第三章烴的衍生物

第五節有機合成

第2課時有機合成路線的設計與實施

在前三節中，教科書以乙醇、苯酚、乙醛、乙酸、乙酸乙酯為例，介紹了醇、酚、醛、羧酸、

酯等含氧衍生物的結構特點、物理性質、化學性質以及用途等方面的知識。有機合成是本章的最后

一節，通過復習再現、資料給予、課件激發、課題探究等形式，分析有機合成過程，復習各類有機

物的結構、性質、反應類型、相互轉化關系。教學時通過典型例題的分析，使學生認識到合成的有

機物與人們生活的密切關系，對學生滲透熱愛化學、熱愛科學的教育;通過有機物逆合成法的推理，

培養學生邏輯思維能力以及信息的遷移能力。

課程目標學科素養

1.在掌握各類有機物的性質、反應類型、相1.科學探究與創新意識：在掌握各類有機物的性質、反

互轉化的基礎上，初步學會設計合理的有機合應類型、相互轉化的基礎上，初步學會設計合理的有機

成路線。合成路線

2.理解有機合成遵循的基本規律，初步學會2.模型認知與科學探究：理解有機合成遵循的基本規

使用逆合成法設計有機合成路線。律，初步學會使用逆合成法設計有機合成路線

3.科學探究與社會責任：體會有機合成在創造新物質、

提高人類生活質量及促進社會發展方面的重要貢獻。

教學重點：逆合成分析，簡單有機合成路線的設計

教學難點：逆合成分析，簡單有機合成路線的設計

講義教具

【新課導入】

有機合成的發展史

隨著新的有機反應、新試劑的不斷發現和有機合成理論的發展，有機合成的技術和效率不斷提高。

(1)20世紀初，維爾施泰特通過十余步反應合成顛茄酮，總產率僅有0.75%。十幾年后，羅賓遜僅用

3步反應便完成合成，總產率達90%。

(2)20世紀中后期，伍德沃德與多位化學家合作，成功合成了奎寧、膽固醇、葉綠素、紅霉素、維生

素B12等一系列結構復雜的天然產物，促進了有機合成技術和有機反應理論的發展。

(3)科里提出了系統化的逆合成概念，開始利用計算機來輔助設計合成路線。讓合成路線的設計逐步

成為有嚴密思維邏輯的科學過程，使有機合成進入了新的發展階段。

有機合成的發展,使人們不僅能通過人工手段合成原本只能從生物體內分離、提取的天然產物，還可

以根據實際需要設計合成具有特定結構和性能的新物質，為化學、生物、醫學、材料等領域的研究

和相關工業生產提供了堅實的物質基礎，有力地促進了人類健康水平提高和社會發展進步。

【過渡】

有機合成路線的確定，需要在掌握碳骨架構建和官能團轉化基本方法的基礎上，進行合理的設計與

選擇，以較低的成本和較高的產率，通過簡便而對環境友好的操作得到目標產物。為了達到以上目

的，可以從簡單、易得的原料出發比較原料分子和產物分子在碳骨架和官能團等方面的異同，再有

目的地選擇每一步的轉化反應

任務一：從原料出發設計合成路線的方法

[思考與討論]

（1）人們最初是通過發酵法由糧食制備乙酸，現在食醋仍主要以這種方法生產，工業上大量使用的

乙酸是通過石油化學工業人工合成的。請以乙烯為原料，設計合理的路線合成乙酸，并以圖3-28的

形式呈現，分析該合成過程中官能團的變化。

（2）目前已經出現了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應和(1）中合成路線的

每一步反應的產率均為70%，請計算并比較這兩種合成路線的總產率。

[小結]

從原料出發設計合成路線的方法(正向設計圖示)

【講解】

[思考與討論]

(1)

(2)方法1:0.7x0.7x0.7=0.343

方法2：0.7

(2)中的合成路線更優。

[小結]

從原料出發設計合成路線的方法

基礎原料通過有機反應形成一段碳鏈或連上一個官能團，合成第一個中間體；在此基礎上，利用中

間體的官能團，加上輔助原料，進行第二步反應，合成出第二個中間體……經過多步反應，最后得

到具有特定結構和功能的目標化合物。

正向設計圖示

任務二：逆合成分析

1.逆合成的基本思路

2.逆合成的目的

3.逆合成步驟的表示

4.以乙二酸二乙酯這種醫藥和染料工業原料的合成為例，說明有機合成路線的設計和選擇。

5.逆合成的合成路線設計

【講解】

1.逆合成基本思路是在目標化合物的適當位置斷開相應的化學鍵

2.逆合成的目的是得到的較小片段所對應的中間體經過反應可以得到目標化合物，接下來繼續斷

開中間體適當位置的化學鍵，使其可以從更上一步的中間體反應得來，依次倒推，最后確定最適宜

的基礎原料和合成路線。

3.可以用符號“”表示逆推過程，用箭頭“→”表示每一步轉化反應。

4.

5.

任務三：設計合成路線的基本原則

[思考與討論]

在實際工業生產中，乙二醇還可以通過環氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環氧乙烷則可由乙烯

直接氧化得到。請比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的2、3兩步反應，分析生產中選擇該路線

的可能原因。

[小結]

依據以上所學，總結設計合成路線的基本原則

【講解】

[思考與討論]

該合成方法步驟較少，副反應少，反應產率高；污染排放少；

[小結]

設計合成路線的基本原則

(1)步驟較少，副反應少，反應產率高；

(2)原料、溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒；

(3)反應條件溫和，操作簡便，產物易于分離提純；

(4)污染排放少；

(5)在進行有機合成時，要貫徹“綠色化學”理念等。

【講解】

逆合成分析法是在設計復雜化合物的合成路線時常用的方法。解答有機合成題時，首先要正確判斷

合成的有機物屬于哪一類有機物，帶有何種官能團，然后結合學過的知識或題給信息，尋找官能團

的引入、轉化、保護或消去的方法，找出合成目標有機物的關鍵點。解答這類題時，常用的典型信

息有

(1)結構信息——碳骨架、官能團等。

(2)組成信息——相對分子質量、組成基團、元素質量分數等。

(3)反應信息——官能團間的轉化關系、結構的轉化關系等。

【知識拓展】

1.常見有機物合成路線設計

HXNaOH水溶液[O][O]

(1)一元合成路線：R—CH===CH2――→鹵代烴――――――→一元醇――→一元醛――→一元羧

△

酸―→酯。

(2)二元合成路線：

X2NaOH水溶液[O][O]

CH2===CH2――→CH2X—CH2X――――――→CH2OH—CH2OH――→CHO—CHO――→HOOC—CO

△

OH―→鏈酯、環酯、聚酯。

(3)芳香族化合物合成路線

【學生活動】

如何利用乙烯合成乙酸乙酯？

[回答]

任務四：知識建構

1.扎來普隆是一種短期治療失眠癥的藥物，其合成路線如下：

回答下列問題：

中的官能團名稱是________________。

所需的試劑和條件分別為______________________________。

、的反應類型依次為_______________、_______________。

扎來普隆的分子式為_______________________。

的化學方程式為______________________________________。

屬于芳香化合物，且含有硝基，并能發生銀鏡反應的B的同分異構體有________種不考慮

立體異構，其中核磁共振氫譜有4組峰的結構簡式有_____。

已知：有堿性且易被氧化。設計由和乙醇制備的合成路線無機

試劑任選。________

【答案】羰基或酮基

濃硝酸、濃硫酸、加熱

還原反應；取代反應

；、

【解析】

由結構可知，A中含有的官能團為：羰基或酮基，故答案為：羰基或酮基；

對比A、B的結構可知，A發生硝化反應生成B，需要條件為：濃硝酸、濃硫酸、加熱，

故答案為：濃硝酸、濃硫酸、加熱；

是硝基轉化為氨基，組成上去氧加氫，屬于還原反應；是氫原子被乙基替代，屬

于取代反應，

故答案為：還原反應；取代反應；

扎來普隆的分子含有17個C原子、15個H原子、1個O原子、5個N原子，其分子式為：，

故答案為：；

是氨基中氫原子被替代，同時有乙酸生成，反應方程式為：

，

故答案為：；

的同分異構體屬于芳香化合物，且含有硝基，并能發生銀鏡反應，苯環有1個側鏈為

，可以有2個側鏈為、或者、，均有鄰、

間、對3種位置結構，可以有3個側鏈為：、、，共有10種位置結構，故符

合條件的共有種，其中核磁共振氫譜有4組峰的結構簡式為：、

，

故答案為：17；、；

甲基用酸性高錳酸鉀溶液氧化引入羧基，硝基用還原引入氨基，羧基與乙醇發生酯化

反應引入酯基，由于氨基易被氧化且能與羧基反應，應先氧化，再發生酯化反應，最后再還原，合

成路線流程圖為：，

故答案為：。

2.異戊二烯是重要的有機化工原料，其結構簡式為。

完成下列填空：

化合物X與異戊二烯具有相同的分子式，與反應后得到甲基，1，2，

四溴丁烷。X的結構簡式為_______________。

異戊二烯的一種制備方法如下圖所示：

A能發生的反應有________________________填反應類型。

B的結構簡式為____________________________。

設計一條由異戊二烯制得有機合成中間體的合成路線。

合成路線常用的表示方式為：目標產物

【答案】

加成還原、氧化、聚合、取代、消除反應；

合理即可

【解析】

已知化合物X與異戊二烯具有相同的分子式，則其分子式為，不飽和度為2。X與

反應后得到甲基，1，2，四溴丁烷，則X分子中含有碳碳三鍵，結合甲基

，1，2，四溴丁烷的結構簡式：可知，X的結構簡式為：。

由A的結構簡式可知：A中存在碳碳三鍵，能發生加成還原反應，能被酸性溶液氧化而發生

氧化反應，能發生聚合反應加聚反應；A中含有羥基，能發生取代酯化反應；與羥基相鄰的

碳上含有氫原子，能發生消去反應，故答案為：加成還原、氧化、聚合、取代、消除反應；對比

A與異戊二烯的結構簡式可知，A先與發生加成反應生成B，B再發生消除反應脫水得到異戊二

烯，故B的結構簡式為：。

由異戊二烯制得有機合成中間體的合成思路如

下：

在一定條件下與HCl發生加成反應生成；在

、加熱的條件下發生取代反應生成；最后在催化劑的作用下與

發生加成反應即可生成，具體合成路線如下：

。

3.呋喃酚是克百威、好安威、嚯線威等大噸位氨基甲酸酯農藥合成的關鍵中間體。它的一條合成

路線如下。根據已知條件回答下列問題：

已知：

的結構簡式為________。

反應的反應類型為________，的反應類型為________。

寫出反應第1步的化學方程式________。

呋喃酚中官能團名稱是________，核磁共振氫譜圖上有________個峰。

以和1，丁二烯為原為，設計的合成路線________無機試

劑任選。

【答案】；

加成反應；取代反應；

；

酚羥基和醚鍵；6；

。

【解析】

與鄰氯苯酚反應，生成，則的結構簡式為；

反應利用碳碳雙鍵和羥基發生加成反應生成，為羥基取代氯原子，屬于取代

反應；

寫出反應第1步的化學方程式為：；

根據呋喃酚的結構簡式可知，官能團名稱是酚羥基和醚鍵；核磁共振氫譜圖上有6個峰；

，丁二烯首先與HCl發生1，加成，生成，然后再與鄰氯苯酚發生

取代反應生成，加熱后轉化為，最后生成，則合成路線為：

。

4.近來有報道，碘代化合物E與化合物H在催化下可以發生偶聯反應，合成一種多官能

團的化合物Y，其合成路線如下：

已知：

回答下列問題：

的化學名稱是________。

為單氯代烴，由B生成C的化學方程式為__________________________。

由A生成B、G生成H的反應類型分別是________、________。

的結構簡式為______________________________。

中含氧官能團的名稱為________。

與F在催化下也可以發生偶聯反應，產物的結構簡式為

___________________________________________。

與D互為同分異構體，且具有完全相同官能團。X的核磁共振氫譜顯示三種不同化學環

境的氫，其峰面積之比為。寫出3種符合上述條件的X的結構簡式，

______________________________________________________。

【答案】丙炔；

；

取代反應；加成反應；

；

羥基、酯基；

；

、、合理即可。

【解析】

B為單氯代烴，說明光照條件下氯氣和A發生取代反應生成B，則B為，根據C

分子式知，生成C的反應為取代反應，則C為，C在酸性條件下水解生成

，然后和乙醇發生酯化反應生成D為；D和HI

發生加成反應生成E；根據H結構簡式及信息知，F為，G為，G

發生加成反應生成H，H和E發生取代反應生成Y。

的化學名稱是丙炔，故答案為：丙炔；

為單氯代烴，B為，C為