苏教版 (2019)选择性必修3第三单元 有机合成设计第2课时学案及答案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修3第三单元 有机合成设计第2课时学案及答案，共10页。学案主要包含了学习目标，合作探究，学习情境，新知生成，核心突破，归纳总结，课堂小结，随堂检测等内容，欢迎下载使用。

能运用逆合成分析法设计简单的有机合成路线。
【合作探究】
【学习情境】
自1828年德国化学家维勒人工合成尿素以来,人们运用有机化学手段合成了许许多多自然界中存在的物质,也创造性地合成了许许多多自然界中并不存在的物质。有机合成的产物被广泛应用于工业、农业、国防、医药卫生等各个领域。合成有机化合物需要解决哪些问题呢?
任务1 有机合成的步骤
【新知生成】
1.有机合成的概念
有机合成指利用相对简单、易得的原料,通过一系列有机化学反应,生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程。
2.有机合成的任务和过程
【核心突破】
典例1 已知:+,如果要合成,所用的起始原料可以是( )。
①1,3-戊二烯和2-丁炔
②2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔
③2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔
④2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔
A.①④B.②④C.①③D.②③
【答案】D
【解析】①1,3-戊二烯和2-丁炔合成的产物结构为;②2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔合成的产物结构为;③2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔合成的产物结构为;④2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔合成的产物结构为。
典例2 某物质的转化关系如图所示,下列有关说法正确的是( )。
A.化合物A的结构可能有3种
B.由A生成E发生氧化反应
C.F的结构简式可表示为
D.化合物A中一定含有的官能团是醛基、羧基和碳碳双键
【答案】C
【解析】A能与碳酸氢钠反应说明A分子中含有—COOH,能发生银镜反应说明含有—CHO或—OOCH,由B能与溴水发生加成反应可知,A分子中含有碳碳双键或碳碳三键,由D的碳链没有支链,F是分子式为C4H6O2的环状化合物可知,F为,则A分子中含有醛基、羧基、碳碳双键或碳碳三键,结构简式可能为HOOCCHCHCHO或HOOCC≡CCHO,A和D项错误,C项正确;在镍作催化剂下,A与氢气发生还原反应生成E,B项错误。
【归纳总结】
1.构建碳骨架
(1)增长碳链
①卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl+NaCNCH3CH2CN(丙腈)+NaCl;
CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②醛、酮与氢氰酸的加成反应
CH3CHO+HCN;
。
③卤代烃与炔钠的反应
2CH3C≡CH+2Na2CH3C≡CNa+H2;
CH3C≡CNa+CH3CH2ClCH3C≡CCH2CH3+NaCl。
④羟醛缩合反应
CH3CHO+。
⑤格林试剂延长碳链
卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应,可得格林试剂R—MgX,它可与醛、酮等羰基化合物加成:+R—MgX。
(2)缩短碳链
①脱羧反应
R—COONa+NaOHR—H+Na2CO3。
②氧化反应
;
R—CHCH2RCOOH+CO2↑。
③水解反应:主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。
④烃的裂化或裂解反应
C16H34C8H18+C8H16;C8H18C4H10+C4H8。
(3)成环
①共轭二烯烃的成环反应
+‖。
②形成环酯
++2H2O。
③形成环醚
HOCH2CH2OH+H2O。
(4)开环
①环酯水解开环
+H2O。
②环烯烃氧化开环
2.官能团的转化
(1)利用官能团的衍生关系进行官能团的转化
(2)通过不同的反应途径增加官能团的个数
①
②
③CH3CHO→CH3CH2OH→CH2CH2→BrCH2CH2Br→HOCH2CH2OH→OHCCHO→HOOCCOOH
(3)改变官能团位置的方法
CH3CH2CH2BrCH3CHCH2
CH3CHBrCH3
CH3CH2CH2OHCH3CHCH2 CH3CH(OH)CH3
训练1 下列反应能使有机物碳链缩短的是( )。
A.乙醛发生自身羟醛缩合反应
B.乙苯和酸性KMnO4溶液反应
C.乙醛和银氨溶液反应
D.乙烯和HCN发生加成反应
【答案】B
【解析】乙醛发生自身羟醛缩合反应,碳链增长;乙苯被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸,碳链缩短;乙醛与银氨溶液反应生成乙酸铵,碳原子数不变,碳链长度不变;乙烯和HCN发生加成反应生成CH3CH2CN,碳链增长。
任务2 设计有机合成路线的方法和原则
【新知生成】
1.逆合成分析法
(1)逆合成分析可用图示表示为
(2)逆合成分析法中最关键的一步是选择合适的化学键,将其切断,把目标化合物分成小的片段,再通过合适的途径和方式把小片段连接成结构复杂的目标化合物。切断化学键的位置常用的规律:
(3)逆合成分析法应用例析
由“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯具体步骤如下:
写出有关反应的化学方程式:
① ;
② ;
③ ;
④ ;
⑤ ;
⑥ 。
2.有机合成的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。
(2)尽量选择步骤最少的合成路线,使得反应过程中副反应少、产率高。
(3)符合“绿色化学”的要求,操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少,尽量实现零排放。
(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团,不能臆造不存在的反应事实。
【答案】1.(3)①CH2CH2+Cl2→ClCH2CH2Cl;
②ClCH2CH2Cl+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaCl;
③HOCH2CH2OH+O2OHCCHO+2H2O;④OHCCHO+O2HOOCCOOH;⑤CH2CH2+H2OCH3CH2OH; ⑥+2CH3CH2OH +2H2O
【核心突破】
典例3 下列合成路线不合理的是( )。
A.用氯苯合成环己烯:
B.用乙醇合成乙二醇:CH3CH2OHCH2CH2ClCH2CH2ClHOCH2CH2OH
C.用乙烯合成乙酸:CH2CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
D.用BrCH2CHCHCH2Br合成HOOCCHClCH2COOH:BrCH2CHCHCH2BrHOCH2CHCHCH2OHHOOCCHCHCOOHHOOCCHClCH2COOH
【答案】D
【解析】BrCH2CHCHCH2Br在NaOH溶液、加热条件下发生取代反应生成HOCH2CHCHCH2OH,HOCH2CHCHCH2OH被酸性高锰酸钾溶液氧化时,碳碳双键也会被氧化断开,不可能生成HOOCCHCHCOOH,D项不合理。
【归纳总结】
1.常见的有机合成路线
(1)一元合成路线
RCHCH2RCH2CH2XRCH2CH2OHRCH2CHORCH2COOH 酯
(2)二元合成路线
CH2CH2CH2X—CH2XCH2OH—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH链酯、环酯、聚酯
(3)芳香族化合物合成路线
①
②芳香酯
2.有机合成中官能团的保护
3.逆合成分析法设计有机合成路线的思维程序
(1)观察目标分子结构,即目标分子的碳架特征,以及官能团的种类和位置。
(2)由目标分子逆推原料分子,并设计合成路线,即目标分子碳架的构建,以及官能团引入和转化。
(3)依据绿色合成的思想,对不同的合成路线进行优选。
训练2 以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图,下列说法正确的是( )。
A.A的结构简式是
B.①②的反应类型分别是取代、消去
C.反应②③的条件分别是浓硫酸/加热、光照
D.酸性KMnO4溶液褪色可证明已完全转化为
【答案】B
【解析】以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线为,A为氯代环戊烷,结构简式为,A项错误;反应①为光照条件下的取代反应,反应②为在氢氧化钠醇溶液中加热发生的消去反应,B项正确;反应②的反应试剂和反应条件为氢氧化钠醇溶液、加热,反应③的条件为常温,C项错误;B为环戊烯,含碳碳双键,与环戊二烯均能使酸性KMnO4溶液褪色,则酸性KMnO4溶液褪色,不能证明环戊烷已完全转化成环戊二烯,D项错误。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.以丙烯为基础原料,可制备离子导体材料中有机溶剂的单体丙烯酸丁酯,其合成路线如下:
CH3—CHCH2CH3CH2CH2CH2OH
下列判断错误的是( )。
A.反应①是一个碳链增长的反应
B.反应②是还原反应,可以通过加成的方式实现
C.反应③需要的条件是浓硫酸和加热
D.该合成工艺的原子利用率为100%
【答案】D
【解析】对比反应①的反应物和生成物,可知反应①是一个碳链增长的反应,A项正确;反应②是醛基被还原为羟基,在一定条件下,醛基与H2加成可得到羟基,B项正确;反应③是酯化反应,反应条件是浓硫酸和加热,C项正确;反应③有水生成,故该合成工艺的原子利用率小于100%,D项错误。
2.某同学设计了下列合成路线,你认为不可行的是( )。
A.用乙烯合成乙酸:CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
B.用氯苯合成环己烯:
C.用乙烯合成乙二醇:ClCH2CH2ClHOCH2CH2OH
D.用甲苯合成苯甲醇:
【答案】B
【解析】氯苯与氢气发生加成反应生成氯代环己烷,氯代环己烷在NaOH醇溶液中发生消去反应生成环己烯,反应条件不是浓硫酸、加热,B项不可行。
3.由氯乙烷及必要的无机试剂合成乙二醛,其依次发生的反应类型为( )。
A.取代、消去、加成、还原
B.加成、消去、水解、氧化
C.消去、加成、取代、氧化
D.水解、消去、加成、取代
【答案】C
【解析】由氯乙烷()合成乙二醛(OHC—CHO),可以用逆推法,乙二醛可由乙二醇()氧化得到,乙二醇可以由1,2-二氯乙烷()水解得到,1,2-二氯乙烷可由乙烯和氯气加成得到,乙烯可由氯乙烷消去得到。合成路线为:H2CCH2OHC—CHO。
4.香草醛是一种食品添加剂,合成路线如图所示。关于香草醛的合成路线,下列说法正确的是( )。
A.理论上物质2→3,原子利用率为100%
B.化合物2可发生氧化、还原、取代、加成、加聚反应
C.等物质的量的四种化合物分别与足量金属Na反应,消耗Na的物质的量之比为1∶3∶2∶1
D.检验制得的香草醛中是否混有化合物3,可用氯化铁溶液
【答案】C
【解析】对比物质2、3的结构简式,物质2→3为醇羟基的催化氧化,除生成物质3外还有水生成,原子利用率小于100%,A项错误;化合物2中含有羟基、羧基、醚键、苯环,能发生氧化、还原、取代、加成反应,没有碳碳双键、碳碳三键,不能发生加聚反应,B项错误;羟基和羧基都能与钠反应,等物质的量的四种化合物分别与足量金属Na反应,消耗Na的物质的量之比为1∶3∶2∶1,C项正确;香草醛和化合物3都有酚羟基,都能与氯化铁溶液发生显色反应,故不可用氯化铁溶液来检验香草醛中是否含化合物3,D项错误。结构对称的目标化合物
在对称处切断化学键
含官能团的目标化合物
在官能团处或官能团
附近切断化学键
含支链的目标化合物
可在支链处切断化学键
被保护的
官能团
被保护的官
能团性质
保护方法
酚羟基
易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化
①用NaOH溶液先转化为酚钠,后酸化重新转化为酚:
②用碘甲烷先转化为苯甲醚,后用氢碘酸酸化重新转化为酚:
氨基
先用盐酸转化为盐,后用NaOH溶液重新转化为氨基
醇羟基
先酯化,使用氧化剂氧化后再水解
碳碳
双键
易与卤素单质加成,易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化
用氯化氢先通过加成转化为氯代物,后用NaOH醇溶液通过消去重新转化为碳碳双键
醛基
易被氧化
乙醇(或乙二醇)加成保护: