人教版選修5第三章烴的含氧衍生物第四節有機合成教學設計2【教學目標】1.了解有機合成的基本過程和基本原則2.掌握逆向合成法在有機合成用的應用3.培養學生的逆合成分析法的邏輯思維能力4.通過對新聞資料的分析，使學生關注某些有機物對環境和健康可能產生的影響，關注有機物的安全生產和使用問題【教學過程】一、有機合成過程1．有機合成的定義有機合成是利用簡單、易得的原料，通過有機反應，生成具有特定結構和功能的有機化合物。2．有機合成的任務包括目標化合物官能團的構建和分子骨架的轉化，按照目標化合物的要求，合成具有一定碳原子數目、一定結構的目標化合物。3．有機合成的過程示意圖：有機合成的過程，就像建筑師建造一座大廈，從基礎開始，一層一層的向上構建。中間體目標化合物4．官能團的引入或轉化方法(1)引入碳碳雙鍵的方法①醇的消去，②鹵代烴的消去，③炔烴的不完全加成。(2)引入鹵素原子的方法①烯烴(炔烴)的加成，②醇(酚)的取代，③烷烴(苯及苯的同系物)的取代。(3)引入羥基的方法①烯烴與水的加成，②酯的水解，③鹵代烴的水解，④醛的還原。二、逆合成分析法1.逆合成分析法的基本思路可用示意圖表示為：eq\x(目標化合物)?eq\x(中間體)?eq\x(中間體)eq\x(基礎原料)2．有機合成的遵循原則：(1)起始原料要廉價、易得、低毒、低污染；(2)盡量選擇步驟少的合成路線；(3)盡量滿足“綠色化學”的要求，步驟少，原料利用率高，達到零排放；(4)操作溫和、條件簡單、能耗低、易實現；(5)按照一定的順序和規律引入官能團，不能臆造不存在的反應事實。3．用逆合成分析法分析草酸二乙酯的合成(1)草酸二乙酯分子中含有兩個酯基，按酯化反應規律將酯基斷開，得到草酸和兩分子乙醇，說明目標化合物可由兩分子的乙醇和草酸通過酯化反應得到：(2)羧酸可由醇氧化得到，草酸前一步的中間體應該是乙二醇：(3)乙二醇的前一步中間體是1,2－二氯乙烷，1,2－二氯乙烷可通過乙烯的加成反應而得到：(4)乙醇通過乙烯與水的加成得到。根據以上分析，合成步驟如下(用化學方程式表示)：①CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up15(濃硫酸))CH3CH2OH；②；③；⑤。三、自主探究1．回憶《化學必修2》所學內容，想一想：有沒有使有機分子碳鏈增長的例子？如果有，試列舉之。提示：《化學必修2》中所學酸和醇生成酯的反應屬于碳鏈增長的反應。如：CH3COOH＋C2H5OHeq\o(→,\s\up11(濃H2SO4),\s\do4(△))CH3COOC2H5＋H2O2．西藥引入之前，中國傳統治療發燒的方法是發汗法，由于效果不佳，不知有多少生命葬送在高燒之中。西藥引入之后，高燒奪去生命的事件已變得微乎其微。你知道這種退燒藥中的有效成分是什么嗎？大量應用的退燒藥來源于自然界還是有機合成？提示：退燒藥的有效成分是乙酰水楊酸，仔細閱讀過藥品說明書的同學，應該有點印象，它的醫學應用品是人工合成的。3．有機物是天然存在的多，還是有機合成的多？你知道被譽為有機合成大師的科學家是誰嗎？提示：人類合成的有機物比天然存在的多得多。被稱為有機合成大師的科學家是伍德沃德。4．有機合成中，在引入多種官能團時，為什么要考慮引入的先后順序？提示：因為在引入不同的官能團時，采用不同的反應條件，若不考慮引入的先后順序，前面引入的官能團，在引入后面的官能團時可能會受到破壞。四、有機合成過程中常見官能團的引入和轉化1．鹵原子的引入方法(1)烴與鹵素單質的取代反應。例如：CH3CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(光照))HCl＋CH3CH2Cl(還有其他的鹵代烴)(還有其他的氯代苯甲烷)CH2=CH－CH3＋Cl2eq\o(→,\s\up15(500℃～600℃))CH2=CH－CH2Cl＋HCl(2)不飽和烴與鹵素單質、鹵化氫的加成反應。例如：CH2=CHCH3＋Br2→CH2Br－CHBrCH3CH2=CHCH3＋HBr→CH3－CHBrCH3CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化劑))CH2=CHCl(3)醇與氫鹵酸的取代反應。例如：R－OH＋HXR－X＋H2O2．羥基的引入方法(1)醇羥基的引入方法①烯烴水化生成醇。例如：CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H2SO4或H3PO4),\s\do4(加熱、加壓))CH3CH2－OH②鹵代烴在強堿性溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2－Br＋H2Oeq\o(→,\s\up15(NaOH))CH3CH2－OH＋HBr③醛或酮與氫氣加成生成醇。例如：CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up11(Ni),\s\do4(△))CH3CH2－OH④酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(→,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(2)酚羥基的引入方法①酚鈉鹽溶液中通入CO2生成苯酚。例如：②苯的鹵代物水解生成苯酚，例如：3．碳碳雙鍵的引入方法(1)碳碳雙鍵的引入①醇的消去反應引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2OHeq\o(→,\s\up11(濃硫酸),\s\do4(170℃))CH2=CH2↑＋H2O②鹵代烴的消去反應引入碳碳雙鍵。例如：CH3CH2Breq\o(→,\s\up11(NaOH，醇),\s\do4(△))CH2=CH2↑＋HBr③炔烴與氫氣、鹵代氫、鹵素單質加成(限制物質的量)可得到碳碳雙鍵。例如：CH≡CH＋HCleq\o(→,\s\up15(催化劑))CH2=CHCl(2)鍵的引入。醇的催化氧化。例如：2RCH2OH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2RCHO＋2H2O2R2CHOH＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2R2C=O＋2H2O4．羧基的引入方法(1)醛被弱氧化劑氧化成酸。例如：CH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O(2)醛被氧氣氧化成酸。例如：2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2CH3COOH(3)酯在酸性條件下水解。例如：CH3COOCH2CH3＋H2Oeq\o(,\s\up11(H＋),\s\do4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH(4)含側鏈的芳香烴被強氧化劑氧化。例如：5．有機物官能團的轉化(1)利用官能團的衍生關系進行衍變：如：醇eq\o(,\s\up11([O]),\s\do4(H2))醛eq\o(,\s\up15([O]))羧酸(2)通過某種化學途徑使一個官能團變為兩個，如：(3)通過某種手段，改變官能團的位置，如：(4)碳鏈的增長：有機合成題中碳鏈的增長，一般會以信息形式給出，常見的方式為有機物與HCN的反應以及不飽和化合物間的加成、聚合等。(5)碳鏈的變短：如烴的裂化裂解，某些烴(如苯的同系物，烯烴)的氧化，羧酸鹽脫羧反應等。提示：(1)要注意特征反應條件。如與氫氧化鈉醇溶液共熱，一般為鹵代烴的消去反應；與氫氧化鈉水溶液共熱一般為鹵代烴、酯類等的水解反應；與鹵素單質光照條件下反應，一般是烷烴或芳香烴側鏈取代氫的反應。(2)要注意反應的先后順序。如有時需要先取代再氧化，有時則需要先氧化再取代。(3)注意對某些基團的保護。五、檢測題1.某有機物結構簡式為，該有機物不可能發生的反應是()①氧化②取代③加成④消去⑤還原⑥酯化⑦水解⑧加聚A．②B．④C．⑥D．⑧2.從溴乙烷制取1，2-二溴乙烷，下列轉化方案中最好的是()A．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液),\s\do5(△))CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(170℃))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrB．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrC．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(HBr))CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2BrD．CH3CH2Breq\o(→,\s\up7(NaOH醇溶液))CH2=CH2eq\o(→,\s\up7(Br2))CH2BrCH2Br3.下列反應可以使碳鏈減短的是()A．持續加熱乙酸與堿石灰的混合物B．裂化石油制取汽油C．乙烯的聚合反應D．環氧乙烷開環聚合4.下列反應中，可能在有機化合物分子中引入羥基“—OH”的是()A．羧酸與醇的酯化反應B．醛類與新制Cu(OH)2懸濁液反應C．乙炔與水的加成反應D．烯烴的水化反應5.綠色化學提倡化工生產應提高原子利用率。原子利用率表示目標產物的質量與生成物總質量之比。在下列制備環氧乙烷的反應中，原子利用率最高的是()6.1，4-二氧六環是一種常見的溶劑，它可通過下列反應制得：烴Aeq\o(→,\s\up7(Br2))Beq\o(→,\s\up7(NaOH水溶液))Ceq\o(→,\s\up7(濃H2SO4))，則烴A可能是()A．1-丁烯B．1，3-丁二烯C．乙炔D．乙烯7.食品香精菠蘿酯的生產路線(反應條件略去)如下：下列敘述錯誤的是()A．步驟①產物中殘留的苯酚可用FeCl3溶液檢驗B．步驟②產物中殘留的CH2=CHCH2OH可用溴水檢驗C．苯酚和菠蘿酯均可與酸性KMnO4溶液發生反應D．苯氧乙酸和菠蘿酯均可與H2在一定條件下發生反應8.乙烯是有機化工生產中最重要的基礎原料。請以乙烯和天然氣為有機原料，任意選擇無機材料，合成1，3-丙二醇(1，3-丙二醇的結構簡式為HO—CH2—CH2—CH2—OH)，寫出有關反應的化學方程式。9.H是一種香料，可用下圖的設計方案合成。已知：①在一定條件下，有機物有下列轉化關系：②烴A和等物質的量的HCl在不同的條件下發生加成反應，既可以生成只含有一個甲基的B，也可以生成含有兩個甲基的F。(1)D的結構簡式為__________________；(2)烴A→B的化學反應方程式是________；(3)F→G的化學反應類型為________；(4)E＋G→H的化學反應方程式為________：(5)H有多種同分異構體，其中含有一個羧基，且其一氯代物有兩種的是________(用結構簡式表示)。參考答案1.【解析】①該有機物含有碳碳雙鍵、醛基，所以可以發生氧化反應，正確。②該有機物含有—Cl及飽和碳原子上的氫原子，所以可以發生取代反應，正確。③該有機物含有碳碳雙鍵，因此能發生加成反應，正確。④該有機物分子中含有—Cl而且在Cl所連的碳原子的鄰位碳原子上有氫原子，所以可以發生消去反應，正確。⑤該有機物分子中含有—CHO，既能被氧化，也能被還原，正確。⑥該有機物分子中既無—OH，也無—COOH，因此不能發生酯化反應，錯誤。⑦該有機物含有—Cl，能在NaOH的水溶液中發生水解反應，正確。⑨由于該有機物中含有碳碳雙鍵，所以能夠發生加聚反應，正確。【答案】C2.【解析】選擇的合成路線應簡捷，產率高，并且產物易于分離。A項方案不簡便，B、C兩項的方案取代反應制1，2-二溴乙烷的產物不唯一。【答案】D3.【解析】A選項中乙酸和堿石灰反應的產物在持續加熱的條件下會發生脫羧反應產生CH4，符合題意；B選項中石油的裂化也是縮短碳鏈，符合題意；C選項是增長碳鏈；D選項中碳鏈長度不變。【答案】AB4.【解析】酯化反應引入“”；與新制Cu(OH)2懸濁液反應可使生成羧基；乙炔與水加成生成乙醛；烯烴水化可生成醇，從而引入“—OH”。【答案】D5.【解析】A項存在副產物CH3COOH，反應物沒有全部轉化為目標產物，原子利用率較低，故A錯誤；B項存在副產物CaCl2和H2O，反應物沒有全部轉化為目標產物，原子利用率較低，故B錯誤；C項反應物全部轉化為目標產物，原子的利用率為100%，原子利用率最高，故C正確；D項存在副產物HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和2H2O，反應物沒有全部轉化為目標產物，原子利用率較低，故D錯誤。【答案】C6.【解析】此題采用逆向思維，根據烴及其衍生物的相互轉化關系即可推斷。最終產物分子結構中含有“—R—O—R—”鍵，應該是濃H2SO4作用下，醇分子之間脫水形成的產物。而最終產物分子結構中含有兩個“—R—O—R—”鍵，且呈環狀結構分子，所以化合物C應是含有兩個碳原子的二元醇，由此確定C是，逆推C是B的水解產物，B中應含兩個可水解的原子，B又是烴A跟Br2反應的產物，可見B分子中有兩個溴原子，所以烴A只能是CH2=CH2。【答案】D7.【解析】步驟②產物菠蘿酯和殘留的CH2=CHCH2OH分子結構中都含有碳碳雙鍵，故都可以溴水退色，故B項錯；苯酚容易被氧化，能與酸性KMnO4溶液發生反應，菠蘿酯分子結構中含有碳碳雙鍵，也能與酸性KMnO4溶液發生反應，C項正確；苯氧乙酸分子結構中含有苯環，故能與H2在一定條件下發生加成反應，菠蘿酯分子結構中含有苯環、碳碳雙鍵，故能與H2在一定條件下發生加成反應，D項正確。【答案】8.【解析】目標產物分子中有一個三碳原子鏈，而原料乙烯分子中只有2個碳原子，要增加一個碳原子，方法有很多：乙醛與HCN加成、氯乙烷與NaCN反應、乙醛與甲醛發生羥醛縮合等。由于前二者涉及到后續反應中氰基轉化的問題，比較麻煩，而目標產物多元醇跟羥醛縮合產物比較接近，可以嘗試羥醛縮合途徑。【答案】①2CH2CH2＋O2eq\o(→,\s\up7(