3.1.1有機(jī)合成的關(guān)鍵-碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入導(dǎo)學(xué)案高二化學(xué)選擇性必修3

第1課時(shí)有機(jī)合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解有機(jī)合成的基本程序和方法。2．掌握碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化的方法。3．掌握鹵代烴的消去反應(yīng)和取代反應(yīng)的特點(diǎn)。學(xué)法指導(dǎo)1.對(duì)比分析法。對(duì)比有機(jī)物分子的結(jié)構(gòu)，分析有機(jī)物分子中的官能團(tuán)和化學(xué)鍵，預(yù)測(cè)可能的斷鍵部位與相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。2．交流討論法。根據(jù)所學(xué)各類(lèi)有機(jī)物的代表物的性質(zhì)，交流研討有機(jī)物官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化的途徑。必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)——新知全解一遍過(guò)知識(shí)點(diǎn)一有機(jī)合成的基本程序1.有機(jī)合成的基本流程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________和引入必需的________。知識(shí)點(diǎn)二有機(jī)合成的關(guān)鍵1.碳骨架的構(gòu)建(1)碳鏈的增長(zhǎng)①鹵代烴的取代反應(yīng)例如：溴乙烷與氰化鈉的反應(yīng)：________________________________________________________________________CH3CH2CNH2②利用羥醛縮合反應(yīng)例如：兩分子乙醛反應(yīng)的化學(xué)方程式為(2)碳鏈的縮短①烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)。②脫羧反應(yīng)例如：無(wú)水醋酸鈉與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3COONa＋NaOH△2．官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化(1)官能團(tuán)的引入(2)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化可以通過(guò)取代、________、________以及氧化、________等反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。下面是以乙烯為起始物，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的某些官能團(tuán)間的轉(zhuǎn)化。微點(diǎn)撥1.炔烴、醛、酮中的不飽和鍵與HCN發(fā)生加成反應(yīng)生成含有氰基(—CN)的物質(zhì)，再在酸性條件下水解生成羧酸，或經(jīng)催化加氫還原生成含氨基的物質(zhì)。2．羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)：(1)羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)的實(shí)質(zhì)：其中—R為烴基。(2)羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)屬于取代反應(yīng)。學(xué)思用1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)碳骨架的構(gòu)建只包括碳鏈的增長(zhǎng)及碳鏈的減短。()(2)酯的水解反應(yīng)可使碳骨架的碳鏈縮短。()(3)可利用羥醛縮合反應(yīng)增長(zhǎng)碳鏈，該反應(yīng)實(shí)質(zhì)上屬于取代反應(yīng)。()(4)烯烴中既可引入鹵素原子、羥基，又可引入羧基、羰基。()(5)石油的裂化或裂解可使碳鏈縮短。()2．下列反應(yīng)中，不可能在有機(jī)化合物分子里引入—COOH的是()A．醛催化氧化B．鹵代烴水解C．氰化物酸性條件下水解D．酮催化氧化關(guān)鍵能力·課堂探究——學(xué)科素養(yǎng)全通關(guān)提升點(diǎn)一有機(jī)合成碳骨架的建立1.常見(jiàn)增長(zhǎng)碳鏈的方法(1)醛、酮的加成①與HCN加成：(2)含有αH的醛發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)：2．常見(jiàn)減短碳鏈的方式3．成環(huán)與開(kāi)環(huán)的反應(yīng)(1)成環(huán)。如羥基酸分子內(nèi)酯化：二元酸和二元醇分子間酯化成環(huán)：(2)開(kāi)環(huán)?；?dòng)探究問(wèn)題1下列烯烴可被酸性高錳酸鉀氧化，請(qǐng)寫(xiě)出氧化后產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。問(wèn)題2H—C≡N分子可以和—C≡C—、發(fā)生加成反應(yīng)，請(qǐng)寫(xiě)出下列物質(zhì)與HCN反應(yīng)的化學(xué)方程式。典例示范[典例1]環(huán)己烯可通過(guò)1，3丁二烯與乙烯發(fā)生環(huán)化加成反應(yīng)制得實(shí)驗(yàn)證明：下列反應(yīng)中反應(yīng)物分子的環(huán)外雙鍵比環(huán)內(nèi)雙鍵更易被氧化，，現(xiàn)僅以1，3丁二烯為有機(jī)原料，無(wú)機(jī)試劑任選，按下列途徑合成甲基環(huán)己烷：按要求填空：(1)A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：________________________________________________，B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：__________________________________________________。(2)寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式及反應(yīng)類(lèi)型反應(yīng)④______________________，__________________________________________。反應(yīng)⑤______________________，____________________________________________。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練1]以乙烯為初始反應(yīng)物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知兩個(gè)醛分子在一定條件下可以發(fā)生加成反應(yīng)，下式為反應(yīng)原理：請(qǐng)運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)和題干信息判斷下列反應(yīng)與由乙烯制正丁醇的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式(反應(yīng)條件省略)無(wú)關(guān)的是()A．CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OHB．2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2OC．2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2OD．2CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3＋H2O提升點(diǎn)二官能團(tuán)的引入、轉(zhuǎn)化、消除和保護(hù)1.官能團(tuán)的引入(1)鹵素原子的引入方式。(2)羥基的引入方式。①加成反應(yīng)a．烯烴與水加成：CH2=CH2＋H2O催化劑CH3—CHb．醛、酮與H2加成：c．醛、酮與HCN加成：d．羥醛縮合：②水解反應(yīng)：a．鹵代烴的水解：b．酯的水解：③酚鈉水溶液與酸：(3)碳碳雙鍵或三鍵的引入方式。2.官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化與衍變根據(jù)合成需要(有時(shí)題目信息中會(huì)明確某些衍變途徑)可進(jìn)行有機(jī)物的官能團(tuán)衍變，以使中間產(chǎn)物向目標(biāo)產(chǎn)物遞進(jìn)。常見(jiàn)的有三種方式：(3)官能位置的改變，如3．官能團(tuán)的消除(3)通過(guò)氧化反應(yīng)或加成反應(yīng)可消除—CHO，如。(4)通過(guò)消去反應(yīng)或水解反應(yīng)可消除鹵素原子，如(5)通過(guò)水解反應(yīng)消除酯基，如4．官能團(tuán)的保護(hù)有機(jī)合成時(shí)，往往在有機(jī)物分子中引入多個(gè)官能團(tuán)，但有時(shí)在引入某一個(gè)官能團(tuán)時(shí)容易對(duì)其他官能團(tuán)造成破壞，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的合成。因此，在制備過(guò)程中要把分子中的某些官能團(tuán)通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆椒ūＷo(hù)起來(lái)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再將其轉(zhuǎn)變回來(lái)，從而達(dá)到有機(jī)合成的目標(biāo)。(1)酚羥基的保護(hù)因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團(tuán)前可以先使其與NaOH反應(yīng)，把—OH變?yōu)椤狾Na將其保護(hù)起來(lái)，待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H。(2)碳碳雙鍵的保護(hù)碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團(tuán)前可以利用其與鹵素單質(zhì)、鹵化氫等的加成反應(yīng)將其保護(hù)起來(lái)，待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。例如，已知烯烴中在某些強(qiáng)氧化劑的作用下易發(fā)生斷裂，因而在有機(jī)合成中有時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，過(guò)程可簡(jiǎn)單表示如下：(3)氨基(—NH2)的保護(hù)例如，在對(duì)硝基甲苯合成對(duì)氨基苯甲酸的過(guò)程中應(yīng)先把—CH3氧化成—COOH，再把—NO2還原為—NH2。防止當(dāng)KMnO4氧化—CH3時(shí)，—NH2(具有還原性(4)醛基的保護(hù)醛基可被弱氧化劑氧化，為避免在反應(yīng)過(guò)程中受到影響，對(duì)其保護(hù)和恢復(fù)過(guò)程為：再如檢驗(yàn)碳碳雙鍵時(shí)，當(dāng)有機(jī)物中含有醛基、碳碳雙鍵等多種官能團(tuán)時(shí)，可以先用弱氧化劑，如銀氨溶液、新制Cu(OH)2懸濁液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等對(duì)碳碳雙鍵進(jìn)行檢驗(yàn)?；?dòng)探究問(wèn)題1由酯轉(zhuǎn)化為醇或酚引入—OH與鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇引入—OH二者有何區(qū)別，反應(yīng)類(lèi)型相同嗎？問(wèn)題2請(qǐng)用有機(jī)合成流程圖形式表示出由乙苯和其他無(wú)機(jī)物合成最合理方案(不超過(guò)3步)。典例示范[典例2]對(duì)溴苯乙烯(E)是一種重要的化工原料，E的實(shí)驗(yàn)室制取流程如圖所示：已知：D的分子式為C8H8Br2，且分子中含有甲基?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)E中官能團(tuán)的名稱為_(kāi)___________________。(2)D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_______________。(3)寫(xiě)出反應(yīng)B→C的化學(xué)方程式：__________________________________________________，其反應(yīng)類(lèi)型為_(kāi)_______。(4)在A、B、C三種物質(zhì)中，能使酸性KMnO4溶液褪色的有________(填標(biāo)號(hào))。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練2]按以下步驟可由合成(部分試劑和反應(yīng)條件已略去)：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：____________，B中____(填“可能”或“不可能”)所有碳原子共面。(2)反應(yīng)①～⑦中屬于消去反應(yīng)的是________，屬于取代反應(yīng)的是________。(3)A→B反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________________________________________________________________________________________，C→D反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________________________________________________________________________________。

·課堂總結(jié)·知識(shí)導(dǎo)圖誤區(qū)警示對(duì)比分析有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化應(yīng)注意1．對(duì)比碳骨架的變化。對(duì)比原料分子和目標(biāo)化合物分子的碳骨架的變化，看碳鏈?zhǔn)窃鲩L(zhǎng)還是縮短，是碳鏈還是碳環(huán)，相差幾個(gè)碳原子，然后篩選碳鏈改變的常用方法，確定最合理的方法。2．對(duì)比官能團(tuán)的變化。聯(lián)想各類(lèi)官能團(tuán)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，注意多個(gè)官能團(tuán)的連續(xù)轉(zhuǎn)化，綜合考慮各類(lèi)官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化步驟和順序。3．確定最佳方案。根據(jù)上面的兩個(gè)對(duì)比，依據(jù)轉(zhuǎn)化的科學(xué)性、原子的經(jīng)濟(jì)性，遵循綠色化學(xué)思想，確定科學(xué)合理的方案。隨堂檢測(cè)·強(qiáng)化落實(shí)——基礎(chǔ)知能練到位1．法國(guó)化學(xué)家格利雅發(fā)現(xiàn)了有機(jī)鎂試劑(也稱為格氏試劑)及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用。其反應(yīng)機(jī)理是有機(jī)鎂試劑中帶有負(fù)電荷的烴基與帶有正電荷的基團(tuán)結(jié)合，從而發(fā)生取代或者加成反應(yīng)。下列反應(yīng)中有機(jī)產(chǎn)物不合理的是()2．下列反應(yīng)可以在烴分子中引入鹵素原子的是()A．苯和溴水共熱B．光照甲苯與溴的蒸氣C．溴乙烷與NaOH溶液共熱D．溴乙烷與NaOH的醇溶液共熱3．一定條件下，炔烴可以進(jìn)行自身化合反應(yīng)。如乙炔的自身化合反應(yīng)為2H—C≡C—H→H—C≡C—CH=CH2。下列關(guān)于該反應(yīng)的說(shuō)法不正確的是()A．該反應(yīng)使碳鏈增長(zhǎng)了2個(gè)C原子B．該反應(yīng)引入了新官能團(tuán)C．該反應(yīng)是加成反應(yīng)D．該反應(yīng)屬于取代反應(yīng)4．(雙選)武茲反應(yīng)是重要的有機(jī)增碳反應(yīng)，可簡(jiǎn)單表示為2R－X＋2Na→R－R＋2NaX，應(yīng)用這一反應(yīng)，下列所給化合物中可以與鈉合成環(huán)丁烷的是()A．CH3BrB．CH3CH2CH2CH2BrC．CH2BrCH2BrD．CH2BrCH2CH2CH2Br5．根據(jù)下面的反應(yīng)線路及所給信息填空。(1)A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是________，B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是________。(2)①的反應(yīng)類(lèi)型是________；③的反應(yīng)類(lèi)型是________。(3)反應(yīng)④的條件是_______________________________________________。(4)寫(xiě)出反應(yīng)②的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________。第1課時(shí)有機(jī)合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入必備知識(shí)[知識(shí)點(diǎn)一]1．設(shè)計(jì)合成路線性質(zhì)或功能2．碳骨架官能團(tuán)[知識(shí)點(diǎn)二]1．（1）①CH3CH2Br＋NaCN→CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2COOH②（2）②CH4↑＋Na2CO32．（1）CH2=CH2↑＋H2OCH2=CH2↑＋NaBr＋H2OCH3CH2ClCH3CH2Br＋H2OCH3CH2OHCH3CH2OH＋NaClCH3CH2OHRCH2COOH＋CO2↑CH3CH2COOH（2）消去加成還原[學(xué)思用]1．答案：（1）×（2）√（3）×（4）√（5）√2．解析：醛基催化氧化條件下可變?yōu)轸然?；多鹵代烴可發(fā)生反應(yīng)RCX3水解答案：D關(guān)鍵能力提升點(diǎn)一[互動(dòng)探究]問(wèn)題1：提示：（1）CH3COOH（2）、CH3COOH（3）（4）HOOC—COOH、HOOC—CH2CH2—COOH問(wèn)題2：提示：（1）(1)CH3C≡CH＋HCN催化劑或CH3C≡CH＋HCN催化劑CH3CH（2）（3）（4）[典例1]解析：由反應(yīng)物和產(chǎn)物對(duì)比可知①為2分子1，3丁二烯的加成反應(yīng)，A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式應(yīng)為，由題給信息推出B為，C為，D為。答案：（1）（2）消去反應(yīng)加成反應(yīng)[訓(xùn)練1]解析：由題干信息可知，醛分子間的加成反應(yīng)可增長(zhǎng)碳鏈，所以由乙烯制正丁醇時(shí)，首先應(yīng)制得乙醛，然后依據(jù)題干信息，完成碳鏈增長(zhǎng)，得到含4個(gè)碳原子的烯醛，再經(jīng)催化加氫即可得到正丁醇，合成路線為CH2=CH2①CH3CHO②CH3CH=CHCHO③CH各步涉及的具體反應(yīng)(反應(yīng)條件省略)：①CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OH，2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2O(或2CH2=CH2＋O2→2CH3CHO)；②2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2O；③CH3CH=CHCHO＋2H2→CH3CH2CH2CH2OH。故D項(xiàng)與由乙烯制正丁醇的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式無(wú)關(guān)。答案：D提升點(diǎn)二[互動(dòng)探究]問(wèn)題1：提示：由酯引入—OH，發(fā)生水解反應(yīng)（取代反應(yīng)），條件為稀硫酸或氫氧化鈉加熱，而鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇引入—OH，必須是氫氧化鈉水溶液加熱發(fā)生取代反應(yīng)。問(wèn)題2：提示：[典例2]解析：根據(jù)B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式并結(jié)合A的分子式可知，A為，A→B為苯與溴乙烷在AlCl3催化條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成乙苯；B→C為乙苯與Br2在FeBr3催化條件下發(fā)生的反應(yīng)，結(jié)合E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，該反應(yīng)為Br原子取代了苯環(huán)上乙基對(duì)位碳原子上的氫原子，則C為；C→D為C與Br2在光照（注意B→C與C→D的反應(yīng)條件不同）條件下發(fā)生苯環(huán)側(cè)鏈上的取代反應(yīng)，D可能是或，結(jié)合已知信息可知D為；D發(fā)生消去反應(yīng)生成。（1）中所含官能團(tuán)為溴原子（或碳溴鍵）、碳碳雙鍵。（3）反應(yīng)B→C的化學(xué)方程式，該反應(yīng)為取代反應(yīng)。（4）A為，不能使酸性KMnO4溶液褪色；B、C中與苯環(huán)直接相連的碳原子上都有氫原子，都能被酸性KMnO4溶液氧化，從