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

该高中化学课件聚焦有机合成核心任务，涵盖碳骨架构建、官能团引入与转化等内容。课堂导入从维勒合成尿素的历史突破及宇航服、ETFE膜材料等实际应用切入，引导学生理解有机合成意义，再逐步深入具体任务，形成从宏观意义到微观操作的学习支架。 其亮点在于以化学观念为统领，通过羟醛缩合、D-A反应等具体反应及合成乳酸、正丁醇等实例，培养科学思维与探究能力。如官能团保护案例中酚羟基的甲基化与复原，体现结构决定性质的化学观念，助力学生构建知识网络，提升问题解决能力，也为教师提供系统教学资源，便于实施探究式教学。

有机合成的主要任务 第五节 有机合成 第一课时 从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。 19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。 德国化学家维勒 NH4OCN H2N-C-NH2 O 氰酸铵 尿素 = 课程导入 课程导入 此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。 有机合成帮助人们发现和制备了一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。 宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。 “水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。 认识有机合成的主要任务 【阅读思考1】阅读教材p84，回答有机合成有什么意义？ 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 —COOH —OH —O-C-CH3 O = —COOH 水杨酸 乙酰水杨酸（阿司匹林） 认识有机合成的主要任务 【阅读思考2】阅读教材p84，怎样进行有机合成？主要任务是什么？ 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。 【归纳总结】有机合成主要任务：构建碳骨架和引入官能团 认识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 合成的任务 合成路线的设计 构建碳骨架 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 正向、逆向设计合成路线 碳架的增长和缩短、成环等过程 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。 ①烯烃、炔烃与HCN的加成 (1)与HCN的加成反应 CH≡CH + H-CN CH2=CHCN 催化剂 CH2=CH2 + H-CN CH3CH2CN 催化剂 引入氰基(—CN)增长碳链，含有氰基的有机物称为腈。 丙腈 丙烯腈 ②醛类、酮类与HCN的加成 催化剂 羟基腈 C=O (R2)H R1 C (R2)H R1 OH CN + H—CN δ+ δ- δ+ δ- 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (1)与HCN的加成反应 ⅰ. —CN通过水解反应可以转化为-COOH 丙烯腈 CH≡CH CH2=CHCN CH2=CHCOOH 丙烯酸 ⅱ. —CN通过加氢还原可以引入—CH2NH2 氨基醇 HCN 催化剂 H2 催化剂 H2O，H+ ∆ C=O (R2)H R1 δ+ δ- HCN 催化剂 C (R2)H R1 OH CN C (R2)H R1 OH CH2NH2 羟基腈 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (1)与HCN的加成反应 【思考】如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH？写出合成路线。 丙烯腈 CH3CHO CH3CH(OH)COOH 乳酸 CH3CHCN OH HCN 催化剂 H2O，H+ ∆ 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (2)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发生加成反应，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+ δ- ∆ OH CH3CH CH2CHO 3-羟基丁醛 CH3CH CHCHO 2-丁烯醛 巴豆醛 H CH2CHO OH- 催化剂 O CH3C H α β α - H2O 一定条件下可与醛基(酮羰基)发生加成反应 受羰基吸电子的影响，具有活性。 醛基邻位C 上的α-H β α 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (2)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发生加成反应，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+ R1 C C-CHO α，β-不饱和醛 OH- 催化剂 ∆ - H2O O R1 C R2 δ- H CHCHO α R3 R3 OH R1 C CHCHO β-羟基醛 R3 R2 β α R2 β α 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 【练习】完成下列羟醛缩合反应方程式的书写 H C O OH- 催化剂 加热 -H2O H C O H CHO C H CH3 H C CHO C CH3 CH3 C O H3C OH- 催化剂 加热 -H2O H3C C H3C H C O CH (2)羟醛缩合反应 CH3CH2CHO CH3CHO CH3 C O CH3 H H C O CH H 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (3)由R-X为原料增长碳链 CH3CH2Cl NaCN CH3CH2CN 丙腈 CH3CH2COOH 丙酸 H2 催化剂 H2O，H+ 催化剂 CH3CH2CH2NH2 丙胺 氯乙烷 ① CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl ③ 2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑ 液氨 ② 2R—X +2Na R—R+2NaX ④ + Cl-CH2CH3 无水AlCl3 CH2CH3 + HCl 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (4)由格氏试剂与卤代烃、醛、酮等反应 由有机卤素化合物（卤代烷、活泼卤代芳烃）与金属镁在绝对无水乙醚中反应形成有机镁试剂，称为"格林尼亚试剂"，简称“格氏试剂”。 R’—Cl + RMgCl R’—R + MgCl2 RMgX R-X + Mg 无水乙醚 + RMgCl OMgCl R H2O OH R (X=Cl、Br) ① ② 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 (5)酯化反应——引入酯基，延长碳链 (6)醇分子间脱水(取代反应)——引入醚键，延长碳链 R1-COOH + HO-R2 R1-COOR2 + H2O 浓H2SO4 R1-O-R2 + H2O R1-OH + HO-R2 浓硫酸 Δ (7)加聚反应 nCH2=CH2 催化剂Δ —CH2—CH2— [ ]n 催化剂 n H2C CH CH CH2 n [ ] H2C CH CH CH2 聚1，3-丁二烯 聚乙烯 任务1 构建碳骨架 1、碳链的增长 【思考】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），并写出合成的路线。 已知：CH2=CH2 CH3CHO O2 一定条件 CH2=CH2 CH3CHO O2 一定条件 OH- 催化剂 ∆ - H2O OH CH3 CH CH2CHO + CH3CHO CH3CH=CHCHO H2 催化剂 CH3CH2CH2CH2OH 任务1 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 > 断开碳链 (1)烷烃的分解（裂化、裂解） C16H34 C8H16 + C8H18 高温 C4H10 C2H4 + C2H6 高温 十六烷的催化裂化： 正丁烷的裂解(深度裂化)： 提高汽油等轻质油的产量和质量 工业制乙烯。获得像乙烯这样的短链不饱和气态烃。 任务1 构建碳骨架 2、碳链的缩短 (2)酯的水解 R1-COOH + R2-OH R1-COOR2 + H2O 稀H2SO4 （油脂、蛋白质、多糖的水解） (3)氧化反应 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。 ①烯烃 C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ 氧化规律：2H成气，1H成酸，无H成酮 CH2＝CH2 KMnO4 H＋ CO2 C＝O + R-COOH R' R'' 任务1 构建碳骨架 2、碳链的缩短 (3)氧化反应 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炔烃 ③芳香烃 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2 ＋ RCOOH KMnO4 H＋ 1、氧化条件：与苯环直接相连的碳上有H 2、无论侧链多长，均被氧化为—COOH —C—H — — R R’ —COOH 一氢成气无氢成酸 任务1 构建碳骨架 2、碳链的缩短 练习：判断下列不饱和烃被酸性高锰酸钾溶液氧化后的产物 CH3CH=CH2 KMnO4(H+) CH3C≡CH KMnO4(H+) CH3COOH + CO2 CH3COOH + CO2 CH3-CH=C-CH3 CH3 KMnO4(H+) CH3COOH + CH3—C—CH3 = O —C(CH3)3 H5C2— H7C3 — KMnO4(H+) —C(CH3)3 HOOC— COOH — 任务1 构建碳骨架 3、碳链的成环 (1)第尔斯—阿尔德反应(D-A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：1，3-丁二烯 CH2=CH-CH=CH2 COOH △ ＋ COOH 1 2 3 6 5 4 任务1 构建碳骨架 3、碳链的成环 (1)第尔斯—阿尔德反应(D-A反应) 练习：运用D-A反应机理，书写反应产物 任务1 构建碳骨架 3、碳链的成环 (2)形成环酯——引入酯基成环 浓硫酸 ∆ CH2 O H CH2 O H 2H2O CH2 O CH2 O C O C O 浓硫酸 ∆ H3C OH O OH CH3 OH O OH ②两分子乳酸酯化成环 H3C O O CH3 O O 2H2O COOH COOH ①乙二酸与乙二醇酯化成环 任务1 构建碳骨架 3、碳链的成环 (2)形成环酯——引入酯基成环 ③羟基酸分子内脱水酯化成环 CH3CHCH2CH2C—OH O ═ OH CH—CH2 O CH2 C O ═ H3C ＋ H2O 浓H2SO4 (3)形成环酸酐 HOOC—CH2CH2—COOH 丁二酸 O O O ═ ═ ＋ H2O 任务1 构建碳骨架 3、碳链的成环 (4)形成环醚——引入醚键成环 CH2OH CH2OH — + + 2H2O HOCH2 HOCH2 — O O + H2O CH2—CH2 OH OH — — CH2—CH2 O ∆ 浓硫酸 ∆ 浓硫酸 ②乙二醇分子间脱水成环醚 ①乙二醇分子内脱水成环醚 任务1 构建碳骨架 4、碳环的开环 (1)环酯水解开环 (2)环烯烃氧化开环 +H2O 稀H2SO4 = O OH HO O = O 硫粉 KMnO4 H+ = O OH HO O = KMnO4 H+ = O O = 任务2 引入官能团 【思考交流】如何以CH3CH2Br为原料制备 ？ CHO CHO — CH3CH2Br NaOH醇溶液 △ CH2=CH2 Br2 CH2Br CH2Br — NaOH水溶液 △ CH2OH CH2OH — O2 CHO CHO — Cu/Ag，∆ 【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。 知识整理：我们已经接触了很多有机化学反应。请你从官能团转化的角度对其行分类整理，讨论引入常见的官能团(如碳碳双键、碳卤键、羟基、醛基、羰基、羧基、酯基等)有哪些方法，并举例说明。 任务2 引入官能团 官能团及其性质 物质类别 官能团 主要化学性质 烃 烷烃 ———————— 烯烃 碳碳双键 炔烃 碳碳三键 苯 ———————— 苯的同系物 ———————— 烃的衍生物 卤代烃 碳卤键(或卤素原子) 燃烧氧化、取代、裂化裂解 氧化、加成、加聚 燃烧氧化、取代、加成 氧化、加成、加聚 氧化、取代、加成 水解(取代)、消去 任务2 引入官能团 官能团及其性质 物质类别 官能团 主要化学性质 烃的衍生物 醇 (醇)羟基 —OH 酚 (酚)羟基 —OH 醛 醛基 —CHO 酮 酮羰基 羧酸 羧基 —COOH 酯 酯基 —COOR 胺 氨基 —NH2 酰胺 酰胺基 —CONH2 置换、氧化、取代、消去 弱酸性、氧化、取代、加成、显色 弱酸性、酯化(取代) 氧化、加成(还原)、聚合 水解(取代) 氧化、弱碱性 加成(还原) 水解(取代反应) 任务2 引入官能团 官能团的转化 【构建体系】将“烃、不饱和烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯”等有机物的相互转化构建网络，建立关联。 还原 水解 酯化 酯 羧酸 醛 醇 卤代烃 氧化 氧化 水解 取代 烷烃 取代 烯烃 炔烃 水化 消去 水化 消去 加成 加成 氧化 加成 任务2 引入官能团 1、引入碳碳双键 (2)醇的消去反应 (1)卤代烃的消去反应 CH3CH2OH CH2=CH2↑+H2O CH3CH2Br＋NaOH 乙醇 △ CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O 消去反应的条件：α-C上有H (3)炔烃的不完全加成 CH≡CH+HCl CH2=CHCl 条件：强碱的醇溶液，加热 任务2 引入官能团 2、引入碳卤键 (1)不饱和烃与HX、X2的加成反应 ①烯烃的加成反应 ②炔烃的加成反应 CH≡CH+ Cl2 CHCl =CHCl CH2=CH2+ Br2 CH2BrCH2Br ①烷烃的取代反应 (2)取代反应 CH3CH3+ Cl2 CH3CH2Cl+HCl ②芳香烃的取代反应 + Br2 + HBr ↑ FeBr3 Br 液溴 + Br2 + HBr ↑ 光照 CH2Br CH3 任务2 引入官能团 2、引入碳卤键 ③醇的取代反应 (2)取代反应 ④酚的取代反应 C2H5−OH + H−Br △ C2H5−Br + H2O 工业制卤代烃 OH + 3Br2 OH Br Br Br + 3HBr ↓ 白色沉淀 2,4,6—三溴苯酚 溴水过量 任务2 引入官能团 3、引入羟基 (1)加成反应 CH2＝CH2＋H2O 催化剂 加热、加压 CH3CH2OH ①烯烃的加成反应 ②醛的加成反应 CH3CH2OH CH3CHO +H2 催化剂 ③酮的加成反应 O CH3-C-CH3 ＋ H2 催化剂 OH CH3-CH-CH3 还原反应 (2)取代反应 ①卤代烃的水解反应 CH3CH2Br + NaOH H2O △ CH3CH2OH + NaBr 反应条件：强碱的水溶液，加热 任务2 引入官能团 3、引入羟基 (2)取代反应 ②酯的水解反应 CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH 稀硫酸 CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa+C2H5OH 碱性条件不可逆 (3)酚钠盐的酸化 ONa + NaHCO3 + H2O + CO2 OH 任务2 引入官能团 4、引入醛基、羰基 (1)醇的催化氧化 2CH3CH2OH+O2 Cu △ 2CH3CHO+ 2H2O α-C上至少有2H Cu △ + 2H2O α-C上有1H 2CH3CHCH3 + O2 OH — 2CH3-C-CH3 = O (2)炔烃与水的加成反应 催化剂 △ CH≡CH＋H2O CH3CHO 催化剂 △ CH3C≡CH＋H2O CH3-C-CH3 = O 任务2 引入官能团 4、引入醛基、羰基 (3)烯烃的氧化 催化剂 △ 2CH2=CH2＋O2 2CH3CHO C＝CH—R R' R'' KMnO4 H＋ C＝O＋R—COOH R' R'' 氧化规律：2H成气，1H成酸，无H成酮 任务2 引入官能团 5、引入羧基 (1)氧化反应 ②醇的氧化反应 ①醛的氧化反应 ③烯烃的氧化反应 ⑤苯的同系物的氧化反应 2CH3CHO + O2 2CH3COOH CH3CH2OH CH3COOH CH3CH=CHCH3 2CH3COOH KMnO4 H+ KMnO4 H+ KMnO4 H＋ —C—H — — R R’ —COOH ④炔烃的氧化反应 CH≡C—R KMnO4 H＋ CO2＋RCOOH 任务2 引入官能团 5、引入羧基 (2)水解反应 ②酰胺的水解 ①酯的水解 ③R—CN的水解 RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH 稀硫酸 RCONH2 + H2O + HCl RCOOH＋NH4Cl ∆ R—CN R—COOH H2O，H+ ∆ 任务3 官能团的保护 思考：下列两个有机合成设计流程有何特点？其设计的目的是什么？ 保护羰基不被反应 保护酚羟基不被氧化 任务3 官能团的保护 【方法指导】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。 1.羟基的保护 (1)醇羟基 ①将醇羟基转化为醚键，反应结束后再脱除。 任务3 官能团的保护 1.羟基的保护 (2)酚羟基 ①因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(酯基或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH， OCH3 COOH OH COOH CH3I KMnO4/H＋ H＋ OCH3 CH3 OH CH3 任务3 官能团的保护 2.碳碳双键的保护 碳碳双键易加成，易被O3、H2O2、酸性高锰酸钾等氧化，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。 C＝C ＋HX —C—C— X H C＝C NaOH/醇 △ C＝C ＋H2O —C—C— OH H H＋ C＝C 浓硫酸 △ 任务3 官能团的保护 3.氨基的保护 氨基具有还原性，易被氧化剂氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等酸反应转化成盐保护起来。 浓硝酸 浓硫酸，加热 KMnO4/H＋ Fe/HCl 注意官能团引入顺序：用甲苯制备对氨基苯甲酸，先氧化甲基后还原为氨基 CH3 NO2 CH3 NO2 COOH NH2 COOH 任务3 官能团的保护 4.醛基的保护 缩醛 也可以先生成醇，然后再氧化恢复 醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，保护一般是把醛基制成缩醛，最后再将缩醛水解得到醛基(常用乙二醇)。 任务3 官能团的保护 【评价训练】 练习：设计方案以CH2==CHCH2OH为原料制备CH2==CHCOOH。 CH2=CHCH2OH KMnO4 HCl CH3CHClCH2OH CH3CHClCOOH H+ CH2=CHCOONa CH2=CH-COOH NaOH/醇 ∆ 任务4 官能团的转化 1、官能团种类变化 任务4 官能团的转化 2、官能团数目变化 消去 加成 CH3CH2-Br CH2=CH2 CH2Br-CH2Br CH3CH2OH 消去 CH2=CH2 加Br2 CH2BrCH2Br HOCH2CH2OH 水解 3、官能团位置变化 CH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 CH3CH-CH3 Br 消去 HBr CH3CH-CH3 OH 水解 $