資源簡介

(共68張PPT)
第五節　有機合成
第1課時　有機合成的主要任務
第三章　烴的衍生物
通過碳骨架的構建、官能團的轉化，體會有機合成的基本任務，掌握有機化合物分子碳骨架的構建，官能團引入、轉化或消除的方法(重、難點)。
[學習目標]
問題導入
有關資料報道，宇航員的服裝能使太空的人處于加壓狀態，供給宇航員生命所需的氧氣，控制溫度和濕度，防止輻射，還要經得起微流星的沖擊。宇航服中已經應用了一百三十多種新型材料，其中多數是有機合成材料。
密閉頭盔由透明聚碳酸酯組成，密閉服由耐高溫的防火聚酰胺纖維織物等特殊材料組成。宇航服面罩是由碳材料制成的金剛石膜。
日常生活中有哪些材料是有機合成材料？
神舟十七號載人飛行任務
中國空間站“最年輕乘組”
有機合成有什么意義？怎樣進行有機合成？
視頻導學
1.有機合成有什么意義？
①制備天然有機物，彌補自然資源的不足；
②對天然有機物進行局部的結構改造和修飾，使其性能更加完美；
③合成自然界中不存在的有機物，滿足人們生活需要。
阿司匹林緩釋片
隱形眼鏡材料
制備的維生素C
交流討論
2.怎樣進行有機合成？主要任務是什么？
使用相對簡單易得的原料，通過有機化學反應來構建碳骨架和引入官能團，由此合成出具有特定結構和性質的目標分子。
主要任務：構建碳骨架和引入官能團
交流討論
一、構建碳骨架
3.以乙烯為原料，設計合成乙酸乙酯的路線。
CH2=CH2
（原料）
中間體1
中間體2
CH3COOCH2CH3（目標產物）
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
催化劑、△
Cu、△
中間體3
催化劑、△
輔助原料
條件
輔助原料
條件
輔助原料
條件
主要任務：碳骨架的構建和官能團的轉化
碳骨架的構建主要包含：碳鏈的增長、碳鏈的縮短、碳鏈的成環
交流討論
一、構建碳骨架
從乙烯制備乙酸乙酯，實現了碳鏈的增長，你還知道哪些反應可以增長碳鏈？
乙醇制取乙醚、乙烯加聚、乙炔制備聚氯乙烯、聚乙炔……
1.碳鏈的增長
原料分子中的碳原子
目標分子中的碳原子
<
引入含碳原子的基團
思考交流
帶正電荷的原子或原子團連接在 上，帶負電荷的原子或原子團鏈接在 上。
(1)引入氰基（—CN）的加成反應
①乙烯、乙炔與HCN的加成反應
②乙醛與HCN的加成反應
CH≡CH + HCN → CH2=CHCN
CH2=CH2 + HCN → CH3CH2CN
+ HCN → CH3CHCN
OH
③丙酮與HCN的加成反應
CH3CCH3+ HCN → CH3CCN
OH
O
CH3
一、構建碳骨架
O
C
CH3C—H
O
δ+
δ-
δ+
δ-
探究導學
一、構建碳骨架
ⅰ. —CN通過水解反應可以轉化為-COOH
C
R
H
OH
CH2NH2
C
R
H
OH
CN
丙烯腈
CH≡CH
CH2=CHCN
△
CH2=CHCOOH
丙烯酸
催化劑
ⅱ. —CN通過加氫還原可以引入—CH2NH2
催化劑
催化劑
羥基腈
氨基醇
δ+
δ-
探究導學
如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH？寫出合成路線。
丙烯腈
CH3CHO
△
CH3CH(OH)COOH
乳酸
催化劑
CH3CHCN
OH
一、構建碳骨架
應用體驗
一、構建碳骨架
(2)羥醛縮合
醛基鄰位C上
的H（α-H）
α
CH3—C—CH2CHO
OH
H
CH3-CH＝CHCHO＋H2O
α
α
β
β
CH3-C-H＋CH3CHO
O
一定條件下可與醛基
發生加成反應
β-羥基醛
α,β-不飽和醛
受羰基吸電子的影響，具有一定活性
△
δ+
δ-
先加成
后消去
產物易失水，得到α,β-不飽和醛
探究導學
一、構建碳骨架
(3)由格氏試劑與鹵代烴、醛、酮反應增長碳鏈
+ RMgCl
—OMgCl
R
—OH
R
H+
RMgCl
RCl + Mg
溫故知新
一、構建碳骨架
(4)加聚反應
(5)酯化反應
(6)分子間脫水
CH3COOH + HOC2H5 CH3COOC2H5 + H2O
濃H2SO4
nCH≡CH [ CH=CH2 ] n
nCH2=CH2 [ CH2—CH2 ] n
C2H5 OH + HO C2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
140 ℃
溫故知新
一、構建碳骨架
2.碳鏈的縮短
原料分子中的碳原子
目標分子中的碳原子
>
斷開碳鏈
碳鏈縮短的反應：烷烴的裂化、酯的水解、烯烴或炔烴的氧化以及苯的同系物的氧化等。
探究導學
一、構建碳骨架
(1)烷烴的裂化或裂解
烯烴、炔烴及芳香烴的側鏈被酸性高錳酸鉀溶液氧化，生成碳鏈縮短的羧酸或酮。
(2)酯的水解
(3)氧化反應
C8H18 C4H8+C4H10
△
CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH
稀硫酸
溫故知新
一、構建碳骨架
①烯烴
C＝CH—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
R''
二H成CO2 ，一H成酸，無H成酮
思考：乙烯被高錳酸鉀氧化，產物是什么？
探究導學
一、構建碳骨架
CH≡C—R
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
②炔烴
③芳香化合物的側鏈
一H成CO2，無H成酸
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
HOOC—
氧化條件：苯環直接相連的碳上至少有一個H
探究導學
一、構建碳骨架
3.碳鏈的成環
(1)第爾斯—阿爾德反應
共軛二烯烴與含碳碳雙鍵的化合物在一定條件下發生反應，得到環加成產物，構建了環狀碳骨架。
3
4
6
5
1
2
共軛二烯烴:
含兩個碳碳雙鍵，且兩個雙鍵被一個單鍵隔開的烯烴
如：CH2=CH-CH=CH2
COOH
△
＋
COOH
1
2
3
6
5
4
探究導學
(2)形成環酯
一、構建碳骨架
CH2OH
CH2OH
—
COOH
COOH
—
+
濃硫酸
+2H2O
思考：寫出2分子CH3CH(OH)COOH形成環酯的化學方程式。
2CH3—CH—C—OH
O
═
OH
＋2H2O
CH3
O
C
═
O
O
C
═
O
CH3
濃硫酸
探究導學
(3)形成環醚
一、構建碳骨架
CH2OH
CH2OH
—
+
+2H2O
HOCH2
HOCH2
—
△
O
O
+H2O
△
CH2CH2
OH OH
—
—
CH2—CH2
O
探究導學
1.碳鏈增長在有機合成中具有重要意義，它是實現由小分子有機物向較大分子有機物轉化的主要途徑。某同學設計了如下4個反應，其中可以實現碳鏈增長的是
A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共熱
B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共熱
C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共熱
D.乙烯和H2O的加成反應
√
可增加一個碳原子
CH3CH2CH2CH2Br + NaOH CH3CH2CH=CH2 ↑ +NaBr+H2O
CH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH+NaBr
CH2=CH2 +H2O CH3CH2OH
一、構建碳骨架
思考交流
2.下列反應能使碳鏈縮短的是
①烯烴被酸性KMnO4溶液氧化　②乙苯被酸性KMnO4溶液氧化　
③重油裂化為汽油　 ④CH3COOCH3與NaOH溶液共熱　
⑤炔烴與溴水反應
A.①②③④⑤ B.②③④⑤
C.①②④⑤ D.①②③④
√
加成反應生成溴代烴，碳鏈長度不變。
碳碳雙鍵氧化斷裂，碳鏈縮短；
苯環側鏈氧化生成苯甲酸，碳鏈縮短；
長鏈大分子轉化為短鏈小分子，碳鏈縮短；
水解生成乙酸鈉和甲醇，碳鏈縮短；
一、構建碳骨架
思考交流
3.閱讀 “資料卡片”，了解羥醛縮合的原理，思考下列問題：
(1)如何由苯甲醛和乙醛制取
思考交流
＋ CH3CHO
＋H2O
△
一、構建碳骨架
思考交流
(2)如何由甲醛和乙醛制取
一、構建碳骨架
3HCHO＋CH3CHO
一、構建碳骨架
構建
碳骨架
碳鏈的
增長
①與HCN發生加成反應 ②羥醛縮合反應
③格式試劑 ④乙烯、乙炔加聚反應
⑤酯化反應 ⑥分子間脫水……
碳鏈的
縮短
①烷烴的裂化或裂解
②酯的水解
③氧化反應
碳鏈的
成環
①第爾斯—阿爾德反應
②形成環酯 ③形成環醚
歸納小結
探究導學
二、引入官能團
思考：如何以CH3CH2Br為原料制備 ？
CHO
CHO
—
NaOH水溶液
△
CH3CH2Br
NaOH醇溶液
△
CH2=CH2
Br2
CH2Br
CH2Br
—
CH2OH
CH2OH
—
―→
[O]
CHO
CHO
—
在有機合成中有選擇地通過取代、加成、消去、氧化、還原等有機化學反應，可以實現有機化合物類別的轉化，并引入目標官能團。
溫故知新
二、引入官能團
名稱 官能團 主要化學性質
烷烴 ----------------
烯烴
炔烴
芳香烴 ----------------
鹵代烴 —X
醇 —OH
酚 —OH
醛 —CHO
酮
羧酸 —COOH
酯 —COOR
各種官能團的性質
溫故知新
燃燒氧化 、取代、裂化
氧化、加成、加聚
氧化、加成、加聚
氧化、取代、加成
水解、消去
取代、消去、氧化
弱酸性、取代、顯色、氧化
加成、氧化、聚合
加成
酸性、酯化
水解
歸納整理
二、引入官能團
1.引入碳碳雙鍵
(1)消去反應
①醇的消去反應
(2)加成反應
②鹵代烴的消去反應
CH3CH2CH2Cl + NaOH CH3CH=CH2 ↑ +NaCl+H2O
CH≡CH+ HCl CH2=CHCl
CH3CH2CH2OH CH3CH=CH2 ↑ +H2O
探究導學
二、引入官能團
(1)加成反應
①烯烴的加成反應
②炔烴的加成反應
CH≡CH+ Cl2 CHCl =CHCl
CH2=CH2+ Br2 CH2BrCH2Br
2.引入碳鹵鍵
①烷烴的取代反應
(2)取代反應
CH3CH3+ Cl2 CH3CH2Cl+HCl
探究導學
二、引入官能團
②芳香烴的取代反應
③醇的取代反應
④烯烴、羧酸中α-H的取代反應
＋HCl
+ Cl2
＋HCl
+ Cl2
R—OH+ HX R—X+H2O
CH2=CHCH3+ Cl2 CH2=CHCH2Cl+HCl
RCH2COOH+ Cl2 RCHCOOH + HCl
Cl
—
α
α
探究導學
二、引入官能團
3.引入羥基
(1)加成反應
(2)還原反應
(3)水解反應
①醛的還原反應
②酮的還原反應
①鹵代烴的水解反應
②酯的水解反應
CH2=CH2+ H2O CH3CH2OH
加壓
CH3CHO+ H2 CH3CH2OH
CH3—C—CH3+ H2 CH3 —CH—CH3
O
=
OH
—
R—X + NaOH R—OH+NaX
RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH
稀硫酸
探究導學
二、引入官能團
4.引入羧基
(1)氧化反應
②醇的氧化反應
①醛的氧化反應
2CH3CHO+ O2 2CH3COOH
③烯烴的氧化反應
④苯的同系物的氧化反應
CH3CH=CHCH3 CH3COOH
CH3CH2OH CH3COOH
H+
探究導學
二、引入官能團
(2)水解反應
①酯的水解反應
②酰胺的水解反應
RCOOR’+ H2O RCOOH + R′OH
稀硫酸
RCONH2+ H2O +HCl RCOOH＋NH4Cl
5.引入醛基
(1)醇的催化氧化反應
(2)炔烴與水的加成反應
2CH3CH2OH＋O2 2CH3CHO＋2H2O
CH≡CH＋H2O CH3—CHO
思考交流
1.在有機合成中，常會引入官能團或將官能團消除，下列相關過程中反應類型及相關產物不合理的是
A.乙烯→乙二醇：CH2=CH2
B.溴乙烷→乙醇：CH3CH2Br CH2=CH2 CH3CH2OH
C.1-溴丁烷→1-丁炔：CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH=CH2
CH3CH2C≡CH
D.乙烯→乙炔：CH2==CH2 CH≡CH
√
溴乙烷→乙醇，只需溴乙烷在堿性條件下水解
二、引入官能團
二、引入官能團
思考交流
2.由溴乙烷轉化成乙酸乙酯并標注反應類型。
CH3CH2Br
CH3COOCH2CH3
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
△
Cu、△
催化劑、△
取代（酯化）反應
水解反應
氧化反應
氧化反應
三、官能團的保護
思考交流
含有多個官能團的有機化合物在進行反應時，非目標官能團也可能受到影響。此時需要將該官能團保護起來，先將其轉化為不受該反應影響的其他官能團，反應后再轉化復原。
1.羥基的保護
(1)醇羥基
①將醇羥基轉化為醚鍵，反應結束后再脫除。
三、官能團的保護
R—OH R—O—R′→… →R″—O—R′ R″—OH
②將醇羥基轉化為酯基，再水解復原。
探究導學
三、官能團的保護
(2)酚羥基
①用NaOH溶液保護
探究導學
ONa
COOH
OH
COOH
NaOH
KMnO4/H＋
H＋
ONa
CH3
OH
CH3
三、官能團的保護
②用CH3I保護
探究導學
OCH3
COOH
OH
COOH
CH3I
KMnO4/H＋
H＋
OCH3
CH3
OH
CH3
三、官能團的保護
2.氨基的保護
(1)用酸轉化為鹽保護
(2)用醋酸酐轉化為酰胺保護
探究導學
三、官能團的保護
3.碳碳雙鍵的保護
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。
C＝C
C＝C
＋HX
—C—C—
X
H
C＝C
NaOH/醇
△
C＝C
＋H2O
—C—C—
OH
H
H＋
C＝C
濃硫酸
△
探究導學
三、官能團的保護
4.醛基(或酮羰基)的保護
用乙醇(或乙二醇)加成保護
②
探究導學
三、官能團的保護
1.將 直接氧化能得到 嗎？若不能，如何得到？
不能。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反應，把—OH轉變為—ONa保護起來，待氧化其他基團后再酸化將其轉變為—OH。
ONa
COONa
NaOH
O2/Cu
△
H＋
ONa
CH2OH
OH
CH2OH
OH
COOH
ONa
CHO
新制Cu(OH)2
NaOH溶液 △
思考交流
三、官能團的保護
思考交流
2.設計方案以CH2==CHCH2OH為原料制備CH2==CHCOOH。
CH2==CHCH2OH CH2ClCH2CH2OH CH2ClCH2COOH
、△
H＋
CH2==CHCOOH
有機合成主要任務
構建
碳骨架
引入
官能團
官能團
保護
課堂小結
自我測試
1.(2023·北京朝陽高二期末)下列構建碳骨架的反應，不屬于加成反應的是
B.
√
氧化反應
自我測試
2.(2023·山西朔州高二期末)有機合成的主要任務之一是引入目標官能團。下列反應中，引入官能團的途徑合理的是
A.加熱條件下，2-丙醇在Cu催化作用下引入醛基
B.光照條件下，甲苯與Cl2反應在苯環上引入碳氯鍵
C.加熱條件下，鹵代烴與NaOH的水溶液反應引入碳碳雙鍵
D.加熱條件下，丙酮與H2在催化劑作用下引入羥基
√
羥基
CH3CH(OH)CH3 CH3—C—CH3
自我測試
3.(2023·蘇州高二期中)某藥物中間體合成路線如圖(部分產物已略去)，下列說法不正確的是
A.步驟①③的目的是保護A中的某官能團
B.A的結構簡式為
C.C能發生水解反應
D.第⑤步反應類型為取代反應
√
生成乙酸酯
有-OH
本節內容結束
目標一 答案
有機合成使用相對 的原料，通過有機化學反應來構建
和引入 ，由此合成出具有特定 和 的目標分子。
碳骨架是有機化合物分子的結構基礎，進行有機合成時需要考慮碳骨架的形成，包括碳鏈的 和 、 等過程。
簡單易得
碳骨架
官能團
結構
性質
增長
縮短
成環
目標一 答案
1.碳鏈的增長
(1)炔烴、醛、酮與HCN的加成反應
。
目標一 答案
(2)羥醛縮合反應
醛分子中在醛基鄰位碳原子上的氫原子(α-H)受羰基吸電子作用的影響，具有一定的活潑性。分子內含有α-H的醛在一定條件下可發生加成反應，生成β-羥基醛，該產物易失水，得到α，β-不飽和醛。
__________________。
目標一 答案
2.碳鏈的縮短
不飽和烴(烯烴、炔烴、芳香烴)的氧化反應
(2)RC≡CH 。
＋HOOC—R
RCOOH
目標一 答案
3.碳鏈的成環
(1)形成環烴
(第爾斯-阿爾德反應的加成原理)。
其中1,3-丁二烯屬于共軛二烯烴即含有兩個碳碳雙鍵，且兩個雙鍵被一個單鍵隔開。
目標一 答案
(2)形成環酯
＋ _______________________。
＋2H2O
(3)形成環醚
＋H2O
目標二 答案
有選擇地通過取代、加成、消去、氧化、還原等有機化學反應，可以實現有機化合物類別的轉化，并引入目標官能團。
目的 方法 舉例
引入碳碳雙鍵 醇的消去反應 CH3CH2CH2OH 。
鹵代烴的消去反應 CH3CH2CH2Cl＋NaOH
。
炔烴與H2、鹵化氫、鹵素單質的不完全加成反應 CH≡CH＋HCl 。
CH3CH==CH2↑＋H2O
CH3CH==CH2↑＋NaCl＋H2O
CH2==CHCl
目標二 答案
引入碳鹵鍵 烯烴、炔烴與鹵素單質或鹵化氫的加成反應 CH2==CH2＋HCl ；
CH≡CH＋HCl ；
烷烴、芳香烴的取代反應
＋HCl
＋HCl
CH3CH2Cl
CH2==CHCl
CH3CH3
CH3CH2Cl＋HCl
目標二 答案
引入碳鹵鍵 烯烴、羧酸中α-H的取代反應 CH3CH==CH2＋Cl2 ClCH2CH==CH2＋HCl；
RCH2COOH＋Cl2 _________________
醇與氫鹵酸(HX)的取代反應 R—OH＋HX .
＋HCl
R—X＋H2O
目標二 答案
引入羥基 烯烴與水的加成反應 CH2==CH2＋H2O .
醛、酮的還原反應 CH3CHO＋H2 ；
＋H2 ______________________
CH3CH2OH
CH3CH2OH
目標二 答案
引入 羥基 鹵代烴、酯的水解反應 C2H5Br＋NaOH ；
＋H—OH __________________
引入醛基 醇的催化氧化反應 2CH3CH2OH＋O2 .
炔烴與水的加成反應 CH≡CH＋H2O .
＋R′OH
C2H5OH＋NaBr
2CH3CHO＋2H2O
CH3—CHO
目標二 答案
引入羧基 醛、醇的氧化反應
某些烯烴、苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化 CH3CH==CHCH3 ；
酯、酰胺的水解反應 CH3COOC2H5＋H2O ；
RCONH2＋H2O＋HCl .
RCOOH＋NH4Cl
2CH3COOH
CH3COOH＋C2H5OH
2CH3COOH
CH3COOH
目標三 答案
1.羥基的保護
(1)醇羥基
①將醇羥基轉化為醚鍵，反應結束后再脫除
②將醇羥基轉化為酯基，再水解復原
目標三 答案
(2)酚羥基
①用NaOH溶液保護
②用CH3I保護
目標三 答案
2.氨基的保護
①用酸轉化為鹽保護
②用醋酸酐轉化為酰胺保護
目標三 答案
3.碳碳雙鍵的保護
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。
CH3CH2Cl
目標三 答案
4.醛基(或酮羰基)的保護
用乙醇(或乙二醇)加成保護
。

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