3.5.1有机合成 课件 (共46张PPT) 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.5.1有机合成 课件 (共46张PPT) 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 10.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-02-19 11:41:41 | ||
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文档简介
(共46张PPT)
第三章 烃的衍生物
第五节 有机合成
第1课时
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。
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
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系列药物、香料、染判、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。
【思考】有机合成的主要任务是什么？
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
合成方式：
1. 构建碳骨架
2. 引入官能团
1. 构建碳骨架：
⑴增长碳链：
当原料分子中碳原子数少于目标分子时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。
①与HCN的加成反应来增长碳链。
如：炔烃、醛、酮与HCN加成
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。
HCN
催化剂
CH≡CH
CH2＝CHCN
丙烯腈
CH2＝CHCOOH
丙烯酸
H2O,H＋
例题1、由CH≡CH制CH2＝CHCOOH
α-羟基腈
氨基醇
α-羟基酸
②由卤代烃增长碳链：
2 R—X + 2 Na
R—R + 2 NaX
卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl
H2O , H＋
CH3CH2COOH
卤代烃与炔钠的反应
CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl
2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑
液氨
③由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链：
R’—Cl
+ RMgCl
R’—R
+ MgCl2
RMgCl
RCl + Mg
无水乙醚
+ RMgCl
—OMgCl
R
H2O
—OH
R
受醛基吸电子影响，醛的α H活泼性增强，在强碱作用下醛分子之间可发生加成反应，生成β 羟基醛，该产物易失水发生消去反应，生成不饱和醛。
CH3—CH—CH2CHO
OH
CH3—C—H＋CH3CHO
O
=
NaOH溶液
催化剂
CH3—CH＝CHCHO＋H2O
④羟醛缩合反应：
练习1、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。
【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
⑥加聚反应
⑦酯化反应
⑧分子间脱水
nCH2＝CH2 [ CH2—CH2 ]n
一定条件下
18
18
O O
CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O
浓H2SO4
C2H5 OH + HO C2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
浓H2SO4
140 ℃
⑤付克烷基化反应
+ Cl-CH2CH3
无水AlCl3
CH2CH3
+ HCl
⑵缩短碳链
①通过氧化反应等使烃分子链缩短。如烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被高锰酸钾溶液氧化。
CO2＋RCOOH
CH≡C—R
⑵缩短碳链：
②脱羧反应
羧酸钠与碱石灰共热，可发生脱羧反应生成烃。
R-COONa + NaOH R-H + Na2CO3
△
CaO
思考：对甲基苯甲酸钠的脱羧反应
③烷烃的分解反应
C4H10 CH4+C3H6
△
④酯的水解反应
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
+ Zn
+ ZnCl2
（3）碳链成环：
①由二卤代烃与钠或锌作用形成环。
②第尔斯 阿尔德反应(Diels Alder reaction)。
共轭二烯烃(两个碳碳双键之间隔一个单键)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生环加成反应，形成环状碳骨架。
＋
△
CH3
+
△
CH3
CH3
+
△
CH3
COOCH3
+
△
练习2、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：
（1）写出①反应的化学反应方程式：
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
＋
（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
③形成环酯：
④形成环醚：
OH
HO
浓硫酸
△
（4）碳链开环
①环酯水解开环
②环烯烃氧化开环
KMnO4
H＋
HOOC
HOOC
2. 引入官能团
有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应,可以实现有机化合物类别的转化,并引入目标官能团。
①引入碳碳双键：
卤代烃的消去反应
（NaOH醇溶液，加热）
醇的消去反应
（浓硫酸，加热）
CH3CH2CHCH3
Cl
CH3CH2CHCH3
OH
例如：
CH3C≡CH
炔烃的不完全加成反应
（催化剂，加热）
②引入碳卤键：
a.烷烃、苯及其同系物、烯烃与卤素单质的取代反应：
CH3CH3
+ Cl2 生成氯乙烷
+ Br2生成溴苯
CH3
+ Br2
生成邻溴甲苯
CH3
+ Br2
生成溴化苄
CH3CH=CH2
+ Cl2 生成3-氯丙烯
b.烯烃、炔烃与卤素单质、卤化氢的加成反应：
CH3CH=CH2
+ Br2
CH3CH=CH2
+ HBr
CH3CH=CH2
+ HBr(过氧化物作用下)
CH2=CHCH=CH2
+ Br2（按照物质的量1：1反应）
CH3C≡CH
与过量溴水
c.醇与氢卤酸的取代反应：
CH3CH2CH2—OH
+ HCl
CH3CH2CHCH3
OH
+ HBr
d.酚与Br2的取代反应：
CH3
与过量溴水
—OH
③引入羟基：
a.烯烃与水的加成反应：
CH2=CH2
+ H2O
CH2=CH2CH3
+ H2O
b.卤代烃的水解反应：
BrCH2CH2CH3
CH3CHBrCH3
c.醛、酮与H2的加成反应：
CH3CH2CHO
+ H2
CH3CCH3
+ H2
O=
d.酯的水解：
COOCH3
—OOCCH3
与过量NaOH溶液
e.酚盐溶液与盐酸、CO2反应：
+ HCl
ONa
+ CO2+H2O
ONa
④引入醛基：
a.伯醇催化氧化：
c.炔烃与水加成反应：
b.烯烃催化氧化：
如：乙醇催化氧化制乙醛
如：乙烯催化氧化制乙醛
如：乙炔催化水化制乙醛
⑤引入羧基：
a.醇、醛的氧化：
如：乙醇与酸性KMnO4、乙醛催化氧化制乙酸
b.烯烃、苯的同系物与酸性KMnO4：
CH3CHO+O2
CH3CH2OH +
KMnO4
c.酯、酰胺的水解：
CH3COOC2H5
NaOH
△
HCl
CH3CONH2
NaOH
△
HCl
CH3CONH2
盐酸
△
？
d.伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应
3、官能团的消除
加成反应
（1）消除不饱和键
（2）消除羟基
取代、消去、酯化、氧化
（3）消除醛基、酮羰基
加成、氧化
（4）消除碳卤键
消去、水解
（5）消除酯基、酰胺基
水解
练习2、由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子化合物H的示意图如下所示：
写出各步反应的方程式：
已知以下信息：
①同一个碳原子上连有两个羟基不稳定，易脱水形成羰基；
②D可与银氨溶液反应生成银镜；
③F有两种不同化学环境的氢，且峰面积比为1∶1。
写出各步反应的方程式：
4、官能团的衍变
①利用官能团的衍生关系进行衍变
CH2=CH2
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
H2O
催化剂/ Δ
O2
Cu/ Δ
O2
催化剂/ Δ
CH3CH2OH
浓硫酸/ Δ
CH3CH2Br
线路1
线路2
CH3COOCH2CH3
线路3
②通过某种化学途径使一个官能团变为两个
③通过某种手段，改变官能团的位置。
CH3CH=CH2
CH3CH2CH2
OH
消去
加成
CH3CHCH3
Cl
CH3CHCH3
OH
水解
消去
CH3CH2OH
水解
或 CH3CH2X
CH2=CH2
加成
练习3、下列有机合成中①②步骤的目的是什么？
提示：①保护酚羟基不被氧化；
②引入羧基。
【资料卡片】5、官能团的保护
含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。
C
有机合成中的某些反应可能会使羟基受到影响，需要对羟基进行保护。此时，可以先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待相关合成反应结束后，再在一定条件下脱除起保护作用的基团（保护基），恢复羟基。
(1)醇羟基的保护方法:
因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH，其过程表示为
(2)酚羟基的保护
OCH3
COOH
OH
COOH
CH3I
KMnO4/H＋
H＋
OCH3
CH3
OH
CH3
（3）碳碳双键基的保护
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。
C＝C
＋HX
—C—C—
X
H
C＝C
NaOH/醇
△
（4）醛基的保护
OH
CHO
OH
CH
OCH3
OCH3
CH
OCH3
OCH3
O
CHO
O
CH3OH
KMnO4/H＋
H2O/H＋
醛基保护一般是把醛基制成缩醛，具体办法是先用乙二醇与醛基在干HCl催化下反应生成缩醛。然后待反应结束后，再将缩醛水解得到醛基。
练习4、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
已知烯烃在一定条件下可以发生氧化，如：
请设计合理方案由CH2＝CH－CHO制备甘油醛( )
提示：合成反应流程图表示方法示例如下：
(5)氨基的保护方法: 氨基易被O2、O3、H2O2等氧化
练习5、甲苯合成对氨基苯甲酸合成路线设计：
CH3
浓硝酸
浓硫酸，加热
CH3
NO2
KMnO4/H＋
COOH
NO2
Fe/HCl
COOH
NH2
第三章 烃的衍生物
第五节 有机合成
第1课时
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。
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
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系列药物、香料、染判、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。
【思考】有机合成的主要任务是什么？
有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
合成方式：
1. 构建碳骨架
2. 引入官能团
1. 构建碳骨架：
⑴增长碳链：
当原料分子中碳原子数少于目标分子时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。
①与HCN的加成反应来增长碳链。
如：炔烃、醛、酮与HCN加成
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。
HCN
催化剂
CH≡CH
CH2＝CHCN
丙烯腈
CH2＝CHCOOH
丙烯酸
H2O,H＋
例题1、由CH≡CH制CH2＝CHCOOH
α-羟基腈
氨基醇
α-羟基酸
②由卤代烃增长碳链：
2 R—X + 2 Na
R—R + 2 NaX
卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl+NaCN→CH3CH2CN+NaCl
H2O , H＋
CH3CH2COOH
卤代烃与炔钠的反应
CH3C≡CNa+CH3CH2Cl→CH3C≡CCH2CH3+NaCl
2CH3C≡CH+Na 2CH3C≡CNa+H2↑
液氨
③由格氏试剂与卤代烃、醛、酮反应增长碳链：
R’—Cl
+ RMgCl
R’—R
+ MgCl2
RMgCl
RCl + Mg
无水乙醚
+ RMgCl
—OMgCl
R
H2O
—OH
R
受醛基吸电子影响，醛的α H活泼性增强，在强碱作用下醛分子之间可发生加成反应，生成β 羟基醛，该产物易失水发生消去反应，生成不饱和醛。
CH3—CH—CH2CHO
OH
CH3—C—H＋CH3CHO
O
=
NaOH溶液
催化剂
CH3—CH＝CHCHO＋H2O
④羟醛缩合反应：
练习1、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。
【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
⑥加聚反应
⑦酯化反应
⑧分子间脱水
nCH2＝CH2 [ CH2—CH2 ]n
一定条件下
18
18
O O
CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O
浓H2SO4
C2H5 OH + HO C2H5 C2H5 O C2H5 + H2O
浓H2SO4
140 ℃
⑤付克烷基化反应
+ Cl-CH2CH3
无水AlCl3
CH2CH3
+ HCl
⑵缩短碳链
①通过氧化反应等使烃分子链缩短。如烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被高锰酸钾溶液氧化。
CO2＋RCOOH
CH≡C—R
⑵缩短碳链：
②脱羧反应
羧酸钠与碱石灰共热，可发生脱羧反应生成烃。
R-COONa + NaOH R-H + Na2CO3
△
CaO
思考：对甲基苯甲酸钠的脱羧反应
③烷烃的分解反应
C4H10 CH4+C3H6
△
④酯的水解反应
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
+ Zn
+ ZnCl2
（3）碳链成环：
①由二卤代烃与钠或锌作用形成环。
②第尔斯 阿尔德反应(Diels Alder reaction)。
共轭二烯烃(两个碳碳双键之间隔一个单键)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生环加成反应，形成环状碳骨架。
＋
△
CH3
+
△
CH3
CH3
+
△
CH3
COOCH3
+
△
练习2、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：
（1）写出①反应的化学反应方程式：
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
＋
（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
③形成环酯：
④形成环醚：
OH
HO
浓硫酸
△
（4）碳链开环
①环酯水解开环
②环烯烃氧化开环
KMnO4
H＋
HOOC
HOOC
2. 引入官能团
有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应,可以实现有机化合物类别的转化,并引入目标官能团。
①引入碳碳双键：
卤代烃的消去反应
（NaOH醇溶液，加热）
醇的消去反应
（浓硫酸，加热）
CH3CH2CHCH3
Cl
CH3CH2CHCH3
OH
例如：
CH3C≡CH
炔烃的不完全加成反应
（催化剂，加热）
②引入碳卤键：
a.烷烃、苯及其同系物、烯烃与卤素单质的取代反应：
CH3CH3
+ Cl2 生成氯乙烷
+ Br2生成溴苯
CH3
+ Br2
生成邻溴甲苯
CH3
+ Br2
生成溴化苄
CH3CH=CH2
+ Cl2 生成3-氯丙烯
b.烯烃、炔烃与卤素单质、卤化氢的加成反应：
CH3CH=CH2
+ Br2
CH3CH=CH2
+ HBr
CH3CH=CH2
+ HBr(过氧化物作用下)
CH2=CHCH=CH2
+ Br2（按照物质的量1：1反应）
CH3C≡CH
与过量溴水
c.醇与氢卤酸的取代反应：
CH3CH2CH2—OH
+ HCl
CH3CH2CHCH3
OH
+ HBr
d.酚与Br2的取代反应：
CH3
与过量溴水
—OH
③引入羟基：
a.烯烃与水的加成反应：
CH2=CH2
+ H2O
CH2=CH2CH3
+ H2O
b.卤代烃的水解反应：
BrCH2CH2CH3
CH3CHBrCH3
c.醛、酮与H2的加成反应：
CH3CH2CHO
+ H2
CH3CCH3
+ H2
O=
d.酯的水解：
COOCH3
—OOCCH3
与过量NaOH溶液
e.酚盐溶液与盐酸、CO2反应：
+ HCl
ONa
+ CO2+H2O
ONa
④引入醛基：
a.伯醇催化氧化：
c.炔烃与水加成反应：
b.烯烃催化氧化：
如：乙醇催化氧化制乙醛
如：乙烯催化氧化制乙醛
如：乙炔催化水化制乙醛
⑤引入羧基：
a.醇、醛的氧化：
如：乙醇与酸性KMnO4、乙醛催化氧化制乙酸
b.烯烃、苯的同系物与酸性KMnO4：
CH3CHO+O2
CH3CH2OH +
KMnO4
c.酯、酰胺的水解：
CH3COOC2H5
NaOH
△
HCl
CH3CONH2
NaOH
△
HCl
CH3CONH2
盐酸
△
？
d.伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应
3、官能团的消除
加成反应
（1）消除不饱和键
（2）消除羟基
取代、消去、酯化、氧化
（3）消除醛基、酮羰基
加成、氧化
（4）消除碳卤键
消去、水解
（5）消除酯基、酰胺基
水解
练习2、由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子化合物H的示意图如下所示：
写出各步反应的方程式：
已知以下信息：
①同一个碳原子上连有两个羟基不稳定，易脱水形成羰基；
②D可与银氨溶液反应生成银镜；
③F有两种不同化学环境的氢，且峰面积比为1∶1。
写出各步反应的方程式：
4、官能团的衍变
①利用官能团的衍生关系进行衍变
CH2=CH2
CH3CH2OH
CH3CHO
CH3COOH
H2O
催化剂/ Δ
O2
Cu/ Δ
O2
催化剂/ Δ
CH3CH2OH
浓硫酸/ Δ
CH3CH2Br
线路1
线路2
CH3COOCH2CH3
线路3
②通过某种化学途径使一个官能团变为两个
③通过某种手段，改变官能团的位置。
CH3CH=CH2
CH3CH2CH2
OH
消去
加成
CH3CHCH3
Cl
CH3CHCH3
OH
水解
消去
CH3CH2OH
水解
或 CH3CH2X
CH2=CH2
加成
练习3、下列有机合成中①②步骤的目的是什么？
提示：①保护酚羟基不被氧化；
②引入羧基。
【资料卡片】5、官能团的保护
含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。
C
有机合成中的某些反应可能会使羟基受到影响，需要对羟基进行保护。此时，可以先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。待相关合成反应结束后，再在一定条件下脱除起保护作用的基团（保护基），恢复羟基。
(1)醇羟基的保护方法:
因酚羟基易被氧化，故在加入氧化剂之前将-OH先转化为-ONa(或-OCH3)，待其他基氧化后，再酸化使其转化为-OH，其过程表示为
(2)酚羟基的保护
OCH3
COOH
OH
COOH
CH3I
KMnO4/H＋
H＋
OCH3
CH3
OH
CH3
（3）碳碳双键基的保护
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前，可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。
C＝C
＋HX
—C—C—
X
H
C＝C
NaOH/醇
△
（4）醛基的保护
OH
CHO
OH
CH
OCH3
OCH3
CH
OCH3
OCH3
O
CHO
O
CH3OH
KMnO4/H＋
H2O/H＋
醛基保护一般是把醛基制成缩醛，具体办法是先用乙二醇与醛基在干HCl催化下反应生成缩醛。然后待反应结束后，再将缩醛水解得到醛基。
练习4、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
已知烯烃在一定条件下可以发生氧化，如：
请设计合理方案由CH2＝CH－CHO制备甘油醛( )
提示：合成反应流程图表示方法示例如下：
(5)氨基的保护方法: 氨基易被O2、O3、H2O2等氧化
练习5、甲苯合成对氨基苯甲酸合成路线设计：
CH3
浓硝酸
浓硫酸，加热
CH3
NO2
KMnO4/H＋
COOH
NO2
Fe/HCl
COOH
NH2