高中化學人教版有機化學基礎第三章烴的含氧衍生物第四節(jié)有機合成（市一等獎）

人教版選修5第三章烴的含氧衍生物第四節(jié)有機合成教學設計2【教學目標】1.了解有機合成的基本過程和基本原則2.掌握逆向合成法在有機合成用的應用3.培養(yǎng)學生的逆合成分析法的邏輯思維能力4.通過對新聞資料的分析，使學生關注某些有機物對環(huán)境和健康可能產(chǎn)生的影響，關注有機物的安全生產(chǎn)和使用問題【教學過程】一、有機合成過程1．有機合成的定義有機合成是利用簡單、易得的原料，通過有機反應，生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機化合物。2．有機合成的任務包括目標化合物官能團的構(gòu)建和分子骨架的轉(zhuǎn)化，按照目標化合物的要求，合成具有一定碳原子數(shù)目、一定結(jié)構(gòu)的目標化合物。3．有機合成的過程示意圖：有機合成的過程，就像建筑師建造一座大廈，從基礎開始，一層一層的向上構(gòu)建。中間體目標化合物4．官能團的引入或轉(zhuǎn)化方法(1)引入碳碳雙鍵的方法①醇的消去，②鹵代烴的消去，③炔烴的不完全加成。(2)引入鹵素原子的方法①烯烴(炔烴)的加成，②醇(酚)的取代，③烷烴(苯及苯的同系物)的取代。(3)引入羥基的方法①烯烴與水的加成，②酯的水解，③鹵代烴的水解，④醛的還原。二、逆合成分析法1.逆合成分析法的基本思路可用示意圖表示為：eq\x(目標化合物)?eq\x(中間體)?eq\x(中間體)eq\x(基礎原料)2．有機合成的遵循原則：(1)起始原料要廉價、易得、低毒、低污染；(2)盡量選擇步驟少的合成路線；(3)盡量滿足“綠色化學”的要求，步驟少，原料利用率高，達到零排放；(4)操作溫和、條件簡單、能耗低、易實現(xiàn)；(5)按照一定的順序和規(guī)律引入官能團，不能臆造不存在的反應事實。3．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成(1)草酸二乙酯分子中含有兩個酯基，按酯化反應規(guī)律將酯基斷開，得到草酸和兩分子乙醇，說明目標化合物可由兩分子的乙醇和草酸通過酯化反應得到：(2)羧酸可由醇氧化得到，草酸前一步的中間體應該是乙二醇：(3)乙二醇的前一步中間體是1,2－二氯乙烷，1,2－二氯乙烷可通過乙烯的加成反應而得到：(4)乙醇通過乙烯與水的加成得到。根據(jù)以上分析，合成步驟如下(用化學方程式表示)：①CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(濃硫酸))CH3CH2OH；②；③；⑤。三、自主探究1．回憶《化學必修2》所學內(nèi)容，想一想：有沒有使有機分子碳鏈增長的例子？如果有，試列舉之。提示：《化學必修2》中所學酸和醇生成酯的反應屬于碳鏈增長的反應。如：CH3COOH＋C2H5OHeq\o(→,\s\up11(濃H2SO4),\s\do4(△))CH3COOC2H5＋H2O2．西藥引入之前，中國傳統(tǒng)治療發(fā)燒的方法是發(fā)汗法，由于效果不佳，不知有多少生命葬送在高燒之中。西藥引入之后，高燒奪去生命的事件已變得微乎其微。你知道這種退燒藥中的有效成分是什么嗎？大量應用的退燒藥來源于自然界還是有機合成？提示：退燒藥的有效成分是乙酰水楊酸，仔細閱讀過藥品說明書的同學，應該有點印象，它的醫(yī)學應用品是人工合成的。3．有機物是天然存在的多，還是有機合成的多？你知道被譽為有機合成大師的科學家是誰嗎？提示：人類合成的有機物比天然存在的多得多。被稱為有機合成大師的科學家是伍德沃德。4．有機合成中，在引入多種官能團時，為什么要考慮引入的先后順序？提示：因為在引入不同的官能團時，采用不同的反應條件，若不考慮引入的先后順序，前面引入的官能團，在引入后面的官能團時可能會受到破壞。四、有機合成過程中常見官能團的引入和轉(zhuǎn)化1．鹵原子的引入方法(1)烴與鹵素單質(zhì)的取代反應。例如：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))HCl＋CH3CH2Cl(還有其他的鹵代烴)(還有其他的氯代苯甲烷)CH2=CH－CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(500℃～600℃))CH2=CH－CH2Cl＋HCl(2)不飽和烴與鹵素單質(zhì)、鹵化氫的加成反應。例如：CH2=CHCH3＋Br2→CH2Br－CHBrCH3CH2=CHCH3＋HBr→CH3－CHBrCH3CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化劑))CH2=CHCl(3)醇與氫鹵酸的取代反應。例如：R－OH＋HXR－X＋H2O2．羥基的引入方法(1)醇羥基的引入方法①烯烴水化生成醇。例如：CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H2SO4或H3PO4),\s\do4(加熱、加壓))CH3CH2－OH②鹵代烴在強堿性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2－Br＋H2Oeq\o(→,\s\up15(NaOH))CH3CH2－OH＋HBr③醛或酮與氫氣加成生成醇。例如：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up11(Ni),\s\do4(△))CH3CH2－OH④酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(2)酚羥基的引入方法①酚鈉鹽溶液中通入CO2生成苯酚。例如：②苯的鹵代物水解生成苯酚，例如：3．碳碳雙鍵的引入方法(1)碳碳雙鍵的引入①醇的消去反應引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up11(濃硫酸),\s\do4(170℃))CH2=CH2↑＋H2O②鹵代烴的消去反應引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2Breq\o(→,\s\up11(NaOH，醇),\s\do4(△))CH2=CH2↑＋HBr③炔烴與氫氣、鹵代氫、鹵素單質(zhì)加成(限制物質(zhì)的量)可得到碳碳雙鍵。例如：CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化劑))CH2=CHCl(2)鍵的引入。醇的催化氧化。例如：2RCH2OH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2RCHO＋2H2O2R2CHOH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2R2C=O＋2H2O4．羧基的引入方法(1)醛被弱氧化劑氧化成酸。例如：CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O(2)醛被氧氣氧化成酸。例如：2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2CH3COOH(3)酯在酸性條件下水解。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(4)含側(cè)鏈的芳香烴被強氧化劑氧化。例如：5．有機物官能團的轉(zhuǎn)化(1)利用官能團的衍生關系進行衍變：如：醇eq\o(,\s\up11([O]),\s\do4(H2))醛eq\o(,\s\up15([O]))羧酸(2)通過某種化學途徑使一個官能團變?yōu)閮蓚€，如：(3)通過某種手段，改變官能團的位置，如：(4)碳鏈的增長：有機合成題中碳鏈的增長，一般會以信息形式給出，常見的方式為有機物與HCN的反應以及不飽和化合物間的加成、聚合等。(5)碳鏈的變短：如烴的裂化裂解，某些烴(如苯的同系物，烯烴)的氧化，羧酸鹽脫羧反應等。提示：(1)要注意特征反應條件。如與氫氧化鈉醇溶液共熱，一般為鹵代烴的消去反應；與氫氧化鈉水溶液共熱一般為鹵代烴、酯類等的水解反應；與鹵素單質(zhì)光照條件下反應，一般是烷烴或芳香烴側(cè)鏈取代氫的反應。(2)要注意反應的先后順序。如有時需要先取代再氧化，有時則需要先氧化再取代。(3)注意對某些基團的保護。五、檢測題1.某有機物結(jié)構(gòu)簡式為，該有機物不可能發(fā)生的反應是()①氧化②取代③加成④消去⑤還原⑥酯化⑦水解⑧加聚A．②B．④C．⑥D(zhuǎn)．⑧2.從溴乙烷制取1，2-二溴乙烷，下列轉(zhuǎn)化方案中最好的是()A．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液),\s\do5(△))CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(170℃))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrB．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrC．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(HBr))CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrD．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2Br3.下列反應可以使碳鏈減短的是()A．持續(xù)加熱乙酸與堿石灰的混合物B．裂化石油制取汽油C．乙烯的聚合反應D．環(huán)氧乙烷開環(huán)聚合4.下列反應中，可能在有機化合物分子中引入羥基“—OH”的是()A．羧酸與醇的酯化反應B．醛類與新制Cu(OH)2懸濁液反應C．乙炔與水的加成反應D．烯烴的水化反應5.綠色化學提倡化工生產(chǎn)應提高原子利用率。原子利用率表示目標產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，原子利用率最高的是()6.1，4-二氧六環(huán)是一種常見的溶劑，它可通過下列反應制得：烴Aeq\o(→,\s\up7(Br2))Beq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液))Ceq\o(→,\s\up7(濃H2SO4))，則烴A可能是()A．1-丁烯B．1，3-丁二烯C．乙炔D．乙烯7.食品香精菠蘿酯的生產(chǎn)路線(反應條件略去)如下：下列敘述錯誤的是()A．步驟①產(chǎn)物中殘留的苯酚可用FeCl3溶液檢驗B．步驟②產(chǎn)物中殘留的CH2=CHCH2OH可用溴水檢驗C．苯酚和菠蘿酯均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應D．苯氧乙酸和菠蘿酯均可與H2在一定條件下發(fā)生反應8.乙烯是有機化工生產(chǎn)中最重要的基礎原料。請以乙烯和天然氣為有機原料，任意選擇無機材料，合成1，3-丙二醇(1，3-丙二醇的結(jié)構(gòu)簡式為HO—CH2—CH2—CH2—OH)，寫出有關反應的化學方程式。9.H是一種香料，可用下圖的設計方案合成。已知：①在一定條件下，有機物有下列轉(zhuǎn)化關系：②烴A和等物質(zhì)的量的HCl在不同的條件下發(fā)生加成反應，既可以生成只含有一個甲基的B，也可以生成含有兩個甲基的F。(1)D的結(jié)構(gòu)簡式為__________________；(2)烴A→B的化學反應方程式是________；(3)F→G的化學反應類型為________；(4)E＋G→H的化學反應方程式為________：(5)H有多種同分異構(gòu)體，其中含有一個羧基，且其一氯代物有兩種的是________(用結(jié)構(gòu)簡式表示)。參考答案1.【解析】①該有機物含有碳碳雙鍵、醛基，所以可以發(fā)生氧化反應，正確。②該有機物含有—Cl及飽和碳原子上的氫原子，所以可以發(fā)生取代反應，正確。③該有機物含有碳碳雙鍵，因此能發(fā)生加成反應，正確。④該有機物分子中含有—Cl而且在Cl所連的碳原子的鄰位碳原子上有氫原子，所以可以發(fā)生消去反應，正確。⑤該有機物分子中含有—CHO，既能被氧化，也能被還原，正確。⑥該有機物分子中既無—OH，也無—COOH，因此不能發(fā)生酯化反應，錯誤。⑦該有機物含有—Cl，能在NaOH的水溶液中發(fā)生水解反應，正確。⑨由于該有機物中含有碳碳雙鍵，所以能夠發(fā)生加聚反應，正確?！敬鸢浮緾2.【解析】選擇的合成路線應簡捷，產(chǎn)率高，并且產(chǎn)物易于分離。A項方案不簡便，B、C兩項的方案取代反應制1，2-二溴乙烷的產(chǎn)物不唯一?！敬鸢浮緿3.【解析】A選項中乙酸和堿石灰反應的產(chǎn)物在持續(xù)加熱的條件下會發(fā)生脫羧反應產(chǎn)生CH4，符合題意；B選項中石油的裂化也是縮短碳鏈，符合題意；C選項是增長碳鏈；D選項中碳鏈長度不變?！敬鸢浮緼B4.【解析】酯化反應引入“”；與新制Cu(OH)2懸濁液反應可使生成羧基；乙炔與水加成生成乙醛；烯烴水化可生成醇，從而引入“—OH”?！敬鸢浮緿5.【解析】A項存在副產(chǎn)物CH3COOH，反應物沒有全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子利用率較低，故A錯誤；B項存在副產(chǎn)物CaCl2和H2O，反應物沒有全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子利用率較低，故B錯誤；C項反應物全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子的利用率為100%，原子利用率最高，故C正確；D項存在副產(chǎn)物HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和2H2O，反應物沒有全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子利用率較低，故D錯誤?！敬鸢浮緾6.【解析】此題采用逆向思維，根據(jù)烴及其衍生物的相互轉(zhuǎn)化關系即可推斷。最終產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)中含有“—R—O—R—”鍵，應該是濃H2SO4作用下，醇分子之間脫水形成的產(chǎn)物。而最終產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)中含有兩個“—R—O—R—”鍵，且呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子，所以化合物C應是含有兩個碳原子的二元醇，由此確定C是，逆推C是B的水解產(chǎn)物，B中應含兩個可水解的原子，B又是烴A跟Br2反應的產(chǎn)物，可見B分子中有兩個溴原子，所以烴A只能是CH2=CH2?！敬鸢浮緿7.【解析】步驟②產(chǎn)物菠蘿酯和殘留的CH2=CHCH2OH分子結(jié)構(gòu)中都含有碳碳雙鍵，故都可以溴水退色，故B項錯；苯酚容易被氧化，能與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應，菠蘿酯分子結(jié)構(gòu)中含有碳碳雙鍵，也能與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應，C項正確；苯氧乙酸分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，故能與H2在一定條件下發(fā)生加成反應，菠蘿酯分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)、碳碳雙鍵，故能與H2在一定條件下發(fā)生加成反應，D項正確。【答案】8.【解析】目標產(chǎn)物分子中有一個三碳原子鏈，而原料乙烯分子中只有2個碳原子，要增加一個碳原子，方法有很多：乙醛與HCN加成、氯乙烷與NaCN反應、乙醛與甲醛發(fā)生羥醛縮合等。由于前二者涉及到后續(xù)反應中氰基轉(zhuǎn)化的問題，比較麻煩，而目標產(chǎn)物多元醇跟羥醛縮合產(chǎn)物比較接近，可以嘗試羥醛縮合途徑?！敬鸢浮竣?CH2CH2＋O2eq\o(→,\s\up7(