3.5.1 有机合成的主要任务课件(共36张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修3

(共36张PPT)
第三章　烃的衍生物
第五节　有机合成
第1课时　有机合成的主要任务
宇航员的服装能使太空的人处于加压状态，供给宇航没问生命所需的氧气，控制温度和湿度，防止辐射，还要经得起微流星的冲击。宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料，其中多数是有机合成材料。密闭头盔由透明聚碳酸酯组成，密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。
有机合成材料
生物医药
有机合成历史
有机合成的贡献
1965年中国科学家首次用人工方法合成了结晶牛胰岛素
一座年产万吨的合成纤维厂相当于30万亩棉田或250万头绵羊的棉毛产量
合成纤维
一座年产8万吨的合成橡胶厂相当于145万亩橡胶园的年产量
合成橡胶
Robert Burns Woodward
Elias James Corey
黄鸣龙
构建碳骨架
官能团的引入
官能团的转化
官能团的保护
目录
CONTENTS
构建碳骨架
01
PART
碳链的增长
成环
碳链的缩短
开环
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。
1．碳链的增长
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。
(1)炔烃和醛（酮）中的不饱和键与HCN的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。如：
乙炔与HCN加成后再水解：
CH≡CH
丙烯腈
丙烯酸
CH2==CHCN
CH2==CHCOOH
醛与HCN反应，再还原：
酮与氢氰酸的加成反应：
2-甲基-2-羟基丙腈
2-甲基-2-羟基丙酸
(2)卤代烃与NaCN发生取代反应
CH3CH2Br + NaCN CH3CH2CN + NaBr
水
(3)羟醛缩合反应：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。
CH3—C—H
O
+ CH3CHO
催化剂
CH3—C—CH2CHO
OH
H
催化剂
CH3—CH==CHCHO+H2O
β
α
α
α
β
(1)氧化反应
＋ HOOC—R
烯烃：
芳香烃：
炔烃：
RCOOH
RC≡CH
(2)烷烃的裂化（裂解）反应
2．碳链的缩短
(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：
(2)形成环醚
3．碳链的成环
+
HOCH2CH2OH ＋H2O
一定条件
(3)形成环酯
官能团的引入
02
PART
碳碳双键
羟基
碳卤键
羧基
碳碳三键
醛基和酮羰基
1．碳碳双键的引入方法
(1)醇的消去反应
(2)卤代烃的消去反应
(3)炔烃与H2、HX、X2的不完全加成(限制物质的量)可得碳碳双键
CH≡CH＋HCl CH2==CHCl
催化剂
CH3CH2OH CH2==CH2↑＋H2O
浓H2SO4
170℃
CH3CH2Br＋NaOH CH2==CH2↑＋NaBr＋H2O
乙醇
△
2．碳碳三键的引入方法
(1)醇的消去反应
(2)卤代烃的消去反应
HOCH2CH2OH CH≡CH↑＋2H2O
浓H2SO4
170℃
BrCH2CH2Br＋2NaOH CH≡CH↑＋2NaBr＋2H2O
乙醇
△
(1)烃与卤素单质的取代反应
3．碳卤键的引入方法
CH3CH3＋Cl2 CH3CH2Cl＋HCl
光照
＋Cl2 HCl＋
光照
CH2==CH—CH3＋Cl2 CH2==CH—CH2Cl＋HCl
500℃~ 600℃
(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢等的加成反应
(3)醇与氢卤酸的取代反应
＋Br2 →
CH2==CHCH3＋Br2 → CH2BrCHBrCH3
CH2==CHCH3＋HBr → CH3CHBrCH3(或CH2BrCH2CH3)
CH≡CH＋HCl CH2==CHCl
催化剂
△
(1)醇羟基
4．羟基的引入方法
酚钠盐溶液中通入二氧化碳：
苯的卤代物水解：
(2)酚羟基
2RCH2OH＋O2 2RCHO＋2H2O
催化剂
△
2RCHR′＋O2 2R—C—R′＋2H2O
OH
O
催化剂
△
(2)炔烃与水加成反应
CH≡CH＋H2O CH3CHO
催化剂
△
(3)乙烯催化氧化反应
2CH2==CH2＋O2 2CH3CHO
催化剂
△
(1)醇的催化氧化
5．醛基和酮羰基的引入方法
(2)酯在酸性条件下水解
(1)醛的氧化
6．羧基的引入方法
(3)含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化
(4)某些烯烃被强氧化剂氧化
R—CH==CH2 RCOOH＋CO2↑
7．酯基的引入方法
CH3COOH＋HOCH2CH3 CH3COOCH2CH3＋H2O
官能团的转化
03
PART
利用衍变关系转化
增加官能团个数
改变官能团位置
1．利用衍变关系转化
2．增加官能团个数
R—CH2—CH2—OH
消去
R—CH==CH2
X2
R—CH—CH2
—
X
—
X
水
解
R—CH—CH2
—
OH
—
OH
3．改变官能团位置
CH3—CH2—CH2—OH
消去
CH3—CH==CH2
加成
CH3—CH—CH3
—
OH
官能团的保护
04
PART
含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。
KMnO4，H﹢
—
CH3
—
OH
—
COOH
—
OH
×
NaOH
—
CH3
—
OH
—
CH3
—
ONa
KMnO4，H﹢
—
COOH
—
ONa
H﹢
—
COOH
—
OH
(1)醇羟基的保护方法
可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。
合成反应影响羟基，无法直接转化
(2)酚羟基的保护方法
酚羟基易被氧化，在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH转变为
—ONa保护起来，待氧化其他基团后再酸化将其转变为 OH。
(3)碳碳双键的保护方法
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。
(4)胺基的保护方法：胺基易被O2、O3、H2O2等氧化
1.下列反应可以使碳链增长的是（ ）
A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热
B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热
C.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共热
D.CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照
随堂练习
A
2.官能团的引入和转化是有机合成中的关键和主要内容。下面是某同学设计的引入羧基的几种方案，请判断其中无法实现的是（ ）
A.卤代烃的水解
B.腈(RCN)在酸性条件下水解
C.醛的氧化
D.烯烃的氧化
随堂练习
A
A. B.CH≡CH
C. D.
随堂练习
3.下列物质发生反应不能一步引入醛基的是(已知：当两个羟基连接同一个碳原子时，易脱去一分子水) （ ）
A
A.①② 　　　　B.②③ 　　　　C.③④ 　　　　D.①④
随堂练习
4.在有机合成中，常需要将官能团消除或增加，下列变化过程中的反应类型及相关产物不合理的是（ ）
B
本节内容结束