《创新方案》第三章 9 第五节　第2课时　有机合成路线的设计与实施 讲义（教师版）化学选择性必修3人教版

第2课时　有机合成路线的设计与实施
【学习目标】　1.结合碳骨架的构建及官能团的衍变规律，从不同角度对有机化合物的转化关系进行分析和推断。　2.理解逆合成分析法在有机合成中的应用，知道“绿色合成”思想是优选合成路线的重要原则。　3.体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。
知识点一　有机合成路线的确定　正合成分析法
1．有机合成路线的确定
在掌握________构建和________转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，以较低的________和较高的________，通过简便而对________的操作得到目标产物。
2．有机合成的过程
3．正合成分析法
(1)单官能团合成
(2)双官能团合成
(3)芳香族化合物合成
[答案自填] 碳骨架　官能团　成本　产率　环境友好　　　　　　　　
1．由1-氯环己烷()制备1，2-环己二醇()，依次发生反应的反应类型为(　　)
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：选B。由1-氯环己烷制取1，2-环己二醇的合成路线为
，即依次发生消去反应、加成反应、取代反应。
2．(2024·汉中高二期末)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．用乙烯合成乙酸：CH2===CH2
CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
D．用乙烯合成乙二醇：CH2===CH2CH3CH3CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH
解析：选D。氯苯与H2发生加成反应生成一氯环己烷，一氯环己烷在NaOH的乙醇溶液、加热条件下发生消去反应生成环己烯，A项可行；甲苯与Cl2在光照条件下发生甲基上的取代反应生成，在NaOH水溶液、加热条件下发生取代反应生成，B项可行；乙烯与水发生加成反应生成乙醇，乙醇发生催化氧化反应生成乙醛，乙醛可以进一步被氧化生成乙酸，C项可行；乙烯与H2发生加成反应生成乙烷，但乙烷在光照条件下与Cl2发生取代反应，其产物有多种，无法控制反应只生成CH2ClCH2Cl，D项不可行。
知识点二　逆合成分析法
1．基本思路
在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。
2．应用实例：以乙烯为原料合成乙二酸二乙酯
(1)逆向分析
根据以上分析，可确定合成乙二酸二乙酯的基础原料为乙烯(CH2===CH2)，通过五步反应进行合成，写出反应的化学方程式：
①______________________________________________________________________；
②___________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。
(2)合成路线
3．有机合成路线的设计与选择
(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。
在进行有机合成时，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。
[知识拓展]　实验室进行有机合成常用的装置：
[答案自填] 　
CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
1．以乙烯为原料生产环氧乙烷，过去主要使用氯代乙醇法，合成方法为CH2===CH2＋Cl2＋H2O―→ClCH2CH2OH＋HCl、2ClCH2CH2OH＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋2H2O；现代石油化工采用银作为催化剂，可以实现一步完成，合成方法为。与氯代乙醇法相比，不属于现代合成方法的优点的是　(　　)
A．缩短了反应历程
B．原料没有易燃物质
C．对设备腐蚀性小
D．没有副产物，原子利用率为100%
解析：选B。A．现代合成方法只有一步反应，缩短了反应历程，A不符合题意；B．乙烯属于烃类，易燃烧，B符合题意；C．现代合成方法不使用Cl2，没有HCl生成，对设备腐蚀性小，C不符合题意；D．现代合成方法原子全部转化为环氧乙烷，原子利用率为100%，D不符合题意。
2．设计以乙炔为原料合成的路线：
_____________________________________________(用流程图表示，无机试剂任选)。
解析：采用逆合成分析法，可由发生分子间酯化反应生成，可由酸化得到，乙醛与HCN发生加成反应生成，而乙炔与H2O发生加成反应生成乙醛(CH3CHO)。
答案：
3．设计以苯乙醛为原料制备吸湿性高分子材料的合成路线(无机试剂任选)：_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：可由发生加聚反应制得，可由和NaOH溶液发生中和反应制得，可由在浓硫酸、加热条件下发生消去反应制得，可由与HCN发生加成反应后再水解制得。
答案：
1．分析下列合成路线：
可推知Y的结构简式为(　　)
解析：选D。由题意可知，X的结构简式为；Y的结构简式为；Z的结构简式为。
2．在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是(　　)
A．酚钠与卤代烃作用合成酚醚：
B．乙烷与氯气在光照条件下制备氯乙烷：
C．萘与浓硫酸制备萘磺酸：
D．乙烯水化制乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH　
解析：选B。乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，反应生成的有机物是多种氯代乙烷的混合物。
3．以乙烯为原料制备草酸的流程如下：
CH2===CH2CH2ClCH2ClHOCH2—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH。下列有关说法正确的是(　　)
A．反应①原子利用率可以达到100%
B．反应②③④均属于取代反应
C．可用酸性KMnO4溶液鉴别HOCH2CH2OH与OHC—CHO
D．HOOC—COOH中含有的官能团名称为羟基
解析：选A。A．反应①为加成反应，产物只有一种，原子利用率可以达到100%，A正确；B．反应③④属于氧化反应，B错误；C．HOCH2CH2OH、OHC—CHO均可使酸性KMnO4溶液褪色，无法鉴别，C错误；D．HOOC—COOH中含有的官能团名称为羧基，D错误。
4．化合物M()可由环戊烷经三步反应合成：。下列说法错误的是(　　)
A．反应1可用的试剂是氯气
B．反应3可用的试剂是氧气和铜
C．反应1为取代反应，反应2为消去反应
D．M可通过加成反应合成Y
解析：选C。环戊烷和氯气在光照条件下发生取代反应生成X，X的结构简式为，和氢氧化钠的水溶液在加热条件下发生取代反应生成Y，Y的结构简式为，在铜作为催化剂并加热条件下发生催化氧化反应生成。反应1可用的试剂是Cl2，反应3可用的试剂是O2和Cu，故A、B正确；反应1为取代反应，反应2为卤代烃的水解反应，属于取代反应，故C错误；M的结构简式为，Y的结构简式为，M可通过加成反应合成Y，故D正确。
5．药物合成是有机合成的重点发展领域之一。硝酸甘油()是临床上常用的治疗心绞痛的药物，请写出以1 丙醇为原料，通过五步合成硝酸甘油的合成路线：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(已知：CH2===CHCH2Cl＋HCl)
解析：本题采用逆合成分析法进行分析，即硝酸甘油可以由硝酸和甘油在浓硫酸的催化下合成，甘油可以由BrCH2CHBrCH2Cl通过水解反应制得，BrCH2CHBrCH2Cl可以由CH2===CHCH2Cl与Br2通过加成反应制得，根据题给信息可知，CH2===CHCH2Cl可以由丙烯与Cl2在500 ℃下通过取代反应制得，1 丙醇通过消去反应可以制得丙烯。
答案：