3.5 课时1 有机合成的主要任务 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

有机合成的主要任务 有机合成的主要任务 第三章 烃的衍生物 作者编号：35011 课堂导入 有关资料报道，宇航员的服装能使太空的人处于加压状态，供给宇航员生命所需的氧气，控制温度和湿度，防止辐射，还要经得起微流星的冲击。宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料，其中多数是有机合成材料。密闭头盔由透明聚碳酸酯组成，密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。宇航服面罩是由碳材料制成的金刚石膜。 作者编号：35011 有机合成历史 作者编号：35011 有机合成的贡献 1965年中国科学家首次用人工方法合成了结晶牛胰岛素 一座年产万吨的合成纤维厂相当于30万亩棉田或250万头绵羊的棉毛产量 合成纤维 一座年产8万吨的合成橡胶厂相当于145万亩橡胶园的年产量 合成橡胶 Robert Burns Woodward Elias James Corey 黄鸣龙 作者编号：35011 课堂导入 阅读教材，回答有机合成有什么意义？ 作者编号：35011 阅读教材，回答有机合成有什么意义？ 新知讲解 ①制备天然有机物，弥补自然资源的不足； ②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美； ③合成自然界中不存在的有机物，满足人们生活需要。 阿司匹林缓释片 隐形眼镜材料 制备的维生素C 作者编号：35011 有机合成的意义 阿司匹林 人工合成 水杨酸 人工合成 缓释阿司匹林 如今世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。 苯甲酸苯甲酯 化妆品香料 最早源自水仙花 自然界不存在的有机物 作者编号：35011 新知讲解 【思考】观察该合成路线，感受有机合成的原料要求及主要任务 原料：简单易得 主要任务：碳骨架的构建和官能团的引入 作者编号：35011 新知讲解 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(优化) 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 酮羰基 使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。 作者编号：35011 新知讲解 有机合成的方法 正合成分析法（正向思维） 逆合成分析法（逆向思维） 1.正合成分析法 从原料出发设计合成路线 简单、易得 碳骨架和官能团等方面的异同的比较 作者编号：35011 思考与讨论 以乙烯为原料，请你设计合成乙酸乙酯的路线。 CH2=CH2 （原料） 中间体1 中间体2 CH3COOCH2CH3（目标产物） CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH 催化剂、△ Cu、△ 中间体3 催化剂、△ 辅助原料 条件 辅助原料 条件 辅助原料 条件 【方法指导】主要任务：碳骨架的构建和官能团的转化 碳骨架的构建主要包含：碳链的增长、碳链的缩短、碳链的成环 作者编号：35011 思考与讨论 （2）目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应 和（1）中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。 步骤少，反应产率更高。 作者编号：35011 思考与讨论 NaOH 水，∆ H2O催化剂 ∆，加压 O2 催化剂∆ 浓硫酸 ∆ C— OC2H5 C— OC2H5 O O COOH COOH CH3CH2OH 中间产物 目标产品 原料 依次倒推： 关键 切断键位置 CH2OH CH2OH CH2Cl CH2Cl CH2=CH2 CH2=CH2 Cl2 以乙烯为原料，请你设计合成乙二酸二乙酯的路线。 作者编号：35011 NaOH 水，∆ CH2OH CH2OH CH2Cl CH2Cl CH2=CH2 Cl2 1）从原料成本的角度考虑 2）从环境保护的角度考虑 3）原子利用率的角度考虑 采用O2和H2O，成本低，污染小 原子利用率100%，符合绿色化学 作者编号：35011 归纳整理 1.构建碳骨架 (1)引入氰基（—CN）的加成反应 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链接在 上。 ①乙烯、乙炔与HCN的加成反应 ②乙醛与HCN的加成反应 CH≡CH + HCN → CH2=CHCN CH2=CH2 + HCN → CH3CH2CN + HCN → CH3CHCN OH ③丙酮与HCN的加成反应 CH3CCH3+ HCN → CH3CCN OH O CH3 O C CH3C—H O δ+ δ- δ+ δ- 作者编号：35011 归纳整理 1.构建碳骨架 ⅰ. —CN通过水解反应可以转化为-COOH C R H OH CH2NH2 C R H OH CN 丙烯腈 CH≡CH CH2=CHCN △ CH2=CHCOOH 丙烯酸 催化剂 ⅱ. —CN通过加氢还原可以引入—CH2NH2 催化剂 催化剂 羟基腈 氨基醇 δ+ δ- 作者编号：35011 思考与讨论 丙烯腈 CH3CHO △ CH3CH(OH)COOH 乳酸 催化剂 OH CH3CHCN 如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH？写出合成路线。 作者编号：35011 归纳整理 1.构建碳骨架 (2)羟醛缩合 醛基邻位C上 的H（α-H） α CH3—C—CH2CHO OH H CH3-CH＝CHCHO＋H2O α α β β CH3-C-H＋CH3CHO O 一定条件下可与醛基 发生加成反应 β-羟基醛 α,β-不饱和醛 受羰基吸电子的影响，具有一定活性 △ δ+ δ- 先加成 后消去 产物易失水，得到α,β-不饱和醛 作者编号：35011 归纳整理 1.构建碳骨架 (3)由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链 + RMgCl —OMgCl R —OH R H+ RMgCl RCl + Mg 作者编号：35011 归纳整理 1.构建碳骨架 (4)加聚反应 (5)酯化反应 (6)分子间脱水 CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O 浓H2SO4 nCH≡CH [ CH=CH2 ] n nCH2=CH2 [ CH2—CH2 ] n C2H5−OH + HO−C2H5 C2H5−O−C2H5 + H2O 140 ℃ 作者编号：35011 三颈烧瓶 恒压滴液漏斗 球形冷凝管 便于液体顺利流下 (冷凝回流) 作者编号：35011 新知讲解 Cl | —Cl —Br Br— —OH HO— 取代反应 消去反应 加成反应 消去反应 加成反应 还原反应 取代反应 作者编号：35011 归纳整理 2.碳链的缩短 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 > 断开碳链 碳链缩短的反应：烷烃的裂化、酯的水解、烯烃或炔烃的氧化以及苯的同系物的氧化等。 作者编号：35011 归纳整理 2.碳链的缩短 (1)烷烃的裂化或裂解 烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。 (2)酯的水解 (3)氧化反应 C8H18 C4H8+C4H10 △ CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH 稀硫酸 ①烯烃 C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R—COOH R' R'' 二H成CO2 ，一H成酸，无H成酮 【思考】乙烯被高锰酸钾氧化，产物是什么？ 作者编号：35011 归纳整理 2.碳链的缩短 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH ②炔烃 ③芳香化合物的侧链 一H成CO2，无H成酸 CH— R R' KMnO4 H＋ HOOC— 氧化条件：苯环直接相连的碳上至少有一个H 作者编号：35011 新知讲解 3.碳链的成环 (1)第尔斯—阿尔德反应 共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。 3 4 6 5 1 2 共轭二烯烃: 含两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃 如：CH2=CH-CH=CH2 COOH △ ＋ COOH 1 2 3 6 5 4 作者编号：35011 新知讲解 (2)形成环酯 【思考】写出2分子CH3CH(OH)COOH形成环酯的化学方程式。 2CH3—CH—C—OH O ═ OH ＋2H2O CH3 O C ═ O O C ═ O CH3 浓硫酸 CH2OH CH2OH — COOH COOH — + 浓硫酸 +2H2O 作者编号：35011 新知讲解 (3)形成环醚 CH2OH CH2OH — + +2H2O HOCH2 HOCH2 — △ O O +H2O △ CH2CH2 OH OH — — CH2—CH2 O 作者编号：35011 新知讲解 1、步骤较少，副反应少，反应产率高； 2、原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒； 3、反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯； 4、污染排放少； 5、在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。 设计合成路线的基本原则 作者编号：35011 引入官能团 官能团 引入方法 碳碳双键 碳卤键 羟基 醛基 羧基 酯基 ①卤代烃的消去　②醇的消去 ③炔烃的不完全加成 ①醇(酚)的取代　 ②烯烃(炔烃)的加成 ③烷烃(苯及苯的同系物)的取代 ①烯烃与水的加成 ②卤代烃的水解 ③醛的还原 ④酯的水解 ①醇的催化氧化　 ②炔烃的加成 ①醇、醛的氧化　②酯、酰胺的水解　③烯烃、芳香烃的氧化 酯化反应 新知讲解 作者编号：35011 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。 官能团的保护 新知讲解 作者编号：35011 随堂练习 1.将 直接氧化能得到 吗？若不能，如何得到？ 不能。因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与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其转变为—OH。 ONa COONa NaOH O2/Cu △ H＋ ONa CH2OH OH CH2OH OH COOH ONa CHO 新制Cu(OH)2 NaOH溶液 △ 作者编号：35011 随堂练习 2.设计方案以CH2==CHCH2OH为原料制备CH2==CHCOOH。 CH2==CHCH2OH CH2ClCH2CH2OH CH2ClCH2COOH 、△ H＋ CH2==CHCOOH 作者编号：35011 随堂练习 3.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 A 作者编号：35011 随堂练习 A. B.CH≡CH C. D. 4.下列物质发生反应不能一步引入醛基的是(已知：当两个羟基连接同一个碳原子时，易脱去一分子水) （ ） A 作者编号：35011 随堂练习 5.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 A 作者编号：35011 随堂练习 A.①② 　　　　B.②③ 　　　　C.③④ 　　　　D.①④ 6.在有机合成中，常需要将官能团消除或增加，下列变化过程中的反应类型及相关产物不合理的是（ ） B 作者编号：35011 随堂练习 7.某药物中间体合成路线如图(部分产物已略去)，下列说法不正确的是 A.步骤①③的目的是保护A中的某官能团 B.A的结构简式为 C.C能发生水解反应 D.第⑤步反应类型为取代反应 B 生成乙酸酯 有-OH 作者编号：35011 随堂练习 8.碳链增长在有机合成中具有重要意义，它是实现由小分子有机物向较大分子有机物转化的主要途径。某同学设计了如下4个反应，其中可以实现碳链增长的是 A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热 B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热 C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热 D.乙烯和H2O的加成反应 A 可增加一个碳原子 作者编号：35011 随堂练习 9.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 作者编号：35011 Lavf58.20.100 $