3.1 课时2 有机合成路线的设计 有机合成的应用 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3
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| 名称 | 3.1 课时2 有机合成路线的设计 有机合成的应用 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 607.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-05 21:58:58 | ||
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文档简介
3.1第2课时 有机合成路线的设计 有机合成的应用
【学习目标】
1.了解有机合成路线的设计。
2.掌握有机合成的分析方法——逆推法。
3.掌握简单有机物的合成。
【自主预习】
一、有机合成路线的设计
1.正推法
(1)路线:某种原料分子目标分子。
(2)过程:首先比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同,包括 和 两个方面的异同;然后,设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。
2.逆推法
(1)路线:目标分子原料分子。
(2)过程:在逆推过程中,需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的 ,直至选出合适的起始原料。
3.优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合 。
(2)合成操作是否 。
(3)绿色合成
绿色合成主要出发点:有机合成中的 ;原料的 ;试剂与催化剂的 。
4.逆推法设计有机合成路线的一般程序
二、利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线
1.观察目标分子的结构
2.逆推出原料分子
3.设计合成路线(设计四种不同的合成路线)
(1)
(2)
(3)
(4)
4.评价优选合成路线
对上述合成路线进行评价,选出其中比较合理的路线。
路线②和路线④制备苯甲酸的步骤多、成本较高,而且使用较多的氯气不利于环境保护。路线③的步骤较少,但所用还原剂LiAlH4价格昂贵,要求无水操作,成本高。路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇,然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯,是比较合理的实验室合成路线。
三、有机合成的应用
1.有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。
(1)人工合成的有机物数量巨大。
(2)人工合成的有机物应用范围广。
2.有机合成是化学基础研究的一个重要工具。
【答案】
一、1.(2)官能团 碳骨架 2.(2)中间有机化合物
3.(1)化学原理 (2)安全可靠 (3)原子经济性 绿色化 无公害性
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)设计有机合成路线的关键是原料分子的推断。 ( )
(2)设计合成路线时,只能从原料分子开始,通过碳链的连接和官能团的安装来完成。 ( )
(3)绿色合成思想的主要出发点是治理有机合成中所产生的污染。 ( )
(4)优选同种目标化合物的不同合成路线时,只要考虑试剂成本低即可。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)×
2.由溴乙烷制取1,2-二溴乙烷,请设计最简洁的合成方案。
【答案】CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br。
3.某有机化合物X,经过下列变化后可在一定条件下得到乙酸乙酯,则有机物X是哪种物质
【答案】CH3CHO。
4.请以乙烯为原料,设计合成1-丁醇,写出具体的化学方程式。
【答案】CH2CH2+H2OCH3CH2OH;
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O;
2CH3CHO;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+H2O;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+2H2CH3CH2CH2CH2OH。
【合作探究】
任务 有机合成路线的设计
情境导入 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:
+2CH3CH2OH+H2O。
问题生成
1.欲使上述反应顺利向右进行,你认为较合适的催化剂是什么
【答案】要使平衡向右移动,可以通过除去水达到目的,故合适的催化剂为浓硫酸。
2.已知烯烃在一定条件下可以发生氧化反应:
RCHCH2
请设计由CH2CH—CHO制备甘油醛()的合理方案。
【答案】从信息来看,两个羟基的引入是通过碳碳双键的氧化来实现的,但如果将CH2CH—CHO直接氧化,则醛基也会被氧化,故需先将醛基加以保护,其保护方式可以考虑情境导入中的信息,将醛基与醇进行反应,然后再通过条件的控制使平衡向左移动恢复醛基即可,整个过程可以设计如下:
CH2CH—CHO。
【核心归纳】
1.有机合成的分析方法
(1)正合成法
此法是采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向待合成有机物,其思维程序是原料→中间产物→产品。
(2)逆合成法
此法是采用逆向思维方法,从产品的组成、结构、性质入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向已知原料,其思维程序是产品→中间产物→原料。
(3)综合比较法
此法是采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,从而得到最佳的合成路线。其思维程序是原料→中间产物←目标产物。
2.常见的有机合成路线
(1)一元化合物合成路线
R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯
(2)二元化合物合成路线
CH2CH2CH2X—CH2XHOCH2CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH链酯、环酯、聚酯
(3)芳香化合物合成路线
①
②
芳香酯
3.有机合成遵循的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。
(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。步骤越少,最后产率越高。为减少合成步骤,应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。
(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使之结合到目标化合物中,达到零排放。
(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团,不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息,掌握正确的思维方法。
【典型例题】
【例1】由CH3CHCH2合成
CH2(OOCCH3)CH(OOCCH3)CH2(OOCCH3)时,需要经过的反应是( )。
A.加成→取代→取代→取代
B.取代→加成→取代→取代
C.取代→取代→加成→取代
D.取代→取代→取代→加成
【答案】B
【解析】目标化合物是由丙三醇和乙酸通过酯化反应生成的;要生成丙三醇,需要利用1,2,3-三氯丙烷通过水解反应生成;生成1,2,3-三氯丙烷需要利用CH2ClCHCH2和氯气通过加成反应生成;丙烯通过取代反应即生成CH2ClCHCH2。
【例2】4-溴甲基-1-环己烯的一种合成路线如下:
下列说法正确的是( )。
A.X、Y、Z都属于芳香族化合物
B.①②③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,再与乙醇在浓硫酸催化下酯化可制得化合物X
【答案】B
【解析】X、Y、Z中的六元环不是苯环,不属于芳香族化合物;由官能团的转化可知,1,3-丁二烯与丙烯酸乙酯发生加成反应生成X,X发生还原反应生成Y,Y发生取代反应生成Z;由化合物Z一步制备化合物Y,应在氢氧化钠的水溶液中发生水解反应;Y含有碳碳双键,可被酸性高锰酸钾溶液氧化。
【例3】以和为原料合成,请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。
提示:①+;
②RCH2CHCH2+Cl2RCHClCHCH2+HCl;
③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选):
ABC……→H
答案
【解析】本题可用逆合成法解答,其思维过程为:
→……→中间体→……→起始原料
其逆合成分析思路为:
由此确定可按以上6步合成。
【随堂检测】
1.有机物可经过多步反应转变为,其各步反应的类型是( )。
A.加成消去脱水 B.消去加成消去
C.加成消去加成 D.取代消去加成
【答案】B
【解析】。
2.已知酸性:>H2CO3>。综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素,将转变为的最佳方法是( )。
A.与稀H2SO4共热后,加入足量NaOH溶液
B.与稀H2SO4共热后,加入足量Na2CO3溶液
C.与足量的NaOH溶液共热后,再加入适量H2SO4
D.与足量的NaOH溶液共热后,再通入足量CO2
【答案】D
【解析】先在氢氧化钠溶液中水解,转化为,因为酸性>H2CO3>,故再通入足量CO2转变为。
3.以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图,下列说法正确的是( )。
A.A的结构简式是
B.①②的反应类型分别是取代、消去
C.反应②③的条件分别是浓硫酸/加热、光照
D.酸性KMnO4溶液褪色可证明已完全转化为
【答案】B
【解析】以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线为。A项,由上述分析可知,A为氯代环戊烷;B项,反应①为光照条件下的取代反应,反应②为在氢氧化钠醇溶液中加热发生的消去反应;C项,反应②的反应试剂和反应条件为氢氧化钠醇溶液、加热,反应③的条件为常温;D项,B为环戊烯,含碳碳双键,与环戊二烯均能使酸性KMnO4溶液褪色,则酸性KMnO4溶液褪色,不能证明环戊烷已完全转化成环戊二烯。
4.(2021·浙江卷节选)以乙烯和丙炔酸为原料,设计如下化合物的合成路线(用流程图表示,无机试剂、有机溶剂任选)
。
【答案】
5.(2021·海南卷节选)二甲双酮是一种抗惊厥药,以丙烯为起始原料的合成路线如下:
设计以为原料合成乌头酸()的路线(无机试剂任选) 。
已知:①R—BrR—CN
②
【答案】
2
【学习目标】
1.了解有机合成路线的设计。
2.掌握有机合成的分析方法——逆推法。
3.掌握简单有机物的合成。
【自主预习】
一、有机合成路线的设计
1.正推法
(1)路线:某种原料分子目标分子。
(2)过程:首先比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同,包括 和 两个方面的异同;然后,设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。
2.逆推法
(1)路线:目标分子原料分子。
(2)过程:在逆推过程中,需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的 ,直至选出合适的起始原料。
3.优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合 。
(2)合成操作是否 。
(3)绿色合成
绿色合成主要出发点:有机合成中的 ;原料的 ;试剂与催化剂的 。
4.逆推法设计有机合成路线的一般程序
二、利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线
1.观察目标分子的结构
2.逆推出原料分子
3.设计合成路线(设计四种不同的合成路线)
(1)
(2)
(3)
(4)
4.评价优选合成路线
对上述合成路线进行评价,选出其中比较合理的路线。
路线②和路线④制备苯甲酸的步骤多、成本较高,而且使用较多的氯气不利于环境保护。路线③的步骤较少,但所用还原剂LiAlH4价格昂贵,要求无水操作,成本高。路线①由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇,然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯,是比较合理的实验室合成路线。
三、有机合成的应用
1.有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。
(1)人工合成的有机物数量巨大。
(2)人工合成的有机物应用范围广。
2.有机合成是化学基础研究的一个重要工具。
【答案】
一、1.(2)官能团 碳骨架 2.(2)中间有机化合物
3.(1)化学原理 (2)安全可靠 (3)原子经济性 绿色化 无公害性
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)设计有机合成路线的关键是原料分子的推断。 ( )
(2)设计合成路线时,只能从原料分子开始,通过碳链的连接和官能团的安装来完成。 ( )
(3)绿色合成思想的主要出发点是治理有机合成中所产生的污染。 ( )
(4)优选同种目标化合物的不同合成路线时,只要考虑试剂成本低即可。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)×
2.由溴乙烷制取1,2-二溴乙烷,请设计最简洁的合成方案。
【答案】CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br。
3.某有机化合物X,经过下列变化后可在一定条件下得到乙酸乙酯,则有机物X是哪种物质
【答案】CH3CHO。
4.请以乙烯为原料,设计合成1-丁醇,写出具体的化学方程式。
【答案】CH2CH2+H2OCH3CH2OH;
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O;
2CH3CHO;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+H2O;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+2H2CH3CH2CH2CH2OH。
【合作探究】
任务 有机合成路线的设计
情境导入 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:
+2CH3CH2OH+H2O。
问题生成
1.欲使上述反应顺利向右进行,你认为较合适的催化剂是什么
【答案】要使平衡向右移动,可以通过除去水达到目的,故合适的催化剂为浓硫酸。
2.已知烯烃在一定条件下可以发生氧化反应:
RCHCH2
请设计由CH2CH—CHO制备甘油醛()的合理方案。
【答案】从信息来看,两个羟基的引入是通过碳碳双键的氧化来实现的,但如果将CH2CH—CHO直接氧化,则醛基也会被氧化,故需先将醛基加以保护,其保护方式可以考虑情境导入中的信息,将醛基与醇进行反应,然后再通过条件的控制使平衡向左移动恢复醛基即可,整个过程可以设计如下:
CH2CH—CHO。
【核心归纳】
1.有机合成的分析方法
(1)正合成法
此法是采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向待合成有机物,其思维程序是原料→中间产物→产品。
(2)逆合成法
此法是采用逆向思维方法,从产品的组成、结构、性质入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向已知原料,其思维程序是产品→中间产物→原料。
(3)综合比较法
此法是采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,从而得到最佳的合成路线。其思维程序是原料→中间产物←目标产物。
2.常见的有机合成路线
(1)一元化合物合成路线
R—CHCH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯
(2)二元化合物合成路线
CH2CH2CH2X—CH2XHOCH2CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH链酯、环酯、聚酯
(3)芳香化合物合成路线
①
②
芳香酯
3.有机合成遵循的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。
(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。步骤越少,最后产率越高。为减少合成步骤,应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。
(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使之结合到目标化合物中,达到零排放。
(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团,不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息,掌握正确的思维方法。
【典型例题】
【例1】由CH3CHCH2合成
CH2(OOCCH3)CH(OOCCH3)CH2(OOCCH3)时,需要经过的反应是( )。
A.加成→取代→取代→取代
B.取代→加成→取代→取代
C.取代→取代→加成→取代
D.取代→取代→取代→加成
【答案】B
【解析】目标化合物是由丙三醇和乙酸通过酯化反应生成的;要生成丙三醇,需要利用1,2,3-三氯丙烷通过水解反应生成;生成1,2,3-三氯丙烷需要利用CH2ClCHCH2和氯气通过加成反应生成;丙烯通过取代反应即生成CH2ClCHCH2。
【例2】4-溴甲基-1-环己烯的一种合成路线如下:
下列说法正确的是( )。
A.X、Y、Z都属于芳香族化合物
B.①②③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,再与乙醇在浓硫酸催化下酯化可制得化合物X
【答案】B
【解析】X、Y、Z中的六元环不是苯环,不属于芳香族化合物;由官能团的转化可知,1,3-丁二烯与丙烯酸乙酯发生加成反应生成X,X发生还原反应生成Y,Y发生取代反应生成Z;由化合物Z一步制备化合物Y,应在氢氧化钠的水溶液中发生水解反应;Y含有碳碳双键,可被酸性高锰酸钾溶液氧化。
【例3】以和为原料合成,请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。
提示:①+;
②RCH2CHCH2+Cl2RCHClCHCH2+HCl;
③合成反应流程图示例如下(无机试剂可任选):
ABC……→H
答案
【解析】本题可用逆合成法解答,其思维过程为:
→……→中间体→……→起始原料
其逆合成分析思路为:
由此确定可按以上6步合成。
【随堂检测】
1.有机物可经过多步反应转变为,其各步反应的类型是( )。
A.加成消去脱水 B.消去加成消去
C.加成消去加成 D.取代消去加成
【答案】B
【解析】。
2.已知酸性:>H2CO3>。综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素,将转变为的最佳方法是( )。
A.与稀H2SO4共热后,加入足量NaOH溶液
B.与稀H2SO4共热后,加入足量Na2CO3溶液
C.与足量的NaOH溶液共热后,再加入适量H2SO4
D.与足量的NaOH溶液共热后,再通入足量CO2
【答案】D
【解析】先在氢氧化钠溶液中水解,转化为,因为酸性>H2CO3>,故再通入足量CO2转变为。
3.以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图,下列说法正确的是( )。
A.A的结构简式是
B.①②的反应类型分别是取代、消去
C.反应②③的条件分别是浓硫酸/加热、光照
D.酸性KMnO4溶液褪色可证明已完全转化为
【答案】B
【解析】以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线为。A项,由上述分析可知,A为氯代环戊烷;B项,反应①为光照条件下的取代反应,反应②为在氢氧化钠醇溶液中加热发生的消去反应;C项,反应②的反应试剂和反应条件为氢氧化钠醇溶液、加热,反应③的条件为常温;D项,B为环戊烯,含碳碳双键,与环戊二烯均能使酸性KMnO4溶液褪色,则酸性KMnO4溶液褪色,不能证明环戊烷已完全转化成环戊二烯。
4.(2021·浙江卷节选)以乙烯和丙炔酸为原料,设计如下化合物的合成路线(用流程图表示,无机试剂、有机溶剂任选)
。
【答案】
5.(2021·海南卷节选)二甲双酮是一种抗惊厥药,以丙烯为起始原料的合成路线如下:
设计以为原料合成乌头酸()的路线(无机试剂任选) 。
已知:①R—BrR—CN
②
【答案】
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