第3章 第5节 有机合成-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第五节　有机合成 [学业要求]　1.认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法。2.理解逆向合成法在有机合成中的应用，能用“绿色化学”理念指导合成路线的选择，培养科学态度与社会责任。 有机合成的主要任务 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)碳链增长 通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。 ①炔烃：CH≡CHCH2===CHCN CH2===CHCOOH ②醛： ③羟醛缩合反应 醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α­H)受羰基吸电子作用的影响，具有一定的活泼性。分子内含有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，得到α，β­不饱和醛。 。 (2)碳链缩短 氧化反应可以使烃分子链缩短。 ①烯烃：。 ②炔烃：RCOOH。 ③芳香烃：。 与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性高锰酸钾氧化。 (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(Diels­Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。如， 。 2．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，并引入目标官能团。 3．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保护过程： 有机合成路线的设计与实施 1．正向分析法(从原料出发) 2．逆合成分析法(从目标化合物出发) 例如：由乙烯合成乙二酸二乙酯，其分析过程可以表示为 具体合成路线： 写出上述有关反应的化学方程式： ①CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH ② ③ ④ ⑤ 3．有机合成路线设计应遵循的原则 (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，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。如2中合成②③两步反应可用如下合成路线： CH2===CH2。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)有机合成的路线要符合“绿色、环保”的要求。(　　) (2)取代反应、加成反应、消去反应都可以直接引入碳卤键。(　　) (3)有机合成一般只合成自然界没有的物质。(　　) (4)酯化反应、加聚反应都可增长碳链。(　　) (5)消去反应、氧化反应、还原反应或酯化反应等可以消除羟基。(　　) (6)CH3CH2BrBrCH2CH2Br可以用于工业制1，2­二溴乙烷。(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 2．醛、酮分子中含有不饱和碳原子，能与很多试剂发生加成反应，下列试剂与醛、酮发生加成反应后不能增长碳链的是(　　) A．氨 B．甲醇 C．氢氰酸 D．甲醛 答案　A 解析　氨不含碳原子，醛、酮与氨发生加成反应后碳原子数不变。 3．官能团的引入和转化是有机合成中的关键和主要内容。下面是某同学设计的引入羧基的几种方案，请判断其中无法实现的是(　　) A．卤代烃的水解 B．腈(RCN)在酸性条件下水解 C．醛的氧化 D．烯烃的氧化 答案　A 解析　卤代烃水解生成—OH，不能引入羧基。 4．将转变成需经过下列哪种合成途径？(　　) A．加成→消去→加成 B．加成→消去→脱水 C．消去→加成→消去 D．取代→消去→加成 答案　C 解析　先发生消去反应，生成2­甲基丙烯醛，然后与氢气发生加成反应生成2­甲基­1­丙醇，在浓硫酸催化作用下醇发生消去反应生成烯烃，则C符合题意。 5．乙烯是重要的有机原料，根据以下合成路线，回答问题。 (1)写出乙烯的电子式____________。 (2)B分子中的官能团名称是________。 (3)写出指定反应的反应类型：②________，③________。 (4)写出指定反应的化学方程式：①___________________________________；⑥__________________________________________________________________。 答案　(1) (2)羟基　 (3)取代反应(或水解反应)　加成反应 (4)CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br 2CH3COOH＋HOCH2CH2OH CH3COOCH2CH2OOCCH3＋2H2O 知识点一　有机合成过程中官能团的引入、转化、消除和保护 1．官能团的引入 (1)碳卤键的引入 引入方法 典型化学方程式 烷烃与X2的取代 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl 不饱和烃与HX或X2的加成反应 CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br 醇与HX的取代 CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O (2)碳碳双键的引入 引入方法 典型化学方程式 醇发生消去反应 CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O 卤代烃的消去反应 CH3CH2Br＋NaOHCH2===CH2↑＋NaBr＋H2O 炔烃的加成反应 (3)羟基的引入 引入方法 典型化学方程式 烯烃与水加成 CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH 醛或酮与H2加成 卤代烃在碱性条件下水解 CH3CH2Br＋NaOHCH3CH2OH＋NaBr 酯的水解 CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH (4)醛基的引入 引入方法 典型化学方程式 烯烃的氧化 2CH2===CH2＋O22CH3CHO 醇的氧化 2CH3CH2OH＋O22CH3CHO 炔烃加成反应 CH≡CH＋H2OCH3CHO (5)酮羰基的引入 引入方法 典型化学方程式 醇的催 化氧化 某些烯烃被 酸性KMnO4溶液氧化 (CH3)2C===C(CH3)22(CH3)2C===O (6)羧基的引入 引入方法 典型化学方程式 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 酯或酰胺的水解反应 CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH ＋C2H5OH 2.官能团的转化 包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。 (1)官能团种类变化 利用官能团的衍生关系进行衍变，如卤代烃醇醛羧酸 CH3CH2BrCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。 (2)官能团数目变化 通过不同的反应途径增加官能团的个数，如CH3CH2OHCH2===CH2。 (3)官能团位置变化 通过不同的反应，改变官能团的位置，如 CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2 。 3．从分子中消除官能团的方法 (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或酰胺基。 (5)通过消去或水解反应可消除碳卤键。 4．官能团的保护 (1)羟基的保护 ① ② (2)氨基的保护 氨基易被O2、O3、H2O2等氧化 (3)碳碳双键的保护 CH2===CHRCH2Cl—CH2R CH2Cl—CH2R′CH2===CHR′ (4)醛基的保护 先让醛与醇反应生成缩醛： ；生成的缩醛比较稳定，与稀碱和氧化剂均难反应，但在稀酸中微热会水解为原来的醛。 [练1]　分析下列合成路线： 则B物质应为下列物质中的(　　) A． B． C． D． 答案　D 解析　结合产物特点分析：A为1，4­加成产物BrCH2CH===CHCH2Br，经过三步反应生成，—COOH由—CH2OH氧化而来，为防止碳碳双键被氧化，需保护双键，先加成再氧化，因此B为HOCH2CH===CHCH2OH，C为，最后消去HCl得到碳碳双键。 [练2]　工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯 回答下题： (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________，反应④的反应类型是________(填字母)。 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⑥这两步反应的目的是________________________________。 答案　(1) (2) (3)A　C (4) (5)防止酚羟基被氧化或保护酚羟基 解析　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物质，该反应为酯化反应，所以B的结构简式为。 方法规律 烃、烃的衍生物之间的相互转化 知识点二　有机合成路线的设计 　有机合成路线类型 (1)一元合成路线 R—CH===CH2R—CH2—CH2X R—CH2—CH2OH R—CH2—CHOR—CH2—COOH―→酯 (2)二元合成路线 CH2===CH2CH2X—CH2X HOH2C—CH2OHOHC—CHO HOOC—COOH―→链酯、环酯、聚酯 (3)芳香族化合物合成路线 [练3]　(2023·浙江6月选考节选)某研究小组按下列路线合成胃动力药依托比利。 已知： 请回答： 研究小组在实验室用苯甲醛为原料合成药物N­苄基苯甲酰胺()利用以上合成线路中的相关信息，设计该合成路线。(用流程图表示，无机试剂任选) 答案　 [练4]　(2022·山东高考节选)已知： 根据上述信息，写出以4­羟基邻苯二甲酸二乙酯为主要原料制备合成的路线。 答案　 方法技巧 逆合成分析法是在设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。解答有机合成题时，首先要正确判断合成的有机物属于哪一类有机物，带有何种官能团，然后结合学过的知识或题给信息，寻找官能团的引入、转化、保护或消去的方法，找出合成目标有机物的关键点。解答这类题时，常用的典型信息有： （1）结构信息——碳骨架、官能团等。 （2）组成信息——相对分子质量、组成基团、元素质量分数等。 （3）反应信息——官能团间的转化关系、结构的转化关系等。 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．通常情况下，下列反应试剂所发生的反应，能使反应物碳链缩短的是(　　) A．氢氧化钠的水溶液 B．新制的氢氧化铜(碱性条件下) C．溴的四氯化碳溶液 D．氢气(镍作催化剂) 答案　A 解析　氢氧化钠的水溶液可作酯类或酰胺类水解的条件，水解后反应物碳链缩短。 2．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．甲苯在光照下与Cl2反应，主反应为在苯环上引入碳氯键 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．HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体在一定条件下发生加成、 酯化反应即可得到 答案　B 解析　甲苯在光照下与Cl2反应，主反应为在甲基上引入碳氯键，A错误；碳碳双键、羟基都能被高锰酸钾溶液氧化，C错误；首先CH≡CH与(CN)2发生加成反应生成，CH≡CH与CH3COOH发生加成反应生成，然后两物质发生加聚反应可得到，D错误。 3．化合物A()可由环戊烷经三步反应合成：XY，则下列说法错误的是(　　) A．反应1可用的试剂是氯气 B．反应3可用的试剂是氧气和铜 C．反应1为取代反应，反应2为消去反应 D．A可通过加成反应合成Y 答案　C 4．(2023·成都市高三一诊)布洛芬(图丁)是一种非甾体抗炎药，下面是其一条高产率的合成路线。下列说法正确的是(　　) A．甲中最多有8个碳原子共平面 B．乙转化为丙为加成反应或还原反应 C．与丙有相同官能团的同分异构体只有6种 D．丁与乙酸互为同系物 答案　B 解析　甲中最多有9个碳原子共平面，A错误；与丙有相同官能团的同分异构体种类远远超过6种，C错误；丁含有苯环，与乙酸结构不相似，不互为同系物，D错误。 5．药用有机化合物A(C8H8O2)为一种无色液体。从A出发可发生如图所示的一系列反应： 则下列说法正确的是(　　) A．根据D和浓溴水反应生成白色沉淀可推知D为三溴苯酚 B．G的同分异构体中属于酯且能发生银镜反应的只有一种 C．上述各物质中能发生水解反应的有A、B、D、G D．A的结构简式为 答案　D 6．有机物W是一种合成中间体，其合成方法如图，下列说法不正确的是(　　) A．反应①为氧化反应 B．M与环己醇互为同系物 C．W与H2不能发生加成反应 D．反应②为加成反应，原子利用率为100% 答案　C 解析　由题述流程图可知，反应①中羟基变成酮羰基，为氧化反应，A正确；M与环己醇结构相似，分子组成相差2个CH2原子团，互为同系物，B正确；W结构中含有碳氧双键，能与H2发生加成反应，C错误；反应②为加成反应，只生成一种产物，原子利用率为100%，D正确。 7．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的(　　) ①与NaOH的水溶液共热　 ②与NaOH的醇溶液共热 ③与浓硫酸共热到170 ℃　 ④在催化剂存在情况下与氯气反应　 ⑤在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热　 ⑥与新制的Cu(OH)2共热后酸化 A．①③④②⑥ B．①③④②⑤ C．②④①⑤⑥ D．②④①⑥⑤ 答案　C 解析　采取逆向分析可知，乙二酸→乙二醛→乙二醇→1，2­二氯乙烷→乙烯→氯乙烷。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 8．如下流程中a、b、c、d、e、f是六种有机物，其中a是烃类，其余是烃的衍生物，下列有关说法正确的是(　　) abcd ef A．若a的相对分子质量是42，则d是乙醛 B．若d的相对分子质量是44，则a是乙炔 C．若a为苯乙烯()，则f的分子式是C16H16O2 D．若a为单烯烃，则d与f的最简式一定相同 答案　CD 解析　a为烃，a能和溴化氢发生加成反应，结合c→d→e的反应条件可知，a中含有碳碳双键，若a的相对分子质量为42，则a是丙烯，丙烯和溴化氢反应生成溴代烃b，b发生水解反应生成醇c，c被氧化生成醛d，根据碳原子守恒知，d是丙醛，A错误；d中含有醛基，若d的相对分子质量是44，则d是乙醛，c是乙醇，b是溴乙烷，则a是乙烯，B错误；若a为苯乙烯()，则e是苯乙酸，c是苯乙醇，f是苯乙酸苯乙酯，其分子式为C16H16O2，C正确；若a为单烯烃，则d是一元醛，f是一元羧酸酯，设一元醛d结构简式为RCHO，则一元醇c是RCH2OH，f的结构简式：RCOOCH2R，根据d和f的结构简式知，d与f的最简式一定相同，D正确。 9．在有机合成中，常需要将官能团消除或增加，下列变化过程中的反应类型及相关产物不合理的是(　　) A．乙烯―→乙二醇：CH2===CH2CH2Br—CH2BrHOCH2CH2OH B．溴乙烷―→乙醇：CH3CH2BrCH3CH2OH C．1­溴丁烷―→1，3­丁二烯： CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH===CH2 CH3CH2CHBr—CH2BrCH2===CH—CH===CH2 D．乙烯―→乙炔：CH2===CH2CH2Br—CH2BrCH≡CH 答案　C 解析　C项，合成过程中CH3CH2CHBr—CH2Br发生消去反应生成CH3CH2C≡CH，合成路线不合理。 10．一种生产聚苯乙烯的流程如下： 下列叙述正确的是(　　) A．苯乙烯是苯的同系物 B．苯乙烯所有原子可能在同一平面内 C．反应①的反应类型是加成反应，反应②的反应类型是取代反应 D．鉴别乙苯与苯乙烯可用Br2的四氯化碳溶液 答案　BD 11．有机物甲的结构简式为，它可以通过如图所示路线合成，下列说法错误的是(　　) A．步骤Ⅰ、Ⅳ是为了保护氨基 B．步骤Ⅰ中发生的反应是消去反应 C．戊的结构简式是 D．步骤Ⅳ中发生的是取代反应 答案　B 解析　步骤Ⅰ为氨基中的1个H原子被取代，B错误。 三、非选择题 12．已知：①1，3­丁二烯与乙烯可以发生环化加成反应得到环己烯，可表示为。 ②实验证明，的环外双键比环内双键更容易被氧化：。 现仅以1，3­丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷： (1)A的结构简式为____________；B的结构简式为____________。 (2)写出下列反应的化学方程式和反应类型。 反应④：____________________________________，反应类型____________； 反应⑤：____________________________________，反应类型____________。 答案　(1) 　 (2)　 　消去反应　　 　加成反应 解析　由合成途径和信息①可推知，A是由两分子1，3­丁二烯经下列反应制得：；而由C的分子式为C7H14O和信息②可知，B是A的氧化产物，其结构简式为；C是B的加成产物，结构简式为。要得到，可使C发生消去反应得到D()，再由D发生加成反应得到甲基环己烷。 13．已知，产物分子比原化合物分子多出一个碳原子，增长了碳链。分析下图变化，并回答有关问题： (1)写出下列物质的结构简式： A：______________________； C：______________________。 (2)指出下列反应类型： C→D：__________；F→G：__________。 (3)写出下列反应的化学方程式： D＋E―→F：________________________； F→G：____________________________。 答案　(1) 　 (2)消去反应　加聚反应 (3) 1 学科网（北京）股份有限公司 $$