第2课时 有机合成路线的设计与实施
新知探究——有机合成路线的设计与实施
1．有机合成路线确定的要素
(1)基础：掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法。
(2)设计与操作：进行合理的设计与选择，确定合成路线，以较低的成本和较高的产率，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。
2．有机合成的过程
(1)单官能团合成
R—CH==CH2卤代烃醇醛羧酸酯
(2)双官能团合成
CH2==CH2CH2X—CH2XHOCH2—CH2OHOHC—CHO
HOOC—COOH―→链酯、环酯等
(3)芳香族化合物合成
①
②芳香酯
3．逆合成分析法
(1)基本思路
(2)实例——合成乙二酸二乙酯
①思维过程
②合成路线
③化学方程式依次为
a．________________________________________________________________________；
b．________________________________________________________________________；
c．________________________________________________________________________；
d．________________________________________________________________________；
e．________________________________________________________________________。
4．合成路线设计遵循的原则
(1)合成步骤较少，副反应少，反应产率高。
(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒。
(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。
(4)污染排放少。
(5)要贯彻“绿色化学”理念，选择最佳合成路线，以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。
5．有机合成的发展及价值
发展 从生物体内提取有机物→人工设计并合成有机物→计算机辅助设计合成有机物
价值 为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础，有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步
应用化学
在实际工业生产中，乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成，而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。
CH2==CH2
请比较此方法与以上合成乙二酸二乙酯中的b、c两步反应，分析生产中选择此路线的可能原因。
[题点多维训练]
1．(2024·沈阳高二调研)在一次有机化学课堂小组讨论中，某同学设计了下列合成路线，你认为最不可行的是( )
A.用氯苯合成环己烯:
B.用甲苯合成苯甲醇:
C.用乙炔合成聚氯乙烯:CH≡CHCH2CHCl
D.用乙烯合成乙二醇:
CH2==CH2CH3CH3CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH
2．以CH2===CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计合成CH2===CHCOOH的路线流程图(已知CH2===CH2可被氧气催化氧化为)，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条)：______________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．食醋的主要成分是乙酸，主要通过发酵法由粮食制备。工业乙酸是通过石油化学工业人工合成的。
(1)请以乙烯为原料，设计合理的路线合成乙酸，写出反应流程图。
(2)目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和(1)中合成路线的每一步反应的产率均为70%，请计算并比较这两种合成路线的总产率。
命题热点——有机合成路线的设计
1．常规衍变关系
2．关注信息型合成路线的设计
根据题中提供信息或题干合成路线的转化原理或条件，寻找信息中与原料试剂、目标产物相似的基团，确定合成路线。
3．表达方式：合成路线图(一般涉及五步)
ABC……―→D
[典例] 已知:
参照上述合成路线,以丙醛和为原料,设计制备的合成路线。
听课记录：
[题点多维训练]
1．完成下列合成路线图(无机试剂自选)
(1)由1 丙醇制取CH3COCOOCH2CH2CH3。
(2)由乙醇制取2 丁烯醛(CH3—CH===CHCHO)。
(3)由CH2CH2OH制取CCH。
2．有机化合物J是一种提高血液中白细胞含量的缓释药的成分，一种合成路线如图所示。
回答下列问题：
(1)A的化学名称为__________。A→B的反应类型为____________________。
(2)C的结构简式为__________。D中的官能团名称为____________________。
(3)参照上述路线，设计以CH2===C(CH3)2为原料合成CH2CCH3CHO的路线(其他试剂任选)。
3．(2024·广州高二检测)已知：
参照上述合成路线，以OHCH3和OCH3为原料，设计合成的路线(无机试剂任选)。
4．以甲苯为原料可按以下路线合成化合物A。已知：NO2RBrNO2RF。写出制备化合物A时中间产物X、Y、Z的结构简式：__________、__________、__________。
CH3X―→YZ―→NO2COOHF
第2课时 有机合成路线的设计与实施
新知探究
3.(2)③a.CH2CH2+H2OCH3CH2OH
b.CH2CH2+Cl2CH2Cl—CH2Cl
c.CH2Cl—CH2Cl+2NaOHCH2OH—CH2OH+2NaCl
d.+2O2+2H2O
e.+2CH3CH2OH+2H2O
[应用化学]
提示:此方法的原料H2O、O2廉价易得、无毒,原料利用率高,产物易于分离,符合“绿色化学”理念等。
[题点多维训练]
1.D
2.CH2CHCH2OHCH3CHClCH2OH
CH3CHClCOOHCH2CHCOONa
CH2CHCOOH 设计有机合成路线时要选择合适的反应条件、并注意官能团的保护
3.(1)CH2CH2CH3CH2OHCH3CHO
CH3COOH。 (2)若每一步反应的产率均为70%,第一种合成路线的总产率为70%×70%×70%=34.3%,远小于第二种工艺反应的产率70%。
命题热点
[典例] 解析:(1)根据题干合成路线可知一元酚转化为二元酚可通过H2O2实现。
(2)根据题干合成路线可知:—CH2Cl时可依次通过水解生成醇,再氧化生成醛,最后与丙醛作用完成目标产物生成。
答案:
[题点多维训练]
1.(1)CH3CH2CH2OHCH3CHCH2
(2)CH3CH2OHCH3CHOCH3—CHCHCHO
(3)
2.(1)丙烯 取代反应 (2)ClCH2CH2CH2Cl 羟基
(3)CH2C(CH3)2
3.
4. (共67张PPT)
第2课时 有机合成路线的设计与实施
目录
新知探究——有机合成路线的设计与实施
命题热点——有机合成路线的设计
课时跟踪检测
有机合成路线的设计与实施
新知探究
1.有机合成路线确定的要素
(1)基础:掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法。
(2)设计与操作:进行合理的设计与选择,确定合成路线,以较低的成本和较高的产率,通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。
2.有机合成的过程
(1)单官能团合成
R—CH==CH2 卤代烃 醇 醛 羧酸 酯
(2)双官能团合成
CH2==CH2 CH2X—CH2X HOCH2—CH2OH OHC—CHO
HOOC—COOH―→链酯、环酯等
(3)芳香族化合物合成
3.逆合成分析法
(1)基本思路
(2)实例——合成乙二酸二乙酯
①思维过程
②合成路线
③化学方程式依次为
a. ;
b. ;
c. ;
d. ;
e. 。
CH2==CH2+H2O CH3CH2OH
CH2==CH2+Cl2―→CH2Cl—CH2Cl
CH2Cl—CH2Cl+2NaOH CH2OH—CH2OH+2NaCl
4.合成路线设计遵循的原则
(1)合成步骤较少,副反应少,反应产率高。
(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒。
(3)反应条件温和,操作简便,产物易于分离提纯。
(4)污染排放少。
(5)要贯彻“绿色化学”理念,选择最佳合成路线,以较低的经济成本和环境代价得到目标产物。
5.有机合成的发展及价值
发展 从生物体内提取有机物→人工设计并合成有机物→计算机辅助设计合成有机物
价值 为化学、生物、医学、材料等领域的研究和相关工业生产提供了坚实的物质基础,有力地促进了人类健康水平提高和社会发展进步
应用化学
在实际工业生产中,乙二醇还可以通过环氧乙烷与水直接化合的方法合成,而环氧乙烷则可由乙烯直接氧化得到。
请比较此方法与以上合成乙二酸二乙酯中的b、c两步反应,分析生产中选择此路线的可能原因__________________________________
。
此方法的原料H2O、O2廉价易得、
无毒,原料利用率高,产物易于分离,符合“绿色化学”理念等
1.(2024·沈阳高二调研)在一次有机化学课堂小组讨论中,某同学设计了下列合成路线,你认为最不可行的是 ( )
A.用氯苯合成环己烯:
B.用甲苯合成苯甲醇:
[题点多维训练]
C.用乙炔合成聚氯乙烯:CH≡CH CH2 CHCl
D.用乙烯合成乙二醇:CH2==CH2 CH3CH3 CH2ClCH2Cl HOCH2CH2OH
√
2.以CH2==CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计合成CH2==CHCOOH的路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为
),通过此题的解答,总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条):
CH2==CHCH2OH CH3CHClCH2OH CH3CHClCOOH
CH2==CHCOONa CH2==CHCOOH 设计有机合成路线时要选择合适的反应条件、并注意官能团的保护
。
3.食醋的主要成分是乙酸,主要通过发酵法由粮食制备。工业乙酸是通过石油化学工业人工合成的。
(1)请以乙烯为原料,设计合理的路线合成乙酸,写出反应流程图。
(2)目前已经出现了将乙烯直接氧化生成乙酸的工艺。假定该工艺涉及的反应和(1)中合成路线的每一步反应的产率均为70%,请计算并比较这两种合成路线的总产率。
若每一步反应的产率均为70%,第一种合成路线的总产率为70%×70%×70%=34.3%,远小于第二种工艺反应的产率70%。
有机合成路线的设计
命题热点
1.常规衍变关系
2.关注信息型合成路线的设计
根据题中提供信息或题干合成路线的转化原理或条件,寻找信息中与原料试剂、目标产物相似的基团,确定合成路线。
3.表达方式:合成路线图(一般涉及五步)
[典例] 已知:
参照上述合成路线,以丙醛和 为原料,设计制备 的合成路线。
[解析] (1)根据题干合成路线可知一元酚转化为二元酚可通过H2O2实现。(2)根据题干合成路线可知:—CH2Cl―→ 时可依次通过水解生成醇,再氧化生成醛,最后与丙醛作用完成目标产物生成。
[答案]
1.完成下列合成路线图(无机试剂自选)
(1)由1 丙醇制取 。
[题点多维训练]
(2)由乙醇制取2 丁烯醛(CH3—CH==CHCHO)。
(3)由 制取 。
2.有机化合物J是一种提高血液中白细胞含量的缓释药的成分,一种合成路线如图所示。
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 。A→B的反应类型为 。
(2)C的结构简式为 。D中的官能团名称为 。
丙烯
取代反应
ClCH2CH2CH2Cl
羟基
(3)参照上述路线,设计以CH2 C(CH3)2为原料合成 的路线(其他试剂任选)。
3.(2024·广州高二检测)已知:
参照上述合成路线,以 和 为原料,设计合成
的路线(无机试剂任选)。
答案:
4.以甲苯为原料可按以下路线合成化合物A。
已知: 。
写出制备化合物A时中间产物X、Y、Z的结构简式: 、 、
。
课时跟踪检测
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3
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√
12
1.(2024·昆明高二检测)由1 氯环己烷( )制备1,2 环己二醇( )时,需要经过下列哪几步反应( )
A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代
C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去
解析: ,B符合题意。
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√
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3
2.以溴乙烷为原料制备乙二醇,下列方案最合理的是 ( )
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3
解析:A项与D项相比,步骤多一步,且在乙醇发生消去反应时,容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应;B项步骤最少,但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段,副产物多,分离困难,原料浪费;C项比D项多一步取代反应,显然不合理;D项相对步骤少,操作简单,副产物少,较合理。
16
√
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3.以 为基本原料合成 ,下列合成路线最合理的是( )
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解析:以 为基本原料合成 ,因碳碳双键、羟基均能被氧化,则应先使碳碳双键发生加成反应引入一个卤素原子,然后将羟基氧化为羧基,最后再发生消去反应(脱HCl)生成碳碳双键,D项合理。
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√
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3
4.有机合成反应需要考虑“原子经济性”,也应尽可能选择反应条件温和、产率高的反应。已知RCHO+R'CH2CHO 为加成反应。用乙烯制备1,3 丁二醇时,按正确的合成路线依次发生反应的反应类型为( )
A.加成→加成→氧化→加成 B.加成→氧化→加成→消去
C.加成→氧化→消去→加成 D.加成→氧化→加成→加成
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解析:根据逆向合成分析法, 可由
与H2发生加成反应(或还原反应)生成,由已知信息可知, 可由CH3CHO在催化剂作用下发生加成反应制得,CH3CHO可通过乙醇催化氧化得到,乙醇可通过乙烯与水加成得到,所以由乙烯制备
,需发生下列转化:CH2==CH2―→CH3CH2OH
―→CH3CHO―→ ―→ ,依次发生反应的反应类型为加成反应→氧化反应→加成反应→加成反应,D正确。
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5.以丙烯为有机原料合成2 羟基丙酸的合成路线为 (无机试剂自选)。
答案:CH3—CH==CH2
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6.(2024·聊城高二检测)已知:① +RX +HX;② (R为烃基,X为卤素原子)。2 氨基苯乙醚( )可用作燃料、香料、医药中间体。请设计以苯酚和乙醇为起始原料制备2 氨基苯乙醚的合成路线(无机试剂任选)。
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答案:
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7.化合物A是合成雌酮激素的中间体,科学家们采用下列合成路线来制备:
已知:CH3COOH CH3COCl
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设计由1,2 二溴乙烷合成CH3COCOCH3的路线(其他试剂任选)。
答案:
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8.结晶玫瑰和高分子树脂M的合成路线如图所示。
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已知:①A是苯的同系物,在相同条件下,其蒸气对氢气的相对密度为46。
②RCHO (R表示烃基)。
③R—CHO+R'CH2CHO (R、R'表示烃基或氢原子)。
④ +Zn R—CH==CH—COOH+ZnBr2。
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(1)C中含氧官能团的名称为 ,E的结构简式为 。
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醛基
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(2)写出由G生成结晶玫瑰的化学方程式:
。
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(3)上述流程中“C→D”在M的合成过程中的作用是_____________
。
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保护碳碳双键,
防止其被氧化
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(4)已知G在一定条件下水解生成H(C8H8O3),写出H满足下列条件
的同分异构体的结构简式: 。
a.与氯化铁溶液发生显色反应;
b.苯环上的一氯取代物只有一种;
c.与足量的氢氧化钠溶液反应,1 mol物质可消耗3 mol NaOH。
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(5)E的同分异构体 是一种重要的药物中间体,其合成路线与E相似,请以 为原料设计它的合成路线(其他所需试剂自选)。
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高阶思维训练
9.(2024·黑龙江齐台河开学考) 以芳香烃A为原料制备有机化合物F和I的合成路线如图。
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已知:R—CHO+(CH3CO)2O R—CH==CHCOOH+CH3COOH。
(1)A的分子式为 ,C中的官能团名称为 。
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C7H8
羟基
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(2)D分子中最多有 个原子共平面。
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(3)E生成F的反应类型为 ,G的结构简式为 。
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消去反应
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(4)由H生成I的化学方程式为
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。
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3
(5)符合下列条件的B的同分异构体有多种,其中核磁共振氢谱为4
组峰,且峰面积比为6∶2∶1∶1的是___________________________ (任写一种同分异构体的结构简式)。
①属于芳香族化合物;
②能发生银镜反应。
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(6)已知:RCOOH RCOCl,参照上述合成路线,以苯和丙酸为原料(其他无机试剂任选),设计制备 的合成路线。
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16课时跟踪检测(二十一) 有机合成路线的设计与实施
1.(2024·昆明高二检测)由1 氯环己烷()制备1,2 环己二醇()时,需要经过下列哪几步反应 ( )
A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代
C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去
2.以溴乙烷为原料制备乙二醇,下列方案最合理的是 ( )
A.CH3CH2Br CH3CH2OHCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇
B.CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇
C.CH3CH2BrCH2CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇
D.CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇
3.以为基本原料合成,下列合成路线最合理的是 ( )
A.K
B.XYZM
C.NPQ
D.LJH
4.有机合成反应需要考虑“原子经济性”,也应尽可能选择反应条件温和、产率高的反应。已知RCHO+R'CH2CHO为加成反应。用乙烯制备1,3 丁二醇时,按正确的合成路线依次发生反应的反应类型为 ( )
A.加成→加成→氧化→加成
B.加成→氧化→加成→消去
C.加成→氧化→消去→加成
D.加成→氧化→加成→加成
5.以丙烯为有机原料合成2 羟基丙酸的合成路线为 (无机试剂自选)。
6.(2024·聊城高二检测)已知:①+RX+HX;②(R为烃基,X为卤素原子)。2 氨基苯乙醚()可用作燃料、香料、医药中间体。请设计以苯酚和乙醇为起始原料制备2 氨基苯乙醚的合成路线(无机试剂任选)。
7.化合物A是合成雌酮激素的中间体,科学家们采用下列合成路线来制备:
已知:CH3COOHCH3COCl
设计由1,2 二溴乙烷合成CH3COCOCH3的路线(其他试剂任选)。
8.结晶玫瑰和高分子树脂M的合成路线如图所示。
已知:①A是苯的同系物,在相同条件下,其蒸气对氢气的相对密度为46。
②RCHO(R表示烃基)。
③R—CHO+R'CH2CHO(R、R'表示烃基或氢原子)。
④+ZnR—CHCH—COOH+ZnBr2。
(1)C中含氧官能团的名称为 ,E的结构简式为 。
(2)写出由G生成结晶玫瑰的化学方程式: 。
(3)上述流程中“C→D”在M的合成过程中的作用是 。
(4)已知G在一定条件下水解生成H(C8H8O3),写出H满足下列条件的同分异构体的结构简式: 。
a.与氯化铁溶液发生显色反应;
b.苯环上的一氯取代物只有一种;
c.与足量的氢氧化钠溶液反应,1 mol物质可消耗3 mol NaOH。
(5)E的同分异构体是一种重要的药物中间体,其合成路线与E相似,请以为原料设计它的合成路线(其他所需试剂自选)。
高阶思维训练
9.(2024·黑龙江齐台河开学考) 以芳香烃A为原料制备有机化合物F和I的合成路线如图。
已知:R—CHO+(CH3CO)2OR—CHCHCOOH+CH3COOH。
(1)A的分子式为 ,C中的官能团名称为 。
(2)D分子中最多有 个原子共平面。
(3)E生成F的反应类型为 ,G的结构简式为 。
(4)由H生成I的化学方程式为 。
(5)符合下列条件的B的同分异构体有多种,其中核磁共振氢谱为4组峰,且峰面积比为6∶2∶1∶1的是 (任写一种同分异构体的结构简式)。
①属于芳香族化合物;
②能发生银镜反应。
(6)已知:RCOOHRCOCl,参照上述合成路线,以苯和丙酸为原料(其他无机试剂任选),设计制备的合成路线。
课时跟踪检测(二十一)
1.选B ,B符合题意。
2.选D A项与D项相比,步骤多一步,且在乙醇发生消去反应时,容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应;B项步骤最少,但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段,副产物多,分离困难,原料浪费;C项比D项多一步取代反应,显然不合理;D项相对步骤少,操作简单,副产物少,较合理。
3.选D 以为基本原料合成,因碳碳双键、羟基均能被氧化,则应先使碳碳双键发生加成反应引入一个卤素原子,然后将羟基氧化为羧基,最后再发生消去反应(脱HCl)生成碳碳双键,D项合理。
4.选D 根据逆向合成分析法,可由与H2发生加成反应(或还原反应)生成,由已知信息可知,可由CH3CHO在催化剂作用下发生加成反应制得,CH3CHO可通过乙醇催化氧化得到,乙醇可通过乙烯与水加成得到,所以由乙烯制备,需发生下列转化:CH2CH2CH3CH2OHCH3CHO,依次发生反应的反应类型为加成反应→氧化反应→加成反应→加成反应,D正确。
5.CH3—CHCH2
6.
7.
8.解析:根据题意知,A为,B为,C为,D为,
E为,F为,M为,G为。
答案:(1)醛基
(2)+CH3COOH
(3)保护碳碳双键,防止其被氧化
(4)、
(5)
9.解析:根据题意可知:A为,D为,
E为,F为,G为,H为。
答案:(1)C7H8 羟基 (2)17 (3)消去反应
(4)n+nH2O
(5)或
(6)CH3CH2COOH
