高中化學(xué)(情景導(dǎo)入+課前導(dǎo)讀+知識(shí)解惑+課堂演練)第3章-第1節(jié)-有機(jī)化合物的合成課件-魯科版選修5

第1節(jié)有機(jī)(yǒujī)化合物的合成第一頁，共50頁。情景切入課前導(dǎo)讀知識(shí)解惑課堂演練第1節(jié)有機(jī)化合物的合成第二頁，共50頁。第三頁，共50頁。自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)先后開發(fā)了近10個(gè)30萬噸或50萬噸乙烯工程(gōngchéng)。用什么來生產(chǎn)乙烯，在乙烯生產(chǎn)過程中，有機(jī)分子的碳鏈發(fā)生了怎樣的變化？有沒有官能團(tuán)生成？利用乙烯還能合成很多的高分子化合物，你能列舉幾種嗎？“神舟七號(hào)”最大的亮點(diǎn)莫過于航天員的出艙活動(dòng)，對(duì)于太空惡劣的環(huán)境，低溫、高真空、高缺氧、宇宙輻射等都可能對(duì)航天員的身體造成傷害，配備特殊的宇航服以保證航天員身體健康當(dāng)然是重中之重了。中國(guó)自發(fā)研制的新航天服不但能適合太空行走，還非常舒服，技術(shù)“堪比美國(guó)”。這個(gè)宇航服整套包括通信工具、航天頭盔、壓力手套、供氧和排放二氧化碳的設(shè)備等，據(jù)稱每套高達(dá)1.6億元人民幣。而制造“神舟”七號(hào)宇航服的材料大部分是有機(jī)合成的，其中氨綸尼龍聚合物是最主要的。據(jù)介紹合成氨綸尼龍聚合物有很多條路線，那么科學(xué)家以什么原則去選擇出最合適的合成路線呢？第四頁，共50頁。第五頁，共50頁。1．有機(jī)合成是指利用簡(jiǎn)單、易得的原料，通過有機(jī)反應(yīng)，生成________的有機(jī)化合物。2．有機(jī)合成的任務(wù)包括________和________。3．設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線常用到方法有________。4．碳骨架的構(gòu)建(ɡòujiàn)含義，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。(1)增長(zhǎng)碳鏈，①增加了一個(gè)碳原子：________。②增加兩個(gè)碳原子：2CH3C≡CH＋2Na________。CH3CH2Br＋NaC≡CCH3________。1．較復(fù)雜(fùzá)2．構(gòu)建碳骨架官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化3．直導(dǎo)法和逆推法4．增長(zhǎng)減短(1)①CH3CH2Br+NaCNCH3CH2CN+NaBr②2CH3C≡CNa＋H2CH3CH2C≡CCH3＋NaBr第六頁，共50頁。(2)減鏈反應(yīng)：方法①____________的氧化反應(yīng)，方法②________脫羧反應(yīng)，CH3COONa+NaOH________。5．引入官能團(tuán)的方法及官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化(1)引入雙鍵的反應(yīng)：①醇的消去：________；②鹵代烴的消去：________；③醇的催化(cuīhuà)氧化：CH3CH2OHCH3CHO；④炔烴加氫：CH≡CHCH2=CH2。(2)引入鹵原子的反應(yīng)：①烷烴取代：；②不飽和烴加成：________，________。(2)烯烴(xītīng)羧酸鈉CH4↑＋Na2CO35．(1)①CH3CH2OHCH2=CH2↑＋H2O②CH3CH2BrCH2=CH2+HBr(2)HXX2第七頁，共50頁。(3)引入羥基(qiǎngjī)的反應(yīng)：①烯烴與H2O：CH2=CH2CH3CH2OH；②醛或酮與H2加成：CH3CHOCH3CH2OH；③鹵代烴的水解：________；④酯的水解：CH3COOC2H5＋H2O＋CH3CH2OH(3)CH3CH2X

CH3CH2OHH2SO4第八頁，共50頁。6．有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的一般程序(chéngxù)(1)①觀察________的結(jié)構(gòu)―→②由________逆推________，并設(shè)計(jì)合成路線―→③對(duì)不同合成路線進(jìn)行________。(2)合成路線的優(yōu)選①________，②________，③________。其中以綠色合成思想為指導(dǎo)，其出發(fā)點(diǎn)有________，________，________。6．(1)產(chǎn)物產(chǎn)物原料選擇(2)副產(chǎn)物少條件適宜原料廉價(jià)(liánjià)易得原子經(jīng)濟(jì)性原料綠色化試劑與催化劑無害化第九頁，共50頁。第十頁，共50頁。有機(jī)合成(yǒujīhéchéng)的概述1．有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)中最令人關(guān)注的領(lǐng)域設(shè)計(jì)與合成新的分子是有機(jī)化學(xué)家們的首要任務(wù)。近100年來，有機(jī)化學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)和合成了大量的有機(jī)化合物。在合成有機(jī)化合物的同時(shí)，有機(jī)化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論。自1828年德國(guó)化學(xué)家維勒人工合成(rénɡōnɡhéchénɡ)尿素以來，人類運(yùn)用有機(jī)化學(xué)手段合成出許許多多自然界里存在的物質(zhì)，也創(chuàng)造性地合成出了許許多多自然界里沒有的物質(zhì)。從染料、炸藥、農(nóng)藥和醫(yī)藥的合成，到塑料、合成橡膠和合成纖維等高分子化合物的合成，再到具有生物活性的一系列天然產(chǎn)物的合成，無一不在改變著物質(zhì)世界的面貌。2．有機(jī)合成的科學(xué)方法和工作程序(1)若合成自然界里已經(jīng)有的有機(jī)化合物：第十一頁，共50頁。(也可以修改它們的結(jié)構(gòu)、改良它們的性能)(2)若合成某種自然界里不存在的、并具有特殊性質(zhì)或功能的有機(jī)化合物：3．有機(jī)合成(yǒujīhéchéng)流程：首先設(shè)計(jì)合成路線(其核心在于構(gòu)建目標(biāo)化合物分子的碳骨架，引入所必需的官能團(tuán))；然后根據(jù)可行的合成路線和步驟合成之，并對(duì)其進(jìn)行分離純化；最后對(duì)純化了的樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)定，試驗(yàn)其性質(zhì)或功能。如果制得了所需的有機(jī)化合物，就可進(jìn)行大量合成；否則，需審查原來的合成路線并予以改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)。第十二頁，共50頁。有機(jī)合成(yǒujīhéchéng)流程示意圖第十三頁，共50頁。有機(jī)合成(yǒujīhéchéng)的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入1．碳骨架的構(gòu)建每一種有機(jī)化合物的分子都具有特定碳骨架結(jié)構(gòu)，所以合成有機(jī)化合物的重要任務(wù)之一就是要構(gòu)建碳骨架。對(duì)原料分子及中間化合物分子碳骨架的構(gòu)建主要包括三個(gè)方面：碳骨架增長(zhǎng)；減短碳鏈；成環(huán)或開環(huán)等。(1)碳骨架的增長(zhǎng)：有機(jī)合成所用的有機(jī)原料物分子中的碳原子數(shù)若小于目的物分子中的碳原子數(shù)，在合成中就需要增長(zhǎng)碳鏈。有機(jī)合成中碳鏈的增長(zhǎng)的常見方法有：①鹵代烴與氰化鈉取代反應(yīng)后，再在酸性條件下水解(shuǐjiě)。(增加1個(gè)碳原子)第十四頁，共50頁。例如，溴乙烷與氰化鈉的乙醇溶液共熱時(shí)，溴原子被氰基取代而生成氰化物；該氰化物在酸性條件下水解，可以得到分子比溴乙烷分子多一個(gè)碳原子的丙酸。CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH丙腈丙酸②鹵代烴可以和鈉反應(yīng)增長(zhǎng)(zēngzhǎng)碳鏈。例如溴乙烷與鈉發(fā)生反應(yīng)為：2CH3CH2Br＋2NaCH3CH2CH2CH3＋2NaBr溴乙烷和丙炔鈉反應(yīng)可以制得分子中增加兩個(gè)碳原子的炔烴。如：2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2↑丙炔鈉第十五頁，共50頁。CH3CH2Br＋CH3C≡CNaCH3CH2C≡CCH3＋NaBr2-戊炔③不飽和有機(jī)化合物間的加成、聚合等。如：nCH2=CH2④羥醛縮合反應(yīng)：在稀堿或稀酸的作用下，2分子含有α-氫原子的醛能自身(zìshēn)加成生成β-羥基醛。如：R—CH2—CHO+R′－CH2－CHO⑤格氏試劑與羰基化合物反應(yīng)也是常見的增長(zhǎng)碳鏈的方法：(R″—移到羰基碳上)第十六頁，共50頁。(2)減短碳鏈：如烴的裂化(lièhuà)裂解、某些烴(如苯的同系物、烯烴)的氧化、羧酸鹽脫羧反應(yīng)等。①烴的裂化(lièhuà)裂解：第十七頁，共50頁。C16H34C8H18＋C8H16C8H18C4H10＋C4H8C8H16C5H10＋C3H6②烯烴的臭氧化(yǎnghuà)還原法：③脫羧反應(yīng)：RCOONa＋NaOHR—H＋Na2CO3(3)成環(huán)或開環(huán)△堿石灰第十八頁，共50頁。2．官能團(tuán)的引入與轉(zhuǎn)化(1)在碳鏈上引入鹵原子的途徑：烴與鹵素的取代(qǔdài)、不飽和碳碳雙鍵或叁鍵的有機(jī)物(烯烴或炔烴等)與鹵素單質(zhì)或鹵代氫的加成反應(yīng)。(2)在碳鏈上引入羥基的途徑：鹵代烴的水解、酯的水解、醛或酮的還原、烯烴與水的加成反應(yīng)、羰基化合物與格氏試劑反應(yīng)后酸化等。(3)在碳鏈上引入羰基的途徑：醇的氧化、烯烴的臭氧化還原法、羰基化反應(yīng)等。(4)在碳鏈上引入羧基的途徑：醇或醛的氧化、苯的同系物的氧化、烯烴的強(qiáng)氧化、酯的水解反應(yīng)等。(5)在有機(jī)合成中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化極為重要，可以通過取代(qǔdài)、消去、加成、氧化、還原等反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。鹵代烴、醇、醛在官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化中占有重要的地位。第十九頁，共50頁。官能團(tuán)間轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)示例：第二十頁，共50頁。按要求完成下列轉(zhuǎn)化，寫出反應(yīng)方程式：(1)CH2=CH2CH3CH2CH2CH3解析：(1)二碳變四碳，碳鏈增長(zhǎng)，可通過二元鹵代烴的氰基取代(qǔdài)反應(yīng)而完成。路線為：第二十一頁，共50頁。H2OH+第二十二頁，共50頁。第二十三頁，共50頁。點(diǎn)評(píng)：有機(jī)合成的關(guān)鍵之一就是碳骨架的構(gòu)建，包括碳鏈增長(zhǎng)，碳鏈的減短，注意總結(jié)(zǒngjié)常見碳鏈增長(zhǎng)和碳鏈減短的反應(yīng)，才是解題的根本。第二十四頁，共50頁。以乙烯為初始反應(yīng)物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知2個(gè)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α-碳原子和α-氫原子相連而得，(Ⅲ)是一種3-羥基(qiǎngjī)醛，此醛不穩(wěn)定，受熱即脫水而生成不飽和醛(烯醛)：第二十五頁，共50頁。請(qǐng)運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)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)。解析：本題既有碳鏈增長(zhǎng)，又有官能團(tuán)的引入，從反應(yīng)物乙烯和產(chǎn)物(chǎnwù)正丁醇可知由C2C4，必須完成碳鏈增長(zhǎng)，根據(jù)信息可知首先合成乙醛，乙醛可用乙烯氧化法或乙烯水化再氧化；如何引入羥基，由題目信息和產(chǎn)物(chǎnwù)分析；可知烯醛氫化。答案：CH2=CH2＋H2OCH3CH2OH；2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O(或2CH2=CH2＋O22CH3CHO)；第二十六頁，共50頁。2CH3CHOCH3—CH(OH)—CH2CHO；CH3—CH—CH2CHOCH3CH=CH—CHO(或CH2=CH—CH2CHO)＋H2O；CH3CH=CHCHO(或CH2=CH—CH2CHO)＋2H2CH3CH2CH2CH2OH點(diǎn)評(píng)：有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)主要考慮(kǎolǜ)碳鏈的增長(zhǎng)或減短和官能團(tuán)的引入，都取決于常見有機(jī)反應(yīng)類型，如加成、消去、水解、取代等反應(yīng)。OH第二十七頁，共50頁。已知①R—X＋MgRMgX(格氏試劑)第二十八頁，共50頁。解析：本題考查了羰基與格氏試劑的反應(yīng)，該反應(yīng)是制備醇的一個(gè)重要方法，經(jīng)常(jīngcháng)用于合成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的醇，該反應(yīng)的特征是引入—OH的同時(shí)也增長(zhǎng)了碳鏈。首先，理解、整合、加第二十九頁，共50頁。第三十頁，共50頁。點(diǎn)評(píng)：本題將格氏試劑的反應(yīng)作為信息，考查(kǎochá)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。第三十一頁，共50頁。有機(jī)合成(yǒujīhéchéng)路線的設(shè)計(jì)1．正向推導(dǎo)設(shè)計(jì)有機(jī)合成的路線：從確定的某種原料分子開始，逐步經(jīng)過碳鏈的連接和官能團(tuán)的引入來完成。在有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)中，首先要比較原料分子和目標(biāo)分子在結(jié)構(gòu)上的異同，包括官能團(tuán)和碳骨架兩個(gè)方面的異同；然后分步設(shè)計(jì)由原料分子逐漸轉(zhuǎn)向目標(biāo)分子的合成路線。2．逆向推導(dǎo)設(shè)計(jì)有機(jī)合成的路線：從目標(biāo)分子開始采用逆推的方法來完成。1964年柯里(E.J.Corey)首先采用逆推的方式設(shè)計(jì)合成路線。所謂逆推法就是采取從產(chǎn)物逆推出原料，設(shè)計(jì)合理的合成路線的方法。在逆推過程中，需要逆向?qū)ふ胰菀缀铣傻闹虚g有機(jī)化合物，直至選出合適的起始原料。只要(zhǐyào)每步逆推是科學(xué)合理的，從而得出可行的合成路線。第三十二頁，共50頁。用逆推方式確定原料(yuánliào)分子示意圖3．注意事項(xiàng)：當(dāng)可能有幾條不同的合成路線時(shí)，就需要通過優(yōu)選的方法來確定最佳(zuìjiā)合成路線。①必須考慮合成路線是否符合化學(xué)原理，產(chǎn)率是否高，副反應(yīng)是否少，成本是否低，原料是否容易得到等。第三十三頁，共50頁。②合成操作是否安全可靠等；③是否符合綠色合成的思想(綠色合成的主要出發(fā)點(diǎn)是：有機(jī)合成中的原子經(jīng)濟(jì)性；原料(yuánliào)的綠色化；試劑與催化劑的無公害性)。4．案例：利用逆推法設(shè)計(jì)乙酰水楊酸的合成路線第三十四頁，共50頁。第三十五頁，共50頁。由苯酚制備水楊酸：水楊醛可以(kěyǐ)用苯酚作為原料，在氯仿和氫氧化鈉的作用下，直接向苯環(huán)上引入甲?；频?。水楊醛在一定條件下還可以(kěyǐ)被氧化成水楊酸。第三十六頁，共50頁。工業(yè)上，用苯酚為原料制得苯酚鈉，再由干燥的苯酚鈉與二氧化碳在加溫、加壓下生成鄰羥基苯甲酸鈉，將鄰羥基苯甲酸鈉酸化便得到水楊酸，其轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)關(guān)系為：第三十七頁，共50頁。利用所學(xué)有關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)以下有機(jī)合成路線(除指定的起始物外，其他試劑(shìjì)可自行選用)。第三十八頁，共50頁。2CH3CCH＋2Na

2CH3C≡CNa＋H2；第三十九頁，共50頁。解析：有機(jī)合成路線的推導(dǎo)，一般有兩種方法，“直導(dǎo)法”(正向分析法)和“逆推法”(逆向分析法)，比較常用的是“逆推法”。該方法的思維途徑是：①首先(shǒuxiān)確定所要合成的有機(jī)產(chǎn)物屬何類別，以及題干中所給定的條件與所要合成的有機(jī)物之間的關(guān)系。②以題中要求最終產(chǎn)物為起點(diǎn)，考慮這一有機(jī)物乙如何從另一有機(jī)物甲經(jīng)過一步反應(yīng)而制得。若甲不是所給已知原料，需再進(jìn)一步考慮甲又如何從另一有機(jī)物乙經(jīng)一步反應(yīng)制得，一直推導(dǎo)到題目中給定的原料為終點(diǎn)。③在合成某一種產(chǎn)物時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生多種不同的方法和途徑，應(yīng)當(dāng)在兼顧原料省、產(chǎn)率高的前提下選擇最合理、最簡(jiǎn)單的方法和途徑。第四十頁，共50頁。第四十一頁，共50頁。6-羰基庚酸是合成某些高分子材料和藥物的重要中間體。某實(shí)驗(yàn)室以溴代甲基環(huán)己烷為原料合成6-羰基庚酸如下圖，請(qǐng)用合成反應(yīng)流