第3章 第5节 第1课时 有机合成的主要任务(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修3（人教版2019 多选版）

第五节　有机合成 第1课时　有机合成的主要任务 ◆素养目标 通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有机合成的基本任务，掌握有机化合物分子碳骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法，形成宏观辨识与微观探析的学科素养。 [对应学生用书P86] 知识点一　构建碳骨架 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。 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≡CH (2)醛或酮与HCN加成 (物质的量之比为1∶2加成) 带正电荷的原子或原子团连接在__氧原子__上，带负电荷的原子或原子团连接在__碳原子__上。 (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．碳链的缩短 __氧化__反应可以使烃分子链缩短。 (1)烯烃 (2)炔烃 RC≡CH__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溶液氧化。 3．碳链的成环 (1)共轭二烯烃 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。 (第尔斯­阿尔德反应的加成原理)。 (2)环酯 (3)环醚 阅读教材“资料卡片”，了解羟醛缩合的原理，思考下列问题： (1)如何由苯甲醛和乙醛制取? (2)如何由甲醛和乙醛制取? 提示　 1．碳链增长在有机合成中具有重要意义，它是实现由小分子有机物向较大分子有机物转化的主要途径。某同学设计了如下4个反应，其中可以实现碳链增长的是(　　) A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热 B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热 C．CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热 D．乙烯和H2O的加成反应 解析　A中反应为CH3CH2CH2CH2Br＋NaCNCH3CH2CH2CH2CN＋NaBr，可增加一个碳原子；B、C、D可实现官能团的转化，但碳链长度不变。 答案　A 2．(2023·曲靖高二检测)已知某种烯烃经臭氧氧化后，在Zn存在下水解，可得到醛和一种有机物酮。如： 现有化学式为C7H14的某烯烃，它与H2加成后生成2,3­二甲基戊烷，它经臭氧氧化后在Zn存在下水解成乙醛和一种酮，据此推知该烯烃的结构简式为(　　) 解析　该烯烃与H2的加成产物为，它经臭氧氧化后在Zn存在下水解成乙醛和一种酮，则表明该烯烃分子中含有CH3—CH===结构片段，从而得出该烯烃的结构简式为，C项正确。 答案　C 知识点二　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，可以实现有机化合物类别的转化，并引入目标官能团。 1．引入碳碳双键 (1)醇的消去反应 CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O。 (2)卤代烃的消去反应 CH3—CH2—Br＋NaOHCH2===CH2↑＋NaBr＋H2O。 (3)炔烃与H2、卤化氢、卤素单质的不完全加成反应 CH≡CH＋HClCH2===CHCl。 2．引入碳卤键 (1)烷烃、芳香烃的取代反应 CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl； (2)醇与氢卤酸(HX)的取代反应 CH3—CH2—OH＋HBr__CH3—CH2—Br＋H2O__。 (3)炔烃、烯烃与卤素单质或卤化氢的加成反应 CH3CH===CH2＋Br2―→__CH3CHBrCH2Br__； CH3CH===CH2＋HCl__CH3CHClCH3__(主要产物)； CH≡CH＋HClCH2===CHCl。 3．引入羟基 (1)烯烃与水的加成反应 CH2===CH2＋H2O__CH3CH2OH__。 (2)醛或酮的还原反应 CH3CHO＋H2__CH3CH2OH__； (3)卤代烃、酯的水解反应 CH3CH2Br＋NaOH__CH3CH2—OH＋NaBr__； CH3COOC2H5＋H2O__CH3COOH＋C2H5OH__； CH3COOC2H5＋NaOH__CH3COONa＋C2H5OH__。 4．引入醛基 (1)醇的催化氧化反应 2CH3CH2OH＋O2__2CH3CHO＋2H2O__。 (2)炔烃与水的加成反应 CH≡CH＋H2O__CH3—CHO__。 5．引入羧基 (1)醛的氧化反应 2CH3CHO＋O2__2CH3COOH__。 (2)某些烯烃、苯的同系物被KMnO4(H＋)溶液氧化 CH3CH===CHCH3__2CH3COOH__； (3)酯、酰胺的水解 RCONH2＋H2O＋HCl__RCOOH＋NH4Cl__。 1．由溴乙烷制取乙二醇，并标注反应类型。 提示　CH3CH2BrCH2===CH2CH2Br—CH2BrHOCH2CH2OH。 2．由环己烷可制备1,4­环己醇的二乙酸酯。下面是有关的8步反应(其中所有无机产物都已略去)： (1)化合物的结构简式是：B________，C________。 提示　 (2)反应________是羟基的引入。 提示　⑥ (3)反应④所用试剂和条件是____________________________________。 提示　NaOH醇溶液，加热 1．(2024·河北衡水高二段考)在有机合成中，常会将官能团消除或增加，下列相关过程及涉及的反应类型、思路和反应条件及相关产物合理的是(　　) 解析　甲苯和氯气在光照条件下，氯原子会取代甲基上的氢，A错误；卤代烃在氢氧化钠醇溶液加热条件下会发生消去反应，＋NaOH＋NaCl＋H2O，B错误；乙炔CH2===CHCl，CH2===CHCl和HBr加成后产物有两种CH2BrCH2Cl、CH3CHBrCl，C错误；故选D。 答案　D 2．(2024·四川达州高二期末)中学化学中下列各物质间能实现(“→”表示一步完成)转化的是(　　) 选项 a b c A CH2===CH2 CH3CH2Br CH3CH2OH B CH3CH3 CH2ClCH2Cl CH≡CH C CH3CH2OH CH3COOH CH3COOC2H5 D 解析 B．CH3CH3无法直接生成CH≡CH，CH2ClCH2Cl无法一步直接制得CH3CH3，错误；C.CH3COOH无法直接还原为CH3CH2OH，错误；D. 无法一步生成，不能还原为，不能还原为，错误；故选A。 答案　A 知识点三　官能团的保护 含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，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。 1．羟基的保护 (1)醇羟基 ①将醇羟基转化为醚键，反应结束后再脱除 R—OHR—O—R′R″—O—R′R″—OH。 ②将醇羟基转化为酯基，再水解复原 (2)酚羟基 ①用NaOH溶液保护 ②用CH3I保护 2．氨基的保护 (1)用酸转化为盐保护 (2)用醋酸酐转化为酰胺保护 3．碳碳双键的保护 利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。 CH2===CH2__CH3CH2Cl__CH2===CH2 4．醛基(或酮羰基)的保护 用乙醇(或乙二醇)加成保护 已知羟基直接连在苯环上的物质属于酚类，酚类的羟基有弱酸性，酚类物质易被氧化，食品添加剂中的防腐剂G可由有机物A经多步反应制得： (1)以上合成过程设计A→B和D→E的目的是什么？ 提示　保护官能团酚羟基。 (2)根据以上信息判断，能否将直接氧化得到？若不能，如何得到？ 提示　不能； 1．(2024·安徽高二期末)由苯合成N的路线如图所示： 已知：①—R(烷基)为邻位、对位定位基，—NO2为间位定位基，在苯环上引入相应基团所需试剂和条件如下表所示： 序号 所需试剂 条件 引入的基团 Ⅰ CH3Cl AlCl3、加热 —CH3 Ⅱ 浓HNO3 浓H2SO4、加热 —NO2 ②易被氧化。下列有关说法错误的是(　　) A．M→N的反应类型为还原反应 B．最后两步反应顺序不能互换 C．试剂1为CH3Cl，条件1是AlCl3、加热 D．若第一步和第二步互调，则最终产物可能含有 解析　由题干转化关系信息可知，M→N即硝基转化为氨基，故该反应的反应类型为还原反应，A正确；由题干信息②可知，易被氧化，故最后两步反应顺序不能互换，B正确；由已知信息①—R(烷基)为邻位、对位定位基，—NO2为间位定位基，则合成过程中应该先引入硝基，然后在硝基的间位上引入两个—CH3，故试剂1为浓HNO3，条件1是浓H2SO4、加热，C错误；由题干转化信息可知，若第一步和第二步互调，即先在苯环上引入甲基，甲苯与浓硝酸、浓硫酸加热反应时将得到2,4,6­三硝基甲苯，则最终产物可能含有，D正确；故选C。 答案　C 2．有机物甲的结构简式为，它可以通过下列路线合成(分离方法和其他产物已经略去)： 下列说法错误的是(　　) A．甲可以发生取代反应、加成反应 B．步骤Ⅰ反应的化学方程式是 C．步骤Ⅳ的反应类型是取代反应 D．步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化 解析　甲分子中含有氨基、羧基和苯环，可以发生取代反应、加成反应，故A正确；步骤Ⅰ是取代反应，反应的化学方程式是 ，故B错误；步骤Ⅳ的反应是酰胺的水解，所以反应类型是取代反应，故C正确；氨基易被氧化，所以步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化，故D正确。 答案　B [对应学生用书P92] 1．可在有机物中引入羟基的反应类型是(　　) ①取代反应　②加成反应　③消去反应　④酯化反应　⑤还原反应 A．①② B．①②⑤ C．①④⑤ D．①②③ 解析　卤代烃的水解反应(取代反应)可以得到羟基，碳碳双键与水的加成反应引入羟基，醛基与氢气发生加成反应(还原反应)生成羟基；消去反应、酯化反应可以消除羟基。 答案　B 2．(2024·江苏东台高二质检)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(　　) 解析　溴乙烷是卤代烃，可以与NaOH水溶液共热，发生取代反应产生乙醇，一步就可以实现物质的转化，因此题干所述的转化步骤不简洁，B符合题意。 答案　B 3．(2024·山东菏泽高二段考)1­甲基­2­氯环己烷()存在如图转化关系，下列说法错误的是(　　) A．1­甲基­2­氯环己烷有2个手性碳原子 B．向1­甲基­2­氯环己烷中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，生成白色沉淀 C．Y在一定条件下可以转化成X D．X和Y均能使酸性高锰酸钾溶液褪色 解析　在NaOH醇溶液中加热得到X，X是；在NaOH水溶液中加热得到Y，Y是OH。1­甲基­2­氯环己烷中与甲基连接的碳原子、与连接的碳原子均是手性碳原子，A正确；中的Cl原子在HNO3环境并不会断裂出来，故向中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，不会生成白色沉淀，B错误；Y在浓硫酸并加热的条件下发生消去反应，可得到，即X，C正确；X分子中含有碳碳双键，Y分子中含有醇羟基，二者均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，D正确。 答案　B 4．(2024·重庆高二期末)儿茶酸(Z)具有抗菌、抗氧化作用，常用于治疗烧伤、小儿肺炎等疾病，可采用如图所示路线合成。下列说法正确的是(　　) A．X分子中所有原子可能共平面 B．Z的名称为4,5­二羟基苯甲酸 C．X转化为Y属于取代反应 D．1 mol Z与足量的溴水反应消耗3 mol Br2 解析　X分子中存在饱和碳原子，是四面体结构，不可能所有原子共平面，A错误；有机物Z以苯甲酸为母体，按取代基编号最小原则，羟基取代在3和4号碳上，名称为3,4­二羟基苯甲酸，B错误；X中—CHO被酸性高锰酸钾溶液氧化转化为Y中—COOH，加氧去氢发生氧化反应，则X转化为Y属于氧化反应，C错误；酚羟基的邻和对位可与溴单质发生取代反应，1 mol Z与足量的溴水反应消耗3 mol Br2，D正确。 答案　D 5．(2024·宁夏高二段考)下图表示4­溴­1­环己醇所发生的4个不同反应，回答下列问题。 (1)①的化学方程式为_______________________。 (2)③反应类型为__________反应；若C与足量NaOH的乙醇溶液发生反应，产物可能的结构有________种。 (3)D可以与溴水发生加成反应，写出D的结构简式：________________________________________________________________________。 解析　在NaOH醇溶液作用下发生卤代烃的消去反应，A为，在NaOH水溶液条件下发生卤代烃的水解反应，B为，醇羟基与浓HBr发生取代反应，C为，醇羟基在浓硫酸作用下发生消去反应，D为。 (2)C为，③反应类型为取代反应，若C与足量NaOH的乙醇溶液发生反应，产物可能的结构有、共2种。 答案　(1) ＋NaOH＋NaBr＋H2O (2)取代反应　2 (3) 学科网（北京）股份有限公司 $$