3.5 有机合成 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第五节 有 机 合 成 【思考】有机合成是如何实现合成目标的？主要方式是什么？ 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。 主要方式：构建碳骨架和引入官能团 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2 一、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。 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 少于 引入含碳原子的官能团 1、碳链的增长 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 ①炔烃与HCN的加成反应 ②醛（或酮）与HCN的加成反应 (1)与HCN发生加成反应 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (2)加聚反应 nCH2＝CH2 [ CH2-CH2 ]n 一定条件下 (3)酯化反应 (4)分子间脱水 18 18 O O CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O 浓H2SO4 C2H5−OH + HO−C2H5 C2H5−O−C2H5 + H2O 浓H2SO4 140 ℃ 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (5)羟醛缩合反应 催化剂 CH3—C—H＋CH3CHO O ‖ CH3—CH—CH2CHO OH 催化剂 △ CH3—CH＝CHCHO＋H2O (6)付克烷基化反应 + Cl-CH2CH3 无水AlCl3 CH2CH3 + HCl 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 下列反应可使碳链增长的有 (　　) ①加聚反应　 ②缩聚反应　 ③酯化反应　 ④卤代烃的氰基取代反应　 ⑤乙酸与甲醇的反应 A.全部　 B.①②③　　 C.①③④　 D.①②③④ A 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.碳链的缩短 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 多于 断开碳链 (1)烷烃的分解反应(烃的裂化、裂解) C4H10 CH4+C3H6 △ 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (2)酯的水解反应(蛋白质水解、多糖水解) CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ CH2－OH │ CH－OH + 3C17H35COOH │ CH2－OH CH2－O－C－C17H35 │ CH－O－C－C17H35 + 3H2O │ CH2－O－C－C17H35 O ‖ O ‖ O ‖ 硬脂酸甘油酯 硬脂酸 稀硫酸 △ 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (3)与高锰酸钾发生氧化反应 ①烯烃 二氢成气、一氢成酸、无氢成酮 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH ②炔烃 C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R—COOH R' R'' 一氢成气、无氢成酸 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 CH3CH=CH2 KMnO4(H+) CH3C≡CH KMnO4(H+) CH3COOH + CO2 CH3COOH + CO2 CH3-CH=C-CH3 CH3 KMnO4(H+) CH3COOH + CH3－C－CH3 = O 完成下列化学方程式 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 CH— R R' KMnO4 H＋ HOOC— ③芳香化合物的侧链 与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 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 D 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 3.碳链的成环 (1)共轭二烯烃加成 + (2)形成环醚 HOCH2CH2OH ＋H2O O 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 CH3 + △ COOCH3 + △ COOCH3 COOCH3 COOCH3 CH3 COOCH3 COOCH3 完成下列化学方程式 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 1.引入碳碳双键 二、官能团的引入 (1)醇或卤代烃的消去反应 CH3CH2OH CH2=CH2↑+H2O CH3CH2Br＋NaOH CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O 乙醇 △ (2)炔烃的不完全加成反应 CH≡CH+HCl CH2=CHCl 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.引入碳卤键的方法 (1)醇(或酚)与氢卤酸的取代 C2H5−OH + H−Br C2H5−Br + H2O △ 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (2)烯烃(或炔烃)的与X2、HX加成 CH3CH＝CH2＋Br2 CH3CHBrCH2Br CH3CH＝CH2＋HCl CH3CHClCH3 △ 催化剂 △ CH≡CH＋HCl CH2＝CHCl 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (3)烷烃(或苯及苯的同系物)的取代 CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl 光 光 —CH3＋Cl2 —CH2Cl＋HCl 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 有机化合物分子中能引入卤素原子的反应是（ ） A.氧化反应、取代反应 B.氧化反应、加成反应 C.取代反应、加成反应 D.取代反应、加聚反应 C 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 3.引入羟基的方法 (1)烯烃与水的加成 (2)卤代烃的水解 CH3CH2CH2Cl+H2O CH3CH2CH2OH+HCl NaOH △ (3)酯的水解 CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH △ CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ CH3CH＝CH2＋H2O CH3CHCH3 催化剂 加热、加压 OH 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (4)醛、酮的还原 O C CH3 CH3 ＋ H2 催化剂 OH CH CH3 CH3 (5)酚盐溶液与CO2、HCl等反应 +NaCl OH + HCl ONa + NaHCO3 OH + CO2+H2O ONa 催化剂 CH3CH2OH CH3CHO +H2 △ 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 1.能在有机物的分子中引入羟基官能团的反应类型有： a.酯化反应 b.取代反应 c.消去反应 d.加成反应 e.水解反应 其中正确的组合有（ ） A. a、b、c B. d、e C. b、d、e D. b、c、d、e C 2.下列反应不能引入－OH的是 （ ） A. 醛还原反应 B. 酯类水解反应 C. 卤代烃水解 D. 烷烃取代反应 D 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 4.引入羧基的方法 (1)醛的氧化反应 (2)酯、酰胺的水解反应 CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ 2CH3CHO+O2 2CH3COOH 催化剂 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (3)某些烯烃、炔烃、芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R—COOH R' R'' CH— R R' KMnO4 H＋ HOOC— 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 (4)伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 1.利用衍变关系进行转化 三、官能团的转化 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.增加官能团个数 3.改变官能团位置 CH3CH=CH2 CH3CH2CH2 OH 消去 加成 CH3CHCH3 Cl CH3CHCH3 OH 水解 R-CH2-CH2OH R-CH=CH2 消去 Cl Cl R-CH-CH2 加成 水解 OH OH R-CH-CH2 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 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。 四、官能团的保护 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 OCH3 COOH OH COOH CH3I KMnO4/H＋ H＋ OCH3 CH3 OH CH3 酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将－OH先转化为－ONa　(或－OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为－OH 1.酚羟基的保护 四、官能团的保护 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.醇羟基的保护 　　可先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待相关合成反应结束后，再在一定条件下脱除起保护作用的基团(保护基)，恢复羟基。 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 碳碳双键易加成，易被O3、H2O2、酸性高锰酸钾等氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。 3.碳碳双键的保护 C＝C ＋HX —C—C— X H NaOH/醇 △ C＝C C＝C ＋H2O —C—C— OH H 浓硫酸 △ C＝C 基础 知识 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 一、有机合成路线的设计 1.正向合成分析法（又称顺推法） 　此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标化合物。 基础 知识 有机合成路线的设计与实施 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 　　人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方法生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸。 思考与讨论 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 34 1,4－环己二醇是生产某些液晶材料和药物的原料,可通过以下路线合成: 请写出各步反应的化学方程式,并指出其反应类型;分析以上合成路线中官能团的转化过程。 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.逆向合成分析法（又称逆推法） 　采用逆向思维方法，从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间体），并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止。 基础 知识 有机合成路线的设计与实施 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 1. 有机化合物　　　是一种常用的溶剂，在医药、化妆品、香料等精细化学品的生产中有广泛应用。使用逆合成分析法设计它的合成路线。（提示:参考乙醇分子间脱水生成乙醚的反应） CH2OH CH2OH CH2Br CH2Br 分析: 合成路线: CH2＝CH2 Br2 NaOH/H2O CH2Br CH2Br CH2OH CH2OH H2SO4 △ CH2＝CH2 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 2.苯甲酸苯甲酯 是一种有水果香气的食品香料。请以甲苯为基础原料，使用逆合成分析法设计它的合成路线。 分析: 合成路线: 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 三、设计合成路线的基本原则 1.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； 5.在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。 基础 知识 有机合成路线的设计与实施 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 路线1：步骤多，反应条件复杂，成本高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护 路线2：步骤少，反应条件简单，成本低，且使用Cl2较少 以下为合成苯甲酸苯甲酯的两种路线，哪种方案更科学？ 练习 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 例如:设计以 为原料制备水杨酸 的合成路线 CH2CH3 COOH OH 设计以苯和一氯甲烷为原料制备 的合成路线 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 例如:设计以 为原料制备水杨酸 的合成路线 CH2CH3 COOH OH 设计以苯和一氯甲烷为原料制备 的合成路线 实验室中进行有机合成的常用装置如图3-31所示，它能够在加热时进行搅拌、温度监测、加料和冷凝回流等实验操作。 规模化的工业生产中多使用体积较大的反应釜（如图3-32）。工业生产须在实验室研究的基础上进行小试、中试等规模放大研究，完善实验室研究所 确定的反应条件， 更多考虑工业化 生产的设备选择、 操作方法、成本 控制和环境保护 等因素，为正式 生产提供依据。 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 实验室中进行有机合成的常用装置如图3-31所示，它能够在加热时进行搅拌、温度监测、加料和冷凝回流等实验操作。 规模化的工业生产中多使用体积较大的反应釜（如图3-32）。工业生产须在实验室研究的基础上进行小试、中试等规模放大研究，完善实验室研究所 确定的反应条件， 更多考虑工业化 生产的设备选择、 操作方法、成本 控制和环境保护 等因素，为正式 生产提供依据。 第三章 烃的衍生物 《有机化学基础》 资料卡片 19世纪20年代，德国化学家维勒合成尿素，开创了人工合成有机合物的新时。此后，人们陆续合成了多种天然有机化合物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机化合物，以满足生产、生活和科研对物质性质的特殊需要。 $$