3.5 有机合成 第1课时（教学课件）化学人教版选择性必修3

第三章　烃的衍生物 第五节 有机合成 第1课时 有机合成的主要任务 人教版选择性必修3 有机合成中的碳骨架的构建 2 有机合成的概念 1 知识导航 1. 理解有机合成的概念，明确有机合成的主要任务是构建碳骨架和引入官能团。 3. 学会运用有机合成的解题方法，对比原料和目标分子的碳骨架变化，筛选合适的反应方法，综合考虑官能团的转化步骤和顺序。 2. 掌握有机合成中碳骨架构建的方法，包括碳链的增长、缩短、成环和开环等，并能写出相关反应方程式。 明·学习目标 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 引·新课导入 01 有机合成的概念 有机合成的主要任务是什么呢? 探·知识奥秘 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 有机合成 有机合成的概念 探·知识奥秘 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 有机合成 有机合成的概念 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 探·知识奥秘 02 有机合成中的碳骨架的构建 少于 引入含碳原子的官能团等方式 原料分子中 的碳原子数 目标分子中 的碳原子数 氧化反应等方式 多于 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 探·知识奥秘 类型一：增加1个碳原子 与HCN的加成、RX与NaCN作用 HC CH HCN H2O，H+ 催化剂 H2C CHCN 丙烯腈 H2C CHCOOH 丙烯酸 CH3CH2Cl NaCN CH3CH2CN 丙腈 H2O，H+ 催化剂 CH3CH2COOH 丙酸 腈化反应 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 探·知识奥秘 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 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型一：增加1个碳原子 醛、酮与氢氰酸(HCN)的加成反应 探·知识奥秘 具有α-H的醛，在碱催化下与另一分子的醛或酮进行亲核加成，生成β-羟基醛，β-羟基醛可以受热脱水生成α，β-不饱和醛。 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 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型二：增加两个碳原子 羟醛缩合反应 探·知识奥秘 【例1】完成下列羟醛缩合反应方程式的书写 H C O H C O CH R H OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H H C O C H R H C H C O C R H C O H H C O CH R H OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H H H C O C H R H C H H C O C R 析·典型范例 卤代烃与炔钠的反应 2CH3C CH＋2Na 液氨 2CH3C CNa＋H2 CH3C CCH2CH3＋NaCl CH3C CNa＋CH3CH2Cl 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型二：增加两个碳原子 探·知识奥秘 【例1】由C6H5CH=CH2合成C6H5CH2CH2CH2CH2CH3 C6H5CH2CH2CH2CH2CH3 C6H5CH=CH2 Br2 C6H5CH-CH2 Br Br 碱 C6H5C CH NaNH2 NH3(l) C6H5C CNa CH3CH2CH2Br C6H5C CCH2CH2CH3 H2，Pt 析·典型范例 浓硫酸 140 ℃ CH3 CH2 OH CH3 CH2 O H H2O CH3 CH2 CH3 CH2 O 乙醚 分子间脱水 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型二：增加两个碳原子 探·知识奥秘 CH3 C O OH C2H5 O H 18 浓硫酸 加热 CH3 C O C2H5 O 18 H2O 乙酸乙酯 酯化反应 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型二：增加两个碳原子 探·知识奥秘 催化剂 n H2C C C CH2 H H n [ ] H2C C C CH2 H H 聚1，3-丁二烯 加聚反应 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型三：增加n个碳原子 探·知识奥秘 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″ ①R′＝R″＝H(甲醛)，产物：_______________ ②其他醛，产物：__________________________ RCH2OH 伯醇 ③酮，产物：_______________ R′－CH(R″) － OH 仲醇 RR′R″COH 叔醇 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) 与格式试剂的加成反应 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的增长 类型三：增加n个碳原子 探·知识奥秘 【例1】由3个碳原子以下化合物合成2，2-二甲基戊酸 (通过格氏试剂来合成) O MgBr O MgBr H2O O H HBr Br Mg BrMg CO2 H2O COOH RMgX+CO2 RCOOMgX RCOOH+Mg(OH)X H2O 已知： 析·典型范例 类型一：脱羧反应 CHCl3＋CO2↑ Cl3CCOOH 加热 CH3COONa＋NaOH 强热 CH4↑＋Na2CO3 R—COONa＋NaOH R—H＋Na2CO3 加热 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型二：氧化反应 R′ R″ C CH R KMnO4 H+ R′ R″ C O RCOOH R—CH==CH2 RCOOH＋CO2↑ KMnO4 H+ 无氢成酮 一氢成酸 二氢成气(CO2) R—C≡CH RCOOH KMnO4 H+ 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型二：氧化反应 CH2 CH3 KMnO4 H+ COOH CH R′ R KMnO4 H+ COOH 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型三：水解反应 主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解 ①乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解 ②乙酸乙酯在氢氧化钠存在下水解 CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O 稀硫酸 CH3COONa＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型四：烃的裂化或裂解反应 C16H34 C8H18＋C8H16 高温 C4H10＋C4H8 C8H18 高温 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型五：Hofmann降级反应 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 有机合成中的碳骨架的构建 碳链的缩短 探·知识奥秘 类型一：分子间酯化反应 浓硫酸 加热 CH2 O H CH2 O H C O OH C OH O 形成环状酯 2H2O CH2 O CH2 O C O C O 有机合成中的碳骨架的构建 成环 探·知识奥秘 类型一：分子间酯化反应 乳酸 (2-羟基丙酸) 浓硫酸 加热 H3C OH O OH CH3 OH O OH 2H2O H3C O O CH3 O O ①两分子酯化 有机合成中的碳骨架的构建 成环 探·知识奥秘 类型二：分子内酯化反应 ②羟基酸分子内脱水生成酯 CH3 CH OH O C OH 浓硫酸 加热 CH3 CH O O C H2O CH2 CH2 CH2 O C OH OH 浓硫酸 加热 H2O H2C C H2 O O H2C 有机合成中的碳骨架的构建 成环 探·知识奥秘 类型三：Diels-Alder反应 含活泼双键的化合物(亲双烯体)与含共轭双键的化合物(双烯体)之间发生1，4-加成生成六元环状化合物的反应，称为Diels-Alder反应，也称双烯合成 COOH COOH 有机合成中的碳骨架的构建 成环 探·知识奥秘 类型四：形成环醚 CH2 CH2 OH OH 一定条件 O H2O 有机合成中的碳骨架的构建 成环 探·知识奥秘 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 有机合成中的碳骨架的构建 开环 探·知识奥秘 类型二：环烯烃氧化开环 [O] CH2 CH2 O C C OH O OH 有机合成中的碳骨架的构建 开环 探·知识奥秘 【例1】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。 析·典型范例 (1)反应①②③中属于取代反应的是________(填反应序号)。 (2)写出结构简式：E__________________，F_______________________ ______________________________。 ②③ CH3 CH CH2 HOOC COOH CH3 CH CH COO CH2 CH3 COO CH2 或 CH3 CH CH2 COO CH2 CH3 COO CH 析·典型范例 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 酯交换反应 迁·拓展延伸 1．下列反应中碳链缩短的是 A．乙醛自身的羟醛缩合反应 B．无水醋酸钠与碱石灰的反应 C．乙醛和银氨溶液的反应 D．溴乙烷和氰化钠的反应 【答案】B 练·技能实战 2．已知双烯合成( )是重要的环化反应，则根据该原理，合成 的物质不可能是 【答案】B A． 和 B． 和 C． 和 D． 和 练·技能实战 3．已知醛或酮可与格氏试剂(RMgX)发生加成反应，所得产物经水解可得醇如图所示： (这里R、R′、R″表示烃基可以相同也可以不同，X代表卤素原子，下同) 若用此种方法制取2-甲基-2-丁醇，可选用的醛或酮与格氏试剂是 【答案】A A．CH3COCH2CH3与CH3MgX B．CH3CH2CH2CHO与CH3MgX C．丙酮与CH3MgX D．乙醛与(CH3)2CHMgX 练·技能实战 4．丙酮可缩合得到α和β异佛尔酮，转化关系如图。升高温度，反应β⇌α的平衡常数减小。下列说法错误的是 【答案】B A．ΔH1<ΔH2 B．合成温度越高，α产率越高 C．分馏α、β混合物时， β先蒸出 D．推测缩合存在中间产物 练·技能实战 5．卤代烃能够发生下列反应：2CH3CH2Br＋2Na→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr，下列有机物可以与钠反应合成环戊烷的是 【答案】A A．BrCH2CH2CH2CH2CH2Br B． C． D．CH3CH2CH2CH2Br 练·技能实战 第五节 有机合成 第1课时 有机合成 构建碳骨架 概念 解题方法 碳链的增长 碳链的缩短 成环 开环 理·核心要点 感谢 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