3.1.1有机合成的关键—碳骨架的构建和官能团的引入课件-2025-2026学年高二下学期化学鲁科版选择性必修3

该高中化学课件聚焦有机合成核心，围绕碳骨架构建（增长、缩短、成环）与官能团引入展开，通过维勒合成尿素历史案例及有机合成应用实例导入，引导学生思考合成关键问题，搭建从基础反应到路线设计的学习支架。 其亮点在于以具体反应（如HCN加成、羟醛缩合）和合成流程图为载体，结合科学思维的证据推理（通过反应式分析碳链变化）与科学探究的问题解决（如设计乳酸合成路线），帮助学生形成物质转化观念。学生能深化对有机合成逻辑的理解，教师可借助结构化内容提升教学效率。

有机合成的关键 —碳骨架的构建和官能团的引入 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 自 1828 年德国化学家维勒人工合成尿素以来，人类运用有机化学手段合成出许许多多自然界中存在的物质，也创造性地合成出许许多多自然界中并不存在的物质。有机合成的产物被广泛地应用于工业、农业、国防、医药卫生等各个领域。 你可曾体会到有机合成的重要性？你思考过合成有机化合物需要解决哪些问题吗？ 阿司匹林缓释片 隐形眼镜材料 制备的维生素C 有机合成路线设计的核心：在进行合成工作时，首先要进行合成路线设计，其核心在于构建目标化合物分子的碳骨架，引人所必需的官能团;然后根据可行的合成路线和步骤合成样品，并对其进行分离纯化;最后对纯化了的样品进行结构测定，试验其性质或功能。如果制得了所需要的有机化合物，就可进行大量合成;否则，需要审查原来的合成路线并予以改进或重新设计。 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。 一、构建碳骨架 1.碳链的增长 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 少于 引入含碳原子的官能团 (1)与HCN发生加成反应 (2)羟醛缩合反应 (3)加聚反应 (4)酯化反应 (5)分子间脱水反应 （1） 卤代烃的取代反应就可用于增长碳链。例如: （2）与HCN发生加成反应 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- 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。 （3）羟醛缩合反应 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 (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 ℃ 一、构建碳骨架 2.碳链的缩短 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 多于 断开碳链 (1)烷烃的分解反应 (2)酯的水解 (3)与KnMnO4发生氧化反应 (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？ 2.碳链的缩短 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 3.碳链的成环 (1)共轭二烯烃加成 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 (2)合成环酯 【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 有机合成的主要任务---构建碳骨架 碳链的增长 碳链的缩短 碳链的成环 (1)与HCN发生加成反应 (2)羟醛缩合反应 (3)加聚反应 (4)酯化反应 (5)分子间脱水反应 (1)烷烃的分解反应 (2)酯的水解 (3)与KnMnO4发生 氧化反应 (1)共轭二烯烃加成 (2)合成环酯 常见官能团的性质 官能团 结 构 性 质 碳碳双键 碳碳三键 苯 环 羟 基 醛 基 羧 基 酯 基 加成、氧化 加成、氧化 加成、取代 消去、氧化、取代、酯化 氧化、还原 中和、酯化 水解 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 二、引入官能团 官能团的消除 加成反应 ①消除不饱和键 ②消除羟基 取代、消去、酯化、氧化 ③消除醛基、酮羰基 加成、氧化 ④消除碳卤键 消去、水解 ⑤消除酯基、酰胺基 水解 官能团的转化 炔 烯 烷 醛 H2加成 X2取代 水解 氧化 氧化 还原(+H2) HX取代 烃及烃的衍生物之间的相互转化关系 HX、X2 加成 消去（-HX） HX、X2 加成 消去（-H2O） H2O加成（水化） 醇 卤代烃 羧酸 H2加成 酯 官能团的转化 增加官能团个数 R-CH2-CH2OH R-CH=CH2 CH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 改变官能团位置 消去 与X2加成 水解 消去 加成 官能团的保护 含有多个官能团的有机物在进行反应时，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。如—OH保护过程： 因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH，其过程表示为 酚羟基的保护 OCH3 COOH OH COOH CH3I KMnO4/H＋ H＋ OH CH3 OCH3 CH3 因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH，其过程表示为 ONa COOH OH COOH NaOH KMnO4/H＋ H＋ ONa CH3 OH CH3 酚羟基的保护 碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。 ＋ HX NaOH/醇 △ 碳碳双键的保护 官能团的转化在有机合成中极为常见，可以通过取代、消去、加成以及氧化、还原等反应来实现。图3-1-4表示的是以乙烯为起始物，通过一系列化学 反应实现某些官能团之间的相互转化。 B 1.下列反应可以在烃分子中引入卤素原子的是(　　) A．苯和溴水共热 B．光照甲苯与溴的蒸气 C．溴乙烷与KOH溶液共热 D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热 2.下列反应中，引入羟基官能团的是( )　　 【提示】引入羟基的方法：①烯烃与水的加成；②卤代烃的水解； ③酯的水解；④醛的还原。 B 3.判断在一定条件下，通过反应既能引入碳碳双键，又能引入羟基的是(　　) B 4.下列反应不能使碳链缩短的是（ ） A.裂化石油制取汽油 B.持续加热无水醋酸钠与碱石灰的混合物 C.氯乙烷与氰酸钠反应 D.烯烃与酸性高锰酸钾溶液反应 C 5.如图表示4-溴-1-环己醇所发生的4个不同反应。其中产物只含有一种官能团的反应是(　　) A．②③ B．①④ C．①②④ D．①②③④ A $