3.5 课时2 有机合成路线的设计 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

有机合成路线的设计 有机合成路线的设计 第三章 烃的衍生物 作者编号：35011 课堂导入 苯甲酸苯甲酯（又称苯甲酸苄酯，结构简式为 ）存在于多种植物香精中，可用作香料、食品添加剂等，还可用作塑料、涂料的增塑剂。此外，苯甲酸苯甲酯具有杀灭虱、蚤和疥虫的作用且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疥疮。 对于这样一种有机化合物，你准备通过怎样的合成路线来制备它呢？ 你能以甲苯为主要原料(其它原料及无机试剂任选)， 利用所学的知识设计合成苯甲酸苯甲酯的方案吗？ 作者编号：35011 新知讲解 有机合成的原则： 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 较低成本 较高产率 操作简便 绿色化学 符合事实 作者编号：35011 新知讲解 重要有机化合物之间的转化关系： 烯 炔 卤代烃 醇 醛 羧酸 酰胺 酯 水解 氧化 还原 氧化 酯化 水解 烷 作者编号：35011 思考与讨论 某种医用胶的分子结构为 。某同学以乙烯为起始物，为这种有机化合物设计了如下合成路线。 在上述合成过程中，碳骨架是如何构建的？官能团是如何转化的？ 碳碳双键 羟基 醛基 羧基 引入氯原子 引入酯基 碳链增长 碳链增长 引入碳碳双键 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 1.有机合成的设计方法 (1)正向合成法： 此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是：原料→中间产物→产品。 利用乙烯合成乙酸乙酯 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 设计合成路线的基本原则 (1)合成步骤较少，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。 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 (1)正向合成法： 此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标化合物。 碳骨架和官能团等方面的异同的比较 基础原料 辅助原料 副产物 副产物 中间体 中间体 辅助原料 辅助原料 目标化合物 作者编号：35011 思考交流 Ⅰ.人们最初是通过发酵法由粮食制备乙酸，现在食醋仍主要以这种方式生产，工业上大量使用的乙酸是通过石油化学工业人工合成的。请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，分析该合成过程中官能团的变化。 CH3CHO CH3COOH CH2＝CH2 H2O △/催化剂 CH3CH2OH O2 /Cu △ O2 △/催化剂 Ⅱ.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Ⅰ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。 Ⅰ中合成路线生成CH3COOH的产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于乙烯直接氧化成乙酸的产率70%，因此，合成步骤应尽可能少，以提高产率。 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 (1)正向合成法（又称顺推法） 阅读教材，总结由乙烯制备乙二醇的方法： CH2 CH2 溴水 CH2 CH2 Br Br CH2 CH2 OH OH NaOH水溶液 加热 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 (1)正向合成法（又称顺推法） 思考如何利用乙烯合成乙酸乙酯 CH2=CH2 2个碳变成4个碳 CH3COOCH2CH3 引入羟基、羧基、酯基 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 方案一： 方案二： 方案三： 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 假定合成路线的每一步反应的产率均为70％，计算并比较上述三个方案中的总产率。 方案一：24.01％ 方案二：16.807％ 方案三：34.30％ 尽量减少反应步骤 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 (2)逆向合成分析法 从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路（逆向设计图示） 基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。可以用符号“ ”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。 中间体 基础原料 中间体 目标化合物 断键所 得片段 断键所 得片段 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 逆合成分析法是在设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。解答有机合成题时，首先要正确判断合成的有机物属于哪一类有机物，带有何种官能团，然后结合学过的知识或题给信息，寻找官能团的引入、转化、保护或消去的方法，找出合成目标有机物的关键点。解答这类题时，常用的典型信息有 (1)结构信息——碳骨架、官能团等。 (2)组成信息——相对分子质量、组成基团、元素质量分数等。 (3)反应信息——官能团间的转化关系、结构的转化关系等。 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 (2)逆向合成分析法（又称逆推法） 【思考】如何合成二乙酸乙二酯？ 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 根据上述乙二酸二乙酯的逆向合成路线，写出有关方程式： CH2=CH2 + H2O 催化剂 Δ ，加压 CH3CH2OH 1. CH2=CH2 + Cl2 CH2 CH2 Cl Cl 2. CH2 CH2 Cl Cl + 2NaOH H2O Δ CH2 CH2 OH OH + 2NaCl 3. CH2 CH2 OH OH + 2O2 催化剂 Δ HOOC-COOH + 2H2O 4. HOOC-COOH + 2CH3CH2 OH + 2H2O 催化剂 Δ H5C2OOCCOOC2H5 5. 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 【思考】除教材P89所给的合成路线，你还能想到什么合成路线？ CH2=CH2 直接氧化 加成 水解 酯化 方案一： 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 CH2=CH2 直接氧化 酯化 O2 催化剂，△ H2O 加压，△ 方案二： 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 常见合成路线 一元合成路线 卤代烃 一元醇 一元醛 一元羧酸 酯 HX R CH＝CH2 R CH2CH2 X NaOH水溶液 Δ R CH2CH2 OH [O] R CH2CHO [O] R CH2COOH 浓硫酸 Δ 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 常见合成路线 二元合成路线 二元醇 二元醛 二元羧酸 链酯、环酯、聚酯 X2 CH＝CH2 X CH2CH2 X NaOH水溶液 Δ HO CH2CH2 OH [O] OHC CHO [O] HOOC COOH 浓硫酸 Δ 作者编号：35011 一、有机合成路线的设计 常见合成路线 芳香族化合物合成路线 CH3 CH2Cl CH2OH CHO COOH 芳香酯 光照 Cl2 NaOH水溶液 Δ [O] [O] 浓硫酸 Δ Cl OH Cl2 FeCl3 ② NaOH水溶液 Δ ① 作者编号：35011 交流与讨论 你能以甲苯为主要原料(其它原料及无机试剂任选)，利用所学的知识设计合成苯甲酸苯甲酯的方案吗？ 请你结合设计体会，说说有机合成有机合成路线的设计与实施 作者编号：35011 交流与讨论 用逆合成分析法设计合成路线 分析苯甲酸苯甲酯分子的结构可知苯甲酸苯甲酯为一种酯类化合物。 目标化合物分子 原料分子 作者编号：35011 交流与讨论 利用所学的知识设计合成苯甲酸苯甲酯的方案 作者编号：35011 交流与讨论 利用所学的知识设计合成苯甲酸苯甲酯的方案 作者编号：35011 请你思考哪个路线最佳，为什么？ 交流与讨论 路线②和路线④制备苯甲酸的步骤多、成本较高，而且使用较多的氯气不利于环境保护。 路线③的步骤较少，但所用还原剂 LiAlH4 价格昂贵，要求无水操作，成本高。 作者编号：35011 交流与讨论 请你思考哪个路线最佳，为什么？ 路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯， 是比较合理的实验室合成路线。 作者编号：35011 二、有机合成的应用 有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。迄今为止，人类已知的物质中 95% 以上为有机化合物，而这些有机化合物大多数是由人工合成的。 1.医学：合成有机药物等 2.农业：合成农药等 3.轻工业：合成塑料等 4.重工业：合成橡胶等 5.国防工业：合成爆炸威力大的炸药等。 作者编号：35011 随堂练习 1.由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E的流程如下: (1)请写出下列物质的结构简式。 A　　　　 　　　　　;  B　　　　 　　　　　;  C　　　　 　　　　　;  D　　　　 　　　　　。  (2)写出A水解的化学方程式:　 　　 　 　　　　　　　。   水 ∆ BrCH2—CH2Br+2NaOH HOCH2—CH2OH+2NaBr BrCH2—CH2Br(或ClCH2—CH2Cl等合理即可) (合理即可) HOCH2—CH2OH OHC—CHO HOOC—COOH 作者编号：35011 随堂练习 2、环戊酮( ） 常用作医药、香料、合成橡胶、农药的中间体，其可由环戊烯经三步反应合成： ， 反应1、2和3的反应类型依次是（ ） A.加成反应，取代反应，消去反应 B.加成反应，水解反应，氧化反应 C.取代反应，水解反应，还原反应 D.加成反应，消去反应，氧化反应 B 作者编号：35011 随堂练习 3、绿色化学中原子经济性是指反应物中原子利用率为100%，CO和H2在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料，以CO和H2合成下列物质中，不符合原子经济性要求的是 A.甲醇(CH2OH) B.乙醇(C2H5OH) C.甲醛(HCHO) D.乙酸(CH3COOH) B 作者编号：35011 随堂练习 4、我国自主研发对二甲苯的绿色合成路线示意如图： D 下列说法正确的是 A.过程①发生了取代反应 B.中间产物M的结构简式为 C.利用相同原料、相同原理也能合成邻二甲苯 D.该合成路线理论上碳原子的利用率为100% 作者编号：35011 随堂练习 5、以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是 D 作者编号：35011 随堂练习 6、以环己醇为原料有如下合成路线： A.反应①的反应条件是NaOH溶液、加热 B.反应②的反应类型是取代反应 C.环己醇属于芳香醇 D.反应②中需加入溴水 则下列说法正确的是（ ） D 作者编号：35011 CH2CH2ABCD A.CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2 CH2BrCH2Br乙二醇 B.CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 C.CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br 乙二醇 D.CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 $