第五節(jié)　第2課時　有機合成路線的設(shè)計與實施 教學(xué)課件

第2課時有機合成路線的設(shè)計與實施

第三章第五節(jié)有機合成1．了解設(shè)計有機合成路線的一般方法。2．理解逆向合成法在有機合成中的應(yīng)用，尤其在制藥行業(yè)中的重要作用，知道“綠色合成”原則。3．體會有機合成在創(chuàng)造新物質(zhì)、提高人類生活質(zhì)量及促進社會發(fā)展方面的重要貢獻。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)一正合成分析法1任務(wù)二逆合成分析法2隨堂達標(biāo)演練3內(nèi)容索引課時測評4任務(wù)一正合成分析法新知構(gòu)建有機合成路線的確定，需要在掌握碳骨架構(gòu)建和官能團轉(zhuǎn)化基本方法的基礎(chǔ)上，進行合理的設(shè)計與選擇，以較低的成本和較高的產(chǎn)率，通過簡便而對環(huán)境友好的操作得到目標(biāo)產(chǎn)物。1．常見有機物的轉(zhuǎn)化2．正合成分析法(1)單官能團合成(2)雙官能團合成醇醛酸HOCH2—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH(3)芳香族化合物合成3．合成路線的表示方法有機合成路線用反應(yīng)流程圖表示。示例：原料

中間體(Ⅰ)

中間體(Ⅱ)……―→目標(biāo)化合物交流研討食醋的主要成分是乙酸，主要通過發(fā)酵法由糧食制備。工業(yè)乙酸是通過石油化學(xué)工業(yè)人工合成的。(1)請以乙烯為原料，設(shè)計合理的路線合成乙酸，寫出反應(yīng)流程圖。提示：CH2==CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。(2)目前已經(jīng)出現(xiàn)了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應(yīng)和(1)中合成路線的每一步反應(yīng)的產(chǎn)率均為70%，請計算并比較這兩種合成路線的總產(chǎn)率。提示：若每一步反應(yīng)的產(chǎn)率均為70%，第一種合成路線的總產(chǎn)率為70%×70%×70%＝34.3%，遠小于第二種工藝反應(yīng)的產(chǎn)率70%。典例應(yīng)用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A．酚鈉與鹵代烴作用合成酚醚：B．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：D．乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2O

CH3CH2OH√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，故B符合題意。2.(2023·沈陽高二調(diào)研)在一次有機化學(xué)課堂小組討論中，某同學(xué)設(shè)計了下列合成路線，你認(rèn)為最不可行的是D.用乙烯合成乙二醇：CH2==CH2CH3CH3CH2ClCH2Cl

HOCH2CH2OH√氯苯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成一氯環(huán)己烷，一氯環(huán)己烷在NaOH的乙醇溶液、加熱條件下發(fā)生消去反應(yīng)生成環(huán)己烯，可以實現(xiàn)，A項不符合題意；甲苯與Cl2在光照條件下發(fā)生甲基上的取代反應(yīng)生成

在NaOH水溶液、加熱條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成

，可以實現(xiàn)，B項不符合題意；乙烯與H2發(fā)生加成反應(yīng)生成乙烷，但乙烷在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，其產(chǎn)物有多種，無法控制反應(yīng)只生成CH2ClCH2Cl，不可以實現(xiàn)，D項符合題意。3．請用流程圖表示出最合理的合成路線。(1)將乙醇轉(zhuǎn)化成乙二醇(改變官能團的數(shù)目)。答案：CH3CH2OHCH2===CH2

(2)將1-丙醇轉(zhuǎn)化成2-丙醇(改變官能團的位置)。答案：CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2返回任務(wù)二逆合成分析法新知構(gòu)建1．逆合成分析法在目標(biāo)化合物的適當(dāng)位置斷開相應(yīng)的化學(xué)鍵，目的是使得到的較小片段所對應(yīng)的中間體經(jīng)過反應(yīng)可以得到目標(biāo)化合物；繼續(xù)斷開中間體適當(dāng)位置的化學(xué)鍵，使其可以從更上一步的中間體反應(yīng)得來，依次倒推，最后確定最適宜的基礎(chǔ)原料和合成路線。2．逆合成分析法的應(yīng)用由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。(1)分析如圖：根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成乙二酸二乙酯的有機基礎(chǔ)原料為乙烯(CH2==CH2)，通過5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_____________________________________________________________。CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH(2)合成路線如下：特別提醒1．上述合成路線中

也可以先氧化為OHC—CHO，再氧化為HOOC—COOH。2．表示合成步驟時，用箭頭“→”表示每一步反應(yīng)；而表示逆合成時，用“

”表示逆推過程。交流研討1在實際工業(yè)生產(chǎn)中，乙二醇還可以通過環(huán)氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環(huán)氧乙烷則可由乙烯直接氧化得到。請比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的①、②兩步反應(yīng)，分析生產(chǎn)中選擇該路線的可能原因。提示：該方法的原料H2O、O2廉價易得、無毒，原料利用率高，產(chǎn)物易于分離，符合“綠色化學(xué)”理念等。3．合成路線設(shè)計應(yīng)遵循的原則(1)合成步驟較少，副反應(yīng)少，反應(yīng)產(chǎn)率高。(2)原料、溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒。(3)反應(yīng)條件溫和，操作簡便，產(chǎn)物易于分離提純。(4)污染排放少，要貫徹“綠色化學(xué)”理念，選擇最佳合成路線，以較低的經(jīng)濟成本和環(huán)境代價得到目標(biāo)產(chǎn)物。4．有機合成的發(fā)展及價值發(fā)展從生物體內(nèi)提取有機物→人工設(shè)計并合成有機物→計算機輔助設(shè)計合成有機物價值為化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域的研究和相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，有力地促進了人類健康水平提高和社會發(fā)展進步交流研討2提示：典例應(yīng)用1．(2024·北京西城高二期末)以

為原料制取

，較合理的路線依次發(fā)生的反應(yīng)為A．加成—消去—取代 B．消去—加成—取代C．消去—取代—加成 D．取代—消去—加成√由逆合成法可知，二鹵代烴水解可制備二元醇，烯烴加成可制備二鹵代烴，則以2-溴丙烷為原料制取1，2-丙二醇，步驟為：①2-溴丙烷與NaOH醇溶液共熱發(fā)生消去反應(yīng)生成丙烯；②丙烯與溴單質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)生成1，2-二溴丙烷；③1，2-二溴丙烷與NaOH水溶液共熱發(fā)生取代反應(yīng)生成1，2-丙二醇。2．(2024·北京五中高二期中)已知

所用的原始原料可以是①2-甲基-1，3-丁二烯和2-丁炔②1，3-戊二烯和2-丁炔③2，3-二甲基-1，3-戊二烯和乙炔④2，3-二甲基-1，3-丁二烯和丙炔A．①④ B．②③C．①③ D．②④√

則兩種原料分別為2-甲基-l，3-丁二烯和2-丁炔，①④正確，A符合題意。3．以CH2===CHCH2OH為主要原料(其他無機試劑任選)設(shè)計合成CH2===CHCOOH的路線流程圖(已知CH2===CH2可被氧氣催化氧化為)，通過此題的解答，總結(jié)設(shè)計有機合成路線需注意的情況(至少寫2條)：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。CH2==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONaH2==CHCOOH

①設(shè)計有機合成路線時要選擇合適的反應(yīng)條件②并注意官能團的保護以CH2==CHCH2OH為主要原料合成CH2==CHCOOH，CH2==CHCH2OH可先和HCl發(fā)生加成反應(yīng)，保護碳碳雙鍵，再利用強氧化劑將醇羥基氧化為羧基，最后結(jié)合鹵代烴的消去引入碳碳雙鍵。返回隨堂達標(biāo)演練1．甲基丙烯酸甲酯舊法合成的反應(yīng)是(CH3)2C===O＋HCN―→(CH3)2C(OH)CN，(CH3)2C(OH)CN＋CH3OH＋H2SO4―→CH2==C(CH3)COOCH3＋NH4HSO4。20世紀(jì)90年代新法合成的反應(yīng)是CH3C≡CH＋CO＋CH3OHCH2==C(CH3)COOCH3，與舊法比較，新法的優(yōu)點是A．原料無爆炸危險

B．原料都是無毒物質(zhì)C．沒有副產(chǎn)物，原料利用率高

D．條件較簡單√新法有CO、CH3OH參與，CO、CH3OH有毒且可燃，有爆炸危險，所以A、B兩項錯誤；新法需要催化劑而舊法不用，所以D項錯誤；比較兩種合成方法，新法的優(yōu)點是沒有副產(chǎn)物，原料利用率高，所以C項正確。

2．已知醇在一定條件下經(jīng)分子間脫水可以生成醚，以乙醇、濃硫酸、溴水、氫氧化鈉的水溶液為主要原料合成

。最佳合成路線中依次涉及的反應(yīng)類型是①氧化反應(yīng)②還原反應(yīng)③取代反應(yīng)④加成反應(yīng)⑤消去反應(yīng)⑥中和反應(yīng)⑦水解反應(yīng)⑧酯化反應(yīng)⑨加聚反應(yīng)A．①⑤④⑥⑧⑨ B．⑤④⑦③C．②⑤④⑧ D．②④⑥⑧√3．1，4-環(huán)己二醇()是生產(chǎn)某些液晶材料和藥物的原料，現(xiàn)以環(huán)己烷()為基礎(chǔ)原料，使用逆合成分析法設(shè)計它的合成路線如下。下列說法正確的是A．有機物X、Y、M均為鹵代烴B．有機物X和Y可能為同分異構(gòu)體，也可能為同種物質(zhì)C．反應(yīng)①為取代反應(yīng)，反應(yīng)⑥為加成反應(yīng)D．合成過程涉及取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)√

，C錯誤；綜上分析，合成過程涉及取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)，D正確；答案選D。4．環(huán)戊二烯()是一種重要的化工原料。Diels-Alder反應(yīng)為共軛雙烯與含有碳碳雙鍵或碳碳三鍵的化合物相互作用生成六元環(huán)狀化合物的反應(yīng)，最簡單的反應(yīng)是

；由環(huán)戊二烯和A經(jīng)Diels-Alder反應(yīng)制得

。(1)Diels-Alder反應(yīng)屬于_____反應(yīng)(填反應(yīng)類型)，A的結(jié)構(gòu)簡式為________________________。加成CH2==CH—CH==CH2根據(jù)提示可知，該反應(yīng)是碳碳不飽和鍵減少的反應(yīng)，屬于加成反應(yīng)；加成的為A中也含有2個碳碳雙鍵，A為CH2==CH—CH==CH2。(2)寫出實驗室由

的屬于芳香烴的同分異構(gòu)體的同系物制備

的合成路線流程圖____________________________________________________________________________________。(合成路線流程圖示例如下：H2C==CH2CH3CH2BrCH3CH2OH)

的結(jié)構(gòu)可知，它可由甲苯發(fā)生氯代反應(yīng)，再水解生成醇，醇氧化而得。返回課時測評題點一有機合成路線的設(shè)計1．(2023·昆明高二檢測)由1-氯環(huán)己烷()制備1，2-環(huán)己二醇()時，需要經(jīng)過下列哪幾步反應(yīng)A.加成→消去→取代 B．消去→加成→取代C．取代→消去→加成 D．取代→加成→消去√由1-氯環(huán)己烷制取1，2-環(huán)己二醇，正確的過程為

，即依次發(fā)生消去反應(yīng)、加成反應(yīng)、取代反應(yīng)。2．根據(jù)下面合成路線判斷烴A為A．1-丁烯 B．1，3-丁二烯C．乙炔 D．乙烯√由最后的產(chǎn)物是醚，結(jié)合最后一步的反應(yīng)條件可知，最后一步反應(yīng)是醇發(fā)生分子間脫水，所以C為HOCH2CH2OH，再結(jié)合B中有Br，B轉(zhuǎn)化為C的條件是氫氧化鈉的水溶液、加熱，可知B為BrCH2CH2Br，則A是乙烯。3．以1-丙醇制取

，最簡便的流程需要下列反應(yīng)的順序是a．氧化

b．還原

c．取代d．加成e．消去f．中和

g．加聚

h．酯化A．b、d、f、g、h B．e、d、c、a、hC．a(chǎn)、e、d、c、h D．b、a、e、c、f√4．(2023·北京師大附中高二期中)下面是以環(huán)戊烷為原料制備環(huán)戊二烯的合成路線，下列說法不正確的是A．M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NaOH的乙醇溶液、加熱C．②③④的反應(yīng)類型分別為消去反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)D．環(huán)戊二烯與Br2以1∶1的物質(zhì)的量之比加成，可生成√的反應(yīng)，反應(yīng)條件是NaOH的乙醇溶液，并加熱，選項B正確；C.②是消去反應(yīng)，③是加成反應(yīng)，④是消去反應(yīng)，選項C正確；D.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，可生成

，選項D正確。題點二有機合成路線的選擇5．綠色化學(xué)提倡化工生產(chǎn)應(yīng)提高原子利用率。原子利用率表示目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷()的反應(yīng)中，原子利用率最高的是√A、B、D中均存在副產(chǎn)品，反應(yīng)物沒有全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率較低；C中反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，原子利用率為100%，原子利用率最高。6．以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是√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。7．(2023·安徽蕪湖高二檢測)以

為基本原料合成

，下列合成路線最合理的是√以

為基本原料合成

，因碳碳雙鍵、羥基均能被氧化，則應(yīng)先使碳碳雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)引入一個鹵素原子，然后將羥基氧化為羧基，最后再發(fā)生消去反應(yīng)(脫HCl)生成碳碳雙鍵，D項合理。8．有機物d的合成路線如圖所示：下列說法錯誤的是A．a(chǎn)和

互為同系物B．a(chǎn)→b的目的是保護酚羥基C．b→c屬于氧化反應(yīng)D．一定條件下，a、d可以分別與適當(dāng)物質(zhì)發(fā)生縮聚反應(yīng)√A.由題干a的結(jié)構(gòu)簡式可知，a中含有酚羥基，則a和

中官能團的種類不同即結(jié)構(gòu)不相似，故不互為同系物，A錯誤；B.由題干轉(zhuǎn)化關(guān)系信息比較a→b和c→d可知，a→b的目的是保護酚羥基，B正確；C.由題干轉(zhuǎn)化信息可知，b→c為甲基變?yōu)轸然瑒t屬于氧化反應(yīng)，C正確；D.由題干a、d的結(jié)構(gòu)簡式可知，二者分子中均含有酚羥基，且鄰位上有兩個H，故一定條件下，a、d可以分別與適當(dāng)物質(zhì)HCHO發(fā)生縮聚反應(yīng)，D正確；故答案為A。9．(2023·北京平谷區(qū)檢測)合成某醫(yī)藥的中間路線如圖，下列說法不正確的是A．R的官能團是—OHB．R的沸點高于P的沸點C．由P生成M發(fā)生消去反應(yīng)D．P的核磁共振氫譜圖只有一組峰√通過題述合成路線圖知，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，則R的官能團是—OH，故A正確；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，R能形成分子間氫鍵但P不能形成分子間氫鍵，含有分子間氫鍵的物質(zhì)熔、沸點較高，所以R的沸點高于P的沸點，故B正確；P中碳氧雙鍵被取代生成M，屬于取代反應(yīng)，故C錯誤；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，P含有一種化學(xué)環(huán)境的氫原子，所以其核磁共振氫譜圖只有一組峰，故D正確。√10．(2024·湖南衡陽一中期末)化合物Ⅳ()是合成中藥的一種中間體，以鄰二甲苯為原料制備化合物Ⅳ的一種合成路線如圖所示。下列說法錯誤的是

A．由Ⅱ生成Ⅲ的反應(yīng)類型為取代反應(yīng)B．Ⅱ和Ⅳ均能使酸性高錳酸鉀溶液褪色C．1molⅣ能與6molH2發(fā)生加成反應(yīng)D．Ⅰ能從碘水中萃取碘，有機相在上層A.由圖可知，

取代Ⅱ中苯環(huán)上的氫原子生成Ⅲ，因此由Ⅱ生成Ⅲ的反應(yīng)類型為取代反應(yīng)，故A正確；B.Ⅱ和Ⅳ中苯環(huán)上均有—CH3，則Ⅱ和Ⅳ均能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故B正確；C.1molⅣ中含有1mol碳碳雙鍵、1mol羰基