第3章 第1节 第2课时 有机合成路线的设计及有机合成的应用-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修3创新导学案word（鲁科版2019）

第2课时　有机合成路线的设计及有机合成的应用 核心素养 学业要求 变化观念与平衡思想 1.能基于绿色合成思想，设计有机合成方案并对方案进行评价和优化。 2.能评估物质转化过程对环境和资源利用的影响。 1.会综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团。 2．能够设计合理的有机合成路线。 证据推理与模型认知 能够利用有机反应模型掌握有机合成的思路和方法。 有机合成路线的设计 1．方法 (1)正合成分析法 ①路线：某种原料分子目标化合物分子。 ②过程：首先要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化为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：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。 2．逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序 3．优选合成路线的依据 (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)符合绿色合成思想，其出发点是：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。 4．案例分析 利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线。 (1)逆推原料分子 (2)设计合成路线(设计四种不同的合成路线) (3)评价优选合成路线 路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，较合理。路线②④制备苯甲酸的步骤多、成本较高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护。路线③的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4，并要求无水操作，成本较高。 有机合成的应用 1．用于化工合成 通过有机合成制得的药物、材料、催化剂等物质广泛地应用于农业、轻工业、重工业、国防工业等众多领域。 2．用于化学基础研究 在化学基础研究方面，有机合成是一个重要的工具。例如，研制新的、具有特定性能的物质；系统地认识有机化合物的物理性质和化学性质；发展有机化学的基本理论、新反应、新方法等。 1．有机合成的三个步骤的正确顺序为(　　) ①对不同的合成路线进行优选　②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线　③观察目标分子的结构 A．①②③ B．③②① C．②③① D．②①③ 答案　B 2．最理想的“原子经济性反应”是指反应物的原子全部转化为期望的最终产物的反应。下列属于最理想的“原子经济性反应”的是(　　) A．用电石与水制备乙炔的反应 B．用溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热制备乙烯的反应 C．用苯酚稀溶液与饱和溴水制备2，4，6­三溴苯酚的反应 D．用乙烯与氧气在Ag催化下制备环氧乙烷()的反应 答案　D 3．已知：乙醇可被强氧化剂氧化为乙酸。可经三步反应制取，其中第二步的反应类型是(　　) A．水解反应 B．氧化反应 C．消去反应 D．加成反应 答案　D 4．在有机合成中，常需将官能团消除或增加，下列合成路线不简洁的是(　　) A．乙烯→乙二醇：CH2==CH2 B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2OH C．1­溴丁烷→1­丁炔：CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH==CH2CH3CH2C≡CH D．乙烯→乙炔：CH2==CH2CH≡CH 答案　B 解析　B项，由溴乙烷→乙醇，只需溴乙烷在碱性条件下水解即可。 5．已知：。 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：____________________________________ ____________________________。 答案　 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→酯基的转化)。第一步为在苯环上引入醛基；第二步为醛基的氧化；第三步为酯化反应。 探究　有机合成路线的设计方法 1．表达方式：合成路线图(一般三步至五步) ABC……―→D 2．设计方法 (1)正推法：→→……→→。 如以乙烯为原料合成乙酸乙酯，可采用正推法： (2)逆推法：→→……→→。 (3)正逆双向结合法：→……←。 如：已知、，写出以为原料(其他试剂任选)制备化合物的合成路线。可用正逆双向结合法：由2分子通过酯化反应生成； 与原料对比，原料中醛基氧化为羧基，碳碳双键最终变为羟基，模仿已知反应将氧化成，与HBr发生加成反应生成，水解后酸化生成。 1．以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是(　　) A．CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2CH2BrCH2B 乙二醇 B．CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 C．CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br 乙二醇 D．CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 答案　D 解析　A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应；B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费；C项比D项多一步取代反应，显然不合理；D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。 2．现有、溴、浓硫酸和其他无机试剂，请设计出由的正确合成路线。 答案　 解析　本题中需要保护原有官能团碳碳双键，在设计合成路线时，可以暂时使碳碳双键发生加成反应，等引入新的官能团后，再通过消去反应生成碳碳双键。 解决有机合成题的基本步骤 第一步：要正确判断合成的有机物属于何种有机物，它带有什么官能团，它和哪些知识、信息有关，它所在的位置的特点等。 第二步：根据现有原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段，或寻找官能团的引入、转化、保护方法，或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变，尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。 第三步：将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合，选择出最佳合成方案。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．绿色化学中原子经济性是指反应物中原子利用率为100%，CO和H2在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料，以CO和H2合成下列物质中，不符合原子经济性要求的是(　　) A．甲醇(CH3OH) B．乙醇(C2H5OH) C．甲醛(HCHO) D．乙酸(CH3COOH) 答案　B 解析　“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应和加成反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为m∶n，则只要各选项中的化学式能化为(CO)m(H2)n形式，都是正确的。甲醇(CH4O)可变为(CO)1(H2)2，故A不符合题意；乙醇(C2H6O)不能化为(CO)m(H2)n形式，故B符合题意；甲醛(CH2O)可变为(CO)1(H2)1，故C不符合题意；乙酸(C2H4O2)可变为(CO)2(H2)2，故D不符合题意。 2．已知。下列物质中，在O3和Zn/H2O的作用下能生成的是(　　) A．CH3—CH2—CH==CH—CH3 B．CH2==CH2 C． D． 答案　A 3．分析下列合成路线： CH2==CH—CH===CH2A→B→C→ DEH3COOC—CH==CH—COOCH3 则B物质应为下列物质中的(　　) 答案　D 解析　结合产物特点分析，A为1，4­加成产物，经过三步反应生成，—COOH由—CH2OH氧化而来，为防止双键被氧化，需保护双键，先加成再氧化，因此B为HOCH2—CH==CH—CH2OH，C为。 4．在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是(　　) A．酚钠与卤代烃作用合成酚醚：＋ B．乙烷与氯气在光照下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl C．萘与浓硫酸制备萘磺酸：＋HO—SO3H＋H2O D．乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH 答案　B 解析　乙烷与氯气在光照下发生取代反应，反应生成的有机物是多种氯代乙烷的混合物。 5．以下反应均可在一定条件下进行，其中符合绿色化学原理的是(　　) ①2CH2==CH2＋O2 ②乙烷与氯气制备氯乙烷 ③乙醇与浓硫酸共热制取乙烯 ④乙烯在一定条件下制备聚乙烯 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　D 6．下述转化关系可用于合成解痉药奥昔布宁的前体(化合物丙)，下列说法不正确的是(　　) A．化合物甲中的含氧官能团有酮羰基和酯基 B．化合物乙分子中含有1个手性碳原子 C．化合物乙能发生消去反应，且生成的有机物能和溴发生加成反应 D．化合物丙能和氯化铁溶液发生显色反应 答案　D 解析　化合物丙分子中含有的是醇羟基，不能发生显色反应，故D错误。 7．从原料和环境方面的要求看，绿色化学对生产中的化学反应提出一个提高原子利用率的要求，即尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料。现有下列3种合成苯酚的反应路线： ① ② ③ 其中符合原子节约要求的生产过程是(　　) A．只有① B．只有② C．只有③ D．①②③ 答案　C 解析　③直接氧化，一步反应使目标产物的产率高，而且生成的丙酮也是重要的化工试剂。 8．食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下： 下列叙述错误的是(　　) A．步骤(1)产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验 B．苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应 C．苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应 D．步骤(2)产物中残留的丙烯醇可用溴水检验 答案　D 解析　D项中步骤(2)产物也含，能使溴水褪色，故错误。 9．酚酞的合成路线如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．酚酞能与浓溴水、酸性高锰酸钾溶液发生反应 B．合成酚酞反应的原子利用率为100% C．酚酞在乙醇中的溶解度比在水中的大 D．邻苯二甲酸酐可由邻二甲苯制备 答案　B 解析　该反应生成酚酞和水，原子利用率小于100%，B错误。 10．由E()转化为对甲基苯乙炔()的一条合成路线如下：(G为相对分子质量为118的烃) 下列说法不正确的是(　　) A．G的结构简式： B．第④步的反应条件是NaOH的醇溶液，加热 C．第①步的反应类型是氧化反应 D．E能发生银镜反应 答案　C 解析　根据E和对甲基苯乙炔的结构简式可知，由E合成对甲基苯乙炔的过程实际上就是由—CH2CHO转化成—CH==CH2，最终转化成—C≡CH的过程。具体合成路线为 ，第④步的反应条件应是NaOH的醇溶液，加热，B正确；第①步E与氢气加成，属于还原反应，C错误；E结构中含有醛基，能发生银镜反应，D正确。 二、非选择题 11．逆合成分析法是有机合成中常用的思维方法。为了由某烯烃E合成目标产物乙二酸乙二酯(T)，利用逆推法设计的合成路线如下：T⇒。请回答下列问题： (1)T的结构简式为______________。 (2)A与B反应生成T的化学方程式为_________________________________ __________。 (3)C分子中的官能团名称为________，由D生成B的反应类型为____________。 (4)有机原料E的结构式为______________。 答案　(1) (2) ＋2H2O　 (3)醛基　水解反应(取代反应)　 (4) 解析　乙二酸乙二酯是由乙二酸与乙二醇发生酯化反应得到的酯类化合物，所以A与B分别为乙二酸或乙二醇中的一种，再根据逆合成路线图推断出A为乙二酸，B为乙二醇，则C为乙二醛，D为XCH2CH2X(X为卤素原子)，E为乙烯。 12．丁苯酞是我国自主研发的一类用于治疗急性缺血性脑卒中的新药。合成丁苯酞(J)的一种路线如图所示： 已知： (1)A的名称是________，E→F的反应类型是________。 (2)试剂a是________，F中官能团名称是____________________。 (3)M的组成比F多1个CH2，M的分子式为C8H7BrO，M的同分异构体中：①能发生银镜反应；②含有苯环；③不含甲基。满足上述条件的M的同分异构体共有________种(不考虑立体异构)。 (4)J是一种酯，分子中除苯环外还含有一个五元环，J的结构简式为__________。 (5)利用题中信息写出以乙醛和苯为原料，合成的路线流程图(其他试剂自选)。 答案　(1)2­甲基­1­丙烯　氧化反应 (2)铁粉、液溴　醛基、溴原子(或碳溴键)　(3)7 (4) (5) 解析　利用逆推原理，根据G的结构简式和已知反应，可推出C的结构简式为C(CH3)3MgBr，F是，E是，D是，B是，A是，H是，J是。 (3)M的分子式为C8H7BrO，其同分异构体满足：①能发生银镜反应，说明含有醛基；②含有苯环；③不含甲基。则当取代基为—CHO和—CH2Br 时，有邻、间、对3种位置关系，即有3种同分异构体；同理，当取代基为—CH2CHO 和—Br时，也有3种同分异构体；当取代基为时，有1种同分异构体，共有7种。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$