 解析：选B。苯的硝化反应中浓硫酸作催化剂，反应后硫酸和剩余的硝酸可用氢氧化钠中和后通过分液分离得到硝基苯，A正确；苯胺具有碱性，若反应②中加入过量的酸会消耗部分苯胺，从而降低了苯胺的产率，B错误；乙酰苯胺中的酰胺基在强酸催化或强碱性条件下能发生水解反应，C正确；合成路线中的反应①③均为取代反应，反应②为还原反应，D正确。 3．下列合成路线不合理的是(　　 ) A．用氯苯合成环己烯： B.用乙醇合成乙二醇： CH3CH2OHCH2===CH2ClCH2CH2ClHOCH2CH2OH C．用乙烯合成乙酸： CH2===CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH D.用BrCH2CH===CHCH2Br合成HOOCCH===CHCOOH： BrCH2CH===CHCH2BrHOCH2CH===CHCH2OHHOOCCH===CHCOOH 解析：选D。HOCH2CH===CHCH2OH被酸性高锰酸钾溶液氧化时，碳碳双键也会被氧化断开，不可能生成HOOCCH===CHCOOH，D错误。 4．染料中间体DSD酸的结构可表示为。 请选用甲苯和其他合适的试剂，设计合理方案合成DSD酸(本合成过程反应条件可不写) 。 已知：①； ②(弱碱性，苯胺易被氧化)； ③，2­二苯乙烯。 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 答案： 5．靛蓝的一种合成路线如图所示： 已知：RCHORCH===CHCOOH。 (1)B的化学名称为___________；A→B的反应类型为___________；D→E所需的试剂与条件为_____________________________________________________。 (2)写出E→F第一步反应的反应式：_________________________________ __________________________________________________________________。 (3)写出满足下列条件的F的一种同分异构体的结构简式：______________。 ⅰ.苯环上有三个取代基，其中一个为氰基(—CN) ⅱ.能与NaHCO3溶液反应 ⅲ.核磁共振氢谱中共有三组峰，其面积之比为2∶2∶1 (4)写出由A合成B的另一种转化路线。 (合成路线常用表示方式：A B ……目标产物) __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析：由A的分子式可知A的结构简式为，其被MnO2氧化为(B)，结合已知的信息反应，可以得出C的结构简式为，继续与Br2加成得到(D)，结合F的结构可知D到E发生的是硝化反应，故E的结构简式为，E再发生消去反应、酸化后得F，F最后得到靛蓝。 答案：(1)苯甲醛　氧化反应　浓硫酸、浓硝酸、加热 (2)＋3NaOH＋2NaBr＋3H2O (3)(或) 学科网（北京）股份有限公司 $$