3.5 第1课时 有机合成的主要任务(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦有机合成的主要任务，系统梳理碳骨架构建（增长、缩短、成环、开环）、官能团引入与转化（双键、卤键、羟基等）及官能团保护（羟基、氨基等）知识点，形成从基础构建到复杂合成的递进学习支架。 资料通过具体反应实例（如羟醛缩合、炔烃加成）和合成路线设计题，培养学生科学思维（证据推理、模型建构）与科学探究能力，练习题巩固知识，课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺。

第五节　有机合成 第1课时　有机合成的主要任务 【学习目标】　1.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。 2.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。 知识点一　碳骨架的构建 1.有机合成 使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建________________　和引入________________，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。 2.构建碳骨架 (1)碳链的增长 ①炔烃与HCN加成 CH≡CH____________________________________________ ②醛与HCN加成 当极性分子与醛加成时，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。 ③羟醛缩合反应生成烯醛 醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α-H)受羰基吸电子作用的影响，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)如何由苯甲醛和乙醛制取？ (2)如何由甲醛和乙醛制取？ 提示：(1) 。 (2)3HCHO＋CH3CHO 。 (2)碳链的缩短 ①烯烃 _________________________ ②炔烃 RC≡CH________________ ③芳香烃 _____________________________与苯环相连的碳原子上___________________________时才能被酸性高锰酸钾溶液氧化。 (3)碳链的成环 ①共轭二烯烃 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，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。 ②环酯 ___________________________ ③环醚 HOCH2CH2OH___________________________________________ (4)碳环的开环 环烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，碳环断开，生成羧酸或酮。 [答案自填] 　碳骨架　官能团　 氧原子　碳原子　 RCOOH 　至少连有一个氢原子 　 1.下列反应可以使碳链增长的是(　　) A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热 B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热 C．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共热 D．CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照 答案：A 2.下列反应能使有机分子中的碳链缩短的是(　　) A．乙醛发生自身羟醛缩合反应 B．乙苯和酸性KMnO4溶液反应 C．乙醛和银氨溶液反应 D．乙烯和HCN发生加成反应 解析：选B。A．乙醛发生自身羟醛缩合反应最终生成CH3—CH===CHCHO，碳链增长；B．乙苯被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸，碳链缩短；C．乙醛与银氨溶液反应生成乙酸铵，碳原子数不变，碳链长度不变；D．乙烯和HCN发生加成反应生成CH3CH2CN，碳链增长。 3.构建碳骨架是有机合成中的重要知识，其中第尔斯-阿尔德反应在合成碳环这一领域有着举足轻重的地位，其模型为。下列判断正确的是(　　) A．合成的原料为和 B．合成的原料为和‖ C．合成的原料为和‖ D．合成的原料只能为和 解析：选B。合成的原料为和，A错误；中含有2个碳碳双键，合成的原料可以是和CH≡CH，也可以是和，C错误；和发生第尔斯-阿尔德反应也生成，D错误。 知识点二　官能团的引入 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。 1.引入碳碳双键 醇的消 去反应 CH3CH2OH_______________________________ 卤代烃的 消去反应 CH3CH2Br＋NaOH__________________________ 2.引入碳卤键 卤素单 质的取 代反应 ＋Br2________________； ＋Cl2________________ 醇的取 代反应 CH3CH2OH＋HBr________________________________ 烯烃的加 成反应 CH2===CH2＋HBr________________； ＋Br2―→_______________ 3.引入羟基 烯烃与水 的加成反应 CH2===CH2＋H2O_______________________________ 卤代烃的 水解反应 CH3CH2Br＋NaOH________________________________ 醛或酮的 还原反应 CH3CHO＋H2________________； ＋H2______________________ 4.引入醛基 醇的催化 氧化反应 2CH3CH2OH＋O2________________________________ 炔烃的加 成反应 CH≡CH＋H2O________________ 5.引入羧基 醛的催化氧化反应 2CH3CHO＋O2________________ 某些烯烃、苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化 CH3CH===CHCH32CH3COOH； 酯、酰胺的水解 CH3COOC2H5＋H2O____________________；RCONH2＋H2O＋HClRCOOH＋NH4Cl 　(1)写出由溴乙烷转化成乙酸乙酯的合成路线并标注反应类型。 (2)由怎样转变为？ 提示：(1)CH3CH2BrCH3CH2OHCH3CHOCH3COOHCH3COOCH2CH3。 (2) 。 [答案自填] 　CH2===CH2↑＋H2O　CH2===CH2↑＋NaBr＋H2O 　　 CH3CH2Br＋H2O 　CH3CH2Br　 　 CH3CH2OH　 CH3CH2OH＋NaBr　 CH3CH2OH 　2CH3CHO＋2H2O　CH3CHO　2CH3COOH　 CH3COOH＋C2H5OH 1.下列反应可以在烃分子中引入碳卤键的是(　　) A．苯和溴水共热 B．甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合 C．溴乙烷与NaOH的水溶液共热 D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热 解析：选B。苯和溴水共热不反应，A项错误；甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合，发生甲基上的取代反应，引入碳溴键，B项正确；卤代烃的水解反应、消去反应均消除碳卤键，C、D项错误。 2.官能团的引入和转化是有机合成中的关键和主要内容。下面是某同学设计的引入羧基的几种方案，请判断其中无法实现的是(　　) A．卤代烃的水解 B．腈(RCN)在酸性条件下水解 C．醛的氧化 D．烯烃的氧化 答案：A 3.以乙烯为初始反应物可制得正丁醇 (CH3CH2CH2CH2OH)，已知两个醛分子在一定条件下可以自身加成。下式中反应的中间产物(Ⅲ)可看成是由(Ⅰ)中的碳氧双键打开，分别跟(Ⅱ)中的α-C和α-H相连而得，(Ⅲ)是一种3-羟基醛，此醛不稳定，受热即脱水生成不饱和醛(烯醛)： 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。 解析：先分析合成过程中的碳原子数目变化，由乙烯的2个碳原子变成正丁醇的4个碳原子，必有有机化合物之间的加成反应，由题给信息可知，乙醛自身加成生成有4个碳原子的有机化合物，所以可确定正丁醇的合成路线：CH2===CH2―→CH3CH2OH―→CH3CHO―→CH3CH===CH—CHO―→CH3CH2CH2CH2OH。　 答案：①CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH ②2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O ③2CH3CHOCH3CH(OH)CH2CHO ④CH3CH(OH)CH2CHOCH3CH===CHCHO＋H2O ⑤CH3CH===CHCHO＋2H2CH3CH2CH2CH2OH　 知识点三　官能团的保护 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 ②将醇羟基转化为酯基，再水解复原 (2)酚羟基 ①用NaOH溶液保护 ②用CH3I保护 2.氨基的保护 (1)用酸转化为盐保护 (2)用醋酸酐转化为酰胺保护 3.碳碳双键的保护 4.醛基(或酮羰基)的保护 　(1)设计以CH2===CHCH2OH为原料制备CH2===CHCOOH的合成路线。 (2)将直接氧化能得到吗？若不能，请设计合成路线。 提示：(1)CH2===CHCH2OHCH2Cl—CH2CH2OHCH2Cl—CH2COOH CH2===CHCOOH。 (2)不能。因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使酚羟基与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—ONa转变为—OH。设计流程如下： 1.化合物F是合成环酯类抗生素药物的一种中间体，合成路线如下： 下列说法错误的是(　　) A．A的结构简式为 B．C既能发生水解反应，又能发生银镜反应 C．E→F的反应类型为酯化反应 D．步骤①③的目的是保护A中的某官能团 解析：选B。结合F的结构简式可知，E的结构简式为，D的结构简式为，C的结构简式为，B的结构简式为，A的结构简式为。A．由分析可知，A的结构简式为，故A正确；B．由分析可知，C的结构简式为，分子中不含醛基，不能发生银镜反应，故B错误；C．E→F的反应类型为酯化反应，故C正确；D．A、E中均含有羟基，所以步骤①③的目的是保护A中的羟基，故D正确。 2.对氨基苯甲酸()是一种用途广泛的化工产品和医药中间体，通常以甲苯为原料进行合成。下图为对氨基苯甲酸的一种合成路线(已知：烷基为苯环上邻、对位定位基，羧基为苯环上间位定位基)。下列说法不正确的是(　　) A．反应①的条件为浓硝酸、浓硫酸、加热 B．反应③的反应类型为氧化反应 C．产物中可能含有副产物 D．若反应①②顺序互换，则最终得到的产物主要是 解析：选B。A．反应①为甲苯的硝化反应，反应条件为浓硝酸、浓硫酸、加热，A正确；B．反应③中硝基被还原为氨基，反应类型为还原反应，B错误；C．由于烷基为苯环上邻、对位定位基，因此最后可能含有副产品，C正确；D．若反应①②顺序互换，由于—COOH为苯环上间位定位基，因此会将硝基引入羧基的间位，还原后氨基与羧基位于间位，D正确。 1.有机合成的主要任务之一是引入目标官能团。下列反应中，能够在有机化合物碳链上引入羟基的是(　　) A．烷烃在光照条件下与氯气反应 B．卤代烃在氢氧化钠的乙醇溶液中加热反应 C．醛在有催化剂并加热的条件下与氢气反应 D．羧酸和醇在有浓硫酸并加热的条件下反应 解析：选C。A．烷烃在光照条件下与卤素单质反应生成卤代烃，不能引入羟基，A不符合题意；B．卤代烃在氢氧化钠的乙醇溶液中发生消去反应生成不饱和烃，不能引入羟基，B不符合题意；C．醛在有催化剂并加热的条件下与氢气反应生成醇，可以引入羟基，C符合题意；D．羧酸和醇在有浓硫酸并加热的条件下发生酯化反应生成酯，不能引入羟基，D不符合题意。 2.一定条件下，炔烃可以进行自身化合反应。如乙炔的自身化合反应为。下列关于该反应的说法不正确的是(　　) A．该反应使碳链增加了2个碳原子 B．该反应引入了新官能团 C．该反应属于加成反应 D．该反应属于取代反应 解析：选D。该反应中两分子乙炔发生了加成反应，碳链增加了2个碳原子，A、C正确，D错误；该反应引入了新的官能团：碳碳双键，B正确。 3.(2024·泰安高二检测)在有机合成中，常会将官能团消除或增加，下列相关过程涉及的反应类型和相关产物合理的是(　　) A．乙醇→乙烯：CH3CH2OHCH3CH2BrCH2===CH2 B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2===CH2CH3CH2OH　 C．乙炔→CHClBr—CH2Br：CH≡CH CHClBr—CH2Br D．乙烯→乙炔：CH2===CH2CH≡CH 解析：选D。A项中乙醇在浓硫酸、170 ℃条件下发生消去反应，可以直接得到乙烯，不合理；B项中溴乙烷在碱性条件下发生水解反应，可以直接得到乙醇，不合理；C项中乙炔与HCl按物质的量之比1∶1混合发生加成反应，生成的CHCl===CH2再与Br2发生加成反应得到CHClBr—CH2Br，不合理。 4.某有机化合物D的结构简式为，是一种常见的有机溶剂，它可以通过以下三步反应制得：烃ABCD。下列相关说法不正确的是(　　) A．烃A为乙烯 B．反应①②③的反应类型依次为加成反应、取代反应、取代反应 C．反应③为了增大反应速率可以快速升温至170 ℃ D．有机化合物D属于醚 解析：选C。根据D的结构简式可知，C是乙二醇，所以B是1，2-二溴乙烷，A是乙烯，A正确；反应①②③ 的反应类型依次为加成反应、取代反应(水解反应)、取代反应，B正确；反应③如果快速升温至170 ℃，会发生分子内脱水，C错误；D分子中含有醚键，属于醚，D正确。 5.由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子H的示意图如下： 请回答下列问题： (1)写出以下物质的结构简式。 A______________________，C____________________，F_____________________。 (2)写出以下反应的反应类型。 X反应：________________________________________________________________， Y反应：_____________________________________________________________。 (3)写出以下反应的化学方程式。 A→B：________________________________________________________________； G→H：_______________________________________________________________。 (4)若环状酯E与NaOH的水溶液共热，则发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：乙烯和Br2发生加成反应生成A(CH2BrCH2Br)，A在氢氧化钠的水溶液中发生水解(取代)反应生成B(HOCH2CH2OH)，B被氧气氧化生成C(OHCCHO)，C被氧气氧化生成D(HOOCCOOH)，B和D发生酯化反应生成E，E是环状酯，故E为乙二酸乙二酯；A在氢氧化钠的乙醇溶液中发生消去反应生成F(HC≡CH)，F和氯化氢发生加成反应生成G(氯乙烯)，G发生加聚反应生成H(聚氯乙烯)。 答案：(1)CH2BrCH2Br　OHCCHO　HC≡CH (2)酯化反应(或取代反应)　加聚反应 (3)CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr　nCH2===CHCl (4) ＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH 学科网（北京）股份有限公司 $