第3章 第5节 知识点2 有机合成路线的设计与实施（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修3同步学案（人教版）

本讲义聚焦有机合成路线的设计与实施核心知识点，系统梳理逆合成分析法的基本思路（目标产物→中间体→原料）、基本原则（条件温和、原料低毒廉价等），通过草酸二乙酯合成实例展示从官能团分析到路线设计的过程，构建“目标拆解-官能团转化-路线优化”的学习支架。 该资料特色在于融合科学思维与实践，通过逆合成分析实例（如对氨基苯甲酸合成）培养学生证据推理和模型建构能力，结合绿色化学要求（原子经济性、低污染）渗透科学态度与责任。课中助力教师引导学生掌握合成路线设计方法，课后通过练习题和思考题帮助学生巩固知识，查漏补缺，提升解决实际合成问题的能力。

知识点二　有机合成路线的设计与实施 一、有机合成过程示意图 二、逆合成分析法 1．基本思路 可用示意图表示为： 2．基本原则 (1)合成路线的各步反应的条件必须比较温和，并具有较高的产率。 (2)使用的基础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、易得和廉价的。 3．实例 以 (草酸二乙酯)为例，说明逆推法在有机合成中的应用。 (1)分析草酸二乙酯，官能团有酯基。 (2)反推，酯是由酸和醇合成的，则反应物为和乙醇。 (3)反推，酸是由醇氧化成醛再氧化成酸来的，则可推出该醇(用A表示)为。 (4)反推，此醇A与乙醇的不同之处在于含有两个羟基。此醇羟基的引入可用卤代烃(用B表示) 水解得到。 (5)反推，乙醇的引入可用乙烯与水加成得到。 (6)由乙烯可用与氯气加成制得B。 具体可以用下列流程表示(线上填写相关有机物的结构简式) 合成步骤(用化学方程式表示) 1．对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成。已知①苯环上的硝基可被还原为氨基：＋3Fe＋6HCl―→＋3FeCl2＋2H2O，产物苯胺还原性强，易被氧化；②—CH3为邻、对位取代定位基，而—COOH为间位取代定位基。则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是(　　) A．甲苯XY对氨基苯甲酸 B．甲苯XY对氨基苯甲酸 C．甲苯XY对氨基苯甲酸 D．甲苯XY对氨基苯甲酸 答案　A 2．由1-氯丙烷合成少量的2-丙醇，需要经过下列哪几步反应(　　) A．加成→消去→取代 B．消去→加成→水解 C．取代→消去→加成 D．消去→加成→消去 解析　合成过程为CH3CH＝CH2水解。 答案　B 1．合成路线要符合“绿色、环保”的要求，其主要考虑的因素有哪些？ 提示　①有机合成反应中原子经济性； ②原料是否绿色化； ③试剂与催化剂的无公害性。 2．以煤的干馏产品(甲苯)为原料合成苯甲酸苯甲酯，逆合成法合成路线如图： 依据该合成路线，你能设计出几种不同的合成方法？ 提示　 有机合成方案的设计 1．有机合成途径和路线选择的基本要求 (1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。 (2)合成路线最简捷，易于分离，产率较高。 (3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现。 (4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。在引入官能团的过程中，要注意先后顺序，以及对先引入的官能团的保护。 2．有机合成题的解题思路和途径 首先要正确判断合成的有机物属于何种有机物，它带有什么官能团，它和哪些知识、信息有关，它所在的位置的特点等。 其次根据现有原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片断，或寻找官能团的引入、转换、保护方法，或设法将各片断(小分子化合物)拼接衍变，尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。 最后将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合，选择出最佳合成方案。 3．中学常见的合成路线 (1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线。 ①一元合成路线：R—CH===CH2卤代烃―→一元醇―→一元醛―→一元羧酸―→酯 ②二元合成路线：CH2===CH2―→XH2C—CH2X―→二元醇―→二元醛―→二元羧酸―→链酯、环酯、聚酯。 (2)芳香族化合物合成路线。 【规律方法】　有机合成路线设计 当可能有几种不同的合成路线时，必须考虑合成路线是否符合化学原理，产率是否高，副反应是否少，成本是否低，原料是否容易得到，合成操作是否安全可靠等方面的内容。 1．已知： 请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。 ①________________________________________________________________________ ②________________________________________________________________________ ③________________________________________________________________________ ④________________________________________________________________________ ⑤________________________________________________________________________ 解析　由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成，后再变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。 乙烯乙醛丁烯醛正丁醇。 本题中乙烯合成乙醛的方法有两种： 其一：乙烯乙醇乙醛； 其二：乙烯乙醛。 则涉及的方程式为CH2===CH2＋H2O―→CH3CH2OH、2CH3CH2OH＋O2―→2CH3CHO＋2H2O、2CH3CHO―→、―→CH3CH===CHCHO＋H2O、CH3CH===CHCHO＋2H2―→CH3CH2CH2CH2OH。 答案　①CH2===CH2＋H2O―→CH3CH2OH ②2CH3CH2OH＋O2―→2CH3CHO＋2H2O ⑤CH3CH===CHCHO＋2H2―→CH3CH2CH2CH2OH 2．已知： (X为卤素原子，M为烃基或含酯基的取代基等)，由有机物A合成G(香豆素)的路线如下： (1)写出C中的含氧官能团的名称______，F→G的反应类型是______________________； (2)写出A与银氨溶液反应的化学方程式： ________________________________________________________________________； (3)D的结构简式为_______________________________________； (4)F有多种同分异构体，写出同时满足下列条件的F的一种同分异构体的结构简式： ________________________________________________________________________； Ⅰ.分子中除苯环外，无其他环状结构； Ⅱ.苯环上只有两个处于对位的取代基； Ⅲ.能发生水解反应，不能与金属Na反应； Ⅳ.能与新制的Cu(OH)2按物质的量之比1∶2发生反应； (5)二氢香豆素()常用作香豆素的替代品，鉴别二氢香豆素和它的一种同分异构体()需要用到的试剂有NaOH溶液、________； (6)已知： (R、R′为烃基)，请写出以苯、丙烯(CH2===CHCH3)为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)，合成路线流程图示例如下： H2C===CH2CH3CH2BrCH3CH2OH， ________________________________________________________________________。 解析　由有机物A合成G(香豆素)的路线可知，A能发生银镜反应，则A为CH2===CHCHO，B为CH2===CHCOOH，B与甲醇发生酯化反应，C为CH2===CHCOOCH3，结合已知信息可知C＋D→E，由E的结构可知，D为，E→F发生水解，F→G发生酯化反应； (1)C中含和—COOR，含氧官能团为酯基，F→G发生酯化反应(取代反应)和加成反应； (2)A与银氨溶液反应生成羧酸铵、Ag、水、氨气，该反应为CH2===CHCHO＋2Ag(NH3)2OHCH2===CHCOONH4＋2Ag↓＋H2O＋3NH3； (3)由上述分析可知，D为； (4)F的同分异构体满足Ⅰ.分子中除苯环外，无其他环状结构；Ⅱ.苯环上有两个处于对位的取代基；Ⅲ.能发生水解反应，不能与金属Na反应；Ⅳ.能与新制的Cu(OH)2按物质的量之比1∶2发生反应，则含—COOR、—CHO或HCOOC—、—C—O—C—CH===CH2或HCOOC—、—COCH3；符合条件的同分异构体为或或等。 (5)二氢香豆素的水解产物中含苯酚结构，利用苯酚的性质鉴别，所以试剂除NaOH外，还选用稀硫酸中和至酸性，选氯化铁溶液显紫色检验苯酚； (6)以苯、丙烯(CH2===CHCH3)为原料制备，先发生苯的取代，再结合信息可知，发生氯苯与CH2===CHCH3的反应，然后与水发生加成，最后与CO、Pb反应生成产物，合成路线流程图为 3。 答案　(1)酯基　酯化反应(取代反应)、加成反应 (2)CH2===CHCHO＋2Ag(NH3)2OHCH2===CHCOONH4＋2Ag↓＋H2O＋3NH3 (5)稀硫酸和氯化铁溶液 1．能在有机物分子中引入羟基的反应类型有：①酯化；②取代；③消去；④加成；⑤水解；⑥还原，其中正确的组合为(　　) A．①②③⑥　　　　　　　 B．②④⑤ C．②④⑤⑥ D．②④⑥ 解析　卤代烃可以发生水解反应引入羟基，同时也是取代反应；醛或酮可与氢气发生加成反应引入羟基，同时该反应也是还原反应。 答案　C 2．已知：乙醇可被强氧化剂氧化为乙酸。BrCH2CH===CHCH2Br可经三步反应制得HOOCCHClCH2COOH，发生反应的类型依次是(　　) A．加成反应、水解反应、氧化反应 B．加成反应、氧化反应、水解反应 C．水解反应、氧化反应、加成反应 D．水解反应、加成反应、氧化反应 解析　BrCH2CH===CHCH2Br经三步反应制取HOOCCHClCH2COOH，第一步BrCH2CH===CHCH2Br―→HOCH2CH===CHCH2OH，为水解反应；第二步HOCH2CH===CHCH2OH―→HOCH2CHClCH2CH2OH，为加成反应，第三步HOCH2CHClCH2CH2OH―→HOOCCHClCH2COOH，为氧化反应。即反应的类型依次是水解反应、加成反应、氧化反应。 答案　D 3．根据下列合成路线判断反应类型正确的是(　　) A．A→B的反应属于加成反应 B．B→C的反应属于酯化反应 C．C→D的反应属于消去反应 D．D→E的反应属于加成反应 解析　A中含有碳碳双键，与氢气发生加成反应生成B，A项正确，有机物B是环醚，与氯化氢发生加成反应生成C，B项错误；C中含有羟基，与氯化氢发生取代反应生成D，C项错误；D中的氯原子被—CN取代生成E，发生取代反应，D项错误。 答案　A 4．已知酸性>H2CO3>，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是(　　) A．与稀H2SO4共热后，加入足量NaOH溶液 B．与稀H2SO4共热后，加入足量Na2CO3溶液 C．与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量稀H2SO4 D．与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2 解析　原料先在氢氧化钠溶液中水解，转化为，因为酸性：>H2CO3>，故再通入足量CO2可转变为。 答案　D 5．有机物E是重要的医药中间体，B中碳原子数目是A中的3倍。以A和B为原料合成该有机物的路线如下： (1)已知A＋B→C为加成反应，则A的结构简式为________________， B的化学名称为________，E中含有的官能团有________(填名称)。 (2)1 mol C在一定条件下与浓溴水反应，最多消耗溴的物质的量为________mol。C生成D的反应类型为________________。 (3)2分子C脱水可以生成F，核磁共振氢谱显示F分子中含有4种氢原子，其结构中有3个六元环，则F分子的结构简式为______________________________。 (4)E有多种同分异构体，其中苯环上只有2个对位取代基，含有—COOH且能使FeCl3溶液显紫色的结构有________(不考虑立体异构)种。 (5)根据已有知识并结合信息R—CH2—COOH写出以CH3COOH为原料制备A的合成路线图：(无机试剂任选，注明反应条件)。________________________________________________________________________。 解析　由B中碳原子数目是A中的3倍，结合C的结构简式为可知，A为HOOCCHO，B为, HOOCCHO与发生加成反应生成；在浓硫酸作用下，与甲醇共热发生酯化反应生成和水，在共热条件下与溴化氢发生取代反应生成。 (1)A的结构简式为HOOCCHO，B的结构简式为，名称为苯酚，E的结构简式为，官能团为羟基、碳溴键和酯基； (2)C的结构简式为，分子中含有酚羟基，和浓溴水反应可被溴取代两个邻位氢原子，则1 mol在一定条件下与浓溴水反应，最多消耗溴的物质的量为2 mol；C生成D的反应为在浓硫酸作用下，与甲醇共热发生酯化反应生成和水； (3) 分子中含有羟基和羧基，2分子发生分子间酯化反应生成结构中有3个六元环、含有4种氢原子的结构简式为 (4)E的结构简式为，其同分异构体能使FeCl3溶液显紫色，说明分子中含有酚羟基，苯环上只有2个取代基且处于对位，因其中一个是羟基，另外取代基可能为—CBr(CH3)COOH、—CH(CH2Br)COOH、—CH2CHBrCOOH、—CHBrCH2COOH，可能的结构简式为、、、，共4种； (5)由题目信息可知，乙酸与PCl3反应得到ClCH2COOH，在氢氧化钠水溶液、加热条件下发生水解反应得到HOCH2COONa，用盐酸酸化得到HOCH2COOH，最后在Cu作催化剂条件下发生催化氧化得到OHC—COOH，合成路线流程图为 答案　(1)HOOCCHO　苯酚　酚羟基、碳溴键和酯基 (2)2　酯化反应(或取代反应) (3) 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