資源簡介

5.3有機合成設計
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
隨著有機合成化學的迅速發展，以染料合成和藥物合成為重點的有機合成化學工業得以興起。
【展示】常見官能團的結構與特征反應
【生】群答完成。
官能團符號 有機物類別 代表物 特征反應
烯 乙烯CH2==CH2 烯、炔烴均含有不飽和鍵，性質相似。 (1)加成反應：與H2、H2O、HX、X2等試劑反應，如使溴水褪色； (2)氧化反應：使酸性KMnO4溶液褪色； (3)加聚反應：如生成聚乙烯、聚乙炔
—C≡C— 炔 乙炔CH≡CH
鹵代烴 溴乙烷C2H5Br (1)取代反應：在強堿的水溶液中發生水解生成醇； (2)消去反應：與強堿的乙醇溶液共熱，脫去鹵化氫，生成不飽和化合物
—OH 醇 乙醇C2H5OH (1)取代反應：與氫鹵酸反應生成鹵代烴；與羧酸、濃硫酸共熱生成酯；與濃H2SO4共熱生成醚； (2)消去反應：與濃H2SO4共熱，脫去H2O，生成不飽和化合物； (3)氧化反應：催化氧化生成醛或酮，被酸性KMnO4溶液氧化
酚 苯酚 (1)弱酸性：能與Na、NaOH、Na2CO3等物質反應； (2)取代反應：與濃溴水反應，生成三溴苯酚沉淀； (3)氧化反應：易被O2、酸性KMnO4溶液氧化； (4)加成反應：苯環與H2在催化劑、加熱條件下生成環己醇； (5)顯色反應：酚類物質遇到FeCl3顯紫色
—CHO 醛 乙醛CH3CHO (1)還原反應：與H2在催化劑、加熱條件下反應生成醇； (2)氧化反應：與新制Cu(OH)2、銀氨溶液在加熱條件下生成羧酸鹽；被酸性KMnO4溶液氧化
—COOH 羧酸 乙酸CH3COOH (1)弱酸性：與Na、NaOH、NaHCO3等反應； (2)酯化反應：與醇、濃硫酸共熱生成酯
—COOR 酯 乙酸乙酯CH3COOC2H5 水解反應：在酸(或堿)作用下，加熱可水解生成酸(或鹽)和醇
—NH2 胺 乙胺CH3CH2NH2 具有堿性：與酸反應生成鹽
酰胺 乙酰胺CH3CONH2 水解反應：在酸(或堿)作用下，酰胺水解生成羧酸和銨鹽[或羧酸鹽和氨氣(或胺)]
【講解】基團間的相互影響
1、實驗探究苯環對—OH的影響
實驗操作
實驗現象 開始時兩試管中NaOH溶液的pH相同；加入乙醇的試管中pH不變，而加入苯酚的試管中pH減小
實驗結論 乙醇分子中的羥基不能電離，乙醇呈中性，而苯酚分子中的羥基能電離，苯酚顯酸性
微觀解釋 苯酚分子中的苯基影響了與其相連的羥基上的氫原子，促使它比乙醇分子中羥基上的氫原子更易電離
2．比較苯和苯酚的溴代反應
苯 苯酚
反應物 苯、液溴 苯酚、溴水
反應條件 Fe、常溫 常溫
被取代的氫原子數 1 3
反應速率 慢 快
微觀解釋 羥基影響了與其相連的苯基上的氫原子，使鄰、對位的氫原子更活潑，更容易被其他原子或原子團取代
有機物的相互轉化
【講解】烴的衍生物之間的轉化關系
【講解】有機化合物之間轉化的實質
有機化合物之間的轉化，實質就是在一定條件下官能團發生的變化。
如：醫藥工業中合成“撲熱息痛”的過程
【講解】三、有機合成的一般過程
1．有機合成的概念
有機合成就是利用簡單、易得的原料，通過一系列有機化學反應，生成具有特定結構和功能的有機化合物的過程。
任務：目標化合物分子骨架的構建和官能團的轉化。
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)
【生】完成相應的化學方程式
【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。
【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 采用逆向思維方法，從目標化合物的組成、結構、性質入手，找出合成所需要的直接或間接的中間原料，逐步推向已知原料，其思維程序：
例：苯甲酸苯乙酯的合成
苯乙酸乙酯的合成
【生】獨立完成。
【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、有機物基團間的相互影響
二、重要有機物之間的相互轉化
三、有機合成的一般過程

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