四川省成都市2017高中化学第三章烃的含氧衍生物第四节有机合成导学案

第三章烃的含氧衍生物第四节有机合成
【学习目标】1.通过回忆,归纳烃的衍生物之间的关系,能列举碳链增长和引入各类官能团的化学反应,并能写出相应的化学方程式。

2.通过阅读和讨论,了解合成路线设计的一般思路;知道合成关键为构建碳骨架和引入所需官能团。

3.理解有机合成遵循的基本规律,初步学会使用逆向合成法合理设计有机合成的路线。

4.了解有机合成对人类生产、生活的影响。

【学习重、难点】有机合成试题的特点、解题方法和思路
【学习过程】
旧知再现：根据常见有机物的转化关系，写出对应的化学方程式：
（1）一元羧酸与一元醇之间的酯化反应：________________________
（2）一元羧酸与多元醇之间的酯化反应：________________________
（3）多元羧酸与一元醇之间的酯化反应：_________________________
（4）多元羧酸与多元醇之间的酯化反应：此时反应有三种情形，可得普通酯、环酯和高聚酯：___________________________________________
（5）羟基自身的酯化反应：此时反应有三种情形，可得到普通酯、环酯和高聚酯：_______
答案：（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
新知探究：
活动一：有机合成的过程
1.有机合成的概念:有机合成指利用①的原料,通过有机反应,生成具有特定②和③的有机化合物。

2.有机合成的任务:通过有机反应构建④的分子骨架,并引入或转化所需的⑤。

答案：①简单易得②结构③功能④目标化合物⑤官能团
活动二：有机合成的分析方法
1.逆合成分析法:是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的⑥,该⑦同⑧反应可能得到目标化合物。

而这个中间体的合成与目标化合物的合成一样,是从更上一步的中间体得来的。

依次倒推,最后确定⑨和⑩。

示意图如下:
目标化合物中间体中间体…基础原料
2.有机合成应满足的条件
(1)合成路线的各反应的条件,并且具有。

(2)所使用的基础原料和辅助原料应该是、、和的。

3.用逆合成分析法分析乙二酸二乙酯的合成
(1)乙二酸二乙酯分子中含有两个酯基,按酯化反应规律将酯基断开,得到乙二酸和,说明目标化合物可由
和通过酯化反应得到。

(2)羧酸可用醇氧化得到,乙二酸前一步的中间体应该是乙二醇:
⇨
(3)乙二醇的前一步中间体可以是1,2-二溴乙烷,可通过乙烯的加成反应得到:
⇨⇨
(4)乙醇可通过乙烯与水的加成得到。

根据以上分析写出合成步骤(用化学方程式表示):
、、
、、
、。

答案：⑥中间体⑦中间体⑧辅助原料⑨最适宜的基础原料⑩最终的合成路线必须比较温和
较高的产率低毒性低污染易得廉价乙醇乙醇乙二酸
CH2CH2+H2O CH3CH2OH CH2CH2+Br2CH2BrCH2Br CH2BrCH2Br+2NaOH HOCH2CH2OH+2NaBr
HOCH2CH2OH+O2OHCCHO+2H2O OHCCHO+O2HOOCCOOH HOOCCOOH+2CH3CH2OH CH3CH2OOC—COOCH2CH3+2H2O
【互动探究】茉莉花香气的成分有多种,乙酸苯甲酯()是其中的一种,它可以从茉莉花中提取,也可以用乙烯和甲苯为原料进行人工合成。

其中一种合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A、B的结构简式分别为、。

(2)写出反应②、⑥的化学方程式: , 。

(3)上述反应中属取代反应的有(填序号)。

(4)反应(填序号)原子的理论利用率为100%,符合绿色化学的要求。

答案：（1）(或CH3CHO);
（2）CH3CH2OH+CuO CH3CHO+Cu+H2O;
CH3COOH++H2O
（3）④⑤⑥（4）①③
解析：(1)A物质是乙醇在CuO的作用下被催化氧化成的乙醛,B物质是甲苯与卤素单质光照条件下发生取代反应生成的卤代烃,在⑤的条件下,卤代烃发生水解反应生成苯甲醇。

(2)②是乙醇的催化氧化,⑥是乙酸与苯甲醇发生的酯化反应。

(3)①是加成反应,②③均是氧化反应,④是与卤素发生的取代反应,⑤是卤代烃发生的水解反应(也属于取代反应),⑥是酯化反应(也属于取代反应)。

(4)原子利用率若是100%,实际找加成反应及化合反应即可。

【思考交流】1.常见的引入醛基的方法有哪些?
2.合成路线应遵循哪些原则?
3.有机合成过程中步骤越多越好还是越少越好?为什么?
4.从绿色化学的角度出发,有机合成的设计有哪些注意事项?
5.制备氯乙烷时常采用乙烯与氯化氢反应而不是乙烷与氯气反应,为什么?
答案：1.引入基团,首先要思考或查看原料物和目标物,分析它们的性质。

一般来讲,引入醛基的方法有醇的氧化、炔烃和水的加成等。

2.合成有机物要以反应物、生成物的官能团为核心,在知识网中找到官能团与其他有机物的转化关系,从而尽快找到合成目标产物与反应物之间的中间产物作为解决问题的突破口。

3.在不违背反应原理的基础上,合成步骤越少越好。

合成路线中的总产率等于各步产率之乘积,因此应该选择步骤尽量少、副反应产物最少的合成路线。

4.①使用无毒原料;②不产生有毒有害副产物;③原料利用率达到100%等。

5.乙烯和氯化氢反应只得到一种产物;乙烷与氯气发生取代反应,可能得到多种氯代乙烷,副产物多,产率低。

【拓展探究】根据所学知识，回答下列问题，并举例说明。

1.如何增长碳链?如何缩短碳链?
2.如何引入羟基?
3.如何引入卤原子?
答案：1.通过下列反应可增长碳链:①碳碳双键或碳碳三键与HCN加成反应;②加聚反应;③缩聚反应;④酯化反应;⑤醇分子间脱水生成醚的取代反应。

举例（略）
通过下列反应可缩短碳链:①烯烃或炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应;②裂化或裂解反应;③酯的水解反应;
④脱羧反应等。

举例（略）
2.(1)醇羟基的引入方法
①烯烃水化生成醇。

例如:CH3CH2OH
②卤代烃在强碱水溶液中水解生成醇。

例如:CH3CH2Br+H2O CH3CH2OH+HBr
③醛或酮与氢气加成生成醇。

例如:CH3CHO+H2CH3CH2OH ，+H2
④酯水解生成醇。

例如:CH3COOCH2CH3+H2O CH3COOH+CH3CH2OH
(2)酚羟基的引入方法
①酚钠盐溶液中通入CO2生成酚。

例如:
+CO2+H2O
②苯的卤代物水解生成苯酚。

例如:+H2O+HCl
3.(1)烃与卤素单质的取代反应。

例如:CH3CH3+Cl2HCl+CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃)
+Br2
+Cl2HCl+(还有其他的氯代苯甲烷)
(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。

例如:+Br2
CH2BrCHBrCH3CH3CHBrCH3
CH≡CH+HCl
(3)醇与氢卤酸的取代反应。

例如:
【巩固训练】1.甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体。

旧法合成的反应如下:(CH3)2C O+HCN(CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN +CH3OH+H2SO4CH2C(CH3)COOCH3+NH4HSO4;
20世纪90年代新法合成的反应如下:CH3CH CH2+CO+CH3OH CH2C(CH3)COOCH3。

与旧法相比,新法的优点是( )
A.原料无爆炸危险
B.原料都是无毒物质
C.没有副产物,原料利用率高
D.对设备腐蚀性较大
2.在“绿色化学工艺”中,理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物,即原子利用率为100%。

下列反应类型中能体现“绿色化学工艺”原则的是( )。

①置换反应②化合反应③分解反应④取代反应⑤加成反应⑥消去反应⑦加聚反应
A.①②⑤
B.②⑤⑦
C.①⑦
D.⑦
3.从原料和环境方面的要求看,绿色化学对生产中的化学反应提出了一个提高原子利用率的要求,即尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料。

现有下列3种合成苯酚的反应路线:
①+HCl
②+Na2SO3+H2O
③+
其中符合原子节约要求的生产过程是( )
A.①
B.②
C.③
D.①②③
4.有以下一系列反应,最终产物是乙二酸。

A B C D E F乙二酸(HOOC—COOH)
请回答下列问题:
(1)C的结构简式是,B C的反应类型是,E F的化学方程式是。

(2)E与乙二酸发生酯化反应生成环状化合物的化学方程式是。

(3)B发生水解反应或C与H2O发生加成反应均生成化合物G。

在乙二酸、水、苯酚、G四种分子中,羟基上氢原子的活泼性由强到弱的顺序是。

答案：1.C A项,新法的原料中的CO为可燃气体,有爆炸极限,不能说原料无爆炸危险;B项,新法的原料中有CO,CO有毒,所以不能说原料都是无毒物质;C项,由新法的化学方程式看,产物只有一种,而旧法反应的化学方程式中产物有两种,可推知新法的优点是没有副产物,原料利用率高,故C项正确;D项,对比三个化学方程式可知,新法的原料中没有HCN和H2SO4,故对设备腐蚀性较小。

2.B
3.C
4.(1)CH2CH2;消去反应;HOCH2—CH2OH+O2+2H2O
(2) ++2H2O
(3)乙二酸>苯酚>水>G(乙醇)
解析：用“逆推法”的思路,以最终产物乙二酸为起点,逆向思考,推断出各有机物的结构简式后,再回答相关问题。

题中出现“NaOH醇、加热”这一转化条件可以与卤代烃的消去反应相联系,出现“甲乙丙”,可联想到“醇→醛→酸”的转化关系。

【提升训练】铃兰醛具有甜润的香味，常用作肥料、洗涤剂和化妆品的香料。

合成铃兰醛的路线如下图所示(部分试剂和条件未注明)：
已知：
请回答：
(1)由A生成B的反应类型是__________。

(2)D的结构简式是__________。

(3)生成E的化学方程式是________________________________________________。

(4)F能发生银镜反应，F的结构简式是_____________________________________。

(5)下列有关G的叙述中，不正确的是______(填字母)。

a．G分子中有4种不同化学环境的氢原子
b．G能发生加聚反应、氧化反应和还原反应
c．1 mol G最多能与4 mol H2发生加成反应
(6)由H生成铃兰醛的化学方程式是_______________________________________。

(7)F向G转化的过程中，常伴有分子式为C17H22O的副产物K产生。

K的结构简式是________________。

答案：(1)加成反应
(5)ac
解析：分析合成路线，联系D氧化后产物的结构，可判断为与HCl发生加成反应生成B：
；B在催化剂作用下，与甲苯发生对位取代，得到；酸性KMnO4溶液中，
与苯环相连的C上无H，不能被氧化，而—CH3被氧化成—COOH，得到。

中羧基与CH3OH在浓硫酸加热条件下发生酯化反应：
，得到E：；E还原得到的F能发生银镜反应，可判断其中有—CHO，故F为；根据已知ⅰ，与丙醛反应得到G：
，G分子中有6种不同化学环境的氢原子，分子中有碳碳双键与醛基，能发生加聚反应、氧化反应和还原反应；1 mol G中各有1 mol 碳碳双键、1 mol 醛基，二者各能与1 mol H2发生加成反应，苯环加成消耗3 mol H2，故1 mol G最多能与5 mol H2发生加成反应。

根据铃兰醛的结构简式，可推断G
加氢还原后得到H的结构简式为，H催化氧化得到铃兰醛：
2H2O。

根据K的分子式C17H22O判断，1 mol K由1 mol F、2 mol 丙醛根据已知ⅰ反应产生，K的结构简式为。