資源簡介

5.1有機合成初步
一、教學目標
1．比較常見官能團的結構和特征反應，能舉例說明有機物中基團之間的相互影響。
2．能從官能團入手揭示一定條件下有機物之間的相互轉化關系。
3．能運用逆合成分析法設計簡單的有機合成路線。
二、教學重難點
重點：1.常見官能團的結構和特征反應及相互轉化；
2.設計簡單的有機合成路線。
難點：設計簡單的有機合成路線。
三、教學方法
探究法、總結歸納法、分組討論法等
四、教學過程
【導入】展示生活中的合成材料
有機合成能滿足人類在材料、能源、醫藥、生命科學、環境科學等領域的需求，直接或間接地為人類提供了大量的必需品。
一、有機合成的一般過程
概念：一般是利用化學方法將簡單的有機物或無機物制成比較復雜的有機物的過程。
【展示】有機合成一般過程示意圖
【講解】有機合成主要通過官能團的引入、轉化與碳骨架的構建來實現。
【生】完成在有機物分子中引入碳碳雙鍵、鹵原子和羥基
【講解】
常見官能團引入或轉化的方法
引入的官能團 反應類型
引入碳碳雙鍵 鹵代烴的消去反應
醇的消去反應
炔烴與H2、HX、X2的不完全加成反應
引入鹵素原子 不飽和烴與鹵素單質(或鹵化氫)的加成反應
烷烴、苯及其同系物與鹵素單質發生取代反應
醇與氫鹵酸的取代反應
引入羥基 鹵代烴的水解反應
醛、酮與H2的加成反應
酯的水解反應
引入羧基 醛的氧化
苯的同系物的氧化(酸性高錳酸鉀溶液)
酯的水解(酸性條件)
【講解】有機合成中常見官能團的保護
(1)(酚)羥基的保護：因(酚)羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH溶液反應，把—OH變為—ONa(或使其與ICH3反應，把—OH變為—OCH3)將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉變為—OH。
(2)碳碳雙鍵的保護：碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與HCl等的加成反應將其保護起來，待氧化后再利用消去反應轉變為碳碳雙鍵。
(3)氨基(—NH2)的保護：如在對硝基甲苯對氨基苯甲酸的過程中應先把—CH3氧化成—COOH之后，再把—NO2還原為—NH2。防止當KMnO4氧化—CH3時，—NH2(具有還原性)也被氧化。
【講解】有機物分子中官能團的消除
(1)消除不飽和雙鍵或三鍵，可通過加成反應。
(2)經過酯化、氧化、與氫鹵酸取代、消去等反應，都可以消除—OH。
(3)通過加成、氧化反應可消除—CHO。
(4)通過水解反應可消除酯基。
烴的衍生物之間的轉化關系
二、逆合成分析法
【講解】
分析方法 內容
正合成分析法 采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產物，逐步推向待合成有機物，其思維程序：原料→中間產物→目標化合物
逆合成分析法 從目標產物的結構入手，通過切斷化學鍵等方式逆推可能的中間體，繼而再進行分析，得到前一步的中間體，如此反復，直至推得合適的起始原料。 其思維程序：
書寫：通常可以利用有機合成路線對合成過程進行規劃和示意，書寫有機合成路線時，一般以各主要中間體為節點，省略副產物，同時在箭頭上下標明所用的輔助試劑與反應條件。
例：聚丁二酸乙二醇酯是一種可生物降解的合成高分子，具有良好的柔順性和熱穩定性，在塑料薄膜、食品包裝、生物材料等方面有著巨大的發展前景。
【問】該如何設計聚丁二酸乙二醇酯的合成路線呢？
【生】小組討論，并完成設計：
1、從聚丁二酸乙二醇酯的結構可知它是一種縮聚產物，單體應為丁二酸與乙二醇。
2、羧酸可由醇氧化得到，因此丁二酸的前一步中間體應該是 1,4—丁二醇。
3、醇類化合物可由鹵代烴水解得到，因此 1,4—丁二醇與乙二醇的前一步中間體分別是 1,4—二溴丁烷和 1,2—二溴乙烷。
4、1,4—二溴丁烷的兩個溴原子位于鏈的兩端，考慮通過1,3—丁二烯與溴發生 1,4—加成制得，在發生 1,4—加成后碳鏈中間會出現新的碳碳雙鍵，可以用催化加氫的方式還原為單鍵。
5、1,2—二溴乙烷可以通過乙烯與溴加成得到。
根據以上逆合成分析過程，可以確定合成聚丁二酸乙二醇酯的原料為 1,3—丁二烯與乙烯。
【講解】逆合成分析法設計有機合成路線的思維程序
(1)觀察目標分子結構，即目標分子的碳架特征，以及官能團的種類和位置。
(2)由目標分子逆推原料分子，并設計合成路線，即目標分子碳架的構建，以及官能團引入和轉化。
(3)依據綠色合成的思想，對不同的合成路線進行優選。
三、合成路線設計與優化
【講解】有機合成的原則
(1)基礎原料和輔助原料要廉價、易得、低毒性、低污染。
(2)盡量選擇步驟最少的合成路線，使得反應過程中副反應少、產率高。
(3)符合“綠色化學”的要求，操作簡單、條件溫和、能耗低、易實現、原料利用率高、污染少，盡量實現零排放。
(4)按照一定的反應順序和規律引入官能團，不能臆造不存在的反應事實。
【課堂練習】
請設計合理的方案以苯甲醛()和乙醇為原料合成苯乙酸乙酯(用合成路線流程圖表示，并注明反應條件)。
提示：(1)R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr，R—CNR—COOH；
[答案]　
【課堂小結】師生共同完成。
一、有機合成的一般過程
二、逆合成分析法
三、合成路線設計與優化

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