3.5 有机合成 第1课时 有机合成的主要任务 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修3

第五节 有机合成 第三章 烃的衍生物 第1课时 有机合成的主要任务 15 八月 2025 授课人：李丽萍 人教版•化学•2019选择性必修3 19世纪20年代，维勒合成了尿素，开创了人工合成有机化合物的新时代。 新课引入 阿司匹林（解热镇痛药）的前世今生 01 公元前 柳树皮止痛消炎 02 19世纪 柳树皮中提取“柳苷” 1853年 合成水杨酸 1889年 与醋酸酸酐合成乙酰水杨酸 05 改良 缓释乙酰水杨酸 霍夫曼，也是海洛因的合成者 “烧心”的酸性 缓慢释放药效， 延长药物作用效果 新课引入 苯甲酸苯甲酯 化妆品香料 水仙花 聚甲基丙烯酸羟乙酯 隐形眼镜材料 ２-(乙酰氧基)苯甲酸 人工合成 水杨酸 人工合成 最早源自水仙花 自然界不存在 缓释阿司匹林 新课引入 阿司匹林 一、有机合成的两大任务： 1.构建目标分子的碳骨架 碳链增长 碳链缩短 成环/开环 2.常见官能团的引入和转化 官能团引入或转化 官能团的消除方法 官能团的保护 （1）碳链的增长 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 少于 ②加聚反应 碳链增长 ④醇分子间脱水 ⑥付克烷基化反应 ①与HCN发生加成反应 ③酯化反应 ⑤羟醛缩合反应 1. 构建碳骨架 CH CH 催化剂 HCN CH2 CHCN 丙烯腈 ∆ H2O，H+ CH2 CHCOOH 丙烯酸 ① 与HCN发生加成反应 C O R H 催化剂 HCN C R H OH CN C R H OH CH2NH2 催化剂 H2 羟基腈 氨基醇 CH3—C—CH3 O 催化剂 HCN CH3—C—CN OH CH3 ∆ H2O，H+ CH3—C—COOH OH CH3 ②加聚反应 ③酯化反应 ④醇分子间醇脱水 nCH2＝CH2 [ CH2-CH2 ]n 催化剂 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 ℃ ⑤醛缩合反应 CH3—C—H + O α CH3CHO 催化剂 CH3—C—CH2CHO OH H α β 催化剂 ∆ CH3—CH CHCHO+H2O α β ⑥付克烷基化反应 知识拓展 碳链的增长 (1)由卤代烃增长碳链： (2)卤代烃与NaCN的反应 CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl H2O , H＋ CH3CH2COOH (3)卤代烃与炔钠的反应 CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl 2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑ 液氨 2 R—X + 2Na R—R + 2 NaX （武兹反应） (4)由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链 R’—Cl + RMgCl R’—R + MgCl2 RMgCl RCl + Mg 无水乙醚 + RMgCl —OMgCl R H2O —OH R （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 ②酯、蛋白质、多糖的水解 碳链缩短 ④碳碳双键、三键的氧化 ①裂解反应 ③酰胺基的水解 ⑤苯的同系物的氧化 ①烷烃的分解反应(烃的裂化、裂解) ②酯、蛋白质、多糖的水解反应 C16H34 C8H18＋C8H16 高温 C4H10＋C4H8 C8H18 高温 CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH △ CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ ③酰胺基的水解 NH2—C—NH2＋ H2O CO2＋2NH3 O 催化剂 △ ④碳碳双键、碳碳三键的氧化 烯烃 CH≡C－R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH 炔烃 C＝CH－R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R－COOH R' R'' 二氢成气 一氢成酸 无氢成酮 一氢成气 无氢成酸 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。 ⑤芳香化合物的侧链与高锰酸钾发生氧化反应 KMnO4 H＋ —CH2CH3 KMnO4 H+ —COOH （3）成环/开环反应 ①形成环醚 ②形成环酯类 成环反应 ③共轭二烯烃加成 OH CH2－CH2 OH CH2－CH2 O ＋H2O 浓硫酸 ∆ ＋2H2O 浓硫酸 ∆ CH2OH CH2OH HOCH2 HOCH2 ＋ H2C H2C CH2 CH2 O O ①形成环醚 ②形成环酯类 CH3CHCH2CH2C—OH O ═ OH CH—CH2 O CH2 C O ═ H3C ＋H2O 浓硫酸 △ 2CH3—CH—C—OH O ═ OH ＋2H2O CH3 O C ═ O O C ═ O CH3 浓硫酸 △ COOH COOH CH2OH CH2OH ＋ ＋2H2O COOCH2 COOCH2 浓硫酸 △ 共轭二烯烃(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( Diels-Alder- reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。 + COOH COOH ∆ ③共轭二烯烃加成 + △ ②某些环状烯烃的氧化反应 开环反应 ①环酯的水解反应 ①环酯的水解反应 CH2 CH2 CH2 O C O H2O 稀硫酸 加热 CH2 CH2 CH2 O C OH OH + ②某些环状烯烃的氧化反应 [O] CH2 CH2 O C C OH O OH 2. 引入官能团 （1）引入碳碳双键 CH3CH2Br＋NaOH 乙醇 ∆ ② 醇的消去 ① 卤代烃的消去 CH3CH2OH CH2＝CH2↑＋H2O 浓硫酸 170℃ ③ 炔烃的不完全加成 CH≡CH＋HCl CH2＝CHCl 催化剂 ∆ CH2＝CH2↑＋NaBr＋H2O ① 醇(或酚)的取代反应 C2H5OH + HBr(浓) C2H5Br + H2O △ ＋3Br2 ＋3HBr （过量） OH OH Br Br Br b. 酚与浓溴水： a. 醇与浓HX： （2）引入碳卤键 ② 烯烃（或炔烃）与卤素单质X2、卤化氢HX等的加成反应 CH3CH＝CH2＋Br2 CH3CHBrCH2Br CH3CH＝CH2＋HCl CH3CHClCH3(主要产物:马氏规则) △ 催化剂 △ CH≡CH＋HCl CH2＝CHCl CH3CH＝CH2 CH3CH2CH2Br(主要产物：反马氏规则) HBr 过氧化物 ③ 烷烃（或苯及其同系物）的取代 CH4 +Cl2 CH3Cl+ HCl 光照 CH2＝CH—CH3＋Cl2 500~600℃ 或光照 CH2＝CH—CH2Cl＋HCl Cl3 ⑤ 酚盐溶液与CO2、HCl等反应 ④ 酯的水解 CH3COCH3＋H2 Ni △ CH3CH(OH)CH3 CH3CHO＋H2 Ni △ CH3CH2OH CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH △ CH3CH2CH2Br＋NaOH CH3CH2CH2OH ＋ NaBr H2O △ CH2＝CH2＋H2O CH3CH2OH 催化剂 加热加压 或羟醛缩合 (3) 引入羟基 ① 烯烃与水加成 ② 卤代烃的水解 ③ 醛或酮的还原 ⑥羧酸在强还原剂作用下还原成醇 RCOOH RCH2OH LiAlH4 ONa +HCl OH +NaCl ONa +H2O+CO2 OH +NaHCO3 (4) 引入醛基或羰基 ① (伯/仲)醇催化氧化 ③ 炔烃与水加成反应 ② 烯烃催化氧化 ④ 二卤代烃水解 2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O ∆ Cu或Ag 2CH2 CH2+O2 加热加压 催化剂 2CH3CHO CH≡CH＋H2O CH3CHO 催化剂 ∆ CH3CHCl2 NaOH、H2O ∆ CH3CHO ⑤某些烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 (CH3)2C C(CH3)2 KMnO4 H+ 2(CH3)2C O (5) 引入羧基 ① 醛的氧化 2CH3CHO ＋ O2 2CH3COOH 催化剂 △ CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ ② 酯的水解 CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOH CH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O △ CH3CHO＋2[Ag(NH3)2]OH CH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O △ CH3COO— CH3COOH 酸化 (H＋) ③ 酰胺的水解 RCONH2＋H2O+HCl RCOOH＋NH4Cl △ ④ 氰基的水解 R-CN H2O/H＋ 催化剂 R-COOH CH3CCl3 NaOH、H2O ∆ CH3COOH ⑤ 三卤代烃水解 ⑦ 某些烯烃、炔烃、苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化 CH3 COOH KMnO4 H+ KMnO4 H+ CH3CH CHCH3 2CH3COOH CH≡C-CH3 KMnO4 H＋ CO2＋CH3COOH ⑥ 伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化 KMnO4 H+ R—COOH R—CH2OH ① 酯化反应 （6）引入酯基 CH3COOH＋C2H518OH CH3CO18OC2H5＋H2O 浓硫酸 ∆ ② 酰氯醇解 O －C－ Cl CH3 ＋ CH3OH 无水 O －C－OCH3 ＋HCl CH3 ＝ ＝ 加成反应 消除不饱和键 消除羟基 取代、消去、酯化、氧化 消除醛基 加成、氧化 消除碳卤键 消去、水解 消除酯基、酰胺基 水解 3. 官能团的消除 【思考】下列两个有机合成设计流程有何特点？其设计的目的是什么？ 通常有碳碳双键、羟基、羰基、醛基和氨基等需保护。 (2)碳碳双键的保护 官能团的保护 (4)醛基的保护 (1)酚羟基的保护 (3)氨基(—NH2)的保护 4. 官能团的保护 (1) 酚羟基的保护 OH H+ CH3C CH3C O O O CH3C O O CH3COOH 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 化合物G是合成药物盐酸沙格雷酯的重要中间体，其合成路线如下: 典题示例 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，可以利用其与卤素单质、HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应恢复 (2) 碳碳双键的保护 C＝C ＋HX —C—C— X H NaOH/乙醇 △ C＝C C＝C ＋H2O —C—C— OH H 浓硫酸 △ C＝C 碳碳双键保护 碳碳双键恢复 (3) 氨基的保护 氨基易被O2、O3、H2O2、酸性KMnO4溶液等氧化。 先用盐酸转化为铵盐，后加NaOH溶液重新转化为-NH2 用甲苯制备对氨基苯甲酸，先氧化甲基后还原为氨基 CH3 浓硝酸 浓硫酸，加热 CH3 NO2 KMnO4/H＋ COOH NO2 Fe/HCl COOH NH2 注意：官能团的转化顺序，如在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH之后，再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性)也被氧化。 H3C NO2 H2N COOH ① ② ②通常形成缩醛(醛酮)保护，然后在稀酸中微热水解恢复(常用乙二醇) (4) 醛基的保护：醛基易被氧化，可被弱氧化剂氧化 ①可以先还原为醇，再氧化为醛。 保护羰基不被反应 官能团的保护答题模板 保护××(如：酚羟基、碳碳双键、醛基等)，使之不被××(氧化或还原) 在上述转化过程中，反应步骤×→×的目的是______ 5. 官能团的转化 (1)利用衍变关系进行转化： (2)官能团数目增加或减少： R—CH2—CH2OH R—CH=CH2 (3)改变官能团位置： CH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 RCH2OH RCHO RCOOH O2、Cu、△ H2、催化剂、△ Ag(NH3)2OH、Cu(OH)2、△ 或O2、催化剂、△ 消去 水解 与X2加成 R—CH—CH2 X X R—CH—CH2 OH OH 消去 加成 H3C—CH—CH3 OH 包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等 THANKS $$