3.5.1 构建碳骨架课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

该高中化学课件聚焦“构建碳骨架”核心内容，涵盖碳链增长、缩短、成环及开环等方法。通过生活合成材料实例与问题探讨导入，衔接烃的衍生物知识，搭建从已知到有机合成方法的学习支架。 其亮点是以科学思维中的证据推理和模型建构为核心，结合羟醛缩合、格氏试剂等具体反应及合成正丁醇等随堂检测，培养学生问题解决能力。既帮助学生深化有机合成逻辑，也为教师提供系统教学资源与实践方法。

人教版2019 高二 第五节 有机合成 第1课时：构建碳骨架 第三章 烃的衍生物 日常生活中有哪些材料是有机合成材料？ 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 化妆品香料： 苯甲酸苯甲酯 隐形眼镜材料： 聚甲基丙烯酸羟乙酯 长效缓释阿司匹林 合成纤维 塑料 合成橡胶 有机合成有什么意义？ 怎样进行有机合成？ 新课导入 化妆品香料使用的苯甲酸苯甲酯最早源自水仙花，在自然界原本存在，但含量太低，不能满足人们的需求。隐形眼镜材料聚甲基丙烯酸羟乙酯，是自然界中原本不存在的有机物。长效缓释阿司匹林是对自然界中存在的有机物水杨酸进行人工改造而合成的有机物。 任务一 有机合成的概念、意义与主要任务 自然资源 ↓ ↓（加工和转化） ↓ 功能各异、性能卓越的有机物 利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。 什么是有机合成？ 有机合成的意义？ 水杨酸 阿司匹林 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合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要 任务一 有机合成的概念、意义与主要任务 有机合成指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 合成的任务 合成路线的设计 构建碳骨架：增长、缩短、成环 官能团的引入、转化、消除及保护 原则 成本低、产率高 环境友好、路线短 方法 逆向设计合成路线 任务二 构建碳骨架 碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长、缩短、成环和开环等过程。 1、碳链的增长 引入含碳原子的官能团等方式 原料分子中的碳原子 目标分子中的碳原子 少于 哪些反应能使碳链增长呢？ （1）与HCN发生加成反应 （2）加聚和缩聚反应 （3）羟醛缩合反应 （4）酯化反应 （5）分子间脱水反应 任务二 构建碳骨架 1、碳链的增长 类型一：增加1个碳原子 与HCN的加成、RX与NaCN作用 HC CH HCN H2O，H+ 催化剂 H2C CHCN 丙烯腈 H2C CHCOOH 丙烯酸 CH3CH2Cl NaCN CH3CH2CN 丙腈 H2O，H+ 催化剂 CH3CH2COOH 丙酸 腈化反应 C O H R HCN 催化剂 C OH H R CN 羟基腈 C OH H R CH2NH2 氨基醇 C OH H R COOH 羟基酸 H2 催化剂 H2O，H+ 催化剂 烯炔烃、醛、酮与氢氰酸(HCN)的加成反应；RX与NaCN的取代 任务二 构建碳骨架 1、碳链的增长 类型二：增加2个及以上碳原子 (1) 加聚反应 nCH2＝CH2 [ CH2-CH2 ]n 一定条件下 (2) 缩聚反应 (4) 分子间脱水 C2H5−OH + HO−C2H5 C2H5−O−C2H5 + H2O 浓H2SO4 140 ℃ (3)酯化反应 18 18 CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O 浓H2SO4 O O n HO-CH2CH2-COOH H [ O-CH2CH2-C ]nOH+(n-1)H2O 一定条件 O 任务二 构建碳骨架 1、碳链的增长 类型二：增加2个及以上碳原子 (5) 羟醛缩合反应 催化剂 CH3—CH==CHCHO+H2O α β CH3—C—CH2CHO OH H β α 催化剂 醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(α-H)受羰基吸电子作用的影响，具有一定的活泼性。分子内含有α-H的醛在一定条件下可与醛基发生加成反应，生成β-羟基醛，该产物易失水，得到α,β-不饱和醛。这类反应被称为羟醛缩合反应，是一种常用的增长碳链的方法。 CH3—C—H O + CH3CHO α = 加成反应 消去反应 3-羟基丁醛 巴豆醛 2-丁烯醛 拓展：有α-H的酮、羧酸、酯等均可与醛基发生羟醛缩合反应。 (6) 傅克烷基化反应 + Cl-CH2CH3 无水AlCl3 CH2CH3 + HCl 任务二 构建碳骨架 1、碳链的增长 类型二：增加2个及以上碳原子 拓展延伸——常见信息题会出现的：由卤代烃增长碳链 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″ ①R′＝R″＝H(甲醛)，产物：_______________ ②其他醛，产物：__________________________ RCH2OH 伯醇 ③酮，产物：_______________ R′－CH(R″) － OH 仲醇 RR′R″COH 叔醇 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) (1)格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应 R'—Cl + RMgCl R'—R + MgCl2 由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链 任务二 构建碳骨架 1、碳链的增长 类型二：增加2个及以上碳原子 拓展延伸——常见信息题会出现的：由卤代烃增长碳链 (2)由卤代烃与活泼金属反应 (3)卤代烃与NaCN的反应 CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl (4)卤代烃与炔钠的反应 CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl 2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑ 液氨 2 R—X + 2Na R—R + 2 NaX （武兹反应） 随堂检测 1、如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH? CH3CHO CH3—CH—CN OH H2O,H＋ △ CH3—CH—COOH OH HCN 催化剂 2、完成下列羟醛缩合反应方程式的书写 H C O H C O CH R H OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H H C O C H R H C H C O C R H C O H H C O CH R H OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H H H C O C H R H C H H C O C R 乙烯如何合成丙烯酸？ 随堂检测 3、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），写出合成路线。 CH2＝CH2 H2O 催化剂/△ CH3CH2OH Cu/O2 △ CH3CHO CH3—CH—CH2CHO OH - H2O △ CH3—CH＝CHCHO H2 Ni/△ CH3—CH2—CH2—CH2—OH 随堂检测 4、由3个碳原子以下化合物合成2，2-二甲基戊酸 (通过格氏试剂来合成) O MgBr O MgBr H2O O H HBr Br Mg BrMg CO2 H2O COOH RMgX+CO2 RCOOMgX RCOOH+Mg(OH)X H2O 已知： 以丙酮、溴丙烷、CO2为原料合成2，2-二甲基戊酸 任务二 构建碳骨架 2、碳链的缩短 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 （4）脱羧反应 任务二 构建碳骨架 类型一：氧化反应 2、碳链的缩短 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。 氧化条件：苯环直接相连的碳上至少有一个H 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) 某些苯的同系物的侧链被强氧化 一氢成气、无氢成酸 任务二 构建碳骨架 2、碳链的缩短 类型二：水解反应 ①乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解 ②乙酸乙酯在氢氧化钠存在下水解 CH3COONa＋C2H5OH CH3COOC2H5＋NaOH 主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解、酰胺的水解 RCONHR’ H2O HCl 加热 RCOOH＋R’NH3Cl NH2—C—NH2＋ H2O CO2＋2NH3 O 催化剂 △ CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH 稀硫酸 △ 类型三：烃的裂化或裂解反应 C16H34 C8H18＋C8H16 高温 C4H10＋C4H8 C8H18 高温 烷烃的分解反应 任务二 构建碳骨架 2、碳链的缩短 类型四：脱羧反应(羧酸分子中失去羧基放出CO2的反应) 类型五：Hofmann降级反应（拓展） 酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠的碱溶液作用时，脱去羧基生成胺，这是霍夫曼所发现制胺的一种方法。在反应中碳链减少了一个碳原子，所以称为霍夫曼降级反应 RCONH2 + NaOX + 2NaOH → RNH2 + Na2CO3 + NaX + H2O 利用这个反应，以羧酸为原料可以制备少一个碳原子的第一胺 CH3-COONa＋NaOH CaO ∆ CH4＋NaCO3 R—COONa＋NaOH R—H＋Na2CO3 加热 CHCl3＋CO2↑ Cl3CCOOH 加热 任务二 构建碳骨架 3、成环 类型一：Diels-Alder反应 含活泼双键的化合物(亲双烯体)与含共轭双键的化合物(双烯体)之间发生1，4-加成生成六元环状化合物的反应，称为Diels-Alder反应，也称双烯合成 COOH COOH 类型二：烯烃、炔烃成环 3CH≡CH 任务二 构建碳骨架 3、成环 类型三：形成环酯——分子间酯化反应 浓硫酸 加热 CH2 O H CH2 O H C O OH C OH O 形成环状酯 2H2O CH2 O CH2 O C O C O 浓硫酸 加热 H3C OH O OH CH3 OH O OH 2H2O H3C O O CH3 O O ①两分子酯化 任务二 构建碳骨架 3、成环 类型三：形成环酯——分子内酯化反应 ②羟基酸分子内脱水生成酯 CH3 CH OH O C OH 浓硫酸 加热 CH3 CH O O C H2O CH2 CH2 CH2 O C OH OH 浓硫酸 加热 H2O H2C C H2 O O H2C （3）形成环酰胺类 任务二 构建碳骨架 3、成环 类型四：形成环醚 类型五：形成环酸酐 分子内脱水 分子间脱水 CH2—CH2 OH OH 浓H2SO4 CH2—CH2 O ＋H2O +2 H2O 浓硫酸 ∆ CH2OH CH2OH HOCH2 HOCH2 + H2C H2C CH2 CH2 O O HOOC—CH2CH2—COOH 丁二酸 O O O ═ ═ ＋H2O 3CH2═O O O O 2CH2＝CH2＋O2 催化剂 2 任务二 构建碳骨架 4、开环 类型一：环酯水解开环 COOH COOH CH2OH CH2OH + + 2H2O COOCH2 COOCH2 稀硫酸 △ 稀H2SO4 Δ CH2CH2 CH2—C ═ O O ＋H2O CH2—CH2OH CH2—C—OH ═ O 类型二：环烯烃氧化开环 KMnO4 H＋ HOOC HOOC ②Zn/H2O ①O3 OHCCH2CH2CH2CH2CHO 高锰酸钾溶液氧化性更强，可以得到酮或羧酸；O3氧化性相比更弱一些，往往得到醛或酮 随堂检测 5、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 6、已知卤代烃可以和钠发生反应。例如溴乙烷与钠发生反应为2CH3CH2Br＋2Na―→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr应用这一反应，下列所给出的化合物中可以与钠反应合成环丁烷 的是 (　　) A.CH3Br　 B.CH3CH2CH2CH2Br C.CH2BrCH2Br D.CH3CHBrCH2CH2Br C 知识拓展 一种酯与一种醇作用生成另一种酯和另一种醇的反应，称为酯交换或酯交换反应，亦称酯的醇解，酯交换是可逆反应，通常需在酸或碱的催化下进行。 2CH3OH O CH2 CHR O C O CH3O OH CH2 CHR OH O C OCH3 酯交换反应 课堂小结 碳链减短 碳链增长 碳骨架的构建 成环/开环 $