3.5.1 构建碳骨架 【教学评一体化】 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

第三章　烃的衍生物 容山中学 化学科组 第五节 有机合成 第1课时 碳骨架的构建 主讲人：郭静 目 录 CONTENTS 1 2 有机合成的概念 碳骨架的构建 学习目标 能够理解有机合成的首要任务是构建碳骨架和引入官能团。 熟练掌握常见的碳骨架构建方法。 化妆品香料使用的苯甲酸苯甲酯最早源自水仙花，在自然界原本存在，但含量太低，不能满足人们的需求。 隐形眼镜材料聚甲基丙烯酸羟乙酯，是自然界中原本不存在的有机物。 长效缓释阿司匹林是对自然界中存在的有机物水杨酸进行人工改造而合成的有机物。 新课导入 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。 有机合成的主要任务是什么呢？ 新课导入 任务一 有机合成的概念 一、认识有机合成 1、概念 利用相对简单 易得的原料 具有特定结构和性质的目标分子 有机化学反应 合成 构建碳骨架 引入官能团 碳链的增长 碳链的缩短 成环 碳碳双键 碳碳三键 碳卤键 羟基 醛基 羧基 构建碳骨架 引入官能团 酯基 酰胺基 酮羰基 开环 任务一 有机合成的概念 一、认识有机合成 1、概念 利用相对简单 易得的原料 具有特定结构和性质的目标分子 有机化学反应 合成 构建碳骨架 引入官能团 解题方法 ①对比原料分子和目标分子的碳骨架变化，筛选改变碳骨架的方法，确定最合理的方法 ②联想各类官能团的性质和转化关系，注意多个官能团的连续转化，综合考虑各类官能团之间的转化步骤和顺序 二、碳骨架的构建 1、碳链的增长 任务二 有机合成中碳骨架的构建 引入含碳原子的官能团等方式 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 少于 哪些反应能使碳链增长呢？ （1）与HCN发生加成反应 （2）加聚反应 （3）羟醛缩合反应 （4）酯化反应 （5）分子间脱水反应 任务二 有机合成中碳骨架的构建 1、碳链的增长 ①炔烃与HCN的加成反应 HC CH HCN H2O，H+ 催化剂 H2C CHCN 丙烯腈 H2C CHCOOH 丙烯酸 ②醛、酮与氢氰酸(HCN)的加成反应 C O H R HCN 催化剂 C OH H R CN 羟基腈 C OH H R CH2NH2 氨基醇 C OH H R COOH 羟基酸 H2 催化剂 H2O，H+ 催化剂 增加1个碳原子 （1）与HCN发生加成反应 任务二 有机合成中碳骨架的构建 1、碳链的增长 （2）加聚反应 nCH2＝CH2 [ CH2-CH2 ]n 一定条件下 增加n个碳原子 （3）羟醛缩合反应 δ+ δ- δ+ δ- 加热 O CH3CH H CH2CHO OH- 催化剂 O CH3CH H CH2CHO 3-羟基丁醛 CH3CH CHCHO 2-丁烯醛 巴豆醛 拓展：有α-H的酮、羧酸、酯等均可与醛基发生羟醛缩合反应。 增加2个碳原子 任务二 有机合成中碳骨架的构建 1、碳链的增长 （4）酯化反应 CH3 C O OH C2H5 O H 18 浓硫酸 加热 CH3 C O C2H5 O 18 H2O 乙酸乙酯 增加1~n个碳原子 （5）分子间脱水反应 浓硫酸 140 ℃ H2O CH3CH2 CH2CH3 O 乙醚 CH3CH2 OH CH2CH3 H O ＋ 增加1~n个碳原子 (1)格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应 R X Mg RMgX 无水 乙醚 (X=Cl、Br) 格林尼亚(Grignard)试剂 简称格氏试剂，1900年发现(29岁) 1、碳链的增长 R’—X + RMgX R’—R + MgX2 含n个碳原子的醇 δ+ δ- C O R′ R″ R1MgX 无水乙醚 δ- δ+ C O R′ R1 R″ MgX H2O C O R′ R1 H R″ 知识拓展 (2)由卤代烃增长碳链 (3)卤代烃与NaCN的反应 CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl (4)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） 知识拓展 1、如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH? CH3CHO CH3—CH—CN OH H2O,H＋ △ CH3—CH—COOH OH HCN 催化剂 2、乙烯是化工生产中重要的基础原料，请以乙烯为基本原料合成正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH），写出合成路线。 CH2＝CH2 H2O 催化剂/△ CH3CH2OH Cu/O2 △ CH3CHO CH3—CH—CH2CHO OH - H2O △ CH3—CH＝CHCHO H2 Ni/△ CH3—CH2—CH2—CH2—OH 学习评价 二、碳骨架的构建 2、碳链的缩短 任务二 有机合成中碳骨架的构建 断开碳链等方式 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 多于 哪些反应能使碳链缩短呢？ （1）氧化反应 （2）水解反应 （3）分解反应 （4）脱羧反应 任务二 有机合成中碳骨架的构建 2、碳链的缩短 无氢成酮，一氢成酸，二氢成气(CO2) 碳碳双键被强氧化 碳碳三键被强氧化 无氢成酸，一氢成气(CO2) （1）氧化反应 某些苯的同系物的侧链被强氧化 任务二 有机合成中碳骨架的构建 2、碳链的缩短 （2）水解反应 主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解 CH3COOC2H5＋H2O 稀硫酸 △ CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH 任务二 有机合成中碳骨架的构建 2、碳链的缩短 （3）烷烃的分解反应(烃的裂化、裂解) C16H34 C8H18＋C8H16 高温 隔绝空气 C4H10＋C4H8 C8H18 高温 隔绝空气 （4）脱羧反应 CHCl3＋CO2↑ Cl3CCOOH 加热 CH3COONa＋NaOH 强热 CH4↑＋Na2CO3 R－COONa＋NaOH R－H＋Na2CO3 加热 酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠的碱溶液作用时，脱去羧基生成胺，这是霍夫曼所发现制胺的一种方法。在反应中碳链减少了一个碳原子，所以称为霍夫曼降级反应。 RCONH2 + NaOX + 2NaOH → RNH2 + Na2CO3 + NaX + H2O 利用这个反应，以羧酸为原料可以制备少一个碳原子的第一胺 2、碳链的缩短 （5）Hofmann降级反应 知识拓展 3、下列反应能使碳链缩短的是(　　) ①烯烃被酸性KMnO4溶液氧化　②乙苯被酸性KMnO4溶液氧化　 ③重油裂化为汽油　④CH3COOCH3与NaOH溶液共热　 ⑤炔烃与溴水反应 A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③④ D 学习评价 任务二 有机合成中碳骨架的构建 3、成环 (1)形成环醚 (2)形成环酯类 成环反应 (3)形成环酰胺类 (4)共轭二烯烃加成 任务二 有机合成中碳骨架的构建 3、成环 （1）形成环醚 CH2 CH2 OH OH 一定条件 O H2O CH2 CH2 OH OH CH2 CH2 HO HO 一定条件 CH2 CH2 CH2 CH2 O O 2 H2O 2CH2＝CH2＋O2 催化剂 2 任务二 有机合成中碳骨架的构建 3、成环 （2）形成环酯类 + 浓H2SO4 △ + 2 （3）形成环酰胺类 任务二 有机合成中碳骨架的构建 3、成环 （4）共轭二烯烃加成 Diels-Alder反应 COOH COOH 任务二 有机合成中碳骨架的构建 4、开环 类型一：环酯水解开环 CH2 CH2 CH2 O C O H2O 稀硫酸 加热 CH2 CH2 CH2 O C OH OH 类型二：环烯烃氧化开环 [O] CH2 CH2 O C C OH O OH 酯交换反应 一种酯与一种醇作用生成另一种酯和另一种醇的反应，称为酯交换或酯交换反应，亦称酯的醇解，酯交换是可逆反应，通常需在酸或碱的催化下进行。 2CH3OH O CH2 CHR O C O CH3O OH CH2 CHR OH O C OCH3 知识拓展 4、已知溴乙烷与氰化钠反应后再水解可以得到丙酸： CH3CH2Br CH3CH2CN CH3CH2COOH 产物分子比原化合物分子多了一个碳原子，增长了碳链。请根据以下框图回答问题。 NaCN H2O 图中F分子中含有8个原子组成的环状结构。 (1)反应①②③中属于取代反应的是________(填反应序号)。 ②③ 学习评价 (2)写出结构简式：E__________________，F_______________________ ______________________________。 CH3 CH CH2 HOOC COOH CH3 CH CH COO CH2 CH3 COO CH2 或 CH3 CH CH2 COO CH2 CH3 COO CH 图中F分子中含有8个原子组成的环状结构。 学习评价 5、卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应，可得格氏试剂RMgX，它可与醛、酮等 羰基化合物加成，所得产物经水解可得醇： 其中：R表示烃基，X表示卤原子。这是某些复杂醇的合成方法之一，现欲合成 ，可选用的醛或酮与格氏试剂是（ ） A．HCHO与 B．CH3CH2CHO与CH3CH2MgX C．CH3CHO与CH3CH2MgX D． 与CH3CH2MgX D 学习评价 6、中国科学院上海有机化学研究所人工合成了青蒿素，其部分合成路线如图所示：   下列说法中正确的是（ ） A．“乙→丙”发生了消去反应 B．香茅醛不存在顺反异构现象 C．甲遇浓溴水产生白色沉淀 D．香茅醛可形成分子内氢键 B 学习评价 A．“乙→丙”羟基氧化成了羰基，发生了氧化反应，A错误；B．香茅醛碳碳双键的同一个碳上连了两个甲基，不存在顺反异构现象，B正确；C．甲分子属于醇类，不属于酚类，遇浓溴水不产生白色沉淀，C错误；D．香茅醛中有醛基，醛基中的氧原子可以和其他的-OH等的氢原子之间形成氢键，但不能形成分子内氢键，D错误； 碳链减短 碳链增长 碳骨架的构建 成环/开环 课堂小结 $