第1節(jié)有機化合物的合成優(yōu)質(zhì)課比賽一等獎

《有機合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入》導(dǎo)學(xué)案一、課標(biāo)解讀1.大致了解碳骨架的構(gòu)建，知道碳骨架的構(gòu)建包括碳鏈的增長或減短、成環(huán)或開環(huán)等。2.復(fù)習(xí)并掌握有機分子中常見官能團的引入方法。3.掌握鹵代烴的化學(xué)性質(zhì)。二、課前思考1.回憶《化學(xué)2》所學(xué)內(nèi)容，想一想：①人類是怎樣使石油變?yōu)槠偷?？該變化過程中，有機分子的碳鏈發(fā)生了怎樣的變化？有沒有官能團生成？②乙烯的產(chǎn)量是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志。自上世紀(jì)80年代以來，我國先后上馬了近10個30噸或50萬噸乙烯工程。用什么來生產(chǎn)乙烯？在乙烯生產(chǎn)過程中，有機分子的碳鏈發(fā)生了怎樣的變化？有沒有官能團生成？答案:蒸餾石油可以得到蒸餾汽油，由石油到蒸餾汽油，有機分子的碳鏈沒有任何變化，有機分子中也沒有官能團生成，蒸餾汽油中的有機分子在石油中原來就存在著，蒸餾是物理變化，并沒有使它發(fā)生任何變化。裂化石油可以得裂化汽油，石油裂化過程中，碳鏈由長變短，烷烴裂化為另外一種烷烴和烯烴，產(chǎn)生了新的官能團——烯鍵（即碳碳雙鍵）。乙烯是石油的裂解產(chǎn)物，裂解（深度裂化）過程中長鏈烷烴變?yōu)槎替溝N，同時有新官能團——烯鍵生成。2.回憶《化學(xué)2》所學(xué)內(nèi)容，想一想：有沒有使有機分子碳鏈增長的例子？如果有，試列舉之。答案:《化學(xué)2》中所學(xué)酸和醇生成酯的反應(yīng)屬于碳鏈增長的反應(yīng)。如：CH3COOH+C2H5HOCH3COOC2H5+H2O三、自主研學(xué)（一）有機物的合成程序①明確__________的結(jié)構(gòu)→②設(shè)計_____________→③合成___________→④測定_________的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)或功能→⑤大量合成。其中第④步的測定結(jié)果，又能反作用于第②步：修正設(shè)計合成路線。（二）碳骨架的構(gòu)建1.碳骨架的構(gòu)建含義：構(gòu)建碳骨架，包括在原料分子及中間化合物分子的碳骨架上_________或_________碳鏈、成環(huán)或開環(huán)等。2.碳鏈增長（1）方法1：鹵原子的氰基取代溴乙烷→丙酸：增長1個C原子（2）方法2：鹵原子的炔基取代溴乙烷→戊炔：增長2個C原子(3)方法3：醛、酮的加成反應(yīng)（4）方法4——羥醛縮合3.碳鏈的減短（1）方法1：烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)（2）方法2：堿石灰脫羧反應(yīng)4.官能團的引入與轉(zhuǎn)化（1）在分子中引入官能團的途徑①在分子中引入碳碳雙鍵的途徑CH3CH2CH2OH_____________________……②在碳鏈上引入鹵原子的途徑CH3CH2OH+HBr___________________……③在碳鏈上引入羰基的途徑2CH3CH2OH+O2___________________……④在碳鏈上引入羧基的途徑2CH3CHO+O2______________________……（2）鹵代烴的兩個性質(zhì)①鹵代烴的水解反應(yīng)②鹵代烴的消去反應(yīng)（3）常見官能團的轉(zhuǎn)化反應(yīng)①____________，②____________，③____________,④____________,⑤____________，⑥____________，⑦____________，⑧____________，⑨____________，⑩____________，eq\o\ac(○,11)_________________________。四、三點剖析（一）引入官能團的主要反應(yīng)1.在分子中引入碳碳雙鍵的途徑（1）醇的消去反應(yīng)。如：注1：1丙醇和2丙醇的消去產(chǎn)物相同，都是丙烯。注2：醇的消去反應(yīng)條件相同，都是濃H2SO4作催化劑，加熱到170℃（2）鹵代烴的消去反應(yīng)。如：注1：1-溴丙烷和2-溴丙烷的消去產(chǎn)物相同，都是。注2：鹵代烴的消去規(guī)律與醇的消去規(guī)律類似：分子中必須存在β-H原子，否則不能消去。（3）炔烴或二烯烴的不完全加成反應(yīng)。如：（4）高分子的解聚反應(yīng)。如：2.在碳鏈上引入羥基的途徑（1）烯烴水化法。如：CH2==CH2+H—OHCH3CH2OH(2)鹵代烴水解法。如：C2H5X+HOHC2H5OH+HX(3)醛、酸還原法。如：CH3CHO+H2CH3CH2OHCH3COOHCH3CH2OH(4)酯類水解法。如：CH3COOC2H5+HOHCH3COOH+C2H5OH（5）醇鈉水解法。如：（6）糖類發(fā)酵法。如：C6H12O62C2H5OH+2CO2↑葡萄糖3.在碳鏈上引入羰基的途徑（1）炔類水化法。如：（2）烯類氧化法。如：注：乙烯水化得乙醇，乙烯氧化得乙醛。（3）醇類氧化法。如：2(CH3)2CHOH+O22CH3COCH3+2H2O4.在碳鏈上引入羧基的途徑（1）烷烴氧化法。如：2CH3CH2CH2CH3+5O24CH3COOH+2H2O（2）醇類氧化法：醇類遇到強氧化劑可直接被氧化為羧酸。如：(3)醛類氧化法。如：CH3CHO+2Cu(OH)2Cu2O+CH3COOH+2H2OCH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O(4)酯類水解法。如乙酸乙酯酸性條件下的水解。（5）糖類發(fā)酵法。如食醋的釀制。（6）強酸制弱酸。如：CH3COONa+HClCH3COOH+NaCl5.在碳鏈上引入鹵原子的反應(yīng)。（1）烷烴取代法。如：CH4+Cl2CH3Cl+HCl(2)烯、炔加成法。如：CH2==CH2+Br2CH2Br—CH2BrCHCH+HClCH2==CHCl(3)芳烴取代法。如：(4)醇類取代法。如：C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O（二）鹵代烴化學(xué)性質(zhì)解讀1.堿的水溶液中水解。方程式有兩種寫法，如：CH3I+H—OHCH3OH+HICH3I+NaOHCH3OH+NaI2.堿的醇溶液中消去。方程式也有兩種寫法，如：CH3CH2ClCH2==CH2↑+HClCH3CH2Cl+NaOHCH2+NaCl+H2O注1：鹵代烴的水解反應(yīng)和消去反應(yīng)，通常都需加熱才能完成。注2：堿的醇溶液是堿溶解在醇中形成的，不是堿、醇、水的混合物。注3：上列最后1個反應(yīng)雖不符合消去反應(yīng)的概念，也被認為是消去反應(yīng)。五、典題精講知識點1碳鏈的增長或減短例1按要求完成下列轉(zhuǎn)化，寫出反應(yīng)方程式：（1）CH2==CH2CH3CH2CH2CH3思路解析：（1）二碳變四碳，碳鏈增長，可通過二元鹵代烴的氰基取代而完成。路線為：（2）七碳變六碳，環(huán)狀結(jié)構(gòu)被保留，可通過堿石灰脫羧完成：答案：(1)CH2==CH2+Br2CH2BrCH2BrCH2BrCH2Br+2NaCNCH2CNCH2CN+2NaBrCH2CNCH2CNHOOCCH2CH2COOHHOOCCH2CH2COOHHOCH2CH2CH2CH2OHHOCH2CH2CH2CH2OHCH2==CH—CH==CH2+2H2OCH2==CH—CH==CH2+2H2OCH3CH2CH2CH3(2)綠色通道：完成有機物的轉(zhuǎn)化，需注意有機分子碳鏈的增長或減短，然后選擇試劑構(gòu)建碳鏈的變化。知識點2碳鏈的成環(huán)或開環(huán)例2下面是有名的Diels—Alder反應(yīng)的一個實例。美國學(xué)者曾因?qū)@類反應(yīng)的研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。試完成下列反應(yīng)：思路解析：用彎箭頭法解析題給信息反應(yīng)，箭頭所指處形成一新鍵或單鍵變?yōu)殡p鍵，箭尾處雙鍵變單鍵，或單鍵斷裂，則彎箭頭將鍵轉(zhuǎn)移，新鍵將兩個有機反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€有機生成物分子：逆用題給信息，又可將生成物拆分為反應(yīng)物：答案：（3）綠色通道：題目給出的信息，不僅要會從正面進行分析，而且還要會從逆向進行分析，即不但要會信息正用，而且要會信息逆用。成環(huán)和開環(huán)反應(yīng)，都可用彎箭頭解之。知識點3官能團的引入例3以乙烯為初始反應(yīng)物可制得正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH）。已知2個醛分子在一定條件下可以自身加成。下式中反應(yīng)的中間產(chǎn)物（Ⅲ）可看成是由（Ⅰ）中的碳氧雙鍵打開，分別跟（Ⅱ）中的2位碳原子和2位氫原子相連而得，（Ⅲ）是一種3羥基醛，此醛不穩(wěn)定，受熱即脫水而生成不飽和醛（烯醛）：請運用已學(xué)過的知識和上述給出的信息，寫出由乙烯制正丁醇各步反應(yīng)的化學(xué)方程式（不必寫出反應(yīng)條件）。思路解析：本題既有碳鏈的增長，也有官能團的引入。乙烯制正丁醇，C2變C4，如何使碳鏈增長？可由題給信息而完成，因此首先應(yīng)該合成出乙醛，可用乙烯氧化法，或用乙烯水化氧化法。如何引入官能團羥基？由題給信息的最后產(chǎn)物進行分析，可知烯醛氫化即可。答案：CH2==CH2+H2OCH3CH2OH2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O（或2CH2==CH2+O22CH3CHO）2CH3CHOCH3—CH(OH)—CH2CHOCH3CH==CHCHO(或CH2==CH—CH2CHO)+2H2CH3CH2CH2CH2OH知識點4官能團的轉(zhuǎn)化例4已知四種丁醇在催化劑存在下跟空氣反應(yīng)的情況如下:（1）各種戊醇在這種條件下，可能得到多少種酮，請寫出其結(jié)構(gòu)簡式____________。（2）各種戊醇在這種條件下，可能得到多少種醛，請寫出其結(jié)構(gòu)簡式____________。（3）始終不反應(yīng)的戊醇的結(jié)構(gòu)簡式是____________。思路解析：戊烷有3種，從①—⑧上分別去掉1個H原子可得8種戊基①②③④⑤⑥⑦⑧CH3CH2CH2CH2CH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)4在①—⑧上分別用1個羥基取代1個H原子可得8種醇；其中，①④⑦⑧位上還分別有2個H原子，可被氧化為醛；②③⑥位上還分別有1個H原子，可被氧化為酮；⑤位上已沒有H原子，不能被氧化。綠色通道：求烷烴取代基或取代產(chǎn)物的方法有2種，一是寫出烷烴的結(jié)構(gòu)簡式，標(biāo)出其位置不同的H原子；二是根據(jù)某基有幾種（如甲基有1種、丙基有2種）進行確定，如戊醛為C4H9—CHO,由于丁基（—C4H9）有4種，所以戊醛（即可以被氧化醛的戊醇）有