高中化學(xué) 3.1.2《有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用》學(xué)案魯科版選修5

1、第2課時(shí)有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.初步學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)逆推法設(shè)計(jì)合成路線的思想。2.熟知有機(jī)合成遵循的基本規(guī)律，學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)、優(yōu)選合理的有機(jī)合成路線。3.了解原子經(jīng)濟(jì)和綠色化學(xué)的思想。 1烴和烴的衍生物轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示：(1)將相應(yīng)的烴或烴的衍生物類(lèi)別填入上圖空格內(nèi)。(2)若以CH3CH2OH為原料合成乙二酸HOOCCOOH依次發(fā)生的反應(yīng)類(lèi)型是消去、加成、水解、氧化、氧化。2某有機(jī)物A由C、H、O三種元素組成，在一定條件下，A、B、C、D、E之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：已知C的蒸氣密度是相同條件下氫氣的22倍，并可發(fā)生銀鏡反應(yīng)。(1)寫(xiě)出下列物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A_；B_；C_。(2)寫(xiě)出下列轉(zhuǎn)化的化學(xué)

2、方程式：AB：_；C與銀氨溶液反應(yīng)：_；ADE：_。答案(1)C2H5OHCH2=CH2CH3CHO(2)C2H5OHCH2=CH2H2OCH3CHO2Ag(NH3)2OHCH3COONH42Ag3NH3H2OCH3CH2OHCH3COOHCH3COOCH2CH3H2O解析分析題目所給五種物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系：由ACD，且C可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，可知C為醛，則A為醇，D為羧酸，E應(yīng)是酯。再根據(jù)題意C的蒸氣密度是相同條件下氫氣的22倍，可得Mr(C)44，所以C為乙醛。故A為乙醇，B為乙烯，D為乙酸，E為乙酸乙酯。探究點(diǎn)一有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)1有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)思路(1)設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線時(shí)，首先要正確判斷需

3、合成的有機(jī)物的類(lèi)別，它含有哪些官能團(tuán)，與哪些知識(shí)信息有關(guān)；(2)其次是根據(jù)現(xiàn)有的原料、信息和有關(guān)反應(yīng)規(guī)律，盡可能合理地把目標(biāo)化合物分成若干片段，或?qū)ふ夜倌軋F(tuán)的引入、轉(zhuǎn)換、保護(hù)方法，或設(shè)法將各片段拼湊衍變，盡快找出合成目標(biāo)化合物的關(guān)鍵；(3)最后將正向推導(dǎo)和逆向推導(dǎo)得出的若干個(gè)合成路線加以綜合比較，選擇最佳的合成方案。2乙醛有三種工業(yè)制法：最早是用糧食發(fā)酵制取乙醇，再用乙醇氧化法制乙醛。2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O后來(lái)采用乙炔水化法，產(chǎn)率和產(chǎn)品純度高。CHCHH2OCH3CHO現(xiàn)在采用乙烯直接氧化法，產(chǎn)率和產(chǎn)品純度高。2CH2=CH2O22CH3CHO請(qǐng)你說(shuō)說(shuō)、兩種方法被淘汰的原

4、因是什么？答案第種方法成本高；第種生產(chǎn)過(guò)程中用到重金屬鹽(Hg2鹽)，毒性強(qiáng)，故被淘汰。3請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理方案：以CH2=CH2為原料，合成。答案CH2=CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。歸納總結(jié)常見(jiàn)的有機(jī)合成路線(1)一元合成路線：RCH=CH2鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路線：CH2=CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OHCHOCHOHOOCCOOH鏈酯、環(huán)酯、聚酯(3)芳香化合物合成路線：活學(xué)活用1以2氯丁烷為原料合成2,3二氯丁烷，某同學(xué)設(shè)計(jì)了下列兩種途徑：在光照條件下，將2氯丁烷直接與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)。先將2氯丁烷在NaOH的醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)，再與氯氣

5、發(fā)生加成反應(yīng)。你認(rèn)為哪一種途徑更合理？為什么另一種途徑不合理？答案第種途徑更為合理。其原因是在第種途徑中，副反應(yīng)多，所得產(chǎn)物中除2,3二氯丁烷外還有其他多種副產(chǎn)品。2丁烯二酸(HOOCCH=CHCOOH)可用于制造不飽和聚酯樹(shù)脂，也可作食品的酸性調(diào)味劑。某同學(xué)以ClCH2CH=CHCH2Cl為原料，設(shè)計(jì)了下列合成路線：。你認(rèn)為上述設(shè)計(jì)存在什么缺陷？請(qǐng)你提出具體改進(jìn)措施？答案在第二步的氧化過(guò)程中，鍵也會(huì)被氧化，使產(chǎn)率降低，對(duì)上述設(shè)計(jì)可做如下改進(jìn)：探究點(diǎn)二有機(jī)合成的分析方法1正向合成分析法從已知的原料入手，找出合成所需的直接或間接的中間體，逐步推出合成的目標(biāo)有機(jī)物，其合成示意圖為2逆推法將目標(biāo)化合

6、物倒退一步尋找上一步反應(yīng)的中間體，該中間體同輔助原料反應(yīng)可以得到目標(biāo)化合物，而這個(gè)中間體，又可由更上一步的中間體得到，依次類(lèi)推，最后確定最適宜的基礎(chǔ)原料和最終的合成路線。3利用“逆推法”分析由乙烯合成草酸二乙酯的過(guò)程：逆合成分析思路，思維過(guò)程概括如下：(1)分析草酸二乙酯，分子中有2個(gè)酯基。(2)逆推，酯是由酸和醇合成的，則反應(yīng)物為乙二酸和2倍比例的乙醇CH3CH2OH。(3)逆推1，乙二酸是由乙二醇氧化得來(lái)，乙二醇與乙醇的不同之處在于乙二醇有2個(gè)羥基(OH)。此醇羥基的引入可用1,2二氯乙烷()水解得到，而1,2二氯乙烷又可以用乙烯CH2=CH2與Cl2加成而得。(4)逆推2，乙醇的引入可用

7、乙烯(CH2=CH2)水化法制得，或氯乙烷水解。上述分析可概括為根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成草酸二乙酯的有機(jī)基礎(chǔ)原料為乙烯(CH2=CH2)，通過(guò)五步反應(yīng)進(jìn)行合成，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_，_，_，_，_。歸納總結(jié)逆推法設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一般程序活學(xué)活用3苯甲酸苯甲酯()存在于多種植物香精中，如在水仙花中就含有它，它可用作香料、食品添加劑及一些香料的溶劑，還可用于塑料、涂料的增塑劑。此外，它在醫(yī)療上也有很多應(yīng)用。對(duì)于這樣一種有機(jī)物，你能用原料庫(kù)中的原料合成嗎？有機(jī)物原料庫(kù)：苯、甲苯、乙烯、丙烯、1,3丁二烯、2丁烯等。(無(wú)機(jī)原料任選)答案解析利用逆推法，首先分析目標(biāo)分子中含有酯基，為酯類(lèi)化

8、合物，對(duì)于酯類(lèi)化合物一般可采用酸與醇的酯化反應(yīng)來(lái)合成，以此為出發(fā)點(diǎn)，依據(jù)烴及衍生物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可以按以下思路由目標(biāo)分子逆推原料分子：因此以甲苯為原料進(jìn)行合成苯甲酸苯甲酯，可以確定如下路線：路線1：路線2：對(duì)以上路線進(jìn)行優(yōu)選：路線2制備苯甲酸的步驟多，成本高，且使用較多的Cl2，不利于環(huán)境保護(hù)。路線1由甲苯分別制備苯甲酸和苯甲醇，然后由它們發(fā)生酯化反應(yīng)制備苯甲酸苯甲酯，是比較合理的合成路線。探究點(diǎn)三有機(jī)合成的應(yīng)用1有機(jī)合成是利用簡(jiǎn)單、易得的原料，通過(guò)有機(jī)反應(yīng)，生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)化合物。通過(guò)有機(jī)合成不僅可以制備天然有機(jī)物，以彌補(bǔ)自然資源的不足，還可以對(duì)天然有機(jī)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和修飾，使其性

9、能更加完美，甚至可以合成具有特定性質(zhì)的、自然界并不存在的有機(jī)物，以滿足人類(lèi)的特殊需要。2有機(jī)合成的原則(1)起始原料要廉價(jià)、易得、低毒、低污染。(2)盡量選擇步驟最少的合成路線，使得反應(yīng)過(guò)程中副反應(yīng)少、產(chǎn)物產(chǎn)率高。(3)符合“綠色化學(xué)”的要求，操作簡(jiǎn)單、條件溫和、能耗低、易實(shí)現(xiàn)、原料利用率高、污染少，盡量實(shí)現(xiàn)零排放。(4)按照一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團(tuán)，不能臆造不存在的反應(yīng)事實(shí)。在引入官能團(tuán)的過(guò)程中，要注意先后順序，以及對(duì)先引入的官能團(tuán)的保護(hù)。歸納總結(jié)(1)有機(jī)合成的起始原料通常采用四個(gè)碳原子以下的單官能團(tuán)化合物和單取代苯，如乙烯、丙烯、甲苯等。(2)有機(jī)合成產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生

10、活，以及國(guó)防工業(yè)等眾多領(lǐng)域。在化學(xué)基礎(chǔ)研究方面，有機(jī)合成也是一個(gè)重要的工具?；顚W(xué)活用4下圖是以煤為原料生產(chǎn)聚氯乙烯(PVC)和人造羊毛的合成路線：(1)上述有機(jī)合成路線中第一步的目的是什么？(2)請(qǐng)你寫(xiě)出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。(3)將上述反應(yīng)按反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。答案(1)由于石油價(jià)格不斷上漲，以煤為原料制備一些化工產(chǎn)品的前景又被看好。(2)A：CHCHB：CH2=CHClC：CH2=CHCND：(3)加成反應(yīng)；加聚反應(yīng)。1下列說(shuō)法不正確的是()A有機(jī)合成的思路就是通過(guò)有機(jī)反應(yīng)構(gòu)建目標(biāo)化合物的分子碳骨架，并引入或轉(zhuǎn)化成所需的官能團(tuán)B有機(jī)合成過(guò)程可以簡(jiǎn)單表示為基礎(chǔ)原料中間體中間體目標(biāo)化合物C逆

11、推法可以簡(jiǎn)單表示為目標(biāo)化合物中間體中間體基礎(chǔ)原料D為減少污染，有機(jī)合成不能使用輔助原料，不能有副產(chǎn)物答案D解析有機(jī)合成中需要一些必要的輔助原料，且使用的輔助原料應(yīng)該是低毒性、低污染、易得和廉價(jià)的。2下面是有機(jī)合成的三個(gè)步驟：對(duì)不同的合成路線進(jìn)行優(yōu)選；由目標(biāo)分子逆推原料分子并設(shè)計(jì)合成路線；觀察目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)。逆推法正確的順序?yàn)?)A BC D答案B3有機(jī)物可經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?，其各步反?yīng)的反應(yīng)類(lèi)型是()A加成消去脫水 B消去加成消去C加成消去加成 D取代消去加成答案B4食品香精菠蘿酯的生產(chǎn)路線(反應(yīng)條件略去)如下：(1)寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式并注明反應(yīng)類(lèi)型。(2)苯氧乙酸的某種同分異構(gòu)體X,1

12、 mol X能與2 mol NaOH溶液反應(yīng)，且X中含有1個(gè)醛基(CHO)，寫(xiě)出符合上述條件的X的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_。5寫(xiě)出以CH2ClCH2CH2CH2OH為原料制備的各步反應(yīng)方程式(無(wú)機(jī)試劑自選)：_；_；_；_。答案2CH2ClCH2CH2CH2OHO22CH2ClCH2CH2CHO2H2O2CH2ClCH2CH2CHOO22CH2ClCH2CH2COOHCH2ClCH2CH2COOHH2OHOCH2CH2CH2COOHHClHOCH2CH2CH2COOHH2O解析對(duì)比給出的原料與目標(biāo)產(chǎn)物可知，原料為鹵代醇，產(chǎn)品為等碳原子數(shù)的環(huán)酯，因此，制備過(guò)程是醇羥基氧化成羧基，鹵素原子再水解成羥基，最

13、后發(fā)生酯化反應(yīng)?；A(chǔ)過(guò)關(guān)一、逆推法的應(yīng)用1以乙醇為原料，用下述6種類(lèi)型的反應(yīng)來(lái)合成乙二酸乙二酯(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為)，正確的順序是()氧化消去加成酯化水解加聚A BC D答案C解析逆推法：再?gòu)囊掖奸_(kāi)始正向分析反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)類(lèi)型依次為消去反應(yīng)加成反應(yīng)水解反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)。2以氯乙烷為原料制取乙二酸(HOOCCOOH)的過(guò)程中，要依次經(jīng)過(guò)下列步驟中的()與NaOH的水溶液共熱與NaOH的醇溶液共熱與濃硫酸共熱到170 在催化劑存在情況下與氯氣反應(yīng)在Cu或Ag存在的情況下與氧氣共熱與新制的Cu(OH)2懸濁液共熱A BC D答案C解析采取逆向分析可知，乙二酸乙二醛乙二醇1,2二鹵乙烷乙烯氯乙烷。然后再逐

14、一分析反應(yīng)發(fā)生的條件，可知C項(xiàng)設(shè)計(jì)合理。3根據(jù)下面合成路線判斷烴A為()A1丁烯B1,3丁二烯C乙炔D乙烯答案D解析由生成物的結(jié)構(gòu)推知C為，B為，A為CH2=CH2。二、有機(jī)合成路線的選擇4請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理方案：以為原料，合成。5已知：中的醇羥基不能被氧化。以為原料，并以Br2等其他試劑制取，請(qǐng)寫(xiě)出合成路線。解析利用逆推法合成有機(jī)物，從產(chǎn)物入手，根據(jù)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化，推出原料即可。本題可設(shè)計(jì)為產(chǎn)物醛醇鹵代烴。對(duì)照起始反應(yīng)物與目標(biāo)產(chǎn)物，需要在原料分子中引入COOH，而碳骨架沒(méi)有變化，可逆推需要先制得醛，依次需要：醇、鹵代烴。在原料分子中引入鹵原子可以利用加成反應(yīng)來(lái)完成。6以乙醇為起始原料可經(jīng)過(guò)不同的途徑得

15、到1,2二溴乙烷，以下三個(gè)制備方案，哪一個(gè)為最佳方案？答案方案(1)為最佳方案解析烷烴與溴蒸氣發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)會(huì)生成一溴代物和多溴代物，產(chǎn)品的純度低，故方案(2)(3)不是最佳方案。7請(qǐng)認(rèn)真閱讀下列3個(gè)反應(yīng)：(1)前兩步合成路線順序不能顛倒，你認(rèn)為可能的原因是什么？(2)后續(xù)合成路線還有兩種可能的設(shè)計(jì)，請(qǐng)你對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)要的評(píng)價(jià)，從中選出合理的合成路線。答案(1)前兩步的順序不能顛倒，若顛倒即先生成，再與HNO3作用時(shí)不會(huì)得到所需產(chǎn)品。(2)后續(xù)的兩種合成路線為由于苯胺易被氧化且NaClO有強(qiáng)氧化性，而雙鍵加成與NO2被還原條件不同，故以第種方案最合理。三、有機(jī)合成推斷8某有機(jī)化合物X，經(jīng)過(guò)下列變

16、化后可在一定條件下得到乙酸乙酯，則有機(jī)物X是()AC2H5OHBC2H4CCH3CHODCH3COOH答案C解析由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖可知X加氫后生成Y，X被氧化后生成Z，Y與Z反應(yīng)生成酯CH3COOCH2CH3，不難推出X為CH3CHO。9茉莉花是一首膾炙人口的中國(guó)民歌。茉莉花香氣的成分有多種，乙酸苯甲酯()是其中的一種，它可以從茉莉花中提取，也可以乙烯和甲苯為原料進(jìn)行人工合成。其中一種合成路線如下：回答下列問(wèn)題：(1)A、B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)，_；(2)寫(xiě)出反應(yīng)、的化學(xué)方程式_，_；(3)上述反應(yīng)中屬取代反應(yīng)的有_(填寫(xiě)序號(hào))；(4)反應(yīng)_(填序號(hào))原子的理論利用率為100%，符合綠色化學(xué)的要求。答案(

17、1)CH3CHO解析(1)A物質(zhì)應(yīng)該是乙醇在CuO的作用下被催化氧化成的乙醛，B物質(zhì)是與鹵素單質(zhì)光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成的鹵代烴，由在的條件下鹵代烴發(fā)生的水解反應(yīng)生成苯甲醇知，B中只有一個(gè)鹵素原子即；(2)是乙醇的催化氧化，是乙酸與苯甲醇發(fā)生的酯化反應(yīng)；(3)是加成反應(yīng)，均是氧化反應(yīng)，是與鹵素發(fā)生的取代反應(yīng)，是鹵代烴發(fā)生的水解反應(yīng)，也屬于取代反應(yīng)，是酯化反應(yīng)屬于取代反應(yīng)。能力提升10由丙烯合成“硝化甘油”(三硝酸甘油酯)可采用下列四步反應(yīng)：丙烯1,2,3三氯丙烷(ClCH2CHClCH2Cl)甘油已知：CH2=CHCH3Cl2ClCH2CHClCH3；CH2=CHCH3Cl2CH2=CHCH

18、2ClHCl(1)寫(xiě)出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式，并分別注明其反應(yīng)類(lèi)型：_；_；_。(2)請(qǐng)寫(xiě)出用1丙醇作原料，制丙烯的反應(yīng)的化學(xué)方程式并注明反應(yīng)類(lèi)型：_。(3)如果所用丙醇中混有異丙醇CH3CH(OH)CH3，對(duì)所制丙烯的純度是否有影響？簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。答案(1)CH3CH=CH2Cl2CH2ClCH=CH2HCl，取代反應(yīng)CH2ClCH=CH2Cl2CH2ClCHClCH2Cl，加成反應(yīng)CH2ClCHClCH2Cl3NaOHHOCH2CH(OH)CH2OH3NaCl，水解(或取代)反應(yīng)(2)CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2H2O，消去反應(yīng)(3)無(wú)影響。異丙醇在此反應(yīng)條件下也得到丙烯，因此不

19、會(huì)影響產(chǎn)物的純度。解析此題需在丙烯的三個(gè)碳原子上各引入一個(gè)氯原子，生成1,2,3三氯丙烷，才能水解生成甘油。怎樣才能在三個(gè)碳原子上各引入一個(gè)氯原子呢？根據(jù)題中所給信息，應(yīng)該是先由丙烯與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，再加成，才能生成1,2,3三氯丙烷。11已知一個(gè)碳原子上連有兩個(gè)羥基時(shí)，易發(fā)生下列轉(zhuǎn)化：。請(qǐng)根據(jù)下圖回答問(wèn)題：(1)E中含有的官能團(tuán)的名稱(chēng)是_；反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。(2)已知B的相對(duì)分子質(zhì)量為162，其完全燃燒的產(chǎn)物中n(CO2)n(H2O)21，則B的分子式為_(kāi)。(3)F是高分子光阻劑生產(chǎn)中的主要原料，F(xiàn)具有如下特點(diǎn)：能跟FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；能發(fā)生加聚反應(yīng)；苯環(huán)上的一氯代物只有兩種，

20、則F在一定條件下發(fā)生加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。(4)化合物G是F的同分異構(gòu)體，屬于芳香化合物，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。G有多種結(jié)構(gòu)，寫(xiě)出其中兩種苯環(huán)上取代基個(gè)數(shù)不同的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：_、_。答案(1)羧基CH3CHO2Cu(OH)2CH3COOHCu2O2H2O(2)C10H10O2解析本題的難點(diǎn)是ACD的轉(zhuǎn)化。A的分子中既有酯基，又有溴原子，所以A在堿性條件下水解時(shí)，除得到醋酸鈉外，另一產(chǎn)物因同一個(gè)碳原子上連有兩個(gè)羥基，不穩(wěn)定，由已知信息可知得到乙醛(CH3CHO)。由B的相對(duì)分子質(zhì)量為162，結(jié)合燃燒產(chǎn)物的量的關(guān)系可設(shè)其分子式為CnHnO2，知：13n32162，得n10，即B的分子式為C1

21、0H10O2。由反應(yīng)：C10H10O2H2OCH3COOHF(C8H8O)，結(jié)合F特點(diǎn)知其分子結(jié)構(gòu)中含有羥基(酚類(lèi))和碳碳雙鍵。因其一氯代物只有兩種，所以F為苯環(huán)上的對(duì)位二取代物，故F的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。因其同分異構(gòu)體能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)，故分子內(nèi)存在醛基(CHO)，即可寫(xiě)出相應(yīng)的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。12利用從冬青中提取的有機(jī)物A合成抗結(jié)腸炎藥物Y及其他化學(xué)品，合成路線如下：根據(jù)上述信息回答：(1)D不與NaHCO3溶液反應(yīng)，D中官能團(tuán)的名稱(chēng)是_，BC的反應(yīng)類(lèi)型是_。(2)寫(xiě)出A生成B和E的化學(xué)反應(yīng)方程式_。(3)A的同分異構(gòu)體I和J是重要的醫(yī)藥中間體，在濃硫酸的作用下，I和J分別生成和，鑒別I和J的