第五节 有机合成 课件（25张PPT）任务驱动式

(共25张PPT)
有机合成（第一课时）
——有机合成的主要任务
任务一：认识有机合成
问题1：什么是有机合成？
自然资源
↓
↓（加工和转化）
↓
功能各异、性能卓越的有机物
问题2：有机合成的意义是什么？
通过有机合成不仅可以制备天然有机物，还可以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，以满足人类的特殊需求。
CH2=CH2
CH3CH2OH
CH2-Br
CH2-Br
CH2-CN
CH2-CN
CH2-COOH
CH2-COOH
CH2
CH2
COOCH2CH3
COOCH2CH3
H2O
、催化剂
Br2
NaCN
H+、H2O
催化剂
丁二酸二乙酯（ ）在生活中应用广泛，常用作食物加香剂、增塑剂和特种润滑剂，以乙烯为原料可合成丁二酸二乙酸。
CH2COOCH2CH3
CH2COOCH2CH3
原料
目标产物
中间体1
中间体2
中间体3
中间体4
官能团转化
官能团转化
碳骨架构建
官能团转化
官能团转化
有机合成的关键是：碳骨架构建和引入官能团
任务二：构建碳骨架
问题1：根据你已经学过的有机化学知识分析有哪些反应可以构建碳骨架？（碳链增长、缩短、成环）
碳链增长
酯化反应
加聚反应
分子间脱水
卤代烃与氰化钠反应
……
碳链缩短
酯类水解反应
裂解反应
……
碳链成环
多元醇、羟基酸、氨基酸脱水成环
……
问题2：阅读课本83页，分析各反应机理总结归纳碳骨架的构建方法？（碳链增长、缩短、成环）
任务二：构建碳骨架
1、碳链增长
CH≡CH
CH2=CHCN
催化剂
HCN
CH2=CHCOOH
H2O，H+
加成反应
水解反应
C=O
R
(R1)H
催化剂
HCN
C
R
(R1)H
OH
CN
C
R
(R1)H
OH
CH2NH2
催化剂
H2
加成反应
还原反应
①不饱和有机物与HCN发生加成反应
1、碳链增长
②羟醛缩合反应
α
α
β
CH3-C-H+CH3CHO
O
催化剂
CH3-C-CH2CHO
OH
H
催化剂
CH3-CH=CHCHO+H2O
碳链增长
酯化反应
加聚反应
分子间脱水
卤代烃与氰化钠反应
nCH2=CH2
一定条件下
—CH2=CH2—
[ ]
n
CH3COOH+HOCH2CH3
CH3COOCH2CH3+H2O
浓硫酸
C2H5OH+HOC2H5
C2H5OC2H5+H2O
浓硫酸
140℃
C2H5Cl+NaCN
C2H5CN+NaCl
不饱和有机物与HCN发生加成反应
羟醛缩合反应
1、碳链增长
2、碳链缩短
C=CH-R
R’
R’’
C=O
R’
R’’
H+
KMnO4
+R-COOH
RC≡CH
H+
KMnO4
R-COOH+CO2
烯烃双键碳上有两个H产物是CO2；双键碳上有一个H产物是羧酸；双键碳上没有H产物是酮。
炔烃三键碳上有一个H产物是CO2；三键碳上没有H产物是羧酸。
-CH
R
R’
H+
KMnO4
-COOH
与酸性KMnO4发生氧化反应
2、碳链缩短
碳链缩短
酯类水解反应
裂解反应
C4H10
CH4+C3H6
高温高压
CH3COOH+HOC2H5
CH3COOC2H5+H2O
浓硫酸
与酸性KMnO4发生氧化反应
3、碳链成环
COOH
+
COOH
第尔斯-阿尔德反应
3、碳链成环
碳链成环
多元醇、羟基酸、氨基酸脱水成环
COOH
COOH
HOCH2
HOCH2
+
浓硫酸
+2H2O
O=C
O=C
O
O
CH2
CH2
HOCH2CH2OH
浓硫酸
O
+H2O
第尔斯-阿尔德反应
任务三：引入官能团
问题1：结合如下有机物之间的转化，根据你已经学过的有机化学反应，思考常见引入官能团的方法？（碳碳双键、碳卤键、羟基、醛基、羧基、酯基）
1、引入碳碳双键
引入碳碳双键
(1)醇的消去
CH3CH2Br+NaOH CH2=CH2↑+NaBr+H2O
醇
(2)卤代烃的消去
CH3CH2OH CH2=CH2↑+H2O
浓硫酸
170℃
(3)炔烃的不完全加成
CH CH+HCl CH2=CHCl
催化剂
2、引入碳卤键
引入碳卤键
(1)烷烃、苯及同系物的卤代
(2)不饱和烃与HX、X2加成
(3)醇与HX的卤代
CH3CH3+Cl2 CH2=CH2↑+H2O
光
FeBr3
+Br2
-Br
+HBr↑
光
-CH2Cl
+HCl
+Cl2
-CH3
CH2=CH2+HBr CH3CH2Br
CH3CH2OH+HBr CH3CH2Br +H2O
3、引入羟基
引入羟基
CH3CH2Br+NaOH CH3CH2OH+NaBr
H2O
(1)烯烃与水的加成反应
(2)卤代烃的水解反应
(3)醛或酮的还原反应
CH2=CH2+H2O CH3CH2OH
催化剂
CH3CHO+H2 CH3CH2OH
催化剂
CH3-C-CH3+H2
O
催化剂
CH3-CH-CH3
OH
4、引入醛基
引入醛基
(1)醇（伯醇）的氧化反应
(2)炔烃的加成反应
2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O
Cu/Ag
CH CH+H2O CH3CHO
催化剂
5、引入羧基
引入羧基
(1)醛的氧化
(2)酯的水解
(3)烯烃的氧化
(4)苯的同系物氧化
2CH3CHO+O2 2CH3COOH
催化剂
CH3COOCH2CH3+H2O CH3COOH+C2H5OH
H+
R-CH=CH2 RCOOH+CO2↑
KMnO4
H+
-CH-R
R’
KMnO4
H+
-COOH
思考1：对羟基苯甲酸乙酯是一种常见的防腐剂，也常用于制药、皮革等行业，请以甲苯为原料，设计合成路线合成对羟基苯甲酸乙酯。
思路：
原料
目标产物
CH3
COOC2H5
OH
已知：-CH3为邻、对位取代定位基；而-COOH为间位取代定位基
CH3
OH
COOH
OH
CH3
Cl
CH3
FeCl3
Cl2
CH3
Cl
一定条件
CH3
OH
酸性KMnO4
COOH
OH
浓硫酸
C2H5OH
COOC2H5
OH
合成路线:
问题2：上述合成路线是否存在缺陷？应该如何改进？
任务四：官能团的保护
CH3
FeCl3
Cl2
CH3
Cl
一定条件
CH3
OH
酸性KMnO4
COOH
OH
浓硫酸
C2H5OH
COOC2H5
OH
合成路线:
问题2：上述合成路线是否存在缺陷？应该如何改进？
CH3
FeCl3
Cl2
CH3
Cl
一定条件
CH3
OH
酸性KMnO4
浓硫酸
C2H5OH
COOC2H5
OH
改进路线:
CH3I
CH3
OCH3
HI
COOH
OCH3
COOH
OH
任务四：官能团的保护
1、羟基（酚羟基）的保护
R-OH
CH3I
R-OCH3
合成反应
R’-OCH3
HI
R’-OH
合成反应
NaOH
OH
ONa
ONa
H+
OH
2、碳碳双键的保护
R-CH=CH2
R-CH2CH2Cl
HCl
NaOH/乙醇
合成反应
3、氨基的保护
R’-CH2CH2Cl
R’-CH=CH2
R-NH2
HCl
R-NH3Cl
合成反应
R’-NH3Cl
NaOH
R’-NH2
R-NH2
CH3-C-Cl
O
R-NH-C-CH3
O
合成反应
R’-NH-C-CH3
O
H2O
R’-NH2
任务五：学以致用
思路：
原料
目标产物
CH3
CH2Cl
Cl
CH2OH
ONa
CHO
ONa
CH3
Cl
CH3CHO
巩固练习：以甲苯和乙醛为原料合成高分子物质 ，请设计合理的合成路线。
OH
—CH-CH—
CHO
[ ]
n
OH
—CH-CH—
CHO
[ ]
n
OH
CH=CH
CHO
CHCH2CHO
ONa
OH
CH=CHCHO
ONa
CH3
Cl2
FeCl3
CH3
Cl
Cl2
光照
CH2Cl
Cl
NaOH水溶液

CH2OH
ONa
CHO
ONa
CH3CHO
催化剂
CHCH2CHO
ONa
OH
CH=CHCHO
OH
浓H2SO4

OH
—CH-CH—
CHO
[ ]
n
官能团引入
官能团引入
官能团引入
官能团保护
碳链增长
官能团引入
合成路线:
官能团恢复
O2、Cu

催化剂

同学们，再见