高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成第1课时学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成第1课时学案设计，共17页。

第五节　有机合成
第1课时　有机合成的主要任务
[核心素养发展目标]　1.通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有机合成基本任务，掌握有机化合物分子骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。2.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献及对健康、环境造成的影响，能用“绿色化学”的理念指导合成路线的选择。
一、有机合成
1．有机合成的概念
有机合成指利用相对简单、易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子的过程方法。
2．有机合成的任务和过程

3．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。

对照下列有机合成的原料分子和目标分子，仿照示例给出下列有机合成的主要任务。

原料分子
目标分子
主要任务
示例
CH2==CH2
CH3COOH
改变官能团种类
(1)
CH3CH2OH


(2)
CH≡CH


(3)
CH3CH2CH2Br


(4)
CH3CH==CH2
CH3CH2CH2COOH


答案　(1)改变官能团数目　(2)碳链转变为碳环　(3)改变官能团的位置　(4)改变官能团的种类和碳原子数目
二、有机合成中的碳骨架的构建和官能团的引入
1．构建碳骨架
(1)增长碳链
①卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(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＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。
④羟醛缩合反应
CH3CHO＋。
(2)缩短碳链
①脱羧反应
R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3。
②氧化反应
；
R—CH==CH2RCOOH＋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
①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应)

②形成环酯
＋＋2H2O。
③形成环醚

(4)开环
①环酯水解开环

②环烯烃氧化开环

2．常见官能团引入或转化的方法
(1)碳碳双键
①醇的消去反应
CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O。
②卤代烃的消去反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。
③炔烃的不完全加成反应
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
(2)卤素原子
①烃与卤素单质的取代反应
＋Br2＋HBr；
＋Cl2＋HCl。
②不饱和烃的加成反应
＋Br2―→；
CH2==CHCH3＋HBrCH3CHBrCH3；
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
③醇的取代反应
CH3—CH2—OH＋HBrCH3—CH2—Br＋H2O。
(3)羟基
①烯烃与水的加成反应
CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH。
②卤代烃的水解反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr。
③醛或酮的还原反应
CH3CHO＋H2CH3CH2OH；
＋H2。
④酯的水解反应
CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH；
CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH。
(4)官能团的转化

熟悉烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。

(1)有机合成应遵循低价、绿色、环保等要求(　　)
(2)有机合成中原子利用率最高的反应是化合反应、加成反应、加聚反应等(　　)
(3)可通过醇的氧化、苯环侧链的氧化和酯的水解等引入羧基(　　)
(4)消去反应、氧化反应、还原反应或酯化反应等可以消除羟基(　　)
(5)溴乙烷经消去反应、加成反应和水解反应可以合成乙二醇(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√

已知溴乙烷与氰化钠反应后再水解可以得到丙酸：CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH
产物分子比原化合物分子多了一个碳原子，增长了碳链。请根据以下框图回答问题。
图中F分子中含有8个原子组成的环状结构。

(1)反应①②③中属于取代反应的是________(填反应序号)。
(2)写出结构简式：E_________________________________________________________，
F________________________________________________________________________。
答案　(1)②③　(2)
或
解析　本题主要考查了有机物转化过程中碳链的延长和碳环的生成，延长碳链的方法是先引入—CN，再进行水解；碳环的生成是利用酯化反应。A是丙烯，从参加反应的物质来看，反应①是一个加成反应，生成的B是1,2-二溴丙烷；反应②是卤代烃的水解反应，生成的D是1,2-丙二醇；结合题给信息可以确定反应③是用—CN 代替B中的—Br，B中有两个—Br，都应该被取代了，生成的C再经过水解，生成的E是2-甲基丁二酸。

判断有机合成任务时，要将原料与产物进行对比，一比碳骨架的变化，二比官能团类别、个数及位置的差异，来确定有机合成的任务。

1．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷()的反应中，原子利用率最高的是(　　)
A．CH2==CH2＋(过氧乙酸)―→＋CH3COOH
B．CH2==CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O
C．2CH2==CH2＋O2
D．＋HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋2H2O
答案　C
解析　A中存在副产品CH3COOH，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；B中存在副产品CaCl2和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；C中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为100%，原子利用率最高；D中存在副产品HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低。
2．由石油裂解产物乙烯制取HOCH2COOH，需要经历的反应类型有(　　)
A．氧化——氧化——取代——水解
B．加成——水解——氧化——氧化
C．氧化——取代——氧化——水解
D．水解——氧化——氧化——取代
答案　A
解析　由乙烯CH2==CH2合成HOCH2COOH的步骤：
2CH2==CH2＋O22CH3CHO,2CH3CHO＋O22CH3COOH，CH3COOH＋Cl2Cl—CH2COOH＋HCl，Cl—CH2COOH＋2NaOHHOCH2COONa＋NaCl＋H2O，HOCH2COONa＋HCl==HOCH2COOH＋NaCl，故反应类型：氧化——氧化——取代——水解。
3．已知：含的物质(烯烃)一定条件下能与水发生加成反应，生成醇(含羟基的烃的衍生物)；有机物A～D间存在图示的转化关系：

下列说法不正确的是(　　)
A．D的结构简式为CH3COOCH2CH3
B．A能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．B与乙酸发生了取代反应
D．可用B萃取碘水中的碘单质
答案　D
解析　C被氧化生成乙酸，则C为CH3CHO，B在加热条件下和氧化铜发生氧化反应生成C，则B为CH3CH2OH，A和水发生加成反应生成B，则A为CH2==CH2，乙酸和乙醇发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH2CH3。
4．已知：＋R—MgX―→MgX
由乙醇合成CH3CH==CHCH3(2-丁烯)的流程如下：

下列说法错误的是(　　)
A．③发生氧化反应，⑥发生消去反应
B．M的结构简式为CH3CH2X
C．P的分子式为C4H10O
D．2-丁烯与Br2以1∶1加成可得三种不同产物
答案　D
5．由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子化合物H的示意图如图所示：

请回答下列问题：
(1)写出以下物质的结构简式：A________，F________，C________。
(2)写出以下反应的反应类型：X________，Y________。
(3)写出以下反应的化学方程式：A→B：________________________；G→H：_____________。
(4)若环状酯E与NaOH水溶液共热，则发生反应的化学方程式为________________________。
答案　(1)CH2BrCH2Br　HC≡CH　OHCCHO
(2)酯化反应　加聚反应
(3)CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr　nCH2==CHCl
(4)＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH
解析　乙烯和溴发生加成反应生成A，A的结构简式为CH2BrCH2Br，A和氢氧化钠的水溶液发生取代反应生成B，B的结构简式为HOCH2CH2OH，B被氧气氧化生成C，C的结构简式为OHCCHO，C被氧气氧化生成D，D的结构简式为HOOCCOOH，B和D发生酯化反应生成E，E是环状酯，则E为乙二酸乙二酯；A和氢氧化钠的醇溶液发生消去反应生成F，F的结构简式为HC≡CH，F和氯化氢发生加成反应生成G氯乙烯，氯乙烯发生加聚反应生成H聚氯乙烯。
(1)通过以上分析知，A、F、C的结构简式分别是CH2BrCH2Br、HC≡CH、OHCCHO。
(2)乙二酸和乙二醇发生酯化反应生成乙二酸乙二酯，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯。
(3)A和氢氧化钠水溶液发生取代反应生成B，反应方程式为CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr，一定条件下，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯，反应方程式为nCH2==CHCl。
(4)环状酯E与NaOH水溶液共热，发生水解反应生成羧酸钠和乙二醇，反应方程式为＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH。


题组一　有机官能团的引入、消除和保护
1．(2019·祁县第二中学高二月考)有机合成的关键是构建官能团和碳骨架，下列反应不能引入—OH的是(　　)
A．醛还原反应 B．酯类水解反应
C．卤代烃水解 D．烷烃取代反应
答案　D
解析　醛(R—CHO)与氢气发生加成反应能够生成R—CH2OH，该反应也属于还原反应，故不选A；酯类(R1—COO—R2)水解能够生成R1—COOH和HO—R2，故不选B；卤代烃(R—Cl)水解生成R—OH，故不选C；烷烃取代反应生成卤代烃，不能反应引入—OH，故选D。
2．(2020·河北省涿鹿中学高二月考)根据下面合成路线判断烃A为(　　)
A(烃类)BC
A．1-丁烯 B．1,3-丁二烯
C．乙炔 D．乙烯
答案　D
解析　由最后的产物是醚结合最后一步的反应条件可知最后一步反应是醇发生分子间脱水，所以C为HOCH2CH2OH，再结合B中有Br，B转化为C的条件是氢氧化钠溶液加热，可知B为BrCH2CH2Br，所以A是乙烯。
3．(2020·天津五十七中高二期中)在有机合成中官能团的引入或改变是极为重要的，下列说法正确的是(　　)
A．甲苯在光照下与Cl2反应，主反应为苯环上引入氯原子
B．引入羟基的方法常有卤代烃和酯的水解、烯烃的加成、醛类的还原
C．将CH2==CH—CH2OH与酸性KMnO4溶液反应即可得到CH2==CH—COOH
D．HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体在一定条件下发生加成、酯化反应即可得到
答案　B
解析　甲苯在光照下与Cl2反应，主反应为甲基上引入氯原子，故A错误；卤代烃水解为醇，酯水解为酸和醇，烯烃与水发生加成反应生成醇，醛与氢气发生还原反应生成醇，故B正确；碳碳双键、羟基都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，CH2==CH—CH2OH与酸性KMnO4溶液反应不能得到CH2==CH—COOH，故C错误；HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体在一定条件下发生加成、加聚反应可得到，故D错误。
4．下列制备设计错误的是(　　)
A．以苯为原料制水杨酸(邻羟基苯甲酸)，应向苯环上先引入酚羟基
B．制备表面活性剂对十二烷基苯磺酸钠，可向苯环上先引入磺酸基(—SO3H)
C．制备十二烷基苯可以采用1-十二烯在一定条件下与苯加成
D．采用对MgCl2·6H2O在氯化氢气流中加热脱水制无水MgCl2
答案　B
解析　以苯为原料制水杨酸(邻羟基苯甲酸)，应向苯环上先引入酚羟基，这样才利于在酚羟基的邻位上引入甲基，故A正确；制备表面活性剂对十二烷基苯磺酸钠，应向苯环上先引入十二烷基，再利用磺化反应在对位引入磺酸基(—SO3H)，故B错误；利用1-十二烯在一定条件下与苯发生加成反应可制备十二烷基苯，故C正确；氯化镁晶体脱水过程中镁离子易水解生成氢氧化镁沉淀，在氯化氢气体中脱水可以抑制镁离子水解，即MgCl2·6H2O要在HCl氛围中加热脱水制得无水MgCl2，故D正确。


5．E是一种食品添加剂中的防腐剂，可经下列反应路线得到(部分反应条件略)。


下列说法不正确的是(　　)
A．A是苯酚的一种同系物，且溶解度小于苯酚
B．经反应A→B和C→D的目的是保护官能团酚羟基不被氧化
C．与B属于同类有机物的同分异构体有3种(不包含B)
D．1 mol D可以消耗1 mol NaHCO3
答案　C
解析　A与苯酚结构相似，官能团相同，且相差1个CH2，是苯酚的一种同系物，甲基是憎水基，A中含有的憎水基比苯酚多，溶解度小于苯酚，选项A正确；酚羟基容易被氧化，经反应A→B和C→D的目的是保护官能团酚羟基不被氧化，而将苯环上的甲基氧化为羧基，选项B正确；与B属于同类有机物的同分异构体有、、、共4种，选项C不正确；D中含有一个羧基和一个羟基，只有羧基能与NaHCO3反应，则1 mol D可以消耗1 mol NaHCO3，选项D正确。
题组二　有机合成过程中反应类型的判断
6．(2020·江门市新会第一中学高二期中)已知卤代烃在一定条件下既可发生水解反应，又可发生消去反应，现以2-溴丙烷为主要原料制取1,2-丙二醇时，需要经过的反应是(　　)
A．消去—加成—取代 B．加成—消去—取代
C．取代—消去—加成 D．取代—加成—消去
答案　A
解析　以2-溴丙烷为主要原料，制取1,2-丙二醇时，步骤为：①2-溴丙烷在NaOH醇溶液中发生消去反应生成丙烯；②丙烯与溴单质发生加成反应生成1,2-二溴丙烷；③1,2-二溴丙烷在NaOH水溶液中发生水解(或取代)反应生成1,2-丙二醇，故答案为A。
7．(2020·应城市第一高级中学高二期中)有下列几种反应类型：①消去　②加聚　③水解　④加成　⑤酯化　⑥氧化。用乙醇为原料(无机原料任选)制取，按正确的合成路线依次发生的反应所属类型应是(　　)
A．①④③⑥⑤ B．①⑥④③⑤
C．①②③⑥⑤ D．⑥①④③⑤
答案　A
解析　为乙二酸与乙醇发生酯化反应制得，因此需要先利用乙醇制备乙二酸，可将乙醇发生消去反应制备乙烯，乙烯再与Br2发生加成反应生成1,2-二溴乙烷，1,2-二溴乙烷在NaOH溶液中发生水解反应生成乙二醇，乙二醇再发生氧化反应生成乙二酸，乙二醇与乙二酸再发生酯化反应生成，依次发生的反应所属类型为①④③⑥⑤，故答案为A。
题组三　有机物碳链的改变
8．烯烃在一定条件下发生氧化反应时发生断裂，RCH==CHR′可以氧化成RCHO和R′CHO，在该条件下烯烃分别被氧化后产物可能有CH3CHO的是(　　)
A．(CH3)2C==CH(CH2)2CH3
B．CH2==CH(CH2)2CH3
C．CH3CH==CH—CH==CH2
D．CH3CH2CH==CHCH2CH3
答案　C
解析　烯烃在一定条件下发生氧化反应时发生断裂，RCH==CHR′可以氧化成RCHO和R′CHO，可知要氧化生成CH3CHO，则原烯烃的结构应含有CH3CH==，CH3CH==CH—CH==CH2结构中含CH3CH==，所以氧化后能得到CH3CHO。
9．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―→MgX
所得产物经水解可以得到醇，这是某些复杂醇的合成方法之一。现欲合成(CH3)3C—OH，下列所选用的卤代烃和羰基化合物的组合正确的是(　　)
A．乙醛和氯乙烷 B．甲醛和1-溴丙烷
C．甲醛和2-溴丙烷 D．丙酮和一氯甲烷
答案　D
解析　由题给信息可知产物中与—OH相连的碳原子是羰基碳原子，要合成，需要丙酮和一氯甲烷。A选项中反应得到的是CH3CH(OH)CH2CH3，B选项中反应得到的是CH3CH2CH2CH2OH，C选项中反应得到的是HOCH2CH(CH3)2。
10．烯烃复分解反应的示意图如下：
＋＋
下列化合物中，经过烯烃复分解反应可以生成的是(　　)


答案　A
解析　A中两个碳碳双键断裂后，生成物中新形成的环为六元环，且新环中所形成的碳碳双键位置符合要求；B中两个碳碳双键断裂后，合成的是五元环；C中两个碳碳双键断裂后，合成了六元环，但是碳碳双键的位置不正确；D中两个碳碳双键断裂后，得到的是五元环。
题组四　简单有机合成路线的设计与选择
11．工业生产中有实用价值的反应往往产物较纯净且容易分离，据此判断下列有机反应在工业上没有实用价值的是(　　)
A．＋3H2
B．nCH2==CH2CH2—CH2
C．CH3CH2CH3＋Cl2CH3CH2CH2Cl＋HCl
D．＋NaBr
答案　C
解析　丙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，产物种类很多，且不易分离。
12．以1-丙醇制取，最简便的流程需要下列反应的顺序是(　　)
a．氧化　b．还原　c．取代　d．加成　e．消去　f．中和　g．加聚　h．酯化
A．b、d、f、g、h B．e、d、c、a、h
C．a、e、d、c、h D．b、a、e、c、f
答案　B
解析　CH3CH2CH2OHCH3CH==CH2
CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH
。

13．现有、溴、浓硫酸和其他无机试剂，请设计出由―→的最佳合成路线。
答案　

解析　本题中需要保护原有官能团碳碳双键，在设计合成路线时，可以暂时使碳碳双键发生加成反应，等引入新的官能团后，再通过消去反应生成碳碳双键。
14．已知，产物分子比原化合物分子多出一个碳原子，增长了碳链。
分析下图变化，并回答有关问题：

(1)写出下列物质的结构简式：
A________________；C________________。
(2)指出下列反应类型：
C―→D：______________；F―→G：______________。
(3)写出下列反应的化学方程式：
D＋E―→F：____________________________________________________________；
F―→G：________________________________________________________________。
答案　(1)　
(2)消去反应　加聚反应
(3)＋＋H2O

解析　有机物A(C3H6O)应属于醛或酮，因无银镜反应，只能是酮，可推知A为丙酮()，其他根据流程图路线，结合题给信息分析。
15．(2020·沈阳实验中学高二期中)丁苯酞是我国自主研发的一类用于治疗急性缺血性脑卒的新药。合成丁苯酞(J)的一种路线如图所示：

已知：

(1)B的化学名称是____________，F中含氧官能团名称是________。
(2)由E―→F和H―→J的反应类型分别是________、________。
(3)试剂a是________。
(4)J是一种环酯，则J的结构简式为________________。H 在一定条件下还能生成高分子化合物 K，H 生成K 的化学方程式为___________________________________________。
(5)M的组成比F多1个CH2基团，M的同分异构体①能发生银镜反应；②含有苯环；③不含甲基。满足上述条件的M的同分异构体共有________种。
(6)利用题中信息写出以乙醛和苯为原料，合成的流程图(其他试剂自选)：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)2­甲基­2­溴丙烷　醛基
(2)氧化反应　酯化反应(或取代反应)
(3)Br2/FeBr3
(4)　 n＋(n－1)H2O
(5)7　
(6)
解析　根据G的结构简式可知，A的结构简式为CH2==C(CH3)2，A发生加成反应生成的B为(CH3)3CBr，B发生信息中的反应生成的C为(CH3)3CMgBr，D为，D和液溴发生苯环上的取代反应生成的E为，E发生氧化反应生成的F为；根据信息中第一步以及第二步中与二氧化碳的反应，由G可推知H为，结合J的分子式，可知H脱去1分子水形成J，而J是一种环酯，则J为。
(1)根据G的结构简式可知，A的结构简式为CH2==C(CH3)2，A发生加成反应生成的B为(CH3)3CBr，B的名称为2­甲基­2­溴丙烷，由以上分析可知F为，其中含氧官能团名称为醛基。
(2)E中甲基转化为醛基生成F，属于氧化反应，H中羧基和羟基转化为酯基生成J，属于酯化反应或取代反应。
(3)由D到E发生苯环上的一溴取代反应，试剂a为Br2/FeBr3。
(4)J 是一种环酯，根据H的结构简式及J的化学式C12H14O2可知H发生分子内酯化反应脱去1分子水生成J，J为，H()在一定条件下还能生成高分子化合物K，K为，化学方程式为＋(n－1)H2O。
(5)M组成比F()多1个CH2 基团，M 的分子式为 C8H7BrO，M 的同分异构体满足条件：①能发生银镜反应，说明含有醛基；②含有苯环；③不含甲基，可以有1个取代基为—CHBrCHO，可以有两个取代基为—CH2Br、—CHO，或者—CH2CHO、—Br，均有邻、间、对3种，故满足上述条件的M的同分异构体共有1＋2×3＝7种。
(6)由与乙醛反应得到，苯与溴发生取代反应得到溴苯，溴苯再与Mg/乙醚作用得到，合成路线流程图为。