3.5.1 有机合成的主要任务-【精讲课】2024-2025学年高二化学同步教学优质课件（人教版2019选择性必修3）

第三章 第五节 有机合成 四川省双流棠湖中学 海棠化学备课组 第1课时 有机合成的主要任务 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(重、难点)。 核心素养学习目标 创设情境 【交流讨论】日常生活中有哪些材料是有机合成材料？ 有关资料报道，宇航员的服装能使太空的人处于加压状态，供给宇航员生命所需的氧气，控制温度和湿度，防止辐射，还要经得起微流星的冲击。宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料，其中多数是有机合成材料。密闭头盔由透明聚碳酸酯组成，密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。宇航服面罩是由碳材料制成的金刚石膜。 【思考交流】有机合成有什么意义？怎样进行有机合成？ 3 任务一 认识有机合成的主要任务 【阅读回答】阅读教材p84，回答有机合成有什么意义？ ①制备天然有机物，弥补自然资源的不足； ②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美； ③合成自然界中不存在的有机物，满足人们生活需要。 阿司匹林缓释片 隐形眼镜材料 制备的维生素C 任务一 认识有机合成的主要任务 【阅读回答】阅读教材p84，怎样进行有机合成？主要任务是什么？ 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。 【归纳总结】有机合成主要任务：构建碳骨架和引入官能团 【思考讨论】以乙烯为原料，请你设计合成乙酸乙酯的路线。 任务一 认识有机合成的主要任务 CH2=CH2 （原料） 中间体1 中间体2 CH3COOCH2CH3（目标产物） CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH 催化剂、△ Cu、△ 中间体3 催化剂、△ 辅助原料 条件 辅助原料 条件 辅助原料 条件 【方法指导】主要任务：碳骨架的构建和官能团的转化 碳骨架的构建主要包含：碳链的增长、碳链的缩短、碳链的成环 任务一 认识有机合成的主要任务 【思考交流】从乙烯制备乙酸乙酯，实现了碳链的增长，你还知道哪些反应可以增长碳链？ 乙醇制取乙醚、乙烯加聚、乙炔制备聚氯乙烯、聚乙炔…… 1.碳链的增长 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 < 引入含碳原子的基团 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】 1.构建碳骨架 (1)引入氰基（—CN）的加成反应 带正电荷的原子或原子团连接在 上，带负电荷的原子或原子团链接在 上。 ①乙烯、乙炔与HCN的加成反应 ②乙醛与HCN的加成反应 CH≡CH + HCN → CH2=CHCN CH2=CH2 + HCN → CH3CH2CN + HCN → CH3CHCN OH ③丙酮与HCN的加成反应 CH3CCH3+ HCN → CH3CCN OH O CH3 O C CH3C—H O δ+ δ- δ+ δ- 任务一 认识有机合成的主要任务 ⅰ. —CN通过水解反应可以转化为-COOH C R H OH CH2NH2 C R H OH CN 丙烯腈 CH≡CH CH2=CHCN △ CH2=CHCOOH 丙烯酸 催化剂 ⅱ. —CN通过加氢还原可以引入—CH2NH2 催化剂 催化剂 羟基腈 氨基醇 δ+ δ- 【归纳整理】 1.构建碳骨架 任务一 认识有机合成的主要任务 丙烯腈 CH3CHO △ CH3CH(OH)COOH 乳酸 催化剂 CH3CHCN OH 【思考讨论】如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH？写出合成路线。 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】 1.构建碳骨架 (2)羟醛缩合 醛基邻位C上 的H（α-H） α CH3—C—CH2CHO OH H CH3-CH＝CHCHO＋H2O α α β β CH3-C-H＋CH3CHO O 一定条件下可与醛基 发生加成反应 β-羟基醛 α,β-不饱和醛 受羰基吸电子的影响，具有一定活性 △ δ+ δ- 先加成 后消去 产物易失水，得到α,β-不饱和醛 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】 1.构建碳骨架 (3)由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链 + RMgCl —OMgCl R —OH R H+ RMgCl RCl + Mg 任务一 认识有机合成的主要任务 (4)加聚反应 (5)酯化反应 (6)分子间脱水 CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O 浓H2SO4 nCH≡CH [ CH=CH2 ] n nCH2=CH2 [ CH2—CH2 ] n C2H5−OH + HO−C2H5 C2H5−O−C2H5 + H2O 140 ℃ 【归纳整理】1.构建碳骨架 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】2.碳链的缩短 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 > 断开碳链 碳链缩短的反应：烷烃的裂化、酯的水解、烯烃或炔烃的氧化以及苯的同系物的氧化等。 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】2.碳链的缩短 (1)烷烃的裂化或裂解 烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。 (2)酯的水解 (3)氧化反应 C8H18 C4H8+C4H10 △ CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH 稀硫酸 ①烯烃 C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R—COOH R' R'' 二H成CO2 ，一H成酸，无H成酮 【思考讨论】乙烯被高锰酸钾氧化，产物是什么？ 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳整理】2.碳链的缩短 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH ②炔烃 ③芳香化合物的侧链 一H成CO2，无H成酸 CH— R R' KMnO4 H＋ HOOC— 氧化条件：苯环直接相连的碳上至少有一个H 3.碳链的成环 (1)第尔斯—阿尔德反应 共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。 3 4 6 5 1 2 共轭二烯烃: 含两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃 如：CH2=CH-CH=CH2 COOH △ ＋ COOH 1 2 3 6 5 4 任务一 认识有机合成的主要任务 任务一 认识有机合成的主要任务 (2)形成环酯 【思考讨论】写出2分子CH3CH(OH)COOH形成环酯的化学方程式。 2CH3—CH—C—OH O ═ OH ＋2H2O CH3 O C ═ O O C ═ O CH3 浓硫酸 CH2OH CH2OH — COOH COOH — + 浓硫酸 +2H2O 任务一 认识有机合成的主要任务 (3)形成环醚 CH2OH CH2OH — + +2H2O HOCH2 HOCH2 — △ O O +H2O △ CH2CH2 OH OH — — CH2—CH2 O 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 √ 可增加一个碳原子 任务一 认识有机合成的主要任务 【评价训练】 2.下列反应能使碳链缩短的是 ①烯烃被酸性KMnO4溶液氧化　②乙苯被酸性KMnO4溶液氧化　 ③重油裂化为汽油　 ④CH3COOCH3与NaOH溶液共热　 ⑤炔烃与溴水反应 A.①②③④⑤ B.②③④⑤ C.①②④⑤ D.①②③④ √ 任务一 认识有机合成的主要任务 【评价训练】 3.阅读 “资料卡片”，了解羟醛缩合的原理， 思考如何由苯甲醛和乙醛制取 ？ ＋ CH3CHO ＋H2O △ 任务一 认识有机合成的主要任务 【评价训练】 任务一 认识有机合成的主要任务 【归纳总结】 任务二 掌握官能团的引入 【思考交流】如何以CH3CH2Br为原料制备 ？ CHO CHO — NaOH水溶液 △ CH3CH2Br NaOH醇溶液 △ CH2=CH2 Br2 CH2Br CH2Br — CH2OH CH2OH — ―→ [O] CHO CHO — 【方法指导】在有机合成中有选择地通过取代、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。 任务二 掌握官能团的引入 【构建体系】将“烃、不饱和烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯”构建网络，建立关联 任务二 掌握官能团的引入 【构建体系】完成下表填写，指出各类物质能发生的化学反应类型。 名称 官能团 主要化学性质 烷烃 ---------------- 烯烃 炔烃 芳香烃 ---------------- 卤代烃 —X 燃烧氧化 、取代、裂化 氧化、加成、加聚 氧化、加成、加聚 氧化、取代、加成 水解、消去 任务二 掌握官能团的引入 【构建体系】完成下表填写，指出各类物质能发生的主要化学反应类型。 名称 官能团 主要化学性质 醇 —OH 酚 —OH 醛 —CHO 酮 羧酸 —COOH 酯 —COOR 取代、消去、氧化 弱酸性、取代、显色、氧化 加成、氧化、聚合 加成 酸性、酯化 水解 任务二 掌握官能团的引入 【思考讨论】哪些反应能引入双键？ 1.引入碳碳双键 (1)消去反应 ①醇的消去反应 (2)加成反应 ②卤代烃的消去反应 CH3CH2CH2Cl + NaOH CH3CH=CH2 ↑ +NaCl+H2O CH≡CH+ HCl CH2=CHCl CH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 ↑ +H2O 任务二 掌握官能团的引入 【思考讨论】哪些反应能引入卤素原子？ (1)加成反应 ①烯烃的加成反应 ②炔烃的加成反应 CH≡CH+ Cl2 CHCl =CHCl CH2=CH2+ Br2 CH2BrCH2Br 2.引入碳卤键 ①烷烃的取代反应 (2)取代反应 CH3CH3+ Cl2 CH3CH2Cl+HCl 任务二 掌握官能团的引入 ②芳香烃的取代反应 ③醇的取代反应 ④烯烃、羧酸中α-H的取代反应 ＋HCl + Cl2 ＋HCl + Cl2 R—OH+ HX R—X+H2O CH2=CHCH3+ Cl2 CH2=CHCH2Cl+HCl RCH2COOH+ Cl2 RCHCOOH + HCl Cl — 【思考讨论】哪些反应能引入卤素原子？ 任务二 掌握官能团的引入 【思考讨论】哪些反应能引入羟基？ 3.引入羟基 (1)加成反应 (2)还原反应 (3)水解反应 ①醛的还原反应 ②酮的还原反应 ①卤代烃的水解反应 ②酯的水解反应 CH2=CH2+ H2O CH3CH2OH 加压 CH3CHO+ H2 CH3CH2OH CH3—C—CH3+ H2 CH3 —CH—CH3 O = OH — RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH 稀硫酸 R—X + NaOH R—OH+NaX 任务二 掌握官能团的引入 4.引入羧基 (1)氧化反应 ②醇的氧化反应 ①醛的氧化反应 2CH3CHO+ O2 2CH3COOH ③烯烃的氧化反应 ④苯的同系物的氧化反应 CH3CH=CHCH3 CH3COOH CH3CH2OH CH3COOH H+ 【思考讨论】哪些反应能引入羟基？ (2)水解反应 ①酯的水解反应 ②酰胺的水解反应 RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH 稀硫酸 RCONH2+ H2O +HCl RCOOH＋NH4Cl 任务二 掌握官能团的引入 【评价训练】 1.在有机合成中，常会引入官能团或将官能团消除，下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是 A.乙烯→乙二醇：CH2=CH2 B.溴乙烷→乙醇：CH3CH2Br CH2=CH2 CH3CH2OH C.1-溴丁烷→1-丁炔：CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH=CH2 CH3CH2C≡CH D.乙烯→乙炔：CH2==CH2 CH≡CH √ 33 任务二 掌握官能团的引入 【思考讨论】设计溴乙烷转化成乙酸乙酯的转化路径，并标注反应类型。 CH3CH2Br CH3COOCH2CH3 CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH △ Cu、△ 催化剂、△ 取代（酯化）反应 水解反应 氧化反应 氧化反应 任务二 掌握官能团的引入 【方法指导】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。 任务二 掌握官能团的引入 (2)酚羟基 用NaOH溶液保护 NaOH 2.氨基的保护 用酸转化为盐保护 任务二 掌握官能团的引入 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。 C＝C ＋HX —C—C— X H C＝C NaOH/醇 △ C＝C ＋H2O —C—C— OH H H＋ C＝C 浓硫酸 △ 任务二 掌握官能团的引入 【评价训练】 1.将 直接氧化能得到 吗？若不能，如何得到？ 不能。因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH转变为—ONa保护起来，待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。 ONa COONa NaOH O2/Cu △ H＋ ONa CH2OH OH CH2OH OH COOH ONa CHO 新制Cu(OH)2 NaOH溶液 △ 任务二 掌握官能团的引入 【评价训练】 2.设计方案以CH2==CHCH2OH为原料制备CH2==CHCOOH。 CH2==CHCH2OH CH2ClCH2CH2OH CH2ClCH2COOH 、△ H＋ CH2==CHCOOH 任务二 掌握官能团的引入 3.某药物中间体合成路线如图(部分产物已略去)，下列说法不正确的是 A.步骤①③的目的是保护A中的某官能团 B.A的结构简式为 C.C能发生水解反应 D.第⑤步反应类型为取代反应 √ 生成乙酸酯 有-OH 【评价训练】 课堂小结 本课结束 今日作业 第三章 第五节 第1课时 有机合成的主要任务 $$