3.5.1 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 德国化学家维勒 从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性质的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。 有机合成 含义：使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应合成出具有特定结构和性质的目标分子。 一、有机合成的主要任务 有机合成 主要任务：构建骨架和引入官能团。 1. 构建碳骨架 构建碳骨架 碳链增长 炔烃和醛与HCN的加成反应 羟醛缩合反应 碳链缩短 开环 成环 烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮 环烯烃、环炔烃被酸性高锰酸钾氧化，断开碳环，生成羧酸或酮 共轭二烯烃与含有碳碳双键的化合物发生第尔斯-阿尔德反应，得到环加成产物 4 当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。 （1）碳链的增长 CH2==CHCN CH2==CHCOOH 丙烯腈 ① 炔烃与HCN加成 丙烯酸 ② 醛或酮与HCN加成 (1∶2加成) 羟基腈 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连接在 上。 氧原子 碳原子 （1）碳链的增长 氨基醇 __________________________ ③ 羟醛缩合反应 醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H）受羰基吸电子的影响，具有一定的活泼性。分子内含有α-H的醛在一定条件下可与醛基发生加成反应，生成β-羟基醛，该产物易失水，得到α,β-不饱和醛。 （1）碳链的增长 ①烷烃的裂化（裂解）反应 ②烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化 ③炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化 （2）碳链的缩短 HOOC—R RCOOH 8 ④ 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。 （2）碳链的缩短 （2）碳链的缩短 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的烯烃，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。 1,3-丁二烯与丙烯酸反应： （3）成环 ① Diels-Alder反应 10 ②形成环酯 （3）成环 ③ 形成环醚 ＋H2O 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。 2. 引入官能团 常见官能团的引入 官能团 引入方法(举例) 碳碳双键 碳卤键 羟基 醛基 羧基 酯基 2. 引入官能团 卤代烃的消去或醇的消去或炔烃的不完全加成 醇、酚的取代或烯烃、炔烃的加成或 烷烃、苯及苯的同系物的取代 烯烃与水的加成或卤代烃的水解或醛、酮的还原或酯的水解 醇的催化氧化或烯烃的氧化或炔烃与水的加成 醇的氧化或醛的氧化或酯的水解 酯化反应 13 ； （1）引入碳卤键 ①烃与卤素单质的取代反应 2. 引入官能团 CH2==CH—CH3＋Cl2 500~600℃ 或光照 CH2== CH—CH2Cl＋HCl 14 ③醇的取代反应 CH3—CH2—Br＋H2O ； CH2==CHCl （1）引入碳卤键 ②不饱和烃与卤素单质、卤化氢等的加成反应 a. 烯烃水化生成醇。例如： b. 卤代烃在强碱性水溶液中水解生成醇。例如： （2）羟基的引入方法： 醇羟基的引入方法 CH2 CH2＋H2O 催化剂 CH3—CH2—OH CH3—CH2—Br＋NaOH CH3—CH2—OH＋NaBr 水 （2）羟基的引入方法 醇羟基的引入方法 c. 醛或酮与氢气加成生成醇。例如： d. 酯水解生成醇。例如： CH3—CHO＋H2 Ni CH3—CH2—OH CH3COCH3＋H2 Ni CH3CH(OH)CH3 CH3COOCH2CH3＋H2O H＋ CH3COOH＋CH3CH2OH a. 酚钠盐溶液中通入CO2生成苯酚。例如： b. 苯的卤代物水解生成苯酚。例如： （2）羟基的引入方法 酚羟基的引入方法 a. 醇的消去反应 b. 卤代烃的消去反应 c. 炔烃与H2、HX、X2的不完全加成（限制物质的量） （3）碳碳双键和碳氧双键的引入方法 碳碳双键的引入方法 醇的催化氧化 碳氧双键的引入方法 （3）碳碳双键和碳氧双键的引入方法 2RCH2OH＋O2 催化剂 2RCHO＋2H2O 2RCH(OH)R'＋O2 催化剂 2R—C—R＋2H2O O 20 CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOH CH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O △ CH3COONa CH3COOH H＋ CH3CHO＋2[Ag(NH3)2]OH CH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O △ ① 醛被弱氧化剂氧化 （4）羧基的引入方法 ② 醛被氧气氧化成羧酸 2CH3CHO＋O2 2CH3COOH 催化剂 △ 21 （4）羧基的引入方法 ③ 酯在酸性条件下水解 CH3COOCH2CH3 + H2O CH3COOH＋CH3CH2OH H＋ △ —CH3 —COOH KMnO4 H＋ ④ 含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化 ⑤ 伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应： （5）醛基（或酮羰基）的引入方法 ① 醇的催化氧化： 2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O ② 某些烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应： （6）酯基的引入 ① 官能团数目变化 3. 官能团数目及位置变化 ② 官能团位置变化 4. 官能团的保护 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。 例：由苯胺制取对溴苯胺 26 CH≡CH ________________ ________________ ＋H3CHO__________________ CH3—H==HCHO＋H2O 。 RC≡CH 。 HOCH2CH2OH 。 ＋Cl2 。 CH3—CH2—OH＋HBr 。 CH2==CH2＋HBrCH3CH2Br； CH≡CH＋HCl 。 $$