5-3-4 有机合成 课件（47张ppt） 2020-2021学年人教版高二化学选修5有机化学基础

第三章
烃的含氧衍生物
2021.04: W
学习
目标
第四节
有机合成
1.了解有机合成的定义、意义和基本过程
2.掌握常见有机官能团的性质和特征反应
3.官能团的相互转化及有机合成的分析思路。
我们身边的化学
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。
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。
我们身边的化学
“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。
我们身边的化学
阅读思考
1.阅读教材第64页1-3自然段，思考：
(1)什么是有机合成？
(2)有机合成的意义是什么？
(3)有机合成的任务有哪些？
(4)大致了解有机合成的过程。
一.有机合成的过程
1、有机合成
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。
2、有机合成的意义
①制备天然有机物，弥补自然资源的不足；
②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；
③合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要
3、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。
必备的基本知识
?各类有机物的主要反应
?官能团的引入
?官能团的消除
?官能团的衍变
有机物类别
特征反应
烷烃
烯烃、炔烃
苯及其同系物
醇
酚
醛
羧酸
酯
各类主要有机物的特征反应
氧化反应、取代反应、热裂解
氧化反应、加成反应、加聚反应
能氧化、易取代、难加成、侧链取代和KMnO4褪色
置换、消去反应、取代反应（酯化反应、与HX反应、分子间脱水成醚） 、氧化反应
氧化反应、取代反应、弱酸的酸通性、显色反应、缩聚反应
氧化反应、还原反应、缩聚反应
酯化反应、弱酸的酸通性
水解反应
2.如何增加或减少碳链？
增加：
① 酯化反应 ② 醇分子间脱水(取代反应)生成醚
③加聚反应 ④缩聚反应
⑤ C=C或C≡C和HCN加成等
减少：
① 水解反应：酯水解，糖类、蛋白质(多肽)水解
② 裂化和裂解反应；
③ 烯烃或炔烃催化氧化(C=C或C≡C断开)等
思考交流
思考交流
3.我们学过哪些官能团？完成课本65页的思考与交流。
(1)引入碳碳双键的方法。
(2)引入卤素的方法。
(3)引入羟基的方法。
二.有机合成的常规方法
1、常见官能团的引入
(1)碳碳双键的引入：
①炔烃与氢气 1：1 加成（不完全加成）
②醇的消去
③卤代烃的消去
CH≡CH + H2 CH2=CH2
催化剂
△
醇
△
CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O
CH3CH2Br +NaOH
CH3CH2 OH
浓硫酸
170℃
CH2==CH2↑
+H2O
④石油裂解
1、常见官能团的引入
(2)卤素原子的引入：
①烷烃或苯及其同系物的卤代反应
②不饱和烃与HX或X2加成
③醇与氢卤酸取代
CH4 +Cl2
CH3Cl+ HCl
光照
催化剂
CH2==CH2+Br2 CH2BrCH2Br
C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O
△
1、常见官能团的引入
(3)羟基的引入：
①烯烃和水的加成
②卤代烃的水解
③醛、酮与氢气加成
CH2==CH2 +H2O CH3CH2OH
催化剂
加热加压
C2H5Br +NaOH
C2H5OH + NaBr
水
△
CH3CHO +H2 CH3CH2OH
催化剂
Δ
④酯的水解
稀H2SO4
CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5 + H2O
△
1、常见官能团的引入
(4)羧基的引入：
①醛的氧化
②酯的水解
③苯的同系物的氧化
2、主要有机物之间转化关系
还原
水解
酯化
酯
羧酸
醛
醇
卤代烃
氧化
氧化
水解
取代
烷烃
取代
烯烃
炔烃
水化
消去
水化
消去
加成
加成
氧化
加成
课堂练习
1.写出以2-丁烯为原料制备下列物质反应的化学方程式。
(1)2-氯丁烷 (2)2-丁醇 (3)2,3-二氯丁烷 (4)2，3-丁二醇 (5)1,3-丁二烯。
(1)2-氯丁烷
(2)2-丁醇
(3)2,3-二氯丁烷
(4)2,3-丁二醇
催化剂
CH3CH=CHCH3+HCl
CH3CHCH2CH3
Cl
催化剂
CH3CH=CHCH3+H2O
CH3CHCH2CH3
OH
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCHCH3
Cl
Cl
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCHCH3
Cl
Cl
CH3CHCHCH3+2NaOH
Cl
Cl
H2O
CH3CHCHCH3+2NaCl
OH
OH
课堂练习
1.写出以2-丁烯为原料制备下列物质反应的化学方程式。
(1)2-氯丁烷 (2)2-丁醇 (3)2,3-二氯丁烷 (4)2，3-丁二醇 (5)1,3-丁二烯。
(5) 1,3-丁二烯
CH3CH=CHCH3+Cl2
CH3CHCHCH3
Cl
Cl
CH3CHCHCH3+2NaOH
Cl
Cl
醇
CH2=CHCH=CH2+2NaCl+2H2O
3、官能团的转化
包括官能团种类变化、数目变化、位置变化等。
(1)官能团种类变化
(2)官能团数目变化
(3)官能团位置变化
CH3CH2-Br
水解
CH3CH2-OH
氧化
CH3-CHO
氧化
CH3-COOH
酯化
CH3-COOCH3
CH3CH2-Br
消去
CH2=CH2
加Br2
CH2Br－CH2Br
CH3CH2CH2-Br
消去
CH3CH=CH2
加HBr
CH3CH-CH3
Br
三.合成分析法
1、正向合成分析法(顺推法)
从已知原料入手，找出合成所需要的直接可间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物。
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
2、逆向合成分析法(逆推法)
将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以得到目标化合物。
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
思考交流
4.以乙烯为原料合成乙酸乙酯? 写出合成流程图。
正向合成分析法(顺推法)
基础原料
中间体
目标化合物
酯化
乙酸乙酯
乙酸
乙醛
乙醇
氧化
氧化
乙烯
水化
思考交流
5.(教材66页学与问)文献报道了10条合成该物质的路线。
请计算一下该合成路线的总产率是多少？
A
B
C
93.0%
81.7%
90.0%
85.6%
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
结论：合成步骤越多，总产率就越低。
有机合成应遵循什么样的原则？
有机合成遵循的原则
1）尽量选择步骤最少的合成路线——以保证较高的产率。
2）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。
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。
2.已知下列两个有机反应：
RCl +NaCN →RCN +NaCl
RCN +2H2O +HCl →RCOOH +NH4Cl
现以乙烯为惟一有机原料（无机试剂及催化剂可任选），经过6步化学反应，合成二丙酸乙二醇酯(CH3CH2COOCH2CH2OOCCH2CH3)，设计正确的合成路线，写出相应的化学方程式。
课堂练习
CH2 = CH2 + HBr CH3CH2Br
催化剂
△
CH3CH2CN+2H2O+HCl CH3CH2COOH+NH4Cl
CH2 = CH2 + Br2 CH2Br—CH2Br
CH3CH2Br + NaCN CH3CH2CN + NaBr
NaOH
△
CH2Br—CH2Br + 2H2O CH2—CH2 + 2HBr
OH
OH
CH2—CH2
OH
OH
2CH3CH2COOH +
△
浓H2SO4
CH3CH2COOCH2CH2OOCCH2CH3
+ 2H2O
将合成线路设计变成了一门严格思维逻辑科学，借助计算机辅助有机合成。
詹姆斯.科里于1967年提出
美国哈佛大学教授
逆向合成分析法
逆向合成分析法一般用于比较复杂的有机物合成路线的设计
思考交流
1.利用逆向合成分析法分析如何合成乙二酸二乙酯？
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
1
+H2O
2
+Cl2
3
4
[O]
5
浓H2SO4
水解
教材66-67页参考合成乙二酸二乙酯的方程式。
如何以乙烯为原料合成乙二酸(草酸)二乙酯？
1.CH2=CH2 + H2O CH3CH2OH
加热、加压
催化剂
2.CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl CH2Cl
3.CH2Cl CH2Cl + 2H2O CH2OH CH2OH+2HCl
NaOH溶液
△
COOH
COOH
5.
+ 2C2H5OH
COOC2H5
COOC2H5
浓H2SO4
△
+ 2H2O
4.CH2OH CH2OH + 2O2
催化剂
△
COOH
COOH
+ 2H2O
思考交流
课堂练习
1.如何实现下列转变：
(1)CH3CH2-Br → CH3COOH
(2)CH3CH2CH2-Br → CH3CHCH3
(3) CH3CH2OH → HO-CH2CH2-OH
Br
(1).
CH3CH2-Br
水解
CH3CH2-OH
氧化
CH3-CHO
氧化
CH3-COOH
(3).
CH3CH2-OH
消去
CH2=CH2
加Br2
CH2BrCH2Br
(2).
CH3CH2CH2-Br
消去
CH3CH=CH2
加HBr
CH3CH-CH3
Br
加Br2
HOCH2CH2OH
+
2.写出合成 的逆合成分析思路：
切断
有机物原料库
苯、甲苯、乙烯、
丙烯、乙炔、2—丁烯
课堂练习
CH3—CH＝CH—CH3 + Br2
CH3—CH—CH—CH3
Br
Br
CH2＝CH—CH＝CH2
+ 2NaBr + 2H2O
CH3—CH—CH—CH3
Br
Br
+ 2NaOH
△
醇
CH2＝CH—CH＝CH2 + Br 2
CH2—CH＝CH—CH2
Br
Br
+ 2HBr
CH2—CH＝CH—CH2
Br
Br
+ 2H2O
△
NaOH
CH2—CH＝CH—CH2
OH
OH
CH2＝CH2 + Br 2
CH2—CH2
Br
Br
课堂练习
CH2—CH2
OH
OH
CH2—CH2
Br
Br
+ 2H2O
+ 2HBr
△
NaOH
CH2—CH2
OH
OH
+ 2H2O
+ O2
△
Cu或Ag
CHO
CHO
+ O2
△
催化剂
CHO
CHO
COOH
COOH
+ 2H2O
COOH
COOH
CH2—CH＝CH—CH2
OH
OH
浓H2SO4
△
+
O—CH2
O—CH2
CH
CH
C
C
O
O
课堂练习
3.写出以 为原料制备 的各步反应的方程式。
CH2 CH2CH2CH2OH
Cl
CH2
CH2
CH2
O
C=O
(无机试剂可自选)
CH2-CH2-CH2-CH2-OH
Cl
+ O2
2
+2H2O
CH2-CH2-CH2-CHO
Cl
2
催化剂
△
+O2
CH2-CH2-CH2-CHO
Cl
2
CH2-CH2-CH2-COOH
Cl
2
催化剂
△
CH2-CH2-CH2-COOH
Cl
+ H2O
NaOH
CH2-CH2-CH2-COOH
OH
+HCl
CH2-CH2-CH2-COOH
OH
△
浓H2SO4
CH2
CH2
CH2
O
C=O
+H2O
课堂练习
4.已知：
R-C=O + HCN →
R′
R-C-CN
R′
OH
RCN -→ RCOOH
H+
试写出下图中A→F各物质的结构简式。
A
B
C
D
E
F
C14H20O4
HBr
NaOH
H2O
氧化
浓H2SO4
HCN
H2O
H+
HBr
Br
OH
NaOH
H2O
氧化
=O
HCN
OH
CN
OH
COOH
浓H2SO4
O
C-O
O-C
O
H+
H2O
B
C
D
F
E
A
课堂练习
请欣赏“萌萌的”有机物结构简式
维生素B12的化学结构
用化学方法人工合成物质
复写自然物质
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
难溶于水。
COONa
阿司匹林的钠盐，易溶于水，疗效更好。
修饰
用化学方法人工合成物质
创造新物质
尼龙、涤纶
炸药
医药
1、至少列出三种引入C=C的方法：
(1) 卤代烃消去
(2) 醇消去
(3) C≡C不完全加成等
2、至少列出三种引入卤素原子的方法：
(1) 醇(或酚)和HX取代
(2) 烯烃(或炔烃)和HX、X2加成
(3) 烷烃(苯及其同系物)和X2的取代等
3、至少列出四种引入羟基(—OH)的方法：
(1) 烯烃和水加成
(2) 卤代烃和NaOH水溶液共热(水解)
(3) 醛(或酮)还原(和H2加成)
(4) 酯水解
(5) 醛氧化(引入—COOH中的—OH)等
总结归纳
4、在碳链上引入醛基和羧基的方法有：
醛基：
R—CH2OH氧化
乙炔和水加成
(3) RCH=CHR‘ 适度氧化
(4) RCHX2水解等
羧基：
(1) R—CHO氧化
(2) 酯水解
(3) RCH=CHR' 适度氧化
(4) RCX3水解等
总结归纳
谢谢欣赏