2020-2021学年高中化学-第3章-有机合成及其应用-合成高分子化合物-1.2-有机合成路线的设.doc

2020-2021学年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 1.2 有机合成路线的设计及应用学案 鲁科版选择性必修32020-2021学年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 1.2 有机合成路线的设计及应用学案 鲁科版选择性必修3年级：姓名：- 14 -第2课时有机合成路线的设计及应用新课程标准学业质量水平1.初步学会利用逆推法分析有机合成路线的思想。2.熟知有机合成的基本规律,学会评价、优选合理的有机合成路线。3.了解原子经济和绿色化学的思想。1.证据推理与模型认知:可以通过分析、推理等方法认识有机合成的本质特征,建立有机合成的具体模型,并能运用相关的模型合成一些陌生的有机化合物,设计合成路线揭示有机合成的本质和规律。2.科学探究与创新意识:能从有机物的结构出发,依据有机化合物结构的特点,设计多种合成方案,运用多种方法优化合成路线,创新合成路线,养成勤于实践、善于合作、敢于质疑、勇于创新的学科素养。必备知识素养奠基一、有机合成路线的设计1.正推法(1)路线:某种原料分子 目标分子。(2)过程:首先比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同,包括官能团和碳骨架两个方面的异同;然后,设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。2.逆推法(1)路线:目标分子 原料分子。(2)过程:在逆推过程中,需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物,直至选出合适的起始原料。3.优选合成路线依据(1)合成路线是否符合化学原理。(2)合成操作是否安全可靠。(3)绿色合成绿色合成主要出发点是有机合成中的原子经济性;原料的绿色化;试剂与催化剂的无公害性。绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,绿色化学是近十年才产生和发展起来的,是一个 “新化学婴儿”。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。在“绿色化学工艺”中,理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物,即原子利用率为100%。思考:取代反应、加成反应和消去反应三大有机反应在有机合成中应用十分广泛,在这几个化学反应中,哪些反应才符合“绿色化学工艺”?提示:所有反应物中的原子均转化到产物中,才符合“绿色化学”的原理,只有加成反应符合“绿色化学工艺”,而取代反应和消去反应均有原子进入非目标产物。二、用逆推法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线1.观察目标分子的结构:2.逆推,设计合成思路:3.设计合成路线(设计四种不同的合成路线):(1)。(2)。(4)。4.合成方法的优选:(1)路线中由甲苯分别制取苯甲醇和苯甲酸较合理。(2)、(4)路线中制备苯甲酸步骤多、成本高,且Cl2的使用不利于环境保护。(3)的步骤虽然少,但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作,成本较高。有下述有机反应类型:消去反应;水解反应;加聚反应;加成反应;还原反应;氧化反应。以丙醛为原料制取1,2􀆼丙二醇,所需进行的反应类型依次是_。提示:。用逆推法分析CH2CHCH3HOCH2CH2CH3OHCCH2CH3,然后从原料到产品依次发生还原反应(或加成反应)、消去反应、加成反应、水解反应。三、有机合成的应用1.有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一,人工合成的有机物广泛应用于农业(如高效低毒杀虫剂)、轻工业(如表面活性剂)、重工业(如工程塑料)、国防工业(如高能燃料)等众多领域。2.有机合成是化学基础研究的一个重要工具。甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体,旧法合成的反应是(CH3)2CO+HCN(CH3)2C(OH)CN,(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4CH2C(CH3)COOCH3+NH4HSO4。20世纪90年代新法合成的反应是CH3CCH+CO+CH3OHCH2C(CH3)COOCH3,与旧法比较,新法的优点有哪些?提示:比较两种合成方法,新法的优点是没有副产物,原料利用率高。关键能力素养形成知识点有机合成路线的设计1.有机合成的三种常见方法(1)正向合成法:此法采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向目标合成有机物,其思维程序是:原料中间产物产品。(2)逆向合成法:简称逆推法,此法采用逆向思维方法,从目标合成有机物的组成、结构、性质入手,找出合成所需的直接或间接的中间产物,逐步推向已知原料,其思维程序是:产品中间产物原料。(3)类比分析法:此法要点是采用综合思维的方法,其思维程序为“比较题目所给知识原型找出原料与合成物质的内在联系确定中间产物产品”。2.有机合成路线设计应遵循的四个原则(1)符合绿色化学思想。(2)原料价廉,原理正确。(3)路线简捷,便于操作,条件适宜。(4)易于分离,产率高。3.有机合成常见的三条合成路线(1)一元合成路线:RCHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路线(3)芳香化合物合成路线芳香酯【思考讨论】(1)试分析卤代烃在有机合成中有哪些重要应用?提示:可以实现碳骨架增长,如:卤代烃与C2H5ONa、CH3CCNa、NaCN发生取代反应,使碳骨架增长。卤代烃水解反应,使卤素原子转化为羟基,实现官能团转化。卤代烃消去反应,生成烯烃,使官能团发生转化。(2)请设计以乙烯为原料制备乙二酸乙二酯的合成路线。提示:【典例】(2020山东等级考)化合物F是合成吲哚-2-酮类药物的一种中间体,其合成路线如下:AB()CDEF(C10H9NO2)已知:.Ar为芳基;X=Cl,Br;Z或Z=COR, CONHR,COOR等。回答下列问题:(1)实验室制备A的化学方程式为_,提高A产率的方法是_;A的某同分异构体只有一种化学环境的碳原子,其结构简式为_。(2)CD的反应类型为_;E中含氧官能团的名称为_。(3)C的结构简式为_,F的结构简式为_。(4)Br2和的反应与Br2和苯酚的反应类似,以和为原料合成,写出能获得更多目标产物的较优合成路线(其它试剂任选)。【解析】根据B的结构和已知条件可知R=H、R=C2H5,故A为CH3COOC2H5(乙酸乙酯),有机物B在碱性条件下水解后再酸化形成有机物C(),有机物C与SOCl2作用通过已知条件生成有机物D(),有机物D与邻氯苯胺反应生成有机物E(),有机物E经已知条件发生成环反应生成有机物F()。(1)根据分析,有机物A为乙酸乙酯,在实验室中用乙醇和乙酸在浓硫酸的催化下制备,反应方程式为CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O;该反应为可逆反应,若想提高乙酸乙酯的产率需要及时将生成物蒸出或增大反应物的用量;A的某种同分异构体只有1种化学环境的C原子,说明该同分异构体是一个对称结构,含有两条对称轴,则该有机物的结构为;(2)根据分析,CD为和SOCl2的反应,反应类型为取代反应;E的结构为,其结构中含氧官能团为羰基、酰胺基;(3)根据分析,C的结构简式为CH3COCH2COOH;F的结构简式为;(4)以苯胺和为原料制得目标产物,可将苯胺与溴反应生成2,4,6-三溴苯胺,再将2,4,6-三溴苯胺与反应发生已知条件的取代反应,再发生已知条件的成环反应即可得到目标产物,反应的流程为。答案:(1)CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O及时蒸出产物(或增大乙酸或乙醇的用量)(2)取代反应羰基、酰胺基(3)CH3COCH2COOH(4)【迁移应用】1.A、B、C都是有机化合物,且有如下转化关系:ABC,A的相对分子质量比B大2,C的相对分子质量比B大16,C能与A反应生成酯(C4H8O2),以下说法正确的是()A.A是乙炔,B是乙烯B.A是乙烯,B是乙烷C.A是乙醇,B是乙醛D.A是环己烷,B是苯【解析】选C。由ABC,可推知A为醇,B为醛,C为酸,且三者碳原子数相同,碳链结构相同,又据C能与A反应生成酯(C4H8O2)可知A为乙醇,B为乙醛,C为乙酸。2.已知苯环上的硝基可被还原为氨基:+3Fe+6HCl+3FeCl2+2H2O;苯胺还原性很强,易被氧化。则由苯合成对氨基苯甲酸的合理步骤是()A.苯甲苯XY对氨基苯甲酸B.苯硝基苯XY对氨基苯甲酸C.苯甲苯XY对氨基苯甲酸D.苯硝基苯XY对氨基苯甲酸【解析】选A。因为苯胺具有很强的还原性,易被氧化,因此制得对硝基甲苯后,应先氧化甲基得到对硝基苯甲酸,再还原硝基得到对氨基苯甲酸。3.由1-丙醇制取,最简便的流程需要下列反应的顺序应是()a.氧化b.还原c.取代d.加成e.消去f.中和g.缩聚h.酯化A.b、d、f、g、hB.e、d、c、a、hC.a、e、d、c、hD.b、a、e、c、f【解析】选B。CH3CH2CH2OHCH3CHCH2CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH【补偿训练】某有机物A由C、H、O三种元素组成,在一定条件下,A、B、C、D、E之间的转化关系如下:已知C的蒸气密度是相同条件下氢气的22倍,并可发生银镜反应。(1)写出下列物质的结构简式:A_;B_;C_。(2)写出下列转化的化学方程式:AB:_;C与银氨溶液反应:_;A+DE:_。【解析】分析题目所给五种物质之间的转化关系:由ACD,且C可发生银镜反应,可知C为醛,则A为醇,D为羧酸,E应是酯。再根据题意C的蒸气密度是相同条件下氢气的22倍,可得Mr(C)=44,所以C为乙醛。故A为乙醇,B为乙烯,D为乙酸,E为乙酸乙酯。答案:(1)CH3CH2OHCH2CH2CH3CHO(2)C2H5OHCH2CH2+H2OCH3CHO+2Ag(NH3)2OHCH3COONH4+2Ag+3NH3+H2OCH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O在药物、香料合成中常利用醛和醇反应生成缩醛来保护醛基,此类反应在酸催化下进行。例如:+2CH3CH2OH+H2O(1)欲使上述反应顺利向右进行,你认为较合适的催化剂是什么? 提示:要使平衡向右移动,可以通过吸收水达到目的,故合适的催化剂为浓硫酸。(2)已知烯烃在一定条件下可以发生氧化反应:RCHCH2请设计合理方案由CH2CHCHO制备甘油醛。提示:从信息来看,两个羟基的引入是通过碳碳双键的氧化来实现的,但如果将CH2CHCHO直接氧化,则醛基也会被氧化,故需先将醛基加以保护,其保护方式可以考虑题目中一开始的信息,将醛基与醇进行反应,然后再通过条件的控制使平衡向左移动恢复醛基即可,故整个过程可以设计如下:CH2CHCHO。课堂检测素养达标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.CH2CH2+(过氧乙酸)+CH3COOHB.CH2CH2+Cl2+Ca(OH)2+CaCl2+H2OC.2CH2CH2+O2D.+HOCH2CH2OCH2CH2OH+2H2O【解析】选C。C中乙烯氧化制备环氧乙烷的反应中,所有原子全部转化为产物,反应完全,因此原子利用率最高。2.(2020福州高二检测)由溴乙烷制取1,2-二溴乙烷,下列转化方案中最好的是()A.CH3CH2BrCH3CH2OHCH2CH2CH2BrCH2BrB.CH3CH2BrCH2BrCH2BrC.CH3CH2BrCH2CH2CH3CH2BrCH2BrCH2BrD.CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br【解析】选D。A项步骤较多,B项副产物较多,浪费原料,C项步骤多,生成物不唯一,原子利用率低,D项合理。3.称为环氧乙烷,它在一定条件下,能与氢化物发生加成反应,氢原子加到氧原子上,其他部分加到碳原子上。下列对环氧乙烷的衍生物的叙述中,不正确的是()A.在一定条件下能与水反应生成B.在一定条件下能反应生成C.在一定条件下可以合成甘油D.加入AgNO3溶液能生成难溶于硝酸的白色沉淀【解析】选D。与H2O加成可生成;由A项中的产物继续水解可得,即为C项;该环氧乙烷衍生物水解,即得B项中产物;有机物中卤素原子不电离,不能产生AgCl白色沉淀。4.工业上合成氨的原料之一H2,有一种来源是石油气,如丙烷。有人设计了以下反应途径(假设反应都能进行、反应未配平),你认为最合理的是()A.C3H8C+H2B.C3H8C3H6+H2C.C3H8+H2OCO+H2D.C3H8+O2CO2+H2O,H2OH2+O2【解析】选C。这是一道与化工生产实际相联系的题目,在工业生产中应考虑经济效益,反应机理要低成本、低能耗,从所给的几种反应途径来看A、B能耗都高,原料利用率低,而C项使用催化剂,能耗低,原料利用率高,D项浪费资源且步骤较多。5.乙二酸二乙酯(D)可由石油气裂解得到的烯烃合成。回答下列问题:D(1)B和A为同系物,B的结构简式为_。(2)反应的化学方程式为_,其反应类型为_。(3)反应的反应类型为_。(4)C的结构简式为_。(5)反应的化学方程式为_。【解析】根据流程图可知,A与水反应生成C2H6O,氢原子数已经达到饱和,属于饱和一元醇,则为乙醇,故A为乙烯;乙醇与C生成乙二酸二乙酯,则C为乙二酸,结构简式为HOOCCOOH,又因B和A为同系物,B含3个碳,则B为丙烯,结构简式为CH2CHCH3,丙烯与氯气在光照的条件下发生-H的取代反应生成CH2CHCH2Cl。(2)反应为乙烯与水发生加成反应生成乙醇,反应的化学方程式为CH2CH2+H2OCH3CH2OH,反应类型为加成反应。(3)反应是卤代烃在NaOH水溶液中发生取代反应生成醇,则反应类型为取代反应。(5)反应是乙醇与乙二酸发生酯化反应生成酯和水,反应的化学方程式为2CH3CH2OH+HOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH3+2H2O。答案:(1)CH2CHCH3(2)CH2CH2+H2OCH3CH2OH加成反应(3)取代反应(4)HOOCCOOH(5)2CH3CH2OH+HOOCCOOHCH3CH2OOCCOOCH2CH3+2H2O