3.5.1 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

第三章 烃的衍生物 第五节 有机合成 第1课时 人教版化学选择性必修3 创设情境 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。 2 认识有机合成 任务一 有机合成的主要任务 有机合成：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。 有机合成的任务：对目标化合物分子骨架的构建和官能团的转化和引入。 4 1.碳链增长 构建碳骨架的方式有：碳链的增长和缩短，成环和开环。 ① 炔烃、醛、酮与HCN的加成反应 ②醛（或酮）与HCN的加成反应 丙烯腈 CH3CHO △ CH3CH(OH)COOH 乳酸 催化剂 CH3CHCN OH 【思考】如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH？写出合成路线 ③羟醛缩合反应 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- O CH3CH H CH2CHO OH- 催化剂 δ- O CH3CH-CH2CHO H 3-羟基丁醛 加热 CH3CH=CHCHO 2-丁烯醛 醛基邻位C上的H（α-H） α α β α β 【学习评价】 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），写出有关反应的化学方程式。 已知： 解析： ④ 加聚反应 ⑤ 酯化反应 ⑥ 分子间脱水 nCH≡CH [ CH=CH2 ] n 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) 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″ ⑦由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链 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 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 通过氧化反应等使烃分子链缩短,如烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被高锰酸钾溶液氧化。 (2)酯的水解 CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH 稀硫酸 (3)烷烃的裂化或裂解 C8H18 C4H8+C4H10 △ 3.碳链成环 共轭二烯烃(含有两个碳碳双键,且两个双键被一个单键隔开的烯烃,如1,3­丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯­阿-尔德反应,得到环加成产物,构建了环状碳骨架。 ①第尔斯-阿尔德反应 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 ③形成环醚 CH2OH CH2OH — + +2H2O HOCH2 HOCH2 — △ O O + H2O △ CH2CH2 OH OH — — CH2—CH2 O 【归纳总结】 【思考】如何以CH3CH2Br为原料制备 ？ CHO CHO — NaOH水溶液 △ CH3CH2Br NaOH醇溶液 △ CH2=CH2 Br2 CH2Br CH2Br — CH2OH CH2OH — [O] CHO CHO — 【方法指导】在有机合成中有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等 有机化学反应,可以实现有机化合物类别的转化,并引入目标官能团。 任务二 引入官能团 【构建体系】将“烃、不饱和烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯”构建网络,建立关联 【构建体系】完成下表填写, 指出各类物质能发生的化学反应类型。 名称 官能团 主要化学性质 烷烃 ------------- 烯烃 炔烃 芳香烃 ------------- 卤代烃 —X 醇 -OH 酚 -OH 醛 -CHO 酮 羧酸 -COOH 酯 -COOR 燃烧氧化 、取代、裂化 氧化、加成、加聚 氧化、加成、加聚 氧化、取代、加成 水解、消去 取代、消去、氧化 弱酸性、取代、显色、氧化 加成、氧化、聚合 加成 酸性、酯化 水解 （1）引入碳碳双键 ①醇的消去反应 CH3CH2OH CH2= CH2↑＋H2O ②卤代烃的消去反应 CH3CH2Br＋NaOH CH2= CH2↑＋NaBr＋H2O ③炔烃的不完全加成 CH≡CH + H2 CH2=CH2 催化剂 △ （2）引入碳卤键 ③醇的取代 ②烯烃（或炔烃）的加成 ①烷烃（或苯及苯的同系物）的取代 CH3CH2Cl +HCl CH3CH3+Cl2 光照 CH2=CH2 +Br2→CH2BrCH2Br C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O △ CH≡CH＋HCl 催化剂 △ CH2=CHCl ④烯烃中α-H的取代反应 CH2=CHCH3+ Cl2 CH2=CHCH2Cl+HCl （3）引入羟基 ①烯烃与水的加成 ②卤代烃的水解 ④酯的水解 ③醛、酮的还原 CH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH + NaBr H2O △ CH3CHO + H2 CH3CH2OH 催化剂 △ CH3COOC2H5 +NaOH CH3COONa + C2H5OH △ CH2=CH2 + H-OH CH3CH2OH 催化剂 △ CH3—C—CH3+ H2 CH3 —CH—CH3 O = OH — （4）引入醛基 ①醇的氧化反应 2CH3CH2OH＋O2 2CH3CHO＋2H2O CH≡CH＋H2O CH3CHO ②炔烃的加成反应 （5）引入羧基 ①醛的氧化反应 2CH3CHO +O2 2CH3COOH 催化剂 △ ②酯、酰胺的水解反应 CH3COOC2H5 +H2O CH3COOH + C2H5OH 稀H2SO4 △ ③ 醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 ④ 某些烯烃、炔烃、芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应 （6）引入酯基 CH3COOH + HOCH2 CH3 +H2O CH3COOCH2 CH3 任务三 官能团的转化 （1）官能团种类变化 （2）官能团数目变化 （3）官能团位置变化 【学习评价】 P90练习与应用第3题 1.可在有机物中引入醇羟基的反应类型有(　　 ) ①取代　 ②加成　 ③消去　 ④酯化　 ⑤氧化　 ⑥还原 A. ①②⑥ B. ①②⑤⑥ C. ①④⑤⑥ D. ①②③⑥ A 【思考】将 直接氧化能得到 吗？若不能，如何得到？ 不能！因为酚羟基易被氧化。 官能团的保护 任务四 官能团的保护 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,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。 1.羟基的保护 ①将醇羟基转化为醚键, 反应结束后再脱除起保护作用的基团(保护基),恢复羟基。 酚羟基易被氧化,故在加入氧化剂之前把-OH先转化为-ONa(或 -OCH3),将其保护起来,待其它基被氧化后,再酸化使其复原为-OH 方法1： 方法2： 例:用甲苯合成对羟基苯甲酸乙酯的路线如下,其中③的目的是保护酚羟基,使其不被氧化。 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。 碳碳双键也易被O3、H2O2、酸性KMnO4溶液等氧化,在氧化其它基团前,可以利用其与HCl、H2O等加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应将其复原为碳碳双键。 2.碳碳双键的保护 C＝C ＋HX —C—C— X H NaOH/醇 △ C＝C C＝C ＋HX —C—C— X H NaOH/醇 △ C＝C 先通过取代反应使-NH2转化为酰胺基, 待氧化或转化其它基团后, 再通过酰胺基的水解反应转化复原为-NH2 3.氨基(-NH2)的保护 氨基易被O2、O3、H2O2、酸性KMnO4(aq)等氧化 CH3 浓硝酸 浓硫酸,加热 CH3 NO2 KMnO4/H＋ COOH NO2 Fe/HCl COOH NH2 ① 取代反应 ② 氧化反应 ③ 还原反应 以甲苯（ ）为原料如何合成 ？ CH3 COOH H2N 4.醛基的保护 醛基具有还原性,易被银氨溶液等弱氧化剂氧化,将其转化为羟基进行保护 1.将 直接氧化能得到 ？若不能, 如何得到？ 不能！因为酚羟基易被氧化 注意: 引入或转化官能团时,必要时需要对有些官能团先保护。 2.以HOCH2-CH=CH-CH2OH为原料合成HOOC-CH=CH-COOH的路线为 HOCH2-CH=CH-CH2OH HOCH2-CHCl-CH2-CH2OH HOOC-CHCl-CH2-COOH HOOC-CH=CH-COOH A B C 问:设计A、B两步的目的是什么？ 防止碳碳双键被氧化 $