化学人教版（2019）选择性必修3 3.5.1 构建碳骨架（共26张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修3 3.5.1 构建碳骨架（共26张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-08-19 15:16:06 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
学习
目标
第五节 有机合成
1.了解有机合成的定义、意义和基本过程
2.掌握常见有机官能团的性质和特征反应
3.官能团的相互转化及有机合成的分析思路。
第1课时 构建碳骨架
化学与生活
我们身边的化学
世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。
化学与生活
宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。
我们身边的化学
化学与生活
“水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。
我们身边的化学
化学与生活
你知道吗
有机合成的主要任务
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应构建骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了-一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。
还原
水解
酯化
CH3COOCH2CH3
CH3COOH
CH3CHO
CH3CH2OH
CH3CH2Br
氧化
氧化
水解
取代
CH3CH3
取代
CH2=CH2
CH≡CH
水化
消去
水化
消去
加成
加成
氧化
加成
烷烃
烯烃
炔烃
羧酸
醛
醇
卤代烃
酯
【任务一】构建碳骨架
【有机合成】基本思考原则
有机合成
合成的任务
合成路线的设计
构建碳骨架
官能团的引入、转化、消除及保护
原则
成本低、产率高
环境友好、路线短
方法
逆向设计合成路线
增长和缩短、成环等过程
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，
进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
构建碳骨架
【任务一】构建碳骨架
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，
进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
构建碳骨架
(1)碳链增长
CH≡CH CH2＝CHCN CH2＝CHCOOH
HCN
催化剂
H2O,H＋
催化剂
C＝O
R
H
HCN
催化剂
C
R
H
OH
CN
H2
催化剂
C
R
H
OH
CH2NH2
丙烯腈
丙烯酸
羟基腈
氨基醇
【任务一】构建碳骨架
①>C=C<、醛基、酮羰基、与HCN发生加成反应
炔烃:
醛(或酮)
(1)碳链增长
当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。
例如，炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基（—CN）的物质，再经水解生成羧酸，或经催化加氢还原生成胺。
这样，在将羧基、氨基等官能团引入碳链的同时，产物较原料分子增加了一个碳原子。
解题通法
【任务一】构建碳骨架
题型1：碳骨架的增长
【练习1】如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH
CH3CHO
CH3—CH—CN
OH
HCN
H2O,H＋
△
CH3—CH—COOH
OH
(1)碳链增长
【任务一】构建碳骨架
②羟醛缩合反应
催化剂
CH3—C—H＋CH3CHO
O
α
CH3—C—CH2CHO
OH
H
催化剂
△
CH3—CH＝CHCHO
＋H2O
α
α
β
β
醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H）受羰基吸电子的影响，具有一定的活泼性。
分子内含有α-H的醛在一定条件下可与醛基发生加成反应，生成β-羟基醛，该产物易失水，得到α,β-不饱和醛。
这类反应被称为羟醛缩合反应，是一种常用的增长碳链的方法。
解题通法
题型1：碳骨架的增长
【练习2】(1)如何由苯甲醛和乙醛制取 ？
—CH＝CH—CHO
—CHO＋CH3CHO
催化剂
催化剂
△
—CH—CH2—CHO
OH
—CH＝CH—CHO
(2)如何由甲醛和乙醛制取HOCH2—C—CHO？
CH2OH
CH2OH
3HCHO＋CH3CHO
催化剂
HOCH2—C—CHO
CH2OH
CH2OH
题型1：碳骨架的增长
【练习3】乙烯有机化工生产中重要的基础原料，请以乙烯为基本原料合成正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH），写出有关反应的化学方程式。
R—C—H ＋ R'—CH—CHO
O
H
OH
R—CH—CH—CHO
R'
－H2O
△
R—CH＝C—CHO
R'
已知：
【解析】
CH2＝CH2
H2O
催化剂/△
CH3CH2OH
Cu/O2
△
CH3CHO
CH3—CH—CH2CHO
OH
-H2O
△
CH3—CH＝CHCHO
＋H2
Ni/△
CH3—CH2—CH2—CH2—OH
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
C＝CH—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
R''
R—C≡CH
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
HOOC—
①烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮
②炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮
③芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸
④烷烃的裂化（裂解）反应：
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
氧化反应等可以使烃分子链缩短。
例如，烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。
解题通法
烯烃：
CH2＝
CO2
KMnO4
H＋
KMnO4
H＋
C＝O
R'
R''
C＝
R'
R''
酮
R—CH＝
R—COOH
KMnO4
H＋
羧酸
【建立模型】
炔烃：
CH≡
KMnO4
H＋
CO2
R—C≡
KMnO4
H＋
RCOOH
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
【建立模型】
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
HOOC—
芳香烃：
R—CH2—
KMnO4
H＋
HOOC—
KMnO4
H＋
R—C—
R'
R''
不能被氧化
题型2：碳骨架的缩短
【练习4】写出以下不饱和烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的产物：
CH3—CH＝CH2
KMnO4
H＋
CH3COOH＋CO2
C＝CH—CH3
H3C
H3C
KMnO4
H＋
O
CH3—C—CH3
＋CH3COOH
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3 丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯 阿尔德反应(Diels Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
1,3-丁二烯与丙烯酸反应:
共轭二烯烃与烯或炔的加成成环和成环酯或环醚等。
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
COOH
＋
△
COOH
1
2
3
4
6
5
1
2
3
4
6
5
＋
Br2
—Br
—Br
60℃
1
2
3
4
1
2
3
4
60℃
CH2＝CH—CH＝CH2 ＋ Br2 CH2—CH＝CH—CH2
Br
Br
1
2
3
4
Br2
1
2
3
4
CH2—CH—CH—CH2
1
2
3
4
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
COOH
＋
△
COOH
2
3
4
6
5
2
3
4
6
5
1
1
共轭二烯烃（含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3-丁二烯）与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生双烯合成反应（Diels-Alder reaction），得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
解题通法
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
形成环酯：
题型3：碳骨架的成环状
【练习5】盐酸金刚烷胺是一种治疗和预防病毒性感染的药物，可用于抑制病毒穿入宿主细胞，从结构上看是一种对称的三环状胺，可以利用环戊二烯(CPD)来制备合成，流程图如下：
CPD
①
H2/Ni
△
AlCl3,H2O
②
Br
NH2
金刚烷胺
盐酸金刚烷胺
NH2·HCl
金刚烷
X
DCPD
Y
尿素
2
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
＋
（1）写出①反应的化学反应方程式：
题型1：碳骨架的成环状
【练习5】
CPD
①
H2/Ni
△
AlCl3,H2O
②
Br
NH2
金刚烷胺
盐酸金刚烷胺
NH2·HCl
金刚烷
X
DCPD
Y
尿素
（2）参照上述流程图，并用流程图中出现的试剂和
HC＝CH—CH3为原料合成 ，设计其合成路线：
Br
NH2
CH3
HC＝CH—CH3
Br
H2/Ni
△
Br
CH3
Br
CH3
CO(NH2)2
NH2
CH3
课堂小结
有机合成的主要任务
构建碳骨架
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应构建骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
谢谢欣赏
学习
目标
第五节 有机合成
1.了解有机合成的定义、意义和基本过程
2.掌握常见有机官能团的性质和特征反应
3.官能团的相互转化及有机合成的分析思路。
第1课时 构建碳骨架
化学与生活
我们身边的化学
世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。
化学与生活
宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。
我们身边的化学
化学与生活
“水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。
我们身边的化学
化学与生活
你知道吗
有机合成的主要任务
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应构建骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了-一系列药物、香料、染料、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。
还原
水解
酯化
CH3COOCH2CH3
CH3COOH
CH3CHO
CH3CH2OH
CH3CH2Br
氧化
氧化
水解
取代
CH3CH3
取代
CH2=CH2
CH≡CH
水化
消去
水化
消去
加成
加成
氧化
加成
烷烃
烯烃
炔烃
羧酸
醛
醇
卤代烃
酯
【任务一】构建碳骨架
【有机合成】基本思考原则
有机合成
合成的任务
合成路线的设计
构建碳骨架
官能团的引入、转化、消除及保护
原则
成本低、产率高
环境友好、路线短
方法
逆向设计合成路线
增长和缩短、成环等过程
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，
进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
构建碳骨架
【任务一】构建碳骨架
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，
进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
构建碳骨架
(1)碳链增长
CH≡CH CH2＝CHCN CH2＝CHCOOH
HCN
催化剂
H2O,H＋
催化剂
C＝O
R
H
HCN
催化剂
C
R
H
OH
CN
H2
催化剂
C
R
H
OH
CH2NH2
丙烯腈
丙烯酸
羟基腈
氨基醇
【任务一】构建碳骨架
①>C=C<、醛基、酮羰基、与HCN发生加成反应
炔烃:
醛(或酮)
(1)碳链增长
当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。
例如，炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基（—CN）的物质，再经水解生成羧酸，或经催化加氢还原生成胺。
这样，在将羧基、氨基等官能团引入碳链的同时，产物较原料分子增加了一个碳原子。
解题通法
【任务一】构建碳骨架
题型1：碳骨架的增长
【练习1】如何由CH3CHO合成乳酸CH3CH(OH)COOH
CH3CHO
CH3—CH—CN
OH
HCN
H2O,H＋
△
CH3—CH—COOH
OH
(1)碳链增长
【任务一】构建碳骨架
②羟醛缩合反应
催化剂
CH3—C—H＋CH3CHO
O
α
CH3—C—CH2CHO
OH
H
催化剂
△
CH3—CH＝CHCHO
＋H2O
α
α
β
β
醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H）受羰基吸电子的影响，具有一定的活泼性。
分子内含有α-H的醛在一定条件下可与醛基发生加成反应，生成β-羟基醛，该产物易失水，得到α,β-不饱和醛。
这类反应被称为羟醛缩合反应，是一种常用的增长碳链的方法。
解题通法
题型1：碳骨架的增长
【练习2】(1)如何由苯甲醛和乙醛制取 ？
—CH＝CH—CHO
—CHO＋CH3CHO
催化剂
催化剂
△
—CH—CH2—CHO
OH
—CH＝CH—CHO
(2)如何由甲醛和乙醛制取HOCH2—C—CHO？
CH2OH
CH2OH
3HCHO＋CH3CHO
催化剂
HOCH2—C—CHO
CH2OH
CH2OH
题型1：碳骨架的增长
【练习3】乙烯有机化工生产中重要的基础原料，请以乙烯为基本原料合成正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH），写出有关反应的化学方程式。
R—C—H ＋ R'—CH—CHO
O
H
OH
R—CH—CH—CHO
R'
－H2O
△
R—CH＝C—CHO
R'
已知：
【解析】
CH2＝CH2
H2O
催化剂/△
CH3CH2OH
Cu/O2
△
CH3CHO
CH3—CH—CH2CHO
OH
-H2O
△
CH3—CH＝CHCHO
＋H2
Ni/△
CH3—CH2—CH2—CH2—OH
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
C＝CH—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
R''
R—C≡CH
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
HOOC—
①烯烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮
②炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮
③芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸
④烷烃的裂化（裂解）反应：
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
氧化反应等可以使烃分子链缩短。
例如，烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。
解题通法
烯烃：
CH2＝
CO2
KMnO4
H＋
KMnO4
H＋
C＝O
R'
R''
C＝
R'
R''
酮
R—CH＝
R—COOH
KMnO4
H＋
羧酸
【建立模型】
炔烃：
CH≡
KMnO4
H＋
CO2
R—C≡
KMnO4
H＋
RCOOH
(2)碳链缩短
【任务一】构建碳骨架
【建立模型】
CH—
R
R'
KMnO4
H＋
HOOC—
芳香烃：
R—CH2—
KMnO4
H＋
HOOC—
KMnO4
H＋
R—C—
R'
R''
不能被氧化
题型2：碳骨架的缩短
【练习4】写出以下不饱和烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的产物：
CH3—CH＝CH2
KMnO4
H＋
CH3COOH＋CO2
C＝CH—CH3
H3C
H3C
KMnO4
H＋
O
CH3—C—CH3
＋CH3COOH
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3 丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯 阿尔德反应(Diels Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
1,3-丁二烯与丙烯酸反应:
共轭二烯烃与烯或炔的加成成环和成环酯或环醚等。
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
COOH
＋
△
COOH
1
2
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5
1
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Br2
—Br
—Br
60℃
1
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60℃
CH2＝CH—CH＝CH2 ＋ Br2 CH2—CH＝CH—CH2
Br
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Br2
1
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CH2—CH—CH—CH2
1
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(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
COOH
＋
△
COOH
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共轭二烯烃（含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3-丁二烯）与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生双烯合成反应（Diels-Alder reaction），得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
解题通法
(3)碳链成环
【任务一】构建碳骨架
形成环酯：
题型3：碳骨架的成环状
【练习5】盐酸金刚烷胺是一种治疗和预防病毒性感染的药物，可用于抑制病毒穿入宿主细胞，从结构上看是一种对称的三环状胺，可以利用环戊二烯(CPD)来制备合成，流程图如下：
CPD
①
H2/Ni
△
AlCl3,H2O
②
Br
NH2
金刚烷胺
盐酸金刚烷胺
NH2·HCl
金刚烷
X
DCPD
Y
尿素
2
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
＋
（1）写出①反应的化学反应方程式：
题型1：碳骨架的成环状
【练习5】
CPD
①
H2/Ni
△
AlCl3,H2O
②
Br
NH2
金刚烷胺
盐酸金刚烷胺
NH2·HCl
金刚烷
X
DCPD
Y
尿素
（2）参照上述流程图，并用流程图中出现的试剂和
HC＝CH—CH3为原料合成 ，设计其合成路线：
Br
NH2
CH3
HC＝CH—CH3
Br
H2/Ni
△
Br
CH3
Br
CH3
CO(NH2)2
NH2
CH3
课堂小结
有机合成的主要任务
构建碳骨架
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应构建骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。
谢谢欣赏