3.5.1 有机合成的主要任务 课件(共34张PPT)-2022-2023学年高二化学同步学习高效学讲练（人教版2019选择性必修3）
文档属性
| 名称 | 3.5.1 有机合成的主要任务 课件(共34张PPT)-2022-2023学年高二化学同步学习高效学讲练（人教版2019选择性必修3） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-05-25 14:11:55 | ||
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文档简介
(共34张PPT)
第五节 有机合成
2019人教版 选择性必修3 第三章 烃的衍生物
第1课时 有机合成的主要任务
【课程学习目标·学科核心素养】
熟悉烃及其衍生物之间的相互转化、主要的有机反应类型及其特点，发展“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。
认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。掌握官能团的引入和转化的一些技巧。
课堂导入
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，天然有机化合物的性能并不能满足人们的全部需要。
有机合成的意义：
①制备天然有机物，弥补自然资源的不足；
②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美；
③合成自然界中不存在的有机物，满足人们生活需要。
课堂导入
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化合物的新时代。
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。
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。
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。
什么是有机合成
有机合成的主要任务
设
计
合
成
路
线
关键
碳骨架的构建
官能团的引入
引入卤素原子、硝基等官能团
引入碳碳双键或三键等
引入羟基（醇羟基或酚羟基）
引入羰基（酮羰基或醛基）
引入羧基等
碳链增长
碳链缩短
有机分子成环和开环
一.构建碳骨架
1.碳链增长
(1)与HCN发生加成反应
①炔烃与HCN的加成反应：
加成反应
水解反应
CH≡ CH +
HCN
催化剂
CH2= CHCN
CH2= CHCN +
2H2O
H+
CH2= CHCOOH +NH3
引入羧基、增长碳链
一.构建碳骨架
1.碳链增长
②醛（或酮）与HCN的加成反应：
(1)与HCN发生加成反应
C=O
R
H
C
R
H
OH
C≡N
HCN
催化剂
羟基腈
醛
CH3CHO+ HCN → CH3CHCN
OH
CH3CCH3+ HCN → CH3CCH3
OH
O
CN
a.-CN通过水解反应可以转化为-COOH
b.-CN通过加氢还原可以引入-CH2NH2
一.构建碳骨架
1.碳链增长
（2）加聚反应
（3）酯化反应
（4）分子间脱水
nCH2＝CH2 [ CH2—CH2 ]n
一定条件下
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 ℃
一.构建碳骨架
1.碳链增长
（5）羟醛缩合
醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H）受羰基吸电子作用的影响，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。
β-羟基醛
α, β-不饱和醛
实质：先发生加成反应，再发生消去反应。
一.构建碳骨架
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
少于
引入含碳原子的官能团
（1）与HCN发生加成反应
（5）羟醛缩合反应
（2）加聚反应
（3）酯化反应
（4）分子间脱水反应
（6）其他补充
1.碳链增长
一.构建碳骨架
2.碳链缩短
(1)烷烃的热裂化或裂解：C8H18 C4H10 + C4H8
RCOONa+NaOH
RCOOR'+H2O
(3)脱羧反应：
(2)酯的水解：
稀H2SO4
Δ
CaO
RCOOH+R'OH
RH+Na2CO3
CH3-COONa＋NaOH
CaO
CH4＋Na2CO3
一.构建碳骨架
2.碳链缩短
(4)烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化
①烯烃:
二氢成CO2
一氢成酸
无氢成酮
CH≡C—R
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
②炔烃:
C＝CH—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
R''
一氢成CO2
无氢成酸
③芳香化合物的侧链:
与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。
CH—R
R'
KMnO4
H+
COOH
一.构建碳骨架
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
多于
断开碳链
（1）烷烃的裂化
（5）苯的同系物的氧化反应
（2）脱羧反应
（3）酯的水解反应
（4）烯烃或炔烃的氧化反应
2.碳链缩短
一.构建碳骨架
3.碳链成环
COOH
COOH
CH2OH
CH2OH
+
+ 2H2O
COOCH2
COOCH2
浓硫酸
△
(1)形成环酯
CH3CHCH2CH2C—OH
O
═
OH
CH—CH2
O CH2
C
O
═
H3C
＋H2O
2CH3—CH—C—OH
O
═
OH
＋2H2O
CH3
O
C
═
O
O
C
═
O
CH3
一.构建碳骨架
3.碳链成环
(2)形成环醚
+ H2O
浓硫酸
CH2OH
CH2OH
HOCH2
HOCH2
+
H2C
H2C
CH2
CH2
O
O
CH2═CH2
OH
OH
浓H2SO4
CH2—CH2
O
＋H2O
3CH2═O
O
O
O
(3)形成环酸酐
HOOC—CH2CH2—COOH
丁二酸
O
O
O
═
═
＋H2O
Diels—Alder成环反应
（4）共轭二烯烃的加成
一.构建碳骨架
3.碳链成环
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
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。
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(1)引入碳碳双键的方法：
①醇的消去：
CH3CH2OH
浓硫酸
170℃
CH2=CH2↑
+ H2O
醇
△
CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O
CH3CH2Br +NaOH
②卤代烃的消去：
③炔烃的不完全加成：
CH≡CH + HBr CH2=CHBr
催化剂
△
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(2)引入碳卤键的方法：
①烃与卤素单质的取代反应
CH4 +Cl2
CH3Cl+ HCl
光照
③烯烃(炔烃)与 HX 或X2 的加成:
CH2=CH2 + Br2 CH2BrCH2Br
②醇与 HX 的取代:
C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O
△
CH3
+ Cl2
光照
CH2Cl
+HCl
CH2=CH2 + HBr CH3CH2Br
△
催化剂
+ Br2
Br
+ HBr
FeBr3
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(3)引入羟基的方法：
①烯烃与水的加成:
②卤代烃的水解:
CH3CH2CH2Cl+H2O CH3CH2CH2OH+HCl
NaOH
△
③酯的水解:
④醛、酮的还原:
CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH
△
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
CH3CH＝CH2＋H2O CH3CHCH3
催化剂
加热、加压
OH
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(4)引入醛基或羰基的方法：
②烯键氧化:
①醇的氧化:
醛
2RCH2OH
Cu
2RCHO
+O2
+2H2O
伯醇
仲醇
酮
RC
R ′
＝
O
Cu
+H2O
RCHR′
+ O2
OH
CH≡CH＋H2O CH3—CHO
③炔烃的加成反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(5)引入羧基的方法：
①醛的氧化反应:
②酯、酰胺的水解反应:
③伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(5)引入羧基的方法：
⑤某些烯烃、炔烃、芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，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。
(1)羟基的保护
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。
保护羟基不被酸
性高锰酸钾氧化
羟基恢复
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(2)醛基(羰基)的保护
醛基(羰基)易被氧化，通常形成缩醛(醛酮)保护，然后在稀酸中微热恢复。
醛基保护
醛基恢复
保护醛基不被
碱性高锰酸钾氧化
醛基恢复
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(2)醛基(羰基)的保护
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(3)碳碳双键的保护
碳碳双键易被氧化通常用加成反应保护，消去反应恢复。
碳碳双键保护
碳碳双键恢复
效果检测
【典例1】（北京昌平·高二期末）下列化合物中，能发生酯化、加成、消去三种反应的是
A． B．CH3－CH=CH－COOH
C． D．
【答案】C
【典例2】（江苏省响水中学高二阶段练习）绿原酸具有广泛的杀菌消炎功能，其结构如图所示。下列有关绿原酸的说法中正确的是
A．绿原酸分子中含有3种官能团
B．1 mol绿原酸最多能与7molNaOH发生反应
C．绿原酸能发生取代反应、加成反应和消去反应
D．绿原酸能使酸性高锰酸钾溶液、浓溴水褪色，反应原理相同
【答案】C
【典例3】（广西·桂林十八中高二期中）下面是以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线，下列说法正确的是
A．A的结构简式为
B．反应④的反应试剂和反应条件是浓硫酸、加热
C．①②③的反应类型分别为卤代、水解、消去
D．环戊二烯与Br21∶1加成可生成
【答案】D
【典例4】（福建·漳州市正兴学校高二阶段练习）已知4-溴甲基-1-环已烯的一种合成路线如图：
下列说法正确的是
A．化合物X、Y、Z都含有发生缩聚反应的官能团
B．①、②、③的反应类型依次为加成反应、还原反应和取代反应
C．由化合物Z一步制备化合物Y的转化条件是：NaOH醇溶液，加热
D．化合物Y先经酸性高锰酸钾溶液氧化，再与乙醇催化酯化可制得化合物X
【答案】B
【典例5】已知： ，如果要合成
所用原始原料可以是
①2， 3-二甲基-1， 3-戊二烯和乙炔
②2， 3-二甲基-l， 3-丁二烯和丙炔
③2-甲基-l， 3-丁二烯和2-丁炔
④1， 3-戊二烯和2-丁炔
A．①④ B．只有① C．②④ D．②③
【答案】D
【典例6】某有机物的结构如图所示，下列说法不正确的是
A．该有机物难溶于水，易溶于有机溶剂
B．在一定条件下，1mol该有机物最多消耗3molH2
C．该有机物与苯不互为同系物，且分子中无手性碳原子
D．该有机物可发生氧化反应、加成反应、加聚反应、取代反应等
【答案】B
本课结束
第五节 有机合成
2019人教版 选择性必修3 第三章 烃的衍生物
第1课时 有机合成的主要任务
【课程学习目标·学科核心素养】
熟悉烃及其衍生物之间的相互转化、主要的有机反应类型及其特点，发展“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。
认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。掌握官能团的引入和转化的一些技巧。
课堂导入
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，天然有机化合物的性能并不能满足人们的全部需要。
有机合成的意义：
①制备天然有机物，弥补自然资源的不足；
②对天然有机物进行局部的结构改造和修饰，使其性能更加完美；
③合成自然界中不存在的有机物，满足人们生活需要。
课堂导入
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化合物的新时代。
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。
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。
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。
什么是有机合成
有机合成的主要任务
设
计
合
成
路
线
关键
碳骨架的构建
官能团的引入
引入卤素原子、硝基等官能团
引入碳碳双键或三键等
引入羟基（醇羟基或酚羟基）
引入羰基（酮羰基或醛基）
引入羧基等
碳链增长
碳链缩短
有机分子成环和开环
一.构建碳骨架
1.碳链增长
(1)与HCN发生加成反应
①炔烃与HCN的加成反应：
加成反应
水解反应
CH≡ CH +
HCN
催化剂
CH2= CHCN
CH2= CHCN +
2H2O
H+
CH2= CHCOOH +NH3
引入羧基、增长碳链
一.构建碳骨架
1.碳链增长
②醛（或酮）与HCN的加成反应：
(1)与HCN发生加成反应
C=O
R
H
C
R
H
OH
C≡N
HCN
催化剂
羟基腈
醛
CH3CHO+ HCN → CH3CHCN
OH
CH3CCH3+ HCN → CH3CCH3
OH
O
CN
a.-CN通过水解反应可以转化为-COOH
b.-CN通过加氢还原可以引入-CH2NH2
一.构建碳骨架
1.碳链增长
（2）加聚反应
（3）酯化反应
（4）分子间脱水
nCH2＝CH2 [ CH2—CH2 ]n
一定条件下
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 ℃
一.构建碳骨架
1.碳链增长
（5）羟醛缩合
醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H）受羰基吸电子作用的影响，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。
β-羟基醛
α, β-不饱和醛
实质：先发生加成反应，再发生消去反应。
一.构建碳骨架
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
少于
引入含碳原子的官能团
（1）与HCN发生加成反应
（5）羟醛缩合反应
（2）加聚反应
（3）酯化反应
（4）分子间脱水反应
（6）其他补充
1.碳链增长
一.构建碳骨架
2.碳链缩短
(1)烷烃的热裂化或裂解：C8H18 C4H10 + C4H8
RCOONa+NaOH
RCOOR'+H2O
(3)脱羧反应：
(2)酯的水解：
稀H2SO4
Δ
CaO
RCOOH+R'OH
RH+Na2CO3
CH3-COONa＋NaOH
CaO
CH4＋Na2CO3
一.构建碳骨架
2.碳链缩短
(4)烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化
①烯烃:
二氢成CO2
一氢成酸
无氢成酮
CH≡C—R
KMnO4
H＋
CO2＋RCOOH
②炔烃:
C＝CH—R
R'
R''
KMnO4
H＋
C＝O＋R—COOH
R'
R''
一氢成CO2
无氢成酸
③芳香化合物的侧链:
与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性KMnO4氧化。
CH—R
R'
KMnO4
H+
COOH
一.构建碳骨架
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
多于
断开碳链
（1）烷烃的裂化
（5）苯的同系物的氧化反应
（2）脱羧反应
（3）酯的水解反应
（4）烯烃或炔烃的氧化反应
2.碳链缩短
一.构建碳骨架
3.碳链成环
COOH
COOH
CH2OH
CH2OH
+
+ 2H2O
COOCH2
COOCH2
浓硫酸
△
(1)形成环酯
CH3CHCH2CH2C—OH
O
═
OH
CH—CH2
O CH2
C
O
═
H3C
＋H2O
2CH3—CH—C—OH
O
═
OH
＋2H2O
CH3
O
C
═
O
O
C
═
O
CH3
一.构建碳骨架
3.碳链成环
(2)形成环醚
+ H2O
浓硫酸
CH2OH
CH2OH
HOCH2
HOCH2
+
H2C
H2C
CH2
CH2
O
O
CH2═CH2
OH
OH
浓H2SO4
CH2—CH2
O
＋H2O
3CH2═O
O
O
O
(3)形成环酸酐
HOOC—CH2CH2—COOH
丁二酸
O
O
O
═
═
＋H2O
Diels—Alder成环反应
（4）共轭二烯烃的加成
一.构建碳骨架
3.碳链成环
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
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。
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(1)引入碳碳双键的方法：
①醇的消去：
CH3CH2OH
浓硫酸
170℃
CH2=CH2↑
+ H2O
醇
△
CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O
CH3CH2Br +NaOH
②卤代烃的消去：
③炔烃的不完全加成：
CH≡CH + HBr CH2=CHBr
催化剂
△
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(2)引入碳卤键的方法：
①烃与卤素单质的取代反应
CH4 +Cl2
CH3Cl+ HCl
光照
③烯烃(炔烃)与 HX 或X2 的加成:
CH2=CH2 + Br2 CH2BrCH2Br
②醇与 HX 的取代:
C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O
△
CH3
+ Cl2
光照
CH2Cl
+HCl
CH2=CH2 + HBr CH3CH2Br
△
催化剂
+ Br2
Br
+ HBr
FeBr3
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(3)引入羟基的方法：
①烯烃与水的加成:
②卤代烃的水解:
CH3CH2CH2Cl+H2O CH3CH2CH2OH+HCl
NaOH
△
③酯的水解:
④醛、酮的还原:
CH3COOC2H5＋NaOH CH3COONa＋C2H5OH
△
CH3COOC2H5＋H2O CH3COOH＋C2H5OH
稀硫酸
△
CH3CH＝CH2＋H2O CH3CHCH3
催化剂
加热、加压
OH
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(4)引入醛基或羰基的方法：
②烯键氧化:
①醇的氧化:
醛
2RCH2OH
Cu
2RCHO
+O2
+2H2O
伯醇
仲醇
酮
RC
R ′
＝
O
Cu
+H2O
RCHR′
+ O2
OH
CH≡CH＋H2O CH3—CHO
③炔烃的加成反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(5)引入羧基的方法：
①醛的氧化反应:
②酯、酰胺的水解反应:
③伯醇被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
1.官能团的引入
(5)引入羧基的方法：
⑤某些烯烃、炔烃、芳香烃被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应:
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，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。
(1)羟基的保护
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。
保护羟基不被酸
性高锰酸钾氧化
羟基恢复
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(2)醛基(羰基)的保护
醛基(羰基)易被氧化，通常形成缩醛(醛酮)保护，然后在稀酸中微热恢复。
醛基保护
醛基恢复
保护醛基不被
碱性高锰酸钾氧化
醛基恢复
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(2)醛基(羰基)的保护
二.官能团的引入、消除、转化和保护
2.官能团的保护
(3)碳碳双键的保护
碳碳双键易被氧化通常用加成反应保护，消去反应恢复。
碳碳双键保护
碳碳双键恢复
效果检测
【典例1】（北京昌平·高二期末）下列化合物中，能发生酯化、加成、消去三种反应的是
A． B．CH3－CH=CH－COOH
C． D．
【答案】C
【典例2】（江苏省响水中学高二阶段练习）绿原酸具有广泛的杀菌消炎功能，其结构如图所示。下列有关绿原酸的说法中正确的是
A．绿原酸分子中含有3种官能团
B．1 mol绿原酸最多能与7molNaOH发生反应
C．绿原酸能发生取代反应、加成反应和消去反应
D．绿原酸能使酸性高锰酸钾溶液、浓溴水褪色，反应原理相同
【答案】C
【典例3】（广西·桂林十八中高二期中）下面是以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线，下列说法正确的是
A．A的结构简式为
B．反应④的反应试剂和反应条件是浓硫酸、加热
C．①②③的反应类型分别为卤代、水解、消去
D．环戊二烯与Br21∶1加成可生成
【答案】D
【典例4】（福建·漳州市正兴学校高二阶段练习）已知4-溴甲基-1-环已烯的一种合成路线如图：
下列说法正确的是
A．化合物X、Y、Z都含有发生缩聚反应的官能团
B．①、②、③的反应类型依次为加成反应、还原反应和取代反应
C．由化合物Z一步制备化合物Y的转化条件是：NaOH醇溶液，加热
D．化合物Y先经酸性高锰酸钾溶液氧化，再与乙醇催化酯化可制得化合物X
【答案】B
【典例5】已知： ，如果要合成
所用原始原料可以是
①2， 3-二甲基-1， 3-戊二烯和乙炔
②2， 3-二甲基-l， 3-丁二烯和丙炔
③2-甲基-l， 3-丁二烯和2-丁炔
④1， 3-戊二烯和2-丁炔
A．①④ B．只有① C．②④ D．②③
【答案】D
【典例6】某有机物的结构如图所示，下列说法不正确的是
A．该有机物难溶于水，易溶于有机溶剂
B．在一定条件下，1mol该有机物最多消耗3molH2
C．该有机物与苯不互为同系物，且分子中无手性碳原子
D．该有机物可发生氧化反应、加成反应、加聚反应、取代反应等
【答案】B
本课结束