3.1 课时1 有机合成的关键—碳骨架的构建和官能团的引入（34页）课件 2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3

(共34张PPT)
有机合成的关键——
碳骨架的构建和官能团的引入
第3章 有机合成及其应用合成高分子化合物
1.通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有
机合成基本任务，掌握有机物碳骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。
2.根据烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯之间的转化构建官能团转化与衍变模型，利用模型进行有机合成和推断。
自 1828 年德国化学家维勒人工合成尿素以来，人类运用有机化学手段合成出许多自然界中存在的物质，也创造性地合成出许多自然界中并不存在的物质。有机合成的产物被广泛地应用于工业、农业、国防、医药卫生等各个领域。
你思考过合成有机化合物需要解决哪些问题吗？
阿司匹林(解热镇痛药)的前世今生
柳树皮止痛消炎
柳树皮中提取“柳苷”
合成水杨酸
与乙酸酐合成
乙酰水杨酸
公元前
19世纪
1853年
1897年
改良缓释
乙酰水杨酸
20世纪
“烧心”的酸性
一、有机合成
1.有机合成的概念
2.有机合成产品分类
使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应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。
(1)染料、炸药、农药和医药的合成
(2)塑料、合成橡胶和合成纤维等高分子化合物的合成
(3)有生物活性的一系列天然产物的全合成
3.有机合成的流程
明确目标化合物的结构
设计合成路线
对样品进行结构测定
试验其性质或功能
合成目标化合物
大量合成
关键是碳骨架构建和官能团引入。
目标产物不符合，重新审查和设计。
4.有机合成的主要任务
碳链的增长
碳链的缩短
碳链的成环
碳碳双键
碳碳三键
碳卤键
羟基
醛基
羧基
构建碳骨架
引入官能团
酯基
酰胺基
酮羰基
二、碳骨架的构建
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.碳链的增长
哪些反应类型能使碳链增长呢？
加成反应、加聚反应、缩聚反应、酯化反应、分子间脱水、羟醛缩合反应等。
⑴卤代烃的取代：
CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr
⑵炔烃与HCN的加成反应
HCN
催化剂
H2O,H＋
催化剂
CH≡CH
CH2＝CHCN
CH2＝CHCOOH
丙烯腈
丙烯酸
⑶ 醛（或酮）与HCN的加成反应
C＝O
R
（R1）H
HCN
催化剂
C
R
（R1）H
OH
CN
H2
催化剂
C
R
（R1）H
OH
CH2NH2
羟基腈
氨基醇
H2O,H＋
催化剂
C
R
（R1）H
OH
COOH
羟基酸
⑷ 羟醛缩合反应
受羰基吸电子作用的影响，醛分子中的 α-H 活泼性增强。在一定条件下，分子中有 α-H 的醛会发生分子间加成反应。例如：
加成产物的分子中既有羟基又有醛基，故这一反应称为羟醛缩合反应。羟醛缩合反应可以增长碳链，在有机合成中有着重要用途。
⑷ 羟醛缩合反应(以乙醛为例)
具有α-H的醛，在碱催化下与另一分子的醛或酮进行亲核加成，生成β-羟基醛，β-羟基醛可以受热脱水生成α，β-不饱和醛
醛基邻位C上
的H（α-H）
催化剂
α
CH3—C—CH2CHO
OH
H
催化剂
△
CH3-CH＝CHCHO＋H2O
α
α
β
β
CH3-C-H＋CH3CHO
O
一定条件下可与醛基
发生加成反应
β-羟基醛
α,β-不饱和醛
受羰基吸电子的影响，具有一定活性
产物易失水，得到α,β-不饱和醛
2-丁烯醛
增加两个碳原子
2. 碳链的缩短
原料分子中的碳原子
目标分子中的碳原子
多于
断开碳链
分解反应、水解反应、氧化反应等
哪些反应能使碳链缩短呢？
△
C4H10 CH4 + C3H6
CH3COOC2H5＋H2O
稀硫酸
△
CH3COOH＋C2H5OH
⑴酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解
⑵烷烃的分解
⑶ 烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被KMnO4(H+)溶液氧化
R′
R″
C
CH
R
R—CH==CH2
RCOOH＋CO2↑
KMnO4
H+
C＝C
H3C
R2
H
R1
①O3
②Zn/H2O
C＝O
H3C
H
O＝C
R2
R1
＋
KMnO4
H+
R′
R″
C
O
RCOOH
＋
二氢成CO2
一氢成酸
无氢成酮
炔烃： 一氢成CO2无氢成酸
CH2
CH3
KMnO4
H+
COOH
CH
R′
R
KMnO4
H+
COOH
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。
⑶ 烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被KMnO4(H+)溶液氧化
⑷无水醋酸钠与氢氧化钠（通常用碱石灰——氢氧化钠与氧化钙的混合物）共热脱去羧基可生成甲烷。
3.碳链的成环
⑴酯化反应
二元酸与二元醇、羧基酸、氨基酸与氨基酸
＋
＋H2O
3. 碳链的成环
⑵第尔斯-阿尔德反应 ：
共轭二烯烃与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。
＋
＋
如何由乙醇制备1，1—二溴乙烷？
CH2＝CH2
三、有机合成中官能团的引入、转化和消除
1.官能团的引入
⑴引入碳碳双键
①醇或卤代烃的消去反应：
CH3CH2OH
CH2=CH2↑+H2O
CH3CH2Br＋NaOH
乙醇
△
CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O
②炔烃的不完全加成反应：
CH≡CH+HCl
CH2=CHCl
⑵引入碳卤键的方法
①不饱和烃与X2、HX加成
CH3CH＝CH2＋Br2 →
CH3CH＝CH2＋HCl
△
CH3CH2CH2Cl
或
催化剂
CH≡CH＋HCl
CH2＝CHCl
CH3CHBrCH2Br
CH3CHClCH3
三、有机合成中官能团的引入、转化和消除
1.官能团的引入
②烷烃/苯/苯的同系物的取代
溴苯
+ Br2 + HBr ↑
FeBr3
Br
CH3
+ Cl2
光
CH2Cl
+ HCl
CH4 + Cl2
光
CH3Cl + HCl
②烷烃/苯/苯的同系物的取代
OH
+ 3Br2
OH
Br
Br
Br
+ 3HBr
↓
白色沉淀
2,4,6—三溴苯酚
溴水
过量
C2H5 OH + H Br
△
C2H5 Br + H2O
⑶引入羟基的方法
①烯烃与水的加成
②醛、酮 的加成
CH3CH2OH
CH3CHO
+H2
催化剂
O
CH3-C-CH3
＋
H2
催化剂
OH
CH3-CH-CH3
CH2＝CH2＋H2O
催化剂
加热、加压
CH3CH2OH
③卤代烃的水解
CH3CH2Br+NaOH
H2O
△
CH3CH2OH+NaBr
④酯的水解
CH3COOC2H5 + H2O
CH3COOH + HOC2H5
稀硫酸
CH3COOC2H5 + NaOH
CH3COONa+C2H5OH
⑷引入羰基的方法
①醇的催化氧化
2CH3CH2OH+O2
Cu
△
2CH3CHO+ 2H2O
②炔烃与H2O加成
催化剂
△
CH≡CH＋H2O
CH3CHO
⑸引入羧基的方法
①醛的催化氧化
2CH3CHO + O2
2CH3COOH
②酯/酰胺的水解
CH3COOC2H5＋H2O
稀硫酸
△
CH3COOH＋C2H5OH
CH3—C—NH2＋HCl＋H-OH
O
△
CH3COOH＋NH4Cl
如何由乙醇制备乙二醇？
CH2＝CH2
2.官能团的转化
(1)种类变化:如CH3CH2OH→CH3CHO的转化
2CH3CH2OH+O2
Cu
△
2CH3CHO+ 2H2O
(2)数目变化:如CH3CH2Br→CH2BrCH2Br的转化
CH3CH2Br+NaOH CH2==CH2↑+NaBr+H2O
CH2==CH2+Br2→CH2Br—CH2Br
(3)位置变化:例如CH3CH2CH2OH→CH3CHOHCH3的转化
2.官能团的转化
3.官能团的消除
(1)经加成反应消除不饱和键。
(2)经取代、消去、酯化、氧化等反应消除—OH。
(3)经加成或氧化反应消除—CHO。
(4)经水解反应消除酯基。
(5)通过消去或水解反应可消除卤素原子。
官能团的转化在有机合成中极为常见，可以通过取代、消去、加成以及氧化、还原等反应来实现。
1.下列反应中一定能使碳链增长的是(　　)
A.乙醇与卤化氢反应
B.丙醛与HCN的加成反应
C.1-丙醇与浓硫酸共热到170 ℃
D.1-丁烯与H2加成
B
2.下列反应不能在有机化合物分子中引入羟基的是(　　)
A.乙酸和乙醇的酯化反应
B.聚酯的水解反应
C.油脂的水解反应
D.烯烃与水的加成反应
A
D
3.某有机化合物D的结构简式为 ,它是一种常见的有机溶剂,它可以通过下列方法制得:
A.1-丁烯 B.1,3-丁二烯 C.乙炔 D.乙烯
4.分析下列官能团引入转化的反应类型及试剂条件等
用对应的字母完成填空：
(1)上述转化中属于取代反应的为 ，属于加成反应的为 ，属于消去反应的为 ，属于氧化反应的为 ，属于还原反应的为 。
(2)转化步骤b的试剂为 ，转化步骤e的试剂为 ，转化步骤g的试剂为酸性 ，转化步骤h的试剂为LiAlH4。
e、f
a、c、j
b、d
g、i、k
h、j
NaOH醇溶液
NaOH水溶液
KMnO4溶液