3.5 有机合成 第2课时（教学设计）化学人教版选择性必修3

第五节 有机合成 第2课时 有机合成路线的设计与实施 一、知识目标 1.掌握有机合成中引入碳碳双键、碳卤键、羟基、羧基等官能团的方法及相关化学反应方程式。 2.理解官能团的转化关系，明确烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。 3.了解有机合成的原则，学会从基础原料分析合成路线，掌握逆合成分析法的解题方法。 4.熟悉常见有机物的转化关系和常见的有机合成路线，如一元、二元化合物及芳香族化合物的合成路线。 5.掌握有机合成中常见官能团（酚羟基、碳碳双键、氨基、醛基、羟基）的保护方法及原理。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识有机化合物的合成目标和原料，从微观上分析官能团的引入、转化和保护，理解有机合成的本质。 2.证据推理与模型认知：通过对有机合成实例的分析，建立逆合成分析的思维模型，培养逻辑推理和知识迁移能力。 3.科学探究与创新意识：通过对不同有机合成路线的设计和比较，体会实验探究在有机合成中的重要性，培养创新思维。 4.科学态度与社会责任：在有机合成中树立绿色化学理念，关注环保和可持续发展，培养社会责任感。 一、教学重点 有机合成中官能团的引入方法、逆合成分析法、常见有机物的转化关系及有机合成路线。 二、教学难点 有机合成路线的设计、官能团的保护及最佳方案的选择。 本节教学内容源于人教版高中化学选择性必修三《有机化学基础》第三章《烃的衍生物》第五节《有机合成》的第2课时。有机合成是有机化学的核心内容之一，在有机化学学习和研究中具有至关重要的地位。它不仅是对前面所学各类烃的衍生物知识的综合应用，也是后续学习有机化学实际应用的基础，对于发展学生的化学核心素养，提升学生解决实际有机化学问题的能力，具有不可替代的作用。 按照课程标准要求，本节内容聚焦于有机合成路线的设计以及官能团的引入与转化。本课时着重讲解有机合成中的官能团引入方法、有机合成路线的分析与设计，以及常见官能团的保护等内容。教材通过列举多种引入官能团的化学反应实例，如引入碳碳双键、碳卤键、羟基、羧基等的反应，让学生深入理解官能团引入的原理和方法。同时，通过逆合成分析法的示例，引导学生学会从目标化合物出发，逆向推导合成所需的原料和中间体，培养学生的逻辑思维和逆向推理能力。此外，教材还介绍了常见有机物的转化关系和常见的有机合成路线，为学生构建了有机合成的知识体系。 教学对象是高二学生，他们已经学习了各类烃的衍生物的性质和反应，具备了一定的有机化学知识基础。然而，学生对于有机合成的整体认识还比较模糊，缺乏将所学知识综合运用到有机合成中的能力。在思维上，学生正从对单个有机化合物性质的认识向有机化合物之间相互转化和合成的综合思维过渡，需要进一步培养他们的逻辑推理和创新思维能力。 学生在之前的学习中，虽然掌握了一些有机化学反应，但对于如何根据目标分子的结构和性质，选择合适的原料和反应路线进行合成，还存在较大的困难。此外，学生对于官能团的保护意识较为薄弱，在设计有机合成路线时，往往容易忽略官能团之间的相互影响。因此，在教学过程中，教师应注重引导学生将所学的有机化学知识进行整合，通过实例分析和练习，帮助学生掌握有机合成的方法和技巧，培养学生的综合应用能力和创新思维能力。同时，要加强对官能团保护的教学，让学生认识到官能团保护在有机合成中的重要性，提高学生解决实际问题的能力。 教学环节一 课堂导入 【引导学生分享】同学们，在日常生活中，我们会接触到各种各样的有机化合物，像塑料、橡胶、纤维等。那大家能不能说一说，在你们的印象里，有哪些有机化合物在生活中发挥着重要作用呢？（给予学生一些思考和发言时间，鼓励他们分享，比如学生会提到塑料水杯、橡胶轮胎等） 【引入有机合成实例】大家说得都很好，这些有机化合物确实给我们的生活带来了极大的便利。其实，这些有机化合物很多都是通过有机合成得到的。就拿我们常见的药物阿司匹林来说，它是一种历史悠久的解热镇痛药，在1899年开始工业化生产后，就被广泛应用于临床。而阿司匹林的生产过程就是一个典型的有机合成过程，科研人员通过一系列复杂的化学反应，将相对简单易得的原料转化为具有特定结构和性质的阿司匹林分子。那么，在有机合成的过程中，是如何构建碳骨架和引入特定官能团的呢？上节课我们已经了解了部分内容，这节课就让我们继续深入探究有机合成中官能团的引入以及有机合成路线的相关知识。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：以提问学生生活中常见的有机化合物为开场，让学生能够迅速联想到身边的事物，拉近化学与生活的距离，从而激发学生的表达欲望和学习兴趣，积极参与到课堂讨论中来。 2.联系实际应用：通过介绍阿司匹林这一知名药物的有机合成实例，让学生明白有机合成在实际生产和生活中的重要价值，使抽象的有机合成知识变得更加具体和直观，增强学生对学习内容的关注度。 3.引发思考，导入新课：从阿司匹林的有机合成引出本节课要探究的有机合成中官能团引入和有机合成路线的问题，自然地过渡到新课内容，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 有机合成中的官能团的引入 活动一 引入碳碳双键 【引入】同学们，在有机合成路线中，构建碳骨架的同时引入特定的官能团是非常关键的。那我们先来看看如何引入碳碳双键。大家想一想，在之前学过的反应中，有没有哪些反应能产生碳碳双键呢？ 【问题】请同学们思考有哪些方法可以引入碳碳双键，并结合课本和课件上的内容进行总结。【师生活动】 1.教师引导学生回顾之前学过的有机反应，提示学生从醇、卤代烃、炔烃等物质的反应去思考。 2.学生自主思考并阅读课件内容后，进行回答： o醇的消去反应：如 o卤代烃的消去反应：如。 o炔烃的不完全加成反应：如。 3.教师对学生的回答进行评价和补充，强调反应条件和反应的本质。指出醇和卤代烃的消去反应是从分子中脱去小分子，形成不饱和键；炔烃的不完全加成反应是在不饱和键上加上小分子。 【设计意图】通过引导学生回顾旧知识，自主总结引入碳碳双键的方法，培养学生的知识迁移能力和归纳总结能力。 【对应训练1】下列反应中，能引入碳碳双键的是（ ） A. 乙烷与溴蒸气在光照条件下反应 B. 乙醇与浓硫酸共热至 C. 溴丙烷与醇溶液共热 D. 乙烯与溴水反应 【答案】C 【解析】A选项，乙烷与溴蒸气在光照条件下发生取代反应，不能引入碳碳双键；B选项，乙醇与浓硫酸共热至发生分子间脱水生成乙醚，不能引入碳碳双键；C选项，溴丙烷与NaOH醇溶液共热发生消去反应，能引入碳碳双键；D选项，乙烯与溴水反应发生加成反应，是破坏碳碳双键，而不是引入碳碳双键。 【对应训练2】由2−溴丙烷为主要原料制取丙烯时，需要经过的反应为（ ） A. 加成 - 消去B. 消去 - 加成C. 取代 - 消去D. 消去 【答案】D 【解析】2−溴丙烷发生消去反应可直接得到丙烯，反应方程式为。 活动二 引入碳卤键 【引入】在有机合成中，碳卤键也是很重要的官能团。接下来我们探究引入碳卤键的方法。同学们可以结合生活中接触到的含卤素的有机化合物，想想它们可能是通过什么反应得到的。 【问题】请大家总结引入碳卤键的方法有哪些？ 【师生活动】 1.教师提示学生从烃、不饱和烃、醇等不同类型有机物的反应去考虑。 2.学生阅读课件内容，思考后回答： o烃与卤素单质的取代反应：如等。 o不饱和烃的加成反应：如，， ​。 o醇的取代反应：如。 3.教师对学生的回答进行点评，强调不同反应类型的特点和适用范围。如烃的取代反应需要光照或催化剂等条件，不饱和烃的加成反应较为容易进行等。 【设计意图】让学生从不同角度思考引入碳卤键的方法，加深对有机反应类型和官能团引入的理解。 【对应训练1】下列反应能引入碳卤键的是（ ） ①​与在光照下反应 ②乙烯与溴的四氯化碳溶液反应 ③苯与液溴在粉作用下反应 ④乙醇与浓氢溴酸混合共热 A. ①②③B. ②③④C. ①③④D. ①②③④ 【答案】D 【解析】① ​与​在光照下发生取代反应，能引入碳卤键；②乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应，能引入碳卤键；③苯与液溴在粉作用下发生取代反应，能引入碳卤键；④乙醇与浓氢溴酸混合共热发生取代反应，能引入碳卤键。所以①②③④都可以引入碳卤键，答案选D。 【对应训练2】要制取氯乙烷，采用的最佳方法是（ ） A. 乙烷和氯气反应B. 乙烯和氯气反应 C. 乙烯和氯化氢反应D. 乙烷和氯化氢反应 【答案】C 【解析】A选项，乙烷和氯气发生取代反应，会生成多种氯代乙烷的混合物，产率低且难以分离；B选项，乙烯和氯气反应生成1,2 - 二氯乙烷，不能得到氯乙烷；C选项，乙烯和氯化氢发生加成反应，产物只有氯乙烷，产率高且产物纯净；D选项，乙烷和氯化氢不反应。所以最佳方法是C。 活动三 引入羟基 【引入】羟基在有机化合物中具有重要的作用，许多有机化合物的性质都与羟基有关。那我们来看看如何在有机合成中引入羟基。 【问题】请总结引入羟基的方法，并举例说明。 【师生活动】 1.教师引导学生从烯烃、卤代烃、醛或酮、酯等化合物的反应去分析。 2.学生阅读课件后回答： o烯烃与水的加成反应：如。 o卤代烃的水解反应：如。 o醛或酮的还原反应：如。 o酯的水解反应：如，。 3.教师对学生的回答进行总结和强调，指出不同方法的优缺点和应用场景。如烯烃与水加成是工业上制取醇的重要方法，但需要合适的催化剂和条件；卤代烃水解需要在碱性条件下进行等。 【设计意图】通过对引入羟基方法的总结，让学生掌握多种官能团转化的途径，提高学生的有机合成思维能力。 【对应训练1】下列反应中，不能引入羟基的是（ ） A. 乙烯与水反应 B. 溴乙烷与溶液反应 C. 乙醛与氢气反应 D. 乙醇与浓硫酸共热至 【答案】D 【解析】A选项，乙烯与水反应发生加成反应，能引入羟基；B选项，溴乙烷与溶液反应发生水解反应，能引入羟基；C选项，乙醛与氢气反应发生还原反应，能引入羟基；D选项，乙醇与浓硫酸共热至发生消去反应，是消除羟基，而不是引入羟基。所以答案选D。 【对应训练2】由溴乙烷制取乙二醇，依次发生反应的类型是（ ） A. 取代、加成、水解B. 消去、加成、取代C. 水解、消去、加成D. 消去、水解、取代 【答案】B 【解析】溴乙烷先发生消去反应生成乙烯：；乙烯再与溴发生加成反应生成1,2 - 二溴乙烷：；1,2 - 二溴乙烷发生水解反应（取代反应）生成乙二醇：。所以依次发生反应的类型是消去、加成、取代，答案选B。 活动四 引入羧基 【引入】羧基在有机化学中是一种重要的官能团，很多有机化合物的酸性和反应活性都与羧基有关。下面我们来学习引入羧基的方法。 【问题】请同学们总结引入羧基的方法有哪些？ 【师生活动】 1.教师提示学生从氧化反应和水解反应的角度去思考。 2.学生阅读课件内容后回答： o氧化反应：如，，等（规律为无氢成酮，一氢成酸，二氢成气）。 o水解反应：如，。 3.教师对学生的回答进行点评和讲解，强调氧化反应中不同结构的有机物被氧化的产物不同，水解反应的条件和原理。并通过具体例子进一步说明这些反应在有机合成中的应用。 【设计意图】让学生掌握引入羧基的方法，加深对有机氧化反应和水解反应的理解，提高学生的有机合成设计能力。 【对应训练1】下列物质中，不能通过氧化反应直接得到羧基的是（ ） A. 乙醛B. 乙烯C. 乙醇D. 苯甲醇 【答案】B 【解析】A选项，乙醛可以被氧化成乙酸，引入羧基；C选项，乙醇可以被氧化成乙醛，进一步氧化成乙酸，引入羧基；D选项，苯甲醇可以被氧化成苯甲酸，引入羧基；B选项，乙烯氧化一般生成二氧化碳和水，不能直接得到羧基。所以答案选B。 【对应训练2】完成下列转化，能通过一步反应实现的是（ ） A. B. C. D. 以上都能 【答案】D 【解析】A选项，可以通过被氧气氧化或被等强氧化剂氧化一步得到；B选项，可以通过被氧化一步得到；C选项，可以通过与水发生加成反应一步得到。所以以上都能通过一步反应实现，答案选D。 教学任务二 有机合成路线 活动一 有机合成的原则 【引入】在进行有机合成时，我们不能盲目地进行反应，需要遵循一定的原则。那这些原则是什么呢？下面我们一起来探讨。 【问题】请同学们阅读课件内容，思考有机合成需要遵循哪些原则？ 【师生活动】 1.学生自主阅读课件中关于有机合成原则的内容，然后思考并回答：利用相对简单易得的原料，通过有机化学反应合成具有特定结构和性质的目标分子，要构建碳骨架、引入官能团，同时要做到较低成本、较高产率、操作简便、符合绿色化学要求、符合事实等。 2.教师对学生的回答进行总结和强调，解释每个原则的重要性。例如，较低成本和较高产率可以提高经济效益；操作简便可以降低实验难度和安全风险；符合绿色化学要求可以减少对环境的污染等。并通过一些实际的有机合成案例进一步说明这些原则的应用。 【设计意图】让学生明确有机合成的原则，培养学生在有机合成中考虑经济、环保、操作等多方面因素的意识。 【对应训练1】下列关于有机合成的说法中，错误的是（ ） A. 有机合成的原料通常是相对简单易得的物质 B. 有机合成的目标是合成具有特定结构和性质的化合物 C. 有机合成只需要考虑产率，不需要考虑成本和环保问题 D. 有机合成需要构建碳骨架和引入官能团 【答案】C 【解析】A选项，有机合成通常从相对简单易得的原料出发，该说法正确；B选项，有机合成的目标就是合成具有特定结构和性质的化合物，该说法正确；C选项，有机合成不仅要考虑产率，还要考虑成本、环保、操作等多方面问题，所以该说法错误；D选项，有机合成需要构建碳骨架和引入官能团，这是有机合成的关键步骤，该说法正确。所以答案选C。 【对应训练2】在有机合成中，下列说法不符合绿色化学要求的是（ ） A. 尽量减少副反应的发生 B. 采用无毒无害的原料 C. 提高原子利用率 D. 大量使用有机溶剂 【答案】D 【解析】绿色化学要求尽量减少副反应，采用无毒无害的原料，提高原子利用率等。而大量使用有机溶剂可能会造成环境污染，不符合绿色化学要求。所以答案选D。 活动二 从基础原料分析合成路线 【引入】知道了有机合成的原则后，我们来学习如何从基础原料出发分析合成路线。这就像是我们要从一个起点到达一个目的地，需要规划好路线一样。 【问题】请同学们观察课件中从基础原料到目标化合物的合成路线示意图，思考如何从基础原料出发设计合成路线？ 【师生活动】 1.教师引导学生观察课件中基础原料、中间体和目标化合物的关系，以及辅助原料的作用。 2.学生思考后回答：要先确定基础原料和目标化合物，然后寻找合适的中间体，通过有机反应将基础原料逐步转化为中间体，最终得到目标化合物，同时要合理使用辅助原料。 3.教师对学生的回答进行肯定和补充，强调在设计合成路线时要考虑反应的可行性、产率、成本等因素。可以通过一些具体的例子，如乙醇合成乙酸乙酯的路线分析，进一步讲解如何从基础原料分析合成路线。 【设计意图】培养学生从基础原料出发设计有机合成路线的能力，提高学生的逻辑思维和规划能力。 【对应训练1】以乙烯为基础原料合成乙酸乙酯，下列合成路线合理的是（ ） A. 乙烯→乙醇→乙酸→乙酸乙酯 B. 乙烯→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 C. 乙烯→乙醇→乙酸→乙醇→乙酸乙酯 D. 乙烯→乙醛→乙酸→乙醛→乙酸乙酯 【答案】A 【解析】乙烯与水加成生成乙醇，乙醇氧化生成乙酸，乙醇和乙酸发生酯化反应生成乙酸乙酯，这条路线合理且步骤简单。B选项虽然也能合成乙酸乙酯，但步骤相对复杂；C选项中重复出现乙醇，路线不合理；D选项中重复出现乙醛，路线不合理。所以答案选A。 【对应训练2】从基础原料甲烷合成乙酸，下列步骤合理的是（ ） A. 甲烷→一氯甲烷→甲醇→甲醛→甲酸→乙酸 B. 甲烷→二氯甲烷→乙醇→乙酸 C. 甲烷→氯仿→乙醛→乙酸 D. 甲烷→四氯化碳→乙酸 【答案】A 【解析】A选项，甲烷发生取代反应生成一氯甲烷，一氯甲烷水解生成甲醇，甲醇氧化生成甲醛，甲醛氧化生成甲酸，甲酸进一步氧化或与甲醇发生反应等可以生成乙酸，步骤合理；B选项，二氯甲烷水解不能直接得到乙醇；C选项，氯仿无法直接转化为乙醛；D选项，四氯化碳无法直接转化为乙酸。所以答案选A。 第五节 有机合成 第2课时 有机合成路线的设计与实施 一、有机合成中的官能团的引入 1.引入碳碳双键 o醇的消去反应 o卤代烃的消去反应 o炔烃的不完全加成反应 2.引入碳卤键 o烃与卤素单质的取代反应 o不饱和烃的加成反应 o醇的取代反应 3.引入羟基 o烯烃与水的加成反应 o卤代烃的水解反应 o醛或酮的还原反应 o酯的水解反应 4.引入羧基 o氧化反应 o水解反应 5.官能团的转化 二、有机合成路线 1.有机合成的原则 o利用简单易得原料 o构建碳骨架，引入官能团 o低成本、高产率、操作简便、绿色化学 2.分析方法 o从基础原料分析合成路线 o逆合成分析法 观察目标分子结构 逆推原料分子，设计路线 优选合成路线 3.最佳方案的选择 o步骤少、副反应少、产率高 o毒性低、条件温和、原料易得 o操作简便、易于分离、污染小 4.常见有机物的转化关系 o烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯等的相互转化 5.常见的有机合成路线 o一元化合物合成路线 o二元化合物合成路线 o芳香族化合物合成路线 6.有机合成中常见官能团的保护 o酚羟基的保护 o碳碳双键的保护 o氨基的保护 o醛基的保护 o羟基的保护 1．有机物M的一种合成路线如图所示。下列说法错误的是 A．反应I是加成反应，反应II是取代反应 B．反应II的条件是溶液，△ C．C→M反应的原子利用率为100% D．X中不含手性碳原子 【答案】C 【分析】 由合成路线推得乙烯与溴水发生加成反应生成A： ，A在溶液，加热条件下水解（取代）生成B：，B发生催化氧化生成C为，X为，C与X反应生成M和水。 【解析】A．由分析得出反应I是加成反应，反应II是取代反应，A正确； B．反应II是卤代烃的水解，条件是溶液，△，B正确； C．C→M反应除了生成M，产物还有水，C错误； D．X的结构简式中杂化的碳原子周围两个基团相同，没有手性，故X无手性碳原子，D正确； 故答案选C。 2．有机物可经过多步反应转变为，其各步反应的反应类型是 A．加成消去取代 B．取代消去加成 C．加成消去加成 D．消去加成消去 【答案】D 【解析】 可先发生消去反应生成CH2=C(CH3)CHO，再发生加成反应生成CH3CH(CH3)CH2OH，然后发生消去反应，可生成，则反应类型分别为消去-加成-消去，故选D。 3．Y是一种人工合成的多肽，其合成路线如图。下列说法错误的是 A．E中存在官能团酰胺基和氨基 B．F和G生成X时，原子利用率为100% C．Y水解可得到E和G D．Y的合成过程中进行了官能团保护 【答案】C 【分析】E与(CH3)3CCOOH在一定条件下发生取代反应生成F，F与G在催化剂作用下发生聚合反应生成X，X在一定条件下发生水解反应生成Y和(CH3)3CCOOH。 【解析】A．从流程图中可以看出，E中存在的官能团有酰胺基和氨基，A正确； B．F和G发生加成聚合反应，只生成X一种产物，原子利用率为100%，B正确； C．Y水解时，可得到E和G的水解产物(酰胺基水解生成-COOH和-NH2)，得不到E和G，C错误； D．Y的合成过程中，使用(CH3)3CCOOH进行E中-NH2的保护，然后再水解释放出-NH2和(CH3)3CCOOH，D正确； 故选C。 4．聚酰胺(PA)具有良好的力学性能，一种合成路线如图所示。下列说法正确的是 A．PA可通过水解反应重新生成Z B．①和②的反应类型都是取代反应 C．该合成路线中甲醇可循环使用 D．1 mol PA最多与(2n＋1)mol NaOH反应 【答案】C 【分析】 Z和 发生缩聚反应生成PA，结合Z的分子式知，Z为 ，根据Y、Z的分子式知，Y和甲醇发生酯化反应生成Z，则Y为 ，X发生消去反应、取代反应生成Y。 【解析】 A．根据PA的结构简式知，PA水解生成 ， 和甲醇发生酯化反应得到Z，所以不能直接得到Z，故A错误； B．由分析可知，X发生消去反应、取代反应生成Y，Y和甲醇发生酯化反应生成Z，故B错误； C．Y生成Z消耗甲醇，Z生成PA生成甲醇，所以甲醇能循环利用，故C正确； D．PA中含有(2n-1)个肽键和1个酯基，1 mol PA最多与2nmol NaOH反应，故D错误； 故选C。 5．生活因有机而多姿多彩，化合物M是合成镇静类药物氯硝西泮(N)的关键前体，制取N的部分流程如下。下列说法错误的是 A．Q分子中含有2种含氧官能团 B．从M到Q的反应为取代反应 C．Q分子中所有原子可能在同一平面 D．P→M引入硝基时需要“一系列反应Ⅰ”的目的是防止氨基被氧化 【答案】C 【解析】A．结合Q的结构简式可知，其中含有硝基、羰基两种含氧官能团，A正确； B．由图可知，M到Q发生的反应为与发生取代反应生成和氯化氢，B正确； C．由结构简式可知，Q分子中氨基氮原子的杂化方式为sp3杂化，—NH2和与该氮直接相连的碳原子的空间构型为三角锥形，则Q分子中所有原子不可能在同一平面，C错误； D．P分子中的氨基具有还原性，与浓硝酸和浓硫酸的混酸发生硝化反应时易被氧化，所以P→M引入硝基时需要“一系列反应Ⅰ”防止氨基被氧化，D正确； 故选C。 在本次教学中，通过对有机合成中官能团引入和合成路线的讲解，学生对有机合成有了更深入的理解。在官能团引入部分，结合具体反应方程式，学生能较好掌握引入方法。逆合成分析法的讲解，通过实例分析，学生初步学会运用该方法设计合成路线。 然而，教学中也存在一些不足。部分学生对复杂的反应机理理解困难，在讲解复杂有机化合物的合成时，学生反应较慢。在今后教学中，应多结合生活实例和实际应用，增强学生学习兴趣。同时，加强对学生的引导，帮助他们建立有机合成的思维体系，提高解决问题的能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $