高中化學(xué)新教材同步選擇性必修第三冊 第3章 第五節(jié) 第2課時 有機合成路線的設(shè)計與實施

第2課時

有機合成路線的設(shè)計與實施1.結(jié)合碳骨架的構(gòu)建及官能團衍變過程中的反應(yīng)規(guī)律，能利用反應(yīng)規(guī)

律進行有機物的推斷與合成。2.落實有機物分子結(jié)構(gòu)分析的思路和方法，建立對有機反應(yīng)多角度認

識模型、并利用模型進一步掌握有機合成的思路和方法。核心素養(yǎng)發(fā)展目標一、有機合成路線的設(shè)計隨堂演練知識落實課時對點練二、逆合成分析法內(nèi)容索引1.常見有機物的轉(zhuǎn)化關(guān)系若以乙醇為原料合成乙二酸(HOOC—COOH)，則依次發(fā)生反應(yīng)的類型是____

、

、

、

、

。一、有機合成路線的設(shè)計消去反應(yīng)加成反應(yīng)水解(或取代)反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)2.常見的有機合成路線(1)一元化合物合成路線(2)二元化合物合成路線(3)芳香族化合物合成路線3.有機合成中常見官能團的保護(1)酚羥基的保護：因酚羥基易被

，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH溶液反應(yīng)，把—OH變?yōu)椤?/p>

(或使其與ICH3反應(yīng)，把—OH變?yōu)椤狾CH3)將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H。(2)碳碳雙鍵的保護：碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與HCl等的加成反應(yīng)將其保護起來，待氧化后再利用__________轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。氧化ONa消去反應(yīng)(3)氨基(—NH2)的保護：如在對硝基甲苯

對氨基苯甲酸的過程中應(yīng)先把—CH3氧化成

之后，再把—NO2還原為

。防止當KMnO4氧化—CH3時，

(具有還原性)也被氧化?！狢OOH—NH2—NH2理解應(yīng)用已知：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主要反應(yīng)的化學(xué)方程式(不必寫出反應(yīng)條件)。答案

(1)CH2==CH2＋H2O―→CH3CH2OH(2)2CH3CH2OH＋O2―→2CH3CHO＋2H2O(3)2CH3CHO―→(4)

―→CH3CH==CHCHO＋H2O(5)CH3CH==CHCHO＋2H2―→CH3CH2CH2CH2OH解析由題給信息知：兩個醛分子在一定條件下通過自身加成反應(yīng)，得到的不飽和醛分子中的碳原子數(shù)是原參加反應(yīng)的兩個醛分子的碳原子數(shù)之和。根據(jù)最終產(chǎn)物正丁醇中有4個碳原子，原料乙烯分子中只有2個碳原子，運用題給信息，將乙烯氧化為乙醛，兩個乙醛分子再進行自身加成變成丁烯醛，最后用H2與丁烯醛中的碳碳雙鍵和醛基進行加成反應(yīng)，便可得到正丁醇。本題基本采用正向思維方法。本題中乙烯合成乙醛的方法有兩種：解決有機合成題的基本步驟第一步：要正確判斷合成的有機物屬于何種有機物，它帶有什么官能團，它和哪些知識、信息有關(guān)，它所在的位置的特點等。第二步：根據(jù)現(xiàn)有原料、信息和有關(guān)反應(yīng)規(guī)律，盡可能合理地把目標有機物解剖成若干片段，或?qū)ふ夜倌軋F的引入、轉(zhuǎn)換、保護方法，或設(shè)法將各片段(小分子化合物)拼接衍變，盡快找出合成目標有機物的關(guān)鍵和突破點。第三步：將正向思維和逆向思維、縱向思維和橫向思維相結(jié)合，選擇出最佳合成方案。歸納總結(jié)返回1.逆合成分析法從目標化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)入手，找出合成所需的直接或間接的

，逐步推向已知原料，其合成示意圖為二、逆合成分析法中間體2.逆合成分析法應(yīng)用例析由“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯(1)具體步驟如下：根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成草酸二乙酯的有機基礎(chǔ)原料為乙烯(CH2==CH2)，通過六步反應(yīng)進行合成，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：①_________________________________，②__________________________________________，③____________________________，④__________________________________，⑤__________________________________，⑥_____________________________________________________________。＋2H2O(2)根據(jù)以上逆合成分析，合成步驟如下：理解應(yīng)用以

和

為原料合成

，請用合成反應(yīng)的流程圖表示出最合理的合成方案(注明必要的反應(yīng)條件)。提示：①

；③合成反應(yīng)流程圖示例如下(無機試劑可任選)：答案其逆合成分析思路為：由此確定可按以上6步合成

。歸納總結(jié)逆合成分析法設(shè)計有機合成路線的思維程序(1)觀察目標分子結(jié)構(gòu)，即目標分子的碳架特征，以及官能團的種類和位置。(2)由目標分子逆推原料分子，并設(shè)計合成路線，即目標分子碳架的構(gòu)建，以及官能團引入和轉(zhuǎn)化。(3)依據(jù)綠色合成的思想，對不同的合成路線進行優(yōu)選。返回解析采取逆合成分析法可知，乙二酸→乙二醛→乙二醇→1,2--二氯乙烷→乙烯→氯乙烷。然后再逐一分析反應(yīng)發(fā)生的條件，可知C項設(shè)計合理。1.以氯乙烷為原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的過程中，要依次經(jīng)過下列步驟中的①與NaOH的水溶液共熱②與NaOH的醇溶液共熱③與濃硫酸共熱到170℃

④在催化劑存在的情況下與氯氣反應(yīng)⑤在Cu或Ag存在的情況下與氧氣共熱⑥與新制的Cu(OH)2共熱A.①③④②⑥

B.①③④②⑤C.②④①⑤⑥

D.②④①⑥⑤隨堂演練知識落實√1234562.(2020·北京市第三十一中學(xué)高二期中)下面是以環(huán)戊烷為原料制備環(huán)戊二烯的合成路線，下列說法正確的是A.A的結(jié)構(gòu)簡式為B.反應(yīng)④的反應(yīng)試劑和反應(yīng)條件是濃H2SO4、加熱C.①②③的反應(yīng)類型分別為鹵代、水解、消去D.環(huán)戊二烯與Br2以1∶1的物質(zhì)的量之比加成可生成123456√解析根據(jù)上述分析可知A是環(huán)戊烯()，A錯誤；反應(yīng)④是

變?yōu)?/p>

的反應(yīng)，反應(yīng)條件是NaOH的乙醇溶液，并加熱，B錯誤；根據(jù)前面分析可知①是取代反應(yīng)，②是消去反應(yīng)，③是加成反應(yīng)，C錯誤；環(huán)戊二烯與Br2以1∶1的物質(zhì)的量之比加成時，若發(fā)生1,4加成反應(yīng)，可生成

，D正確。123456A.屬于取代反應(yīng)的有①④B.反應(yīng)②③均是加成反應(yīng)C.B的結(jié)構(gòu)簡式為CH2BrCHClCH2BrD.A還有三種同分異構(gòu)體(不考慮立體異構(gòu))3.根據(jù)下列流程圖提供的信息，判斷下列說法中錯誤的是123456√1234解析①④屬于取代反應(yīng)，故A正確；②③屬于加成反應(yīng)，故B正確；丙烯(C3H6)經(jīng)反應(yīng)①②得到產(chǎn)物CH2BrCHBrCH2Cl，故C錯誤；56A是CH2==CHCH2Cl，它的鏈狀同分異構(gòu)體還有兩種CH3CH==CHCl、

，環(huán)狀同分異構(gòu)體有一種

，故D正確。4.(2020·黑龍江省鐵人中學(xué)高二月考)從溴乙烷制取1,2--二溴乙烷，下列制備方案中最好的是123456√解析轉(zhuǎn)化中發(fā)生三步轉(zhuǎn)化，較復(fù)雜，消耗的試劑多，反應(yīng)需要加熱，不選A；轉(zhuǎn)化中發(fā)生取代反應(yīng)的產(chǎn)物較多，引入雜質(zhì)，且反應(yīng)不易控制，不選B；轉(zhuǎn)化中發(fā)生三步轉(zhuǎn)化，較復(fù)雜，且最后一步轉(zhuǎn)化為取代反應(yīng)，產(chǎn)物不容易控制純度，不選C；步驟少，產(chǎn)物純度高，選D。123456下列敘述不正確的是A.用FeCl3溶液可以鑒別化合物X和YB.Y的苯環(huán)上的二氯取代物有7種同分異構(gòu)體C.在氫氧化鈉水溶液中加熱，化合物X可發(fā)生消去反應(yīng)D.X轉(zhuǎn)化為Y的反應(yīng)類型為取代反應(yīng)5.己烷雌酚的一種合成路線如下：123456√解析X不含酚羥基，Y含有酚羥基，所以可以用氯化鐵溶液鑒別X和Y，選項A正確；由圖

可以看出，苯環(huán)上的二氯代物有1、2；1、6；1、5；2、6；1、3；1、4；2、3，共7種同分異構(gòu)體，選項B正確；在氫氧化鈉溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，應(yīng)在氫氧化鈉乙醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)，選項C不正確；由官能團的變化可知，X發(fā)生取代反應(yīng)生成Y，選項D正確。1234566.(2020·張家口一中高二期中)華法林(Warfarin)又名殺鼠靈，為心血管疾病的臨床藥物。其合成路線(部分反應(yīng)條件略去)如右所示：123456回答下列問題：(1)A的名稱為______，E中官能團名稱為______。123456甲苯酯基解析A為

，名稱為甲苯，E為

，官能團名稱為酯基。(2)B的結(jié)構(gòu)簡式為_____________。123456解析由題圖分析知，B的結(jié)構(gòu)簡式為

。(3)由C生成D的化學(xué)方程式為________________________________________。123456＋2H2O123456解析C(

)催化氧化生成D(

)，化學(xué)方程式為

＋O2

＋2H2O。(4)⑤的反應(yīng)類型為__________，⑧的反應(yīng)類型為_________。123456取代反應(yīng)加成反應(yīng)123456解析⑤為

與(CH3CO)2O在濃硫酸的催化作用下反應(yīng)生成

和CH3COOH，則反應(yīng)類型為取代反應(yīng)，⑧為

與

反應(yīng)生成

，反應(yīng)類型為加成反應(yīng)。(5)F的同分異構(gòu)體中，同時符合下列條件的同分異構(gòu)體共有______種。a.能與FeCl3

溶液發(fā)生顯色反應(yīng)b.含有—CHO其中核磁共振氫譜為五組峰的結(jié)構(gòu)簡式為_______________________。12345613123456解析F的同分異構(gòu)體中，同時符合：a.能與FeCl3

溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，b.含有—CHO條件的同分異構(gòu)體共有13種。它們?yōu)楸江h(huán)上有—OH(酚)、—CH2CHO兩個取代基的同分異構(gòu)體3種，苯環(huán)上有—OH(酚)、—CHO、—CH3三個取代基的同分異構(gòu)體10種。其中核磁共振氫譜為五組峰的結(jié)構(gòu)簡式為

。返回課時對點練題組一有機合成路線的設(shè)計與選擇1.在有機合成中，若制得的有機化合物較純凈且易分離，在工業(yè)生產(chǎn)上才有實用價值。據(jù)此判斷下列有機合成一般不適用于工業(yè)生產(chǎn)的是123456789對點訓(xùn)練解析乙烷與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)生成的有機物是多種氯代乙烷的混合物。A.酚鈉與鹵代烴作用合成酚醚：

＋NaBrB.乙烷與氯氣在光照下制備氯乙烷：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HClC.萘與濃硫酸制備萘磺酸：

＋HO—SO3H

＋H2OD.乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH√1234567892.以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是123456789√解析題干中強調(diào)的是最合理的方案，A項與D項相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應(yīng)時，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應(yīng)等副反應(yīng)；B項步驟最少，但取代反應(yīng)不會停留在“CH2BrCH2Br”階段，副產(chǎn)物多，分離困難，原料浪費；C項比D項多一步取代反應(yīng)，顯然不合理；D項相對步驟少，操作簡單，副產(chǎn)物少，較合理。1234567891234567893.我國自主研發(fā)對二甲苯的綠色合成路線示意圖如下：下列說法正確的是A.過程①發(fā)生了取代反應(yīng)B.中間產(chǎn)物M的結(jié)構(gòu)簡式為C.利用相同原料、相同原理也能合成鄰二甲苯D.該合成路線理論上碳原子的利用率為100%√123456789解析異戊二烯與丙烯醛共同發(fā)生加成反應(yīng)，生成4--甲基--3--環(huán)己烯甲醛，不是取代反應(yīng)，A錯誤；通過M的球棍模型可以看出六元環(huán)上甲基的鄰位有一個雙鍵，所以M為4--甲基--3--環(huán)己烯甲醛，結(jié)構(gòu)簡式為

，B錯誤；根據(jù)合成路線，可以合成對二甲苯和間二甲苯，不能合成鄰二甲苯，C錯誤；該合成路線包含兩步，第一步為加成，第二步為脫水，兩步的碳原子利用率均為100%，D正確。下列敘述錯誤的是A.步驟(1)產(chǎn)物中殘留的苯酚可用FeCl3溶液檢驗B.苯酚和菠蘿酯均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應(yīng)C.苯氧乙酸和菠蘿酯均可與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)D.步驟(2)產(chǎn)物中殘留的烯丙醇可用溴水檢驗題組二有機合成方法的分析與應(yīng)用4.食品香精菠蘿酯的生產(chǎn)路線(反應(yīng)條件略去)如下：123456789√苯酚

苯氧乙酸菠蘿酯解析A項中利用

的顯色反應(yīng)可進行檢驗，正確；B項中

和菠蘿酯中的

均可以被酸性KMnO4氧化，正確；C項中苯氧乙酸中的羧基、菠蘿酯中的酯基都可與NaOH溶液反應(yīng)，正確；D項中步驟(2)產(chǎn)物也含

，能使溴水褪色，故錯誤。1234567895.(2020·重慶高二期末)下述轉(zhuǎn)化關(guān)系可用于合成解痙藥奧昔布寧的前體(化合物丙)，下列說法不正確的是A.化合物甲中的含氧官能團有酮羰基和酯基B.化合物乙分子中含有1個手性碳原子C.化合物乙能發(fā)生消去反應(yīng)，且生成的有機物能和溴發(fā)生加成反應(yīng)D.化合物丙能和氯化鐵溶液發(fā)生顯色反應(yīng)123456789√123456789解析化合物

中的含氧官能團有酮羰基和酯基，故A正確；化合物

分子中含有1個手性碳原子(圓圈標出)，故B正確；化合物

能發(fā)生消去反應(yīng)生成

，生成的有機物含有碳碳雙鍵，能和溴發(fā)生加成反應(yīng)，故C正確；化合物

不含酚羥基，不能發(fā)生顯色反應(yīng)，故D錯誤。則下列說法不正確的是A.丙二酸與乙二酸(HOOC—COOH)互為同系物B.由題中信息可知阿魏酸的分子式為C10H12O4C.香蘭素、阿魏酸都是芳香族化合物D.阿魏酸分子最多有10個碳原子共平面6.阿魏酸在食品、醫(yī)藥等方面有著廣泛用途。一種合成阿魏酸的反應(yīng)可表示為：123456789√解析丙二酸與乙二酸官能團個數(shù)相同，且相差1個CH2原子團，是同系物，故A正確；根據(jù)結(jié)構(gòu)簡式可知阿魏酸的分子式為C10H10O4，故B錯誤；香蘭素、阿魏酸都含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，是芳香族化合物，故C正確；苯環(huán)上的所有原子共平面，乙烯上的所有原子共平面，單鍵可以旋轉(zhuǎn)，當苯和乙烯共平面，同時H3CO—中的C也和苯共平面，這時有10個碳原子共平面，故D正確。1234567897.(2020·石家莊高二期中)M是一種重要材料的中間體，其結(jié)構(gòu)簡式為

。合成M的一種途徑如下：A～F分別代表一種有機化合物，合成路線中的部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件已略去。已知：①Y的核磁共振氫譜只有1種峰；123456789綜合強化③兩個羥基連接在同一個碳原子上不穩(wěn)定，易脫水。請回答下列問題：(1)D中官能團的名稱是______，Y的結(jié)構(gòu)簡式是____________。123456789羧基解析反應(yīng)⑤為取代反應(yīng)，可推知E為

。反應(yīng)⑥為鹵代烴的水解反應(yīng)，酸化得到F為

，由M的結(jié)構(gòu)可知D為(CH3)2CHCOOH，逆推可知C為(CH3)2CHCHO、B為(CH3)2CHCH2OH，結(jié)合信息②可知A為(CH3)2C==CH2，Y發(fā)生消去反應(yīng)得到A，而Y的核磁共振氫譜只有1種峰，則Y為

。123456789D為(CH3)2CHCOOH，含有的官能團的名稱是羧基；Y的結(jié)構(gòu)簡式是

。123456789(2)步驟①的反應(yīng)類型是_________。123456789消去反應(yīng)解析步驟①發(fā)生鹵代烴的消去反應(yīng)。(3)下列說法不正確的是_____(填字母)。a.A和E都能發(fā)生氧化反應(yīng)

b.1molB完全燃燒需6molO2c.C能與新制的氫氧化銅懸濁液反應(yīng)

d.1molF最多能與3molH2反應(yīng)123456789d解析A為(CH3)2C==CH2，E為

，均可以燃燒，碳碳雙鍵、酚羥基都易被氧化，均可以發(fā)生氧化反應(yīng)，故a正確；B為(CH3)2CHCH2OH,1molB完全燃燒需O2為(4＋10/4－1/2)mol＝6mol，故b正確；C為(CH3)2CHCHO，含有醛基，能與新制的氫氧化銅懸濁液反應(yīng)，故c正確；F為

，苯環(huán)、醛基均與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，1molF最多能與4molH2反應(yīng)，故d錯誤。123456789(4)步驟⑦的化學(xué)反應(yīng)方程式是______________________________________________________________________________。123456789＋H2O123456789解析步驟⑦的化學(xué)反應(yīng)方程式是

＋

＋H2O。(5)M經(jīng)催化氧化得到X(C11H12O4)，X的同分異構(gòu)體中同時滿足下列條件的結(jié)構(gòu)簡式為_________________________________________。a.苯環(huán)上只有兩個取代基，苯環(huán)上的一氯代物有2種b.水解只生成芳香醇和二元酸，且二元酸的核磁共振氫譜只有2種峰123456789解析M[

]經(jīng)催化氧化得到X(C11H12O4)，則X為

，X的同分異構(gòu)體中同時滿足下列條件：a.苯環(huán)上只有兩個取代基，苯環(huán)上的一氯代物有2種，含有2個不同的取代基，且處于對位；b.水解只生成芳香醇和二元酸，且二元酸的核磁共振氫譜只有2種峰，符合條件的同分異構(gòu)體為

。1234567898.(2020·武漢市鋼城第四中學(xué)高二月考)A(C3H6)是基本有機化工原料。由A制備聚合物C和

的合成路線(部分反應(yīng)條件略去)如圖所示。123456789回答下列問題：(1)A的名稱是______，B含有的官能團的名稱是_______________。123456789丙烯碳碳雙鍵、酯基解析通過以上分析知，A為丙烯，B的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH==CHCOOCH3，其官能團的名稱是碳碳雙鍵和酯基。(2)C的結(jié)構(gòu)簡式為_____________，D→E的反應(yīng)類型為______________________。123456789反應(yīng))取代反應(yīng)(或水解解析C的結(jié)構(gòu)簡式為

，D發(fā)生水解反應(yīng)或取代反應(yīng)生成E。(3)E→F的化學(xué)方程式為____________________________________。123456789(4)

中最多有_____個原子共平面。12345678910解析該分子中含有10個原子，根據(jù)乙烯結(jié)構(gòu)特點知，該分子中所有原子共平面。(5)結(jié)合題給信息，以乙烯、HBr為起始原料制備丙酸，設(shè)計合成路線(其他試劑任選)。123456789解析CH2==CH2和HBr發(fā)生加成反應(yīng)生成CH3CH2Br，CH3CH2Br和NaCN發(fā)生取代反應(yīng)生成CH3CH2CN，CH3CH2CN在堿性條件下發(fā)生水解反應(yīng)然后酸化得到CH3CH2COOH，所以其合成路線為CH2==CH21234567899.(2020·山東省廣饒一中高二月考)“清肺排毒湯”對新冠肺炎病毒感染具有良好的效果，其中一味中藥黃芩的一種活性中間體的結(jié)構(gòu)簡式為

，現(xiàn)在可人工合成，路線如圖所示：123456789(1)A生成B的反應(yīng)條件是____________________________________，B生成C的反應(yīng)條件為____________________________________。123456789氫氧化鈉水溶液，加熱(或NaOH銅或銀作催化劑，加熱(或

)解析A生成B是鹵代烴的水解，反應(yīng)條件是氫氧化鈉水溶液，加熱；B生成C是醇氧化為醛，反應(yīng)條件為銅或銀作催化劑，加熱。(2)合成過程中，屬于取代反應(yīng)的是__________。12