2022年高中化學(xué) 第三章 烴的含氧衍生物 第四節(jié) 有機(jī)合成導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修5

2022年高中化學(xué) 第三章 烴的含氧衍生物 第四節(jié) 有機(jī)合成導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修5【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.通過(guò)回憶,歸納烴的衍生物之間的關(guān)系,能列舉碳鏈增長(zhǎng)和引入各類官能團(tuán)的化學(xué)反應(yīng),并能寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式。2.通過(guò)閱讀和討論,了解合成路線設(shè)計(jì)的一般思路;知道合成關(guān)鍵為構(gòu)建碳骨架和引入所需官能團(tuán)。3.理解有機(jī)合成遵循的基本規(guī)律,初步學(xué)會(huì)使用逆向合成法合理設(shè)計(jì)有機(jī)合成的路線。4.了解有機(jī)合成對(duì)人類生產(chǎn)、生活的影響。 【學(xué)習(xí)重、難點(diǎn)】有機(jī)合成試題的特點(diǎn)、解題方法和思路【學(xué)習(xí)過(guò)程】舊知再現(xiàn)：根據(jù)常見(jiàn)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式： （1）一元羧酸與一元醇之間的酯化反應(yīng)：_（2）一元羧酸與多元醇之間的酯化反應(yīng)：_（3）多元羧酸與一元醇之間的酯化反應(yīng)：_（4）多元羧酸與多元醇之間的酯化反應(yīng)：此時(shí)反應(yīng)有三種情形，可得普通酯、環(huán)酯和高聚酯：_（5）羥基自身的酯化反應(yīng)：此時(shí)反應(yīng)有三種情形，可得到普通酯、環(huán)酯和高聚酯：_答案：（1）（2）（3）（4） （5） 新知探究：活動(dòng)一：有機(jī)合成的過(guò)程1.有機(jī)合成的概念:有機(jī)合成指利用的原料,通過(guò)有機(jī)反應(yīng),生成具有特定和的有機(jī)化合物。2.有機(jī)合成的任務(wù):通過(guò)有機(jī)反應(yīng)構(gòu)建的分子骨架,并引入或轉(zhuǎn)化所需的。答案：簡(jiǎn)單易得結(jié)構(gòu)功能目標(biāo)化合物官能團(tuán)活動(dòng)二：有機(jī)合成的分析方法1.逆合成分析法:是將目標(biāo)化合物倒退一步尋找上一步反應(yīng)的,該同反應(yīng)可能得到目標(biāo)化合物。而這個(gè)中間體的合成與目標(biāo)化合物的合成一樣,是從更上一步的中間體得來(lái)的。依次倒推,最后確定和。示意圖如下:目標(biāo)化合物 中間體 中間體 基礎(chǔ)原料2.有機(jī)合成應(yīng)滿足的條件(1)合成路線的各反應(yīng)的條件,并且具有。(2)所使用的基礎(chǔ)原料和輔助原料應(yīng)該是、和的。3.用逆合成分析法分析乙二酸二乙酯的合成(1)乙二酸二乙酯分子中含有兩個(gè)酯基,按酯化反應(yīng)規(guī)律將酯基斷開(kāi),得到乙二酸和,說(shuō)明目標(biāo)化合物可由和通過(guò)酯化反應(yīng)得到。(2)羧酸可用醇氧化得到,乙二酸前一步的中間體應(yīng)該是乙二醇:(3)乙二醇的前一步中間體可以是1,2-二溴乙烷,可通過(guò)乙烯的加成反應(yīng)得到:(4)乙醇可通過(guò)乙烯與水的加成得到。根據(jù)以上分析寫(xiě)出合成步驟(用化學(xué)方程式表示):、。 答案：中間體中間體輔助原料最適宜的基礎(chǔ)原料最終的合成路線必須比較溫和較高的產(chǎn)率低毒性低污染易得廉價(jià)乙醇乙醇乙二酸CH2CH2+H2OCH3CH2OHCH2CH2+Br2CH2BrCH2BrCH2BrCH2Br+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaBrHOCH2CH2OH+O2OHCCHO+2H2OOHCCHO+O2HOOCCOOHHOOCCOOH+2CH3CH2OHCH3CH2OOCCOOCH2CH3+2H2O【互動(dòng)探究】茉莉花香氣的成分有多種,乙酸苯甲酯()是其中的一種,它可以從茉莉花中提取,也可以用乙烯和甲苯為原料進(jìn)行人工合成。其中一種合成路線如下:回答下列問(wèn)題:(1)A、B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式分別為、。 (2)寫(xiě)出反應(yīng)、的化學(xué)方程式:,。 (3)上述反應(yīng)中屬取代反應(yīng)的有(填序號(hào))。 (4)反應(yīng)(填序號(hào))原子的理論利用率為100%,符合綠色化學(xué)的要求。 答案：（1）(或CH3CHO);（2）CH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O;CH3COOH+H2O（3） （4）解析：(1)A物質(zhì)是乙醇在CuO的作用下被催化氧化成的乙醛,B物質(zhì)是甲苯與鹵素單質(zhì)光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成的鹵代烴,在的條件下,鹵代烴發(fā)生水解反應(yīng)生成苯甲醇。(2)是乙醇的催化氧化,是乙酸與苯甲醇發(fā)生的酯化反應(yīng)。(3)是加成反應(yīng),均是氧化反應(yīng),是與鹵素發(fā)生的取代反應(yīng),是鹵代烴發(fā)生的水解反應(yīng)(也屬于取代反應(yīng)),是酯化反應(yīng)(也屬于取代反應(yīng))。(4)原子利用率若是100%,實(shí)際找加成反應(yīng)及化合反應(yīng)即可?！舅伎冀涣鳌?.常見(jiàn)的引入醛基的方法有哪些?2.合成路線應(yīng)遵循哪些原則?3.有機(jī)合成過(guò)程中步驟越多越好還是越少越好?為什么?4.從綠色化學(xué)的角度出發(fā),有機(jī)合成的設(shè)計(jì)有哪些注意事項(xiàng)?5.制備氯乙烷時(shí)常采用乙烯與氯化氫反應(yīng)而不是乙烷與氯氣反應(yīng),為什么?答案：1.引入基團(tuán),首先要思考或查看原料物和目標(biāo)物,分析它們的性質(zhì)。一般來(lái)講,引入醛基的方法有醇的氧化、炔烴和水的加成等。2.合成有機(jī)物要以反應(yīng)物、生成物的官能團(tuán)為核心,在知識(shí)網(wǎng)中找到官能團(tuán)與其他有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系,從而盡快找到合成目標(biāo)產(chǎn)物與反應(yīng)物之間的中間產(chǎn)物作為解決問(wèn)題的突破口。3.在不違背反應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,合成步驟越少越好。合成路線中的總產(chǎn)率等于各步產(chǎn)率之乘積,因此應(yīng)該選擇步驟盡量少、副反應(yīng)產(chǎn)物最少的合成路線。4.使用無(wú)毒原料;不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物;原料利用率達(dá)到100%等。5.乙烯和氯化氫反應(yīng)只得到一種產(chǎn)物;乙烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng),可能得到多種氯代乙烷,副產(chǎn)物多,產(chǎn)率低。【拓展探究】根據(jù)所學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)題，并舉例說(shuō)明。1.如何增長(zhǎng)碳鏈?如何縮短碳鏈?2.如何引入羥基?3.如何引入鹵原子?答案：1.通過(guò)下列反應(yīng)可增長(zhǎng)碳鏈:碳碳雙鍵或碳碳三鍵與HCN加成反應(yīng);加聚反應(yīng);縮聚反應(yīng);酯化反應(yīng);醇分子間脫水生成醚的取代反應(yīng)。舉例（略）通過(guò)下列反應(yīng)可縮短碳鏈:烯烴或炔烴被酸性高錳酸鉀溶液氧化的反應(yīng);裂化或裂解反應(yīng);酯的水解反應(yīng);脫羧反應(yīng)等。舉例（略）2.(1)醇羥基的引入方法烯烴水化生成醇。例如:CH3CH2OH鹵代烴在強(qiáng)堿水溶液中水解生成醇。例如:CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBr醛或酮與氫氣加成生成醇。例如:CH3CHO+H2CH3CH2OH ，+H2酯水解生成醇。例如:CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH(2)酚羥基的引入方法酚鈉鹽溶液中通入CO2生成酚。例如:+CO2+H2O苯的鹵代物水解生成苯酚。例如:+H2O+HCl3.(1)烴與鹵素單質(zhì)的取代反應(yīng)。例如:CH3CH3+Cl2HCl+CH3CH2Cl(還有其他的鹵代烴)+Br2+Cl2HCl+(還有其他的氯代苯甲烷)(2)不飽和烴與鹵素單質(zhì)、鹵化氫的加成反應(yīng)。例如:+Br2CH2BrCHBrCH3CH3CHBrCH3CHCH+HCl(3)醇與氫鹵酸的取代反應(yīng)。例如:【鞏固訓(xùn)練】1.甲基丙烯酸甲酯是世界上年產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)噸的高分子單體。舊法合成的反應(yīng)如下:(CH3)2CO+HCN(CH3)2C(OH)CN(CH3)2C(OH)CN +CH3OH+H2SO4CH2C(CH3)COOCH3+NH4HSO4;20世紀(jì)90年代新法合成的反應(yīng)如下:CH3CHCH2+CO+CH3OHCH2C(CH3)COOCH3。與舊法相比,新法的優(yōu)點(diǎn)是()A.原料無(wú)爆炸危險(xiǎn) B.原料都是無(wú)毒物質(zhì)C.沒(méi)有副產(chǎn)物,原料利用率高 D.對(duì)設(shè)備腐蝕性較大2.在“綠色化學(xué)工藝”中,理想狀態(tài)是反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物,即原子利用率為100%。下列反應(yīng)類型中能體現(xiàn)“綠色化學(xué)工藝”原則的是()。置換反應(yīng)化合反應(yīng)分解反應(yīng)取代反應(yīng)加成反應(yīng)消去反應(yīng)加聚反應(yīng)A.B.C.D.3.從原料和環(huán)境方面的要求看,綠色化學(xué)對(duì)生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)提出了一個(gè)提高原子利用率的要求,即盡可能不采用那些對(duì)產(chǎn)品的化學(xué)組成來(lái)說(shuō)沒(méi)有必要的原料。現(xiàn)有下列3種合成苯酚的反應(yīng)路線:+HCl+Na2SO3+H2O+其中符合原子節(jié)約要求的生產(chǎn)過(guò)程是()A.B.C.D.4.有以下一系列反應(yīng),最終產(chǎn)物是乙二酸。ABCDEF乙二酸(HOOCCOOH)請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是,BC的反應(yīng)類型是,EF的化學(xué)方程式是。 (2)E與乙二酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成環(huán)狀化合物的化學(xué)方程式是。 (3)B發(fā)生水解反應(yīng)或C與H2O發(fā)生加成反應(yīng)均生成化合物G。在乙二酸、水、苯酚、G四種分子中,羥基上氫原子的活潑性由強(qiáng)到弱的順序是。 答案：1.CA項(xiàng),新法的原料中的CO為可燃?xì)怏w,有爆炸極限,不能說(shuō)原料無(wú)爆炸危險(xiǎn);B項(xiàng),新法的原料中有CO,CO有毒,所以不能說(shuō)原料都是無(wú)毒物質(zhì);C項(xiàng),由新法的化學(xué)方程式看,產(chǎn)物只有一種,而舊法反應(yīng)的化學(xué)方程式中產(chǎn)物有兩種,可推知新法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有副產(chǎn)物,原料利用率高,故C項(xiàng)正確;D項(xiàng),對(duì)比三個(gè)化學(xué)方程式可知,新法的原料中沒(méi)有HCN和H2SO4,故對(duì)設(shè)備腐蝕性較小。2.B3.C4.(1)CH2CH2;消去反應(yīng);HOCH2CH2OH+O2+2H2O(2) +2H2O(3)乙二酸>苯酚>水>G(乙醇)解析：用“逆推法”的思路,以最終產(chǎn)物乙二酸為起點(diǎn),逆向思考,推斷出各有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式后,再回答相關(guān)問(wèn)題。題中出現(xiàn)“NaOH醇、加熱”這一轉(zhuǎn)化條件可以與鹵代烴的消去反應(yīng)相聯(lián)系,出現(xiàn)“甲乙丙”,可聯(lián)想到“醇醛酸”的轉(zhuǎn)化關(guān)系?！咎嵘?xùn)練】鈴蘭醛具有甜潤(rùn)的香味，常用作肥料、洗滌劑和化妝品的香料。合成鈴蘭醛的路線如下圖所示(部分試劑和條件未注明)：已知： 請(qǐng)回答：(1)由A生成B的反應(yīng)類型是_。(2)D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_。(3)生成E的化學(xué)方程式是_。(4)F能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，F(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_。(5)下列有關(guān)G的敘述中，不正確的是_(填字母)。aG分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子bG能發(fā)生加聚反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)c1 mol G最多能與4 mol H2發(fā)生加成反應(yīng)(6)由H生成鈴蘭醛的化學(xué)方程式是_。(7)F向G轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，常伴有分子式為C17H22O的副產(chǎn)物K產(chǎn)生。K的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_。答案：(1)加成反應(yīng) (5)ac 解析：分析合成路線，聯(lián)系D氧化后產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，可判斷為與HCl發(fā)生加成反應(yīng)生成B：；B在催化劑作用下，與甲苯發(fā)生對(duì)位取代，得到；酸性KMnO4溶液中，與苯環(huán)相連的C上無(wú)H，不能被氧化，而CH3被氧化成COOH，得到。中羧基與CH3OH在濃硫酸加熱條件下發(fā)生酯化反應(yīng)：，得到E：；E還原得到的F能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，可判斷其中有CHO，故F為；根據(jù)已知，與丙醛反應(yīng)得到G：，G分子中有6種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，分子中有碳碳雙鍵與醛基，能發(fā)生加聚反應(yīng)、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；1 mol G中各有1 mol 碳碳雙鍵、1 mol 醛基，二者各能與1 mol H2發(fā)生加成反應(yīng)，苯環(huán)加成消耗3 mol H2，故1 mol G最多能與5 mol H2發(fā)生加成反應(yīng)。根據(jù)鈴蘭醛的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，可推斷G加氫還原后得到H的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，H催化氧化得到鈴蘭醛：2H2O。根據(jù)K的分子式C17H22O判斷，1 mol K由1 mol F、2 mol 丙醛根據(jù)已知反應(yīng)產(chǎn)生，K的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為。