3.5 有机合成第1课时 有机合成的主要任务 学案【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二化学选择性必修三
文档属性
| 名称 | 3.5 有机合成第1课时 有机合成的主要任务 学案【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二化学选择性必修三 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 430.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-04-03 15:32:27 | ||
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文档简介
第三章
第五节 有机合成第1课时 有机合成的主要任务学案及课堂检测
核心素养发展目标 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，掌握有机化合物分子骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。2.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献及对健康、环境造成的影响，能用“绿色化学”的理念指导合成路
线的选择。
知识梳理
一、有机合成
1．有机合成的概念
有机合成指利用相对简单、易得的原料，通过有机化学反应来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的过程方法。
2．有机合成的任务和过程
3．有机合成的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。
(2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。
(3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。
(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。
二、有机合成中的碳骨架的构建和官能团的引入
1．构建碳骨架
(1)增长碳链
①卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(丙腈)＋NaCl；
CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②醛、酮与氢氰酸的加成反应
CH3CHO＋HCN―→；
。
③卤代烃与炔钠的反应
2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2；
CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。
④羟醛缩合反应
CH3CHO＋。
(2)缩短碳链
①脱羧反应
R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3。
②氧化反应
；
R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑。
③水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。
④烃的裂化或裂解反应
C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8。
(3)成环
①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应)
②形成环酯
＋＋2H2O。
③形成环醚
(4)开环
①环酯水解开环
②环烯烃氧化开环
2．常见官能团引入或转化的方法
(1)碳碳双键
①醇的消去反应
CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O。
②卤代烃的消去反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。
③炔烃的不完全加成反应
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
(2)卤素原子
①烃与卤素单质的取代反应
＋Br2＋HBr；
＋Cl2＋HCl。
②不饱和烃的加成反应
＋Br2―→；
CH2==CHCH3＋HBrCH3CHBrCH3；
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
③醇的取代反应
CH3—CH2—OH＋HBrCH3—CH2—Br＋H2O。
(3)羟基
①烯烃与水的加成反应
CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH。
②卤代烃的水解反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr。
③醛或酮的还原反应
CH3CHO＋H2CH3CH2OH；
＋H2。
④酯的水解反应
CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH；
CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH。
(4)官能团的转化
熟悉烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。
课堂检测
1．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷()的反应中，原子利用率最高的是( )
A．CH2==CH2＋(过氧乙酸)―→＋CH3COOH
B．CH2==CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O
C．2CH2==CH2＋O2
D．＋HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋2H2O
答案 C
解析 A中存在副产品CH3COOH，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；B中存在副产品CaCl2和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；C中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为100%，原子利用率最高；D中存在副产品HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低。
2．由石油裂解产物乙烯制取HOCH2COOH，需要经历的反应类型有( )
A．氧化——氧化——取代——水解
B．加成——水解——氧化——氧化
C．氧化——取代——氧化——水解
D．水解——氧化——氧化——取代
答案 A
解析 由乙烯CH2==CH2合成HOCH2COOH的步骤：
2CH2==CH2＋O22CH3CHO,2CH3CHO＋O22CH3COOH，CH3COOH＋Cl2Cl—CH2COOH＋HCl，Cl—CH2COOH＋2NaOHHOCH2COONa＋NaCl＋H2O，HOCH2COONa＋HCl==HOCH2COOH＋NaCl，故反应类型：氧化——氧化——取代——水解。
3．已知：含的物质(烯烃)一定条件下能与水发生加成反应，生成醇(含羟基的烃的衍生物)；有机物A～D间存在图示的转化关系：
下列说法不正确的是( )
A．D的结构简式为CH3COOCH2CH3
B．A能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．B与乙酸发生了取代反应
D．可用B萃取碘水中的碘单质
答案 D
解析 C被氧化生成乙酸，则C为CH3CHO，B在加热条件下和氧化铜发生氧化反应生成C，则B为CH3CH2OH，A和水发生加成反应生成B，则A为CH2==CH2，乙酸和乙醇发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH2CH3。
4．已知：＋R—MgX―→MgX
由乙醇合成CH3CH==CHCH3(2-丁烯)的流程如下：
下列说法错误的是( )
A．③发生氧化反应，⑥发生消去反应
B．M的结构简式为CH3CH2X
C．P的分子式为C4H10O
D．2-丁烯与Br2以1∶1加成可得三种不同产物
答案 D
5．由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子化合物H的示意图如图所示：
请回答下列问题：
(1)写出以下物质的结构简式：A________，F________，C________。
(2)写出以下反应的反应类型：X________，Y________。
(3)写出以下反应的化学方程式：A→B：________________________；G→H：_____________。
(4)若环状酯E与NaOH水溶液共热，则发生反应的化学方程式为________________________。
答案 (1)CH2BrCH2Br HC≡CH OHCCHO
(2)酯化反应 加聚反应
(3)CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr nCH2==CHCl
(4)＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH
解析 乙烯和溴发生加成反应生成A，A的结构简式为CH2BrCH2Br，A和氢氧化钠的水溶液发生取代反应生成B，B的结构简式为HOCH2CH2OH，B被氧气氧化生成C，C的结构简式为OHCCHO，C被氧气氧化生成D，D的结构简式为HOOCCOOH，B和D发生酯化反应生成E，E是环状酯，则E为乙二酸乙二酯；A和氢氧化钠的醇溶液发生消去反应生成F，F的结构简式为HC≡CH，F和氯化氢发生加成反应生成G氯乙烯，氯乙烯发生加聚反应生成H聚氯乙烯。
(1)通过以上分析知，A、F、C的结构简式分别是CH2BrCH2Br、HC≡CH、OHCCHO。
(2)乙二酸和乙二醇发生酯化反应生成乙二酸乙二酯，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯。
(3)A和氢氧化钠水溶液发生取代反应生成B，反应方程式为CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr，一定条件下，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯，反应方程式为nCH2==CHCl。
(4)环状酯E与NaOH水溶液共热，发生水解反应生成羧酸钠和乙二醇，反应方程式为＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH。
第五节 有机合成第1课时 有机合成的主要任务学案及课堂检测
核心素养发展目标 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，掌握有机化合物分子骨架的构建，官能团引入、转化或消除的方法。2.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献及对健康、环境造成的影响，能用“绿色化学”的理念指导合成路
线的选择。
知识梳理
一、有机合成
1．有机合成的概念
有机合成指利用相对简单、易得的原料，通过有机化学反应来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的过程方法。
2．有机合成的任务和过程
3．有机合成的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。
(2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。
(3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。
(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。
二、有机合成中的碳骨架的构建和官能团的引入
1．构建碳骨架
(1)增长碳链
①卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(丙腈)＋NaCl；
CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②醛、酮与氢氰酸的加成反应
CH3CHO＋HCN―→；
。
③卤代烃与炔钠的反应
2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2；
CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。
④羟醛缩合反应
CH3CHO＋。
(2)缩短碳链
①脱羧反应
R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3。
②氧化反应
；
R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑。
③水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。
④烃的裂化或裂解反应
C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8。
(3)成环
①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应)
②形成环酯
＋＋2H2O。
③形成环醚
(4)开环
①环酯水解开环
②环烯烃氧化开环
2．常见官能团引入或转化的方法
(1)碳碳双键
①醇的消去反应
CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O。
②卤代烃的消去反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。
③炔烃的不完全加成反应
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
(2)卤素原子
①烃与卤素单质的取代反应
＋Br2＋HBr；
＋Cl2＋HCl。
②不饱和烃的加成反应
＋Br2―→；
CH2==CHCH3＋HBrCH3CHBrCH3；
CH≡CH＋HClCH2==CHCl。
③醇的取代反应
CH3—CH2—OH＋HBrCH3—CH2—Br＋H2O。
(3)羟基
①烯烃与水的加成反应
CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH。
②卤代烃的水解反应
CH3—CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr。
③醛或酮的还原反应
CH3CHO＋H2CH3CH2OH；
＋H2。
④酯的水解反应
CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH；
CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH。
(4)官能团的转化
熟悉烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。
课堂检测
1．绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷()的反应中，原子利用率最高的是( )
A．CH2==CH2＋(过氧乙酸)―→＋CH3COOH
B．CH2==CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O
C．2CH2==CH2＋O2
D．＋HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋2H2O
答案 C
解析 A中存在副产品CH3COOH，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；B中存在副产品CaCl2和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低；C中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为100%，原子利用率最高；D中存在副产品HOCH2CH2—O—CH2CH2OH和H2O，反应物没有全部转化为目标产物，原子利用率较低。
2．由石油裂解产物乙烯制取HOCH2COOH，需要经历的反应类型有( )
A．氧化——氧化——取代——水解
B．加成——水解——氧化——氧化
C．氧化——取代——氧化——水解
D．水解——氧化——氧化——取代
答案 A
解析 由乙烯CH2==CH2合成HOCH2COOH的步骤：
2CH2==CH2＋O22CH3CHO,2CH3CHO＋O22CH3COOH，CH3COOH＋Cl2Cl—CH2COOH＋HCl，Cl—CH2COOH＋2NaOHHOCH2COONa＋NaCl＋H2O，HOCH2COONa＋HCl==HOCH2COOH＋NaCl，故反应类型：氧化——氧化——取代——水解。
3．已知：含的物质(烯烃)一定条件下能与水发生加成反应，生成醇(含羟基的烃的衍生物)；有机物A～D间存在图示的转化关系：
下列说法不正确的是( )
A．D的结构简式为CH3COOCH2CH3
B．A能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．B与乙酸发生了取代反应
D．可用B萃取碘水中的碘单质
答案 D
解析 C被氧化生成乙酸，则C为CH3CHO，B在加热条件下和氧化铜发生氧化反应生成C，则B为CH3CH2OH，A和水发生加成反应生成B，则A为CH2==CH2，乙酸和乙醇发生酯化反应生成D，D为CH3COOCH2CH3。
4．已知：＋R—MgX―→MgX
由乙醇合成CH3CH==CHCH3(2-丁烯)的流程如下：
下列说法错误的是( )
A．③发生氧化反应，⑥发生消去反应
B．M的结构简式为CH3CH2X
C．P的分子式为C4H10O
D．2-丁烯与Br2以1∶1加成可得三种不同产物
答案 D
5．由乙烯和其他无机原料合成环状酯E和高分子化合物H的示意图如图所示：
请回答下列问题：
(1)写出以下物质的结构简式：A________，F________，C________。
(2)写出以下反应的反应类型：X________，Y________。
(3)写出以下反应的化学方程式：A→B：________________________；G→H：_____________。
(4)若环状酯E与NaOH水溶液共热，则发生反应的化学方程式为________________________。
答案 (1)CH2BrCH2Br HC≡CH OHCCHO
(2)酯化反应 加聚反应
(3)CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr nCH2==CHCl
(4)＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH
解析 乙烯和溴发生加成反应生成A，A的结构简式为CH2BrCH2Br，A和氢氧化钠的水溶液发生取代反应生成B，B的结构简式为HOCH2CH2OH，B被氧气氧化生成C，C的结构简式为OHCCHO，C被氧气氧化生成D，D的结构简式为HOOCCOOH，B和D发生酯化反应生成E，E是环状酯，则E为乙二酸乙二酯；A和氢氧化钠的醇溶液发生消去反应生成F，F的结构简式为HC≡CH，F和氯化氢发生加成反应生成G氯乙烯，氯乙烯发生加聚反应生成H聚氯乙烯。
(1)通过以上分析知，A、F、C的结构简式分别是CH2BrCH2Br、HC≡CH、OHCCHO。
(2)乙二酸和乙二醇发生酯化反应生成乙二酸乙二酯，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯。
(3)A和氢氧化钠水溶液发生取代反应生成B，反应方程式为CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr，一定条件下，氯乙烯发生加聚反应生成聚氯乙烯，反应方程式为nCH2==CHCl。
(4)环状酯E与NaOH水溶液共热，发生水解反应生成羧酸钠和乙二醇，反应方程式为＋2NaOHNaOOCCOONa＋HOCH2CH2OH。