人教版高二年级选修五 第三章第四节 有机合成（48张ppt）

(共48张PPT)
选修五
第三章
第四节
有机合成
用化学方法人工合成物质
用化学方法人工合成物质
修饰
自然
物质
解热镇痛药物——阿司匹林
卡托普利、青霉素
用化学方法人工合成物质
创造新物质，如尼龙、涤纶、炸药、医药等等
宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。
“水立方”是我国第一个采用ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。
我们世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。
学习目标：
1.
熟悉各类有机物的性质和相互转化关系；
2.
认识并掌握逆向合成法的思维方法。
学习重点：逆向合成法
名称
官能团
主要化学性质
烷烃
----------------
烯烃
炔烃
芳香烃
----------------
卤代烃
—X
醇
—OH
酚
—OH
醛
—CHO
酮
羧酸
—COOH
酯
—COOR
燃烧氧化
、取代、裂化
氧化、加成、加聚
氧化、加成、加聚
氧化、取代、加成
水解、消去
取代、消去、氧化
弱酸性、取代、显色、氧化
加成、氧化、聚合
加成
酸性、酯化
水解
知识回顾：
有机反应的基本类型
烷烃、苯及同系物、醇的卤代,苯的硝化，醇的分子间脱水，酯化反应，酯的水解反应等。
有机物加氧或去氢的反应，如：醛基的氧化、醇的催化氧化，烯烃、炔烃，醛，醇，苯的同系物被KMnO4氧化，有机物的燃烧
1）取代反应
2）加成反应
3）氧化反应
知识回顾：
有机物加氢或去氧的反应，如：烯烃、炔烃、苯、醛等与氢气的加成反应。
4）还原反应
烯烃、炔烃、苯、醛等分子中含有的不饱和键可与H2、HX、X2、H2O等加成
；醛、酮中的C=O可与H2加成
5）消去反应
有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个小分子(如HX、H2O),而形成不饱和化合物的反应。如卤代烃、乙醇。
6）酯化反应
醇和含氧酸起作用，生成酯和水的反应叫做酯化反应。
①酯的水解反应：酯与水发生作用生成相应的醇和羧酸(或羧酸盐)的反应。
②卤代烃在NaOH的水溶液中水解。
③双糖，多糖，油脂，蛋白质的水解
由小分子加成聚合生成高分子化合物的反应。如乙烯加聚生成聚乙烯。
7）水解反应
8）加聚反应
阅读课本P64第三自然段，回答：
1、什么是有机合成？
2、有机合成的任务有哪些？
3、用示意图表示出有机合成过程。
自学与交流
利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物。
1、有机合成：
2、有机合成的任务：
（1）目标化合物分子碳链骨架的构建；
（2）官能团的转化。
一、有机合成的过程
碳链发生变化（包括碳链增长、缩短、成环）
基础原料
中间体1
目标
化合物
中间体2
辅助原料1
辅助原料2
辅助原料3
副产物1
副产物2
3、有机合成的过程：
有机合成过程示意图
4、有机合成遵循的原则
1、起始原料要廉价、易得、低毒、低污染——通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。
2、尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。
3、满足“绿色化学”的要求。
4、操作简单、条件温和、能耗低、易实现。
5、尊重客观事实，按一定顺序反应。
必备的基本知识
官能团的引入
官能团的消除
官能团的衍变
有机成环反应规律
二、官能团的引入方法
①引入C=C双键
1）某些醇的消去引入C=C
CH3CH2
OH
浓硫酸
170℃
CH2==CH2↑
+H2O
醇
△
CH2=CH2↑+
NaBr+
H2O
CH3CH2Br
+NaOH
2）卤代烃的消去引入C=C
3）炔烃加成引入C=C
CH≡CH
+
HBr
CH2=CHBr
催化剂
△
三种方法
②引入卤原子（—X）
1）烃与X2取代
CH4
+Cl2
CH3Cl+
HCl
光照
2）不饱和烃与HX或X2加成
CH2==CH2+Br2
CH2BrCH2Br
3）醇与HX取代
C2H5OH
+
HBr
C2H5Br
+
H2O
△
催化剂
三种方法
①甲烷和氯气
②苯和溴
③酚和溴水
③引入羟基（—OH）
1）烯烃与水的加成
CH2==CH2
+H2O
CH3CH2OH
催化剂
加热加压
2）醛（酮）与氢气加成
CH3CHO
+H2
CH3CH2OH
催化剂
Δ
3）卤代烃的水解（碱性）
C2H5Br
+NaOH
C2H5OH
+
NaBr
水
△
4）酯的水解
稀H2SO4
CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5
+
H2O
△
四种方法
引入-CHO或羰基的方法有：
引入-COOH的方法有：
（1）某些醇氧化
（2）糖类水解
（3）炔烃水化
（1）醛氧化
（2）苯的同系物被强氧化剂氧化
（3）羧酸盐酸化
（4）酯的酸性水解
1、通过加成反应消除不饱和键
三、官能团的消除方法
【思考】怎样消去不饱和键？消去醛基？消去羟基？
CH2=CH2+H2
CH3CH3
Ni
△
CH3CH=O+H2
CH3CH2OH
催化剂
Δ
2、通过加成（加H）或氧化（加O）消除醛基
3、通过消去或氧化或酯化等消去羟基
H3CHC=O+H2
CH3CH2OH
催化剂
Δ
2CH3CHO+O2
2CH3COOH
催化剂
Δ
CH3OH+HCOOH
HCOOCH3+H2O
浓硫酸△
CH3CH2OH
CH2=CH2+H2O
浓硫酸△
2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O
Cu
△
1.
不同官能团间的转换（利用衍生关系）
四、官能团的衍变
RCH2CH2-X
R-CH=CH2
RCH2CH2OH
RCH2CHO
RCH2COOH
RCH2COOCH3
2.
通过某种化学途径增加官能团
CH3CH2OH
HOCH2CH2OH
CH2=CH2
ClCH2CH2Cl
CH2=CHCH2CH3
CH3CH=CHCH3
CH3CHClCH2CH3
CH3CH=CH2
CH3CH2CH2OH
CH3CH(OH)CH3
3.
通过某种途径使官能团的位置改变
还原
水
解
酯
羧酸
醛
醇
卤代烃
氧化
氧化
烯
烷
炔
【小结】官能团的衍变
酯
化
取代
H2加成
H2不完全加成
水解
取代
1.
形成环酯
五
有机合成中碳架的构建
（一）有机成环反应规律
2.
氨基酸形成环状肽
3.
形成环醚
4.形成环酸酐
5.形成环烃
（2）加成反应、聚合反应：
共轭二烯烃+单烯烃→六元环烯烃
(2)、碳链的增长：
（1）加聚反应
缩聚反应
（2）酯化反应
（3）碳碳双键或醛、酮和HCN先加成后水解
（5）醇分子间脱水(取代反应)生成醚
（4）羟醛缩合
CH3CHO＋HCN
基础原料
辅助原料
副产物
副产物
中间体
中间体
辅助原料
辅助原料
目标化合物
六、有机合成的方法
1、正向合成分析法（又称顺推法）
此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出可直接合成的所需要的中间产物，并同样找出它的下一步产物，依次类推，逐步推向合成目标有机物。
如何以乙烯为基础原料，无机原料可以任选，合成下列物质：
（1）CH3CH2OH
（2）CH3COOH
（3）CH3COOCH2CH3
基础原料
中间体
目标化合物
中间体
练一练
2、逆向合成分析法
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
逆向合成分析法示意图
又称逆推法，其特点是从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间体），并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止。
原料
中间产物
产品
顺
顺
逆
逆
以
为基础原料，无机原料可
以任选，合成
【探讨学习1】
浓硫酸/△
NaOH溶液
△
Cl2
光照
CH3
C-
O-CH2
=
O
C-
O-CH2
=
O
CH3
CH2Cl
CH2OH
CHO
COOH
催化剂
△
催化剂
△
35
C—
OH
C—
OH
O
O
H2C—
OH
H2C—
OH
H2C—
Cl
H2C—
Cl
CH2
CH2
C—
OC2H5
C—
OC2H5
O
O
(石油裂解气)
CH3CH2OH
+H2O
+Cl2
[O]
浓H2SO4
水解
探讨学习2
如何以乙烯为原料合成乙二酸(草酸)二乙酯？
1
2
3
4
5
△
如何由乙烯合成环乙二酸乙二酯？
O
C
CH2
C
CH2
O
O
O
O
C
CH2
C
CH2
O
O
O
采用逆向合成法分析并写出各步的反应方程式：
HOCH2-CH2OH
HOOC-COOH
OHC-CHO
HOCH2-CH2OH
BrCH2-CH2Br
CH2=CH2
1
加成
2
水解
3
氧化
4
氧化
5
酯化
【练习2】
(1917年4月10日–1979年7月8日
),
1917年4月10日生于美国马萨诸塞州的波士顿自幼爱好化学，在小学和中学时期，经常在家中地下室进行实验。十六岁进入麻省理工学院学习，1937年获得博士学位。
毕业后进入哈佛大学执教，1950年任教授。伍德沃德是有机化学界公认的天才，当代最著名的有机合成大师。1965年和1981年两次获得诺贝尔化学奖。据不完全统计，他合成的各种结构复杂的有机物达二十多种，所以被称为“现代有机合成之父”.
罗伯特·伯恩斯·伍德沃德简介
【学与问】（教材P66）
A
B
C
93.0%
81.7%
85.6%
90.0%
总产率=1×93.0%×81.7%×90.0%×85.6%=58.54%
总产率计算——
多步反应一次计算
请计算一下该合成路线的总产率是多少？
（卡托普利）
结论：合成步骤越多，总产率就越低。
思考：有机合成应遵循什么样的原则？
39
常用的三条有机合成路线
3、芳香族化合物的合成路线
COOH
∣
芳香酯
↓
↖
↙
【知识归纳】
由反应条件确定官能团：
反应条件
可能官能团
浓硫酸
①醇的消去(醇羟基)
②酯化反应(含有羟基、羧基)
③两分子醇生成醚
稀硫酸
①酯的水解(含有酯基)
②二糖、多糖(淀粉)的水解(20%硫酸)
NaOH水溶液
①卤代烃的水解
②酯的水解
NaOH醇溶液
卤代烃消去(—X)
反应条件
可能官能团
H2、催化剂
加成(碳碳双键、碳碳三键、醛基、羰基、苯环)
O2/Cu、加热
醇羟基(—CH2OH、CHOH)
Cl2(Br2)/Fe
苯环
Cl2(Br2)/光照
烷烃或苯环上烷烃基
反应条件
可能官能团
与新制氢氧化铜产生砖红色沉淀
醛基(羧基为中和反应)
使溴水褪色
碳碳双键、—C≡C—
加溴水产生白色沉淀、遇Fe3＋显紫色
酚羟基
A
O2
B
O2
C
A是醇(—CH2OH)或乙烯
45
　一　、烃的衍生物之间的转化关系
　　二、有机反应和有机合成
本节小结
46
　　三、反应条件与物质性质
　　1．温度不同，反应类型和产物不同
　　(1)乙醇的脱水反应：乙醇与浓H2SO4共热至170
℃，主要发生消去反应(属分子内脱水)生成乙烯(浓硫酸起脱水剂和催化剂双重作用)：
　　原理：
CH2＝CH2↑＋H2O
　　若将温度调至140
℃，主要发生分子间脱水(不是消去反应而是取代反应)生成乙醚：
　　
C2H5—O—C2H5＋H2O
47
　　(2)甲酸与新制Cu(OH)2悬浊液混合，常温下主要发生中和反应：
　　2HCOOH＋Cu(OH)2→Cu(HCOO)2＋2H2O
　　而加热煮沸则主要发生氧化还原反应：
　　HCOOH＋2Cu(OH)2
Cu2O↓＋CO2↑＋3H2O
　　2．溶剂不同，反应类型和产物不同
　　溴乙烷与强碱的水溶液共热则发生取代反应(也称为水解)生成乙醇，但跟强碱的醇溶液共热却发生消去反应生成乙烯。
　　CH3—CH2—Br＋NaOH(水溶液)
CH3—CH2—OH＋NaBr
　　CH3—CH2—Br＋NaOH(醇溶液)
CH2＝CH2↑＋H2O＋NaBr
48
　　3．催化剂不同，反应进行的方向不同
　　CH3COOH＋C2H5OH
CH3COOC2H5＋H2O
　　CH3COOC2H5＋H2O
CH3COOH＋C2H5OH
　　4．酸碱性不同，其水解程度不同，产物不同
　　酯的碱性水解程度大于酯的酸性水解，这是因为碱和酯水解生成的酸发生中和反应，从而使酯的水解平衡向正反应方向移动。
稀H2SO4