有機(jī)化學(xué)學(xué)案1：3.1.1碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入

第1節(jié)有機(jī)化合物的合成第1課時(shí)碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解有機(jī)化合物合成路線設(shè)計(jì)的一般程序和方法，以及有機(jī)合成的應(yīng)用。2.理解有機(jī)物碳骨架的構(gòu)建方法。3.掌握常見官能團(tuán)的引入、轉(zhuǎn)化方法。4.歸納和整理烴及烴的衍生物相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。自主學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)一有機(jī)合成的基本程序1.基本流程2．合成路線的核心合成路線的核心在于構(gòu)建目標(biāo)化合物分子的碳骨架和引入必需的官能團(tuán)。知識(shí)點(diǎn)二碳骨架的構(gòu)建1.碳鏈的增長(1)鹵原子的氰基取代如CH3CH2Br＋NaCNeq\o(→,\s\up14(△))CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2CNeq\o(→,\s\up14(H2O，H＋))CH3CH2COOH(2)鹵原子的烴基取代如CH3CH2Br＋NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3＋2-戊炔(3)羥醛縮合(4)醛、酮的加成反應(yīng)2．碳鏈的減短(1)烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)CH3CH=CHCH3eq\o(→,\s\up14(KMnO4H＋))2CH3COOH乙酸(2)脫羧反應(yīng)：CH3COONa＋NaOHeq\o(→,\s\up14(△))CH4↑＋Na2CO3知識(shí)點(diǎn)三官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)化1.官能團(tuán)的引入在分子中引入官能團(tuán)的途徑有(以乙烯為起始物)：(1)在碳鏈上引入鹵原子如CH2=CH2＋HXeq\o(→,\s\up14(催化劑))CH3CH2XCH3CH2OH＋HX→CH3CH2X＋H2O(2)在碳鏈上引入羥基如CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up14(催化劑))CH3CH2OHCH3CH2X＋NaOHeq\o(→,\s\up14(H2O))CH3CH2OH＋NaX(3)在碳鏈上引入醛基的途徑如2CH3CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up14(Cu或Ag),\s\do14(△))2CH3CHO＋2H2O(4)在碳鏈上引入羧基的途徑如2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up14(催化劑),\s\do14(△))2CH3COOH(5)在分子中引入碳碳雙鍵的途徑：如CH3CH2OHeq\o(→,\s\up14(濃H2SO4),\s\do14(170℃))CH2=CH2↑＋H2O鹵代烴的消去引入雙鍵：如CH2HCH2Br＋KOHeq\o(→,\s\up14(C2H5OH),\s\do14(△))CH2=CH2↑＋KBr＋H2O2．官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化可以通過取代、消去、加成、氧化、還原等反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。下面是以乙烯為起始物，通過一系列化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的官能團(tuán)間的轉(zhuǎn)化。探究學(xué)習(xí)探究一有機(jī)合成中碳骨架的構(gòu)建【問題導(dǎo)思】①要延長有機(jī)化合物分子碳鏈，有哪些反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)？【提示】增長碳鏈的反應(yīng)有鹵代烴的取代反應(yīng)和醛、酮、烯烴、炔烴的加成反應(yīng)。②如果原料分子碳鏈過長，如何使其縮短？【提示】減短碳鏈的反應(yīng)有羧酸鹽的脫羧反應(yīng)、烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)。苯的同系物的氧化反應(yīng)、蛋白質(zhì)、糖類的水解反應(yīng)，石油的裂化裂解等。③常見的成環(huán)反應(yīng)有哪些？【提示】常見的成環(huán)反應(yīng)有分子內(nèi)脫水形成內(nèi)酯，分子間脫水形成環(huán)酯。1．碳鏈的增長增長碳鏈的反應(yīng)鹵代烴的取代反應(yīng)—X的氰基取代—X的炔基取代加成反應(yīng)醛、酮的加成反應(yīng)羥醛縮合反應(yīng)烯烴、炔烴的加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)2．碳鏈的減短減短碳鏈的反應(yīng)羧酸鹽的脫羧反應(yīng)烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)苯的同系物的氧化反應(yīng)蛋白質(zhì)、糖類的水解反應(yīng)石油的裂化或裂解3．開環(huán)與成環(huán)(1)開環(huán)反應(yīng)(2)成環(huán)反應(yīng)【例1】根據(jù)下列轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)圖回答相關(guān)問題。該網(wǎng)絡(luò)圖中化合物B可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，C可與NaHCO3水溶液反應(yīng)放出氣體。(1)寫出A、B、D的結(jié)構(gòu)簡式：A________，B________，D________。(2)指出①、④、⑤三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)類型：①________，④________，⑤________。變式訓(xùn)練1．乙烯是有機(jī)化工生產(chǎn)中最重要的基礎(chǔ)原料。請以乙烯和天然氣為有機(jī)原料，任意選擇無機(jī)原料，合成1,3-丙二醇(結(jié)構(gòu)簡式為HO—CH2—CH2—CH2—OH)，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。探究二官能團(tuán)的引入與消除【問題導(dǎo)思】①在有機(jī)物分子中引入鹵原子、醛基、羧基的方法分別有哪些？【提示】有機(jī)物中引入鹵原子可通過烷烴與X2取代、不飽和烴與HX或X2加成，醇與HX取代；引入醛基的方法有某些醇的氧化，烯氧化、糖類水解；引入羧基的方法有醛氧化、苯的同系物被強(qiáng)氧化劑氧化，羧酸鹽酸化、酯酸性水解。②在有機(jī)物分子中構(gòu)建碳碳雙鍵、需要如何做？【提示】在有機(jī)物分子中構(gòu)建碳碳雙鍵常通過醇或鹵代烴的消去、炔烴加氫實(shí)現(xiàn)。③在有機(jī)化學(xué)合成中分別通過哪些反應(yīng)引入羥基和消除羥基?！咎崾尽吭谟袡C(jī)合成中引入羥基的途徑有烯烴與水加成，醛、酮加氫，鹵代烴水解，酯的水解等，常通過消去反應(yīng)、氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)等消除羥基。1．官能團(tuán)的引入方法引入—OH烯烴與水加成，醛、酮加氫，鹵代烴水解，酯的水解引入—X烴與X2取代，不飽和烴與HX或X2加成，醇與HX取代引入C==C某些醇或鹵代烴的消去，炔烴加氫引入—CHO某些醇氧化，烯氧化，糖類水解(生成葡萄糖)引入—COOH醛氧化，苯的同系物被強(qiáng)氧化劑氧化，羧酸鹽酸化，酯酸性水解引入—COO—酯化反應(yīng)2.官能團(tuán)的消除方法(1)通過加成反應(yīng)消除不飽和鍵。(2)通過消去反應(yīng)、氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)等消除羥基(—OH)。(3)通過加成反應(yīng)或氧化反應(yīng)等消除醛基(—CHO)?！纠?】已知：物質(zhì)A在體內(nèi)脫氫酶的作用下會(huì)氧化為有害物質(zhì)GHB。下圖是關(guān)于物質(zhì)A的一種制備方法及由A引發(fā)的一系列化學(xué)反應(yīng)。請回答下列問題：(1)寫出反應(yīng)類型：反應(yīng)①________，反應(yīng)②________。(2)寫出化合物B的結(jié)構(gòu)簡式：________________________________________________。(3)寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(4)寫出反應(yīng)④的化學(xué)方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。(5)反應(yīng)④中除生成E外，還可能存在一種副產(chǎn)物(含結(jié)構(gòu))，它的結(jié)構(gòu)簡式為____________。(6)與化合物E互為同分異構(gòu)體的物質(zhì)不可能為________(填寫字母)。a．醇b．醛c．羧酸d．酚變式訓(xùn)練2．在下列反應(yīng)中，不可能在有機(jī)物中引入羧基的是()A．鹵代烴的水解B．腈(R—CN)在酸性條件下水解C．醛的氧化D．烯烴的氧化參考答案【例1】【解析】由題意可知其反應(yīng)過程為【答案】(1)CH3CH2OHCH3CHOCH2=CH2(2)取代(或水解)反應(yīng)消去反應(yīng)加成反應(yīng)【例2】【解析】根據(jù)HOCH2C≡CCH2OH與H2反應(yīng)可得A為HOCH2CH2CH2CH2OH，A轉(zhuǎn)化為D的條件是濃硫酸并加熱，即發(fā)生了消去反應(yīng)，所以D為1,3丁二烯，D轉(zhuǎn)化為C7H10O2，從C4H6和CH2=CH—COOH可以看出，D轉(zhuǎn)化為E為加成反應(yīng)，由GHB轉(zhuǎn)化為C可知，GHB含有—OH和—COOH，所以GHB的結(jié)構(gòu)簡式為：HO—CH2CH2CH2—COOH，逆推B為HO—CH2CH2CH2—CHO，GHB轉(zhuǎn)化為C是分子內(nèi)發(fā)生酯化反應(yīng)生成內(nèi)酯?！敬鸢浮?1)加成反應(yīng)消去反應(yīng)(2)HOCH2CH2CH2CHO(3)HOCH2CH2CH2COOHeq\o(→,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(△))變式訓(xùn)練1.【解析】目標(biāo)產(chǎn)物分子為1,3-丙二醇，其分子中有3個(gè)碳原子，而原料乙烯分子中只有2個(gè)碳原子，要增加一個(gè)碳原子，方法有很多：乙醛與HCN加成、氯乙烷與NaCN反應(yīng)、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(yīng)中氰基轉(zhuǎn)化的問題，比較麻煩，而目標(biāo)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。由乙烯制得乙醛，由甲烷制得甲醛，然后二者發(fā)生加成反應(yīng)即可?！敬鸢浮?CH2=CH2＋O2eq\o(→,\s\up14(催化劑),\s\do14())2CH3CHOCH4＋Cl2eq\o(→,\s\up14(光照),\s\do14())CH3Cl＋HClCH3Cl＋H2Oeq\o(→,\s\up14(NaOH),\s\do14(△))CH3—OH＋HCl2CH3OH＋O2eq\o(→,\s\up