3.5 有机合成 讲义-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

3.5 有机合成讲义

一、学习目标

1. 通过对教材内容的梳理，能概括有机合成中构建碳骨架、引入官能团的常用方法，会用逆合成分析法设计乙二酸二乙酯的合成路线，建立有机合成的思维模型。
2. 能举例说明常见官能团（碳碳双键、羟基、羧基等）的引入方式，解释官能团保护在有机合成中的作用。
3. 通过对官能团引入方法的讨论，体验有机合成路线设计的探究过程，尝试优化合成方案。
4. 科学态度与社会责任：了解有机合成的发展历程，认识有机合成在医药、材料等领域的价值，树立绿色合成的环保意识。

二、重难点

1. 依据目标分子与原料分子碳原子数差异选择碳链增长或缩短的方法
2. 运用取代、加成、氧化、还原等反应实现羟基、醛基、羧基等官能团的定向引入
3. 基于逆合成分析思想，从目标化合物出发切断关键化学键确定合理合成路线

三、预习任务

1. 阅读教材，理解“构建碳骨架”的含义，总结碳链增长和缩短的两种方法，并各举一个反应实例（如HCN加成、酸性KMnO₄氧化）。
2. 从官能团转化角度，整理引入碳碳双键、羟基、羧基、酯基的常见反应类型（如加成、氧化、酯化），并结合教材举例说明。
3. 理解“逆合成分析”的基本思路，观察图3-29，尝试用“⇨”符号表示从乙二酸二乙酯逆推到乙烯的过程。
4. 了解官能团保护的意义，以羟基的保护为例，说明如何通过转化为醚键实现保护，并在反应后恢复。
5. 观察实验室和工业合成装置图（图3-31、图3-32），比较两者在操作功能上的异同点。

四、课前小测

1. 通过HCN与羰基化合物加成可使碳链增长，产物水解后生成____（填官能团名称）。
2. 烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，可能导致碳链____（填“增长”或“缩短”）。
3. 酯基可通过羧酸与醇的____反应引入，该反应需浓硫酸和____条件。
4. 逆合成分析常用符号“____”表示，从目标分子逐步推回简单原料。
5. 为防止羟基在反应中被破坏，可先将其转化为较稳定的____结构。

6. 乙烯与水在催化剂作用下发生____反应生成乙醇。

五、学习内容

你知道吗？20世纪初，德国化学家维尔施泰特花了14步才合成出颠茄酮，总产率仅 ；十几年后，罗宾逊用3步就搞定，产率飙升到 ！这可不是“抄近路”，而是靠逆向思考——像解谜一样，从目标分子“倒推”回简单原料。就像拼乐高前先拆开成品，看清每一块该从哪儿来。为什么“倒着想”反而更高效？如果让你合成乙二酸二乙酯（一种染料和医药中间体），你会从乙烯出发，还是从它“断开酯键”后的片段开始设计路线？碳链怎么加长？官能团如何精准安放又不“误伤”其他基团？ 今天，就让我们一起走进有机合成的世界，去探索它的奥秘。

【一、构建碳骨架】

探究主题：有机合成中碳骨架的定向构建——增长、缩短与成环的化学逻辑

2024年，我国科学家成功利用废弃生物质（如秸秆中的纤维素）为原料，通过多步有机合成制备出高附加值的抗肿瘤药物中间体——含七元环结构的γ-丁内酯衍生物。该过程关键一步是将C₃片段（丙烯醛）精准延长为C₄链并闭环成环，全程避免使用剧毒氰化物，却实现了碳骨架的高效构建。为何“少碳变多碳”“直链变环状”成为有机合成的“分子裁缝术”？如何像搭积木一样可控地组装碳骨架？

1.探究活动1：从“丙烯醛→环状C₄产物”看碳链增长的突破口

情境链接：承接情境中“C₃→C₄”增长需求，聚焦教材所列HCN加成路径——为何选择氰基（—CN）作为“碳原子搬运工”？

【探究任务】
① 观察丙烯醛（ ）结构，指出其含有的两类不饱和键；
② 对照教材图示，写出丙烯醛与HCN加成的反应式，并标出新形成的C—C键位置；
③ 分析该加成产物水解后生成何种羧酸？碳原子数如何变化？

2.探究活动2：解码“断链”艺术——氧化如何精准缩短碳链？

【探究任务】
① 对比分析：甲苯（ ）、丙烯（ ）、丙炔（ ）分别与酸性 溶液反应，预测主产物结构简式；
② 归纳三类物质被氧化时，碳链断裂发生的特定位置规律；
③ 解释为何苯环本身不被氧化，而侧链被“削短”？

3.探究活动3：从“直链到环”——成环反应的结构密码

【探究任务】
① 分析教材未直接给出但隐含的成环案例：己二酸（ ）在加热条件下可分子内脱水成环，推测产物结构；
② 对比环己烷（ ）与己二酸成环产物的碳骨架差异，说明成环是否改变碳原子总数；
③ 思考：若用乙二醇与对苯二甲酸缩聚，得到的是环状还是链状聚合物？为什么？