3.5.2 有机合成 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路线的设计与实施，通过复习官能团转化关系图、引入方法等学习支架，衔接烃的衍生物性质，为合成路线设计奠定知识基础。 其亮点在于融合正向与逆向设计方法，以乙烯合成乙酸、乙二酸二乙酯为例，通过产率计算、路线对比培养科学思维，结合布洛芬等实例提升科学探究与实践能力。帮助学生建立物质转化观念，教师可高效开展教学。

第三章 烃的衍生物 第五节 有机合成 第二部分 有机合成路线的设计与实施 复习回顾：常见官能团的转化关系图1： 卤代烃消去反应 加成反应 酯水解反应 连续氧化反应 卤代烃水解反应 酯化/取代反应 卤代烃消去反应 醇取代反应 苯； 苯的同系物（如甲苯）； 苯酚。 胺； 酰胺。 酯水解反应 复习回顾：常见官能团/有机物的转化关系图2： 苯； 苯的同系物（如甲苯）； 苯酚。 胺； 酰胺。 复习回顾：引入官能团 常见官能团的引入或生成：总结 官能团 引入方法(举例) 碳碳双键 卤代烃的消去或醇的消去或炔烃的不完全加成 碳卤键 烯烃、炔烃的加成或 烷烃、烯烃、炔烃、苯及苯的同系物/芳香烃的取代或醇、酚的取代 羟基 烯烃与水的加成或卤代烃的水解或醛/酮的加氢还原或酯的水解 醛基 醇的催化氧化或烯烃的氧化或炔烃与水的加成 羧基 醇的直接氧化或醛的氧化或酯/酰胺的水解或烯/炔烃/苯的同系物的直接强氧化反应 酯基 酯化反应 引入官能团(包括引入、消除)的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原反应等。 4 二、有机合成路线的设计与实施 1.有机合成路线确定的要素 (1)基础:在掌握碳骨架构建和官能团引入/转化/保护等基本方法的基础上。 (2)设计与操作:进行合理的设计与选择,确定合成路线,以较低的成本和较高的产率(即较小步骤),通过简便而对环境友好的操作/原料得到目标产物。 2.有机合成的基本方法 5 (1)从原料出发设计合成路线的方法步骤（正向设计图示） 基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。 2.有机合成的基本方法 6 ①人们最初是通过发酵法由粮食制备食醋(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(一般模式！)。 思考与讨论： 说明：①中合成路线生成CH3COOH的总产率为70%×70%×70%＝34.3%，低于②中乙烯直接氧化成乙酸的产率（70%）！ 70% 70% 70% (1)从原料出发设计合成路线的方法步骤（正向设计图示） 2.有机合成的基本方法 （1）CH2＝CH2 ＋H2O 催化剂/△ CH3CH2OH O2/Cu △ CH3CHO CH3COOH O2 催化剂/△ C2H6O C2H4O C2H4O2 C2H4 结论：合成步骤应尽可能少！以提高产率！ ②目前已经出现了将乙烯（C2H4）直接氧化生成乙酸（C2H4O2）的一步工艺。假定该工艺涉及的反应和①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。 一般转化模式：乙烯→乙醇→乙醛→乙酸 示例补充：乙烯合成乙酸的合成路线为（设计/分析） CH2=CH2 CH3－CHO 　　　　 CH3-COOH Ｏ2氧化 Ｏ2催化氧化 2.有机合成的基本方法 (1)从原料出发设计合成路线的方法步骤（正向设计图示） CH2=CH2 CH3-COOH Ｏ2催化氧化 C2H4 C2H4O C2H4O2 C2H6O C2H4O C2H4O2 C2H4 说明：有机物的转化/合成： 可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！ 也可依据/分析组成（分子式）的不同！！！ 加成反应（乙烯水化） 失H氧化反应 得O氧化反应 过程均为：得O氧化反应 一般模式： 变式： 醇氧化成酸： 变式2： 烯先氧化成醛： 变式3： 烯直接氧化成酸： CH2=CH2 CH3-COOH CH3CH2OH CH3－CHO 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸 8 除了上述从原料出发来分析合成路线，还可以从目标化合物出发进行逆合成分析，这是设计复杂化合物合成路线时常用的方法。它的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。 (2)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） 2.有机合成的基本方法 (1)从原料出发设计合成路线的方法步骤（正向设计图示） 可以用符号“ ”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推） 可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！ 也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸 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目标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（比较结构的不变与变！）。 (2)组成信息——分子式等。 (3)反应信息——结构/官能团间的转化关系/反应条件等。 (2)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） 可以用符号“ ”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推） 可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！ 也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 逆推分析过程可表示为: (2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路 二元酯 （乙二酸二乙酯） 乙醇 二元酸(乙二酸) 二元醇(乙二醇 ) 二卤代物(1，2-二氯乙烷) 合成路线图(反写或由正向分析)： 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推）可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 乙烯 示例2：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线(逆推分析)(用“ ”表示逆推过程)！ 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 合成步骤化学反应方程式: 示例2：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线图: (2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推）可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 注意：有机合成路线图与化学方程式的不同！ 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 思考与讨论： 在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。请比较该方法与以上合成乙二酸二乙酯中的1、2、3步反应，分析生产中选择该路线的可能原因。 (2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路 示例2：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线图及化学反应方程式: 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推）可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 思考与讨论：分析生产中选择路线及可能原因。 (2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路 示例2：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线图及反应方程式: 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推）可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！也可依据/分析组成（分子式）的不同！ 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 化学方程式！ 路线图！ 利用逆合成分析法设计有机合成路线的一般程序总结： 说明：有机物的转化/合成：（无论正推/逆推） 可依据/分析原料及产物结构（结构简式/官能团）的不变与变！ 也可依据/分析组成（分子式）的不同！ (2)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） (1)结构信息——碳骨架、官能团等（比较结构的不变与变！）。 (2)组成信息——分子式等。 (3)反应信息——结构/官能团间的转化关系/反应条件等。 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 (1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线（正向） 3.中学常见的有机合成路线 加成反应 氧化反应 水解取代反应 加成反应 氧化反应 酯化/取代反应 水解取代反应 氧化反应 氧化反应 酯化/取代反应 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 与水加成反应（特定条件下） (直接)氧化反应 (直接)氧化反应 注：不对称烯烃的加成反应方式（特定条件下） (2)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线（逆向） 3.中学常见的合成路线 (1)脂肪烃为基础原料到酯的合成路线（正向） 加成反应 氧化反应 水解取代反应 加成反应 氧化反应 酯化/取代反应 水解取代反应 氧化反应 氧化反应 酯化/取代反应 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 说明：产物简单时，正向/逆向法都可！ (4)芳香族化合物的合成路线 （逆向）： 3.中学常见的合成路线 氧化反应 氧化反应 酯化/取代反应 取代反应 水解取代反应 Ｃu/Ｏ2加热 浓硫酸加热 光照 ＮaＯＨ溶液加热 催化剂/Ｏ2加热 或酸性高锰酸钾 (3)芳香族化合物的合成路线 （正向）： 苯甲酸苯甲酯 甲苯 苯甲醇 苯甲醛 苯甲酸 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 (3)芳香族化合物的合成路线 （正向）： 3.中学常见的合成路线 氧化反应 氧化反应 酯化取代反应 取代反应 水解取代反应 Ｃu/Ｏ2加热 浓硫酸加热 光照 ＮaＯＨ溶液加热 催化剂/Ｏ2加热 或酸性高锰酸钾 苯甲酸苯甲酯 甲苯 苯甲醇 苯甲醛 苯甲酸 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 (4)芳香族化合物的合成路线 （逆向）： 说明：产物复杂时，逆向法好！ ①原料，溶剂和催化剂尽可能价廉易得、无或低毒性/污染. ②尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，产率越高。总产率=各步反应产率的乘积. ③合成路线要符合“绿色环保”的要求，提高原子利用率，达到零排放或污染排放少 . ④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低/成本低、产物易于分离提纯 ⑤要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实，选择最佳合成路线. 4.合成路线设计遵循的原则 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 5.有机合成的发展史 (1)发展过程 随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展,有机合成的技术和效率不断提高。 (2)有机合成发展的作用 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 22 随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成的技术和效率不断提高。20世纪初，维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，罗宾逊改进了合成思路，仅用3步反应便完成合成。总产率达90%。20世纪中后期，伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B12等一系列结构复杂的天然产物，促进了有机合成技术和有机反应理论的发展；科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机辅助设计合成路线，让合成路线的设计逐步成为有严密思维逻辑的科学过程，使有机合成进入了新的发展阶段。 颠茄酮 维生素B12 颠茄酮和维生素B12的分子结构 (2)有机合成发展的作用 补：配位(原子)数：6 ； 配位键数：6 ； 钴化合价：+3 说明：当中心原子/离子为副族元素，配位(原子)数 = 配位键数！ H种类：4种 (1)消去反应可以引入碳碳双键,加成反应也可以引入碳碳双键。 (　　) 提示：√。如乙醇发生消去反应生成乙烯,乙炔与氢气不完全加成生成乙烯。 (2)一定条件下,可以通过取代反应由溴乙烷制备乙醇。(　　) 提示：√。溴乙烷可以与氢氧化钠水溶液发生取代反应生成乙醇。 (3)丙烯中既可以引入碳卤键也可以引入羟基。(　　) 提示：√。丙烯与溴单质/溴水/溴化氢发生加成反应引入碳卤键,丙烯与水发生加成反应引入羟基。 (4)加聚反应可以使有机化合物碳链增长。(　　) (5)消去反应、氧化反应、还原反应、酯化反应等都可以消除羟基。(　　) 提示：×。还原反应不能消除羟基而是能生成羟基,如醛、酮与H2的加成/还原反应。 1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。) √ √ √ √ × × × (6)植物油和动物的脂肪都属于酯类。 (　　) (7)油脂可以发生水解反应不能发生还原反应。 (　　) (8)油脂是高级脂肪酸的甘油酸，属于高分子化合物。 (　　) (9)酯在碱性条件下的水解反应属于皂化反应。 (　　) (10)酰胺与胺属于同类化合物，官能团均为—NH2。 (　　) √ × × 1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。) 说明;有碳碳双键的油脂可发生加H2的还原反应！ 说明;油脂是生物大分子！不是高分子化合物！ 说明;油脂的碱性水解才是皀化反应！ 说明;不是同类物质！酰胺是含氮衍生物！也是羧酸衍生物！胺是含氮衍生物！不是羧酸衍生物！ 2．有机化合物分子中能引入卤素原子的反应是(　　) A．消去反应　　　　 B．酯化反应 C．水解反应 D．取代反应 　解析：消去反应主要是消去原子或原子团，形成双键或三键，A项错误；酯化反应是羧酸与醇生成酯和水的反应，不可能引入卤素原子，B项错误；水解反应是与水反应，不可能引入卤素原子，C项错误；烷烃或芳香烃等的取代反应均可引入卤素原子，D项正确。 D 烯烃、炔烃的加成或 烷烃、烯烃、炔烃、苯及苯的同系物/芳香烃的取代或醇、酚的取代 26 3．下列反应可以在烃分子中引入碳卤键的是(　　) A.苯和溴水共热 B.甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合 C.溴乙烷与NaOH的水溶液共热 D.溴乙烷与NaOH的醇溶液共热 解析：苯和溴水共热不反应,A项错;甲苯蒸气与溴蒸气在光照条件下混合发生甲基上的取代反应,引入碳溴键,B项正确;C、D项分别为溴原子的取代和消去,C、D项均错。 B 烯烃、炔烃的加成或 烷烃、烯烃、炔烃、苯及苯的同系物/芳香烃的取代或醇、酚的取代 4．可在有机化合物中引入羟基的反应类型是(　　) ①取代反应　②加成反应　③消去反应　④酯化反应　⑤还原反应 A.只有①② B.①②⑤ C.①④⑤ D.①②③ 解析：卤代烃的水解反应(取代反应)可生成羟基,碳碳双键与水的加成反应可生成羟基,醛基/酮羰基与氢气发生加成反应(还原反应)可生成羟基;酯的水解反应可生成羟基; 消去反应、酯化反应不能引入羟基。 B 5.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:　　　　　　　　　　　。  (3)从有机合成的主要任务角度分析,上述有机合成最突出的特点是　 。  (2)BrCH2—CH2Br+2NaOH HOCH2—CH2OH+2NaBr(合理即可) 答案(1)BrCH2—CH2Br(或ClCH2—CH2Cl等合理即可) 　HOCH2—CH2OH　 OHC—CHO 　HOOC—COOH (3)官能团的相互转化 环乙二酸乙二酯 乙二酸 乙二醛 乙二醇 二卤代物 一般转化模式：乙烯→(卤代烃)→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯 取代反应 消去反应 加成反应 消去反应 1，4-加成反应 加成/还原反应 水解/取代反应 环已烯 1，2-二氯环已烷 1，3-环已二烯 3，6-二溴环已烯 1，4-环已二醇 1，4-二溴环已烷 HO OH 环已烷 一氯环已烷 取代反应 消去反应 加成反应 消去反应 1，4-加成反应 加成/还原反应 水解/取代反应 环已烯 1，2-二氯环已烷 1，3-环已二烯 3，6-二溴环已烯 1，4-环已二醇 1，4-二溴环已烷 HO OH 环已烷 一氯环已烷 思考 ：能否正向/逆向分析所有合成步骤？ C9H9NO 硝化反应/取代反应 还原反应 水解反应 酯化反应/取代反应 成环反应 1）酯水解反应/取代反应 C9H9NO 酚易被氧化。 醚键，羧基 硝化反应/取代反应 还原反应 水解反应 酯化反应/取代反应 成环反应 1）酯水解反应/取代反应 C9H9NO C9H8N2O3 A 说明2：因E分子中有1个手性碳原子！ 8 说明：将B改写为分子式！并与C分子式比对！ 硝化反应/取代反应 还原反应 水解反应 酯化反应/取代反应 成环反应 1）酯水解反应/取代反应 C9H9NO C9H8N2O3 +C2H5OH 1）酯的水解反应；2）复分解反应 C2H5 C16H12NO3Cl 酯化反应 H +H2O 酯化反应 硝化反应/取代反应 还原反应 水解反应 酯化反应/取代反应 成环反应 17.(2026湖南) 化合物G是一种用于合成生物碱类天然产物的中间体。某实验小组探究了G的合成，其合成路线如下(略去部分试剂和条件)： 回答下列问题： （1）A中官能团的名称为______。 （2）B的核磁共振氢谱显示2组峰，峰面积之比为______。 （3）B→C转化的试剂和反应条件是______。 （4）C→E的反应类型为______。 碳碳双键 3：1 (卤代烃消去反应)氢氧化钠醇溶液/加热 加成反应 2-丁烯 说明：为共轭二烯烃特定的：1，4-加成及环加成反应！ （5）下列有关C的说法正确的是(考虑立体异构)______(填标号)。 a．分子中所有的原子可能共平面 b．与丙烯酸发生类似于C→E的反应，共得到2种产物 c．在催化剂作用下发生缩聚反应，可用于制备顺丁橡胶 d．与Br2发生1，2-加成和1，4-加成反应，共得到2种产物 （6）F中，与1号碳相比，2号碳C-H键的极性相对______(填“较大”或“较小”)。 17.(2026湖南) 化合物G是一种用于合成生物碱类天然产物的中间体。某实验小组探究了G的合成，其合成路线如下(略去部分试剂和条件)： C中双键C都为平面SP2杂化！故2个双键平面可能共面！ 丁二烯为共轭对称结构，但与丙烯酸的双烯环加成反应的产物存在碳碳双键的立体顺反异构2种！ 不饱和双键发生的是加聚反应！ C的1，4-加成产物有碳碳双键的立体顺反异构2种！ ab 小 2号C离酮羰基O远，受O的吸引力小！故C-H的电子云偏离小！极性小！ （7）F转化为G的同时，有副产物M生成。已知M是G的同分异构体，且与G的官能团相同。M的结构简式是______(F中六元环不参与反应)。 （8）已知：① ② 以J和L为原料合成Q的合成路线如下： J、L的结构简式分别是______、______。 17.(2026湖南) 化合物G是一种用于合成生物碱类天然产物的中间体。某实验小组探究了G的合成，其合成路线如下(略去部分试剂和条件)： 说明：F→ G为缩醛反应，且因1，2号C上均有α-H！且不相同！故可生成两种缩醛产物！ 说明：K的反应依F→ G的方式！生成Q的反应依已知①和②方式！ 说明：碳碳双键与α-H加成反应！ 说明：醛基双键与α-H加成-消去(缩合)反应！ 1、先分析流程或先分析问题； 2、先分析结构/官能团，结构不清楚再分析组成(分子式)； 3、反应物不清楚看产物；一步不清楚看几步。 合成题答题及分析思路： ４、合成路线设计要先依题意再依理论； (烷烃/烷基) 取代反应 取代反应 硝化反应 还原反应 取代反应 甲苯 分子式(C7H5F3) 硝化反应 +HCl 中和反应掉生成的HCl，促使反应向右以有利于生成产物！ 对比E和氟他胺结构变化 CCl3 硝化反应 还原反应 1、先分析流程或先分析问题； 2、先分析结构/官能团，结构不清楚再分析组成(分子式)； 3、反应物不清楚看产物；一步不清楚看几步； 合成题答题及分析思路： ４、合成路线设计要先依题意再依理论。 (烷烃/烷基) 取代反应 取代反应 硝化反应 还原反应 取代反应 甲苯 分子式(C7H5F3) 硝化反应 +HCl 对比E和氟他胺结构变化 CCl3 分析：产物中酰胺基在题给合成路线中的⑤步同样生成！故：将苯甲醚先对位硝化；再将硝基还原成氨基；再与乙酰氯在吡啶中取代反应即得到产物！ THE END a.CH2CH2+H2OCH3CH2OH。 b.CH2CH2+Cl2。 c.+2NaOH+2NaCl。 d.+2O2+2H2O。 e.+2CH3CH2OH+2H2O。 a.CH2CH2+H2OCH3CH2OH。 b.CH2CH2+Cl2。 c.+2NaOH+2NaCl。 d.+2O2+2H2O。 e.+2CH3CH2OH+2H2O。 ①一元合成路线:R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯。 ②二元合成路线:CH2CH2XH2C—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯。 ①一元合成路线:R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯。 ②二元合成路线:CH2CH2XH2C—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯。 ①一元合成路线:R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯。 ②二元合成路线:CH2CH2XH2C—CH2X二元醇二元醛二元羧酸链酯、环酯、聚酯。 ① ②。 ① ②。 CH2CH2ABCD $