《2018-2019學年高中化學 第三章 有機合成及其應用 合成高分子化合物 3.3.2 有機合成路線的設計有機合成的應用學案 魯科版選修5.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中化學 第三章 有機合成及其應用 合成高分子化合物 3.3.2 有機合成路線的設計有機合成的應用學案 魯科版選修5.docx（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2課時　有機合成路線的設計有機合成的應用 [課標要求] 1．了解設計合成路線的一般程序。 2．在了解合成的一般程序的基礎(chǔ)上，繼續(xù)熟悉有機合成路線的核心——碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入與轉(zhuǎn)化。 3．了解有機合成的意義及應用。 4．了解綠色合成在有機合成中的地位，形成可持續(xù)發(fā)展的意識。, 　1.設計有機合成的路線，首先要比較原料分子和目標分子在官能團和碳骨架兩方面的異同，然后設計由原料分子轉(zhuǎn)向目標化合物的合成路線。 2．設計有機合成路線也可以采用逆推法完成。 3．綠色合成的主要出發(fā)點是：原子經(jīng)濟性；原料的綠色化；試劑與催化劑的無公害性。 1．有機合成路線的設計 (1)正推法 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的安裝來完成。首先要比較原料分子和目標化合物分子在結(jié)構(gòu)上的異同，包括官能團和碳骨架兩個方面的異同。然后，設計由原料分子轉(zhuǎn)向目標化合物分子的合成路線。 (2)逆推法 采取從產(chǎn)物逆推出原料，設計合理的合成路線的方法。在逆推過程中，需要逆向?qū)ふ夷茼樌铣赡繕朔肿拥闹虚g有機化合物，直至選出合適的起始原料。 (3)優(yōu)選合成路線依據(jù) ①合成路線是否符合化學原理。 ②合成操作是否安全可靠。 ③綠色合成： 綠色合成主要考慮有機合成中的原子經(jīng)濟性、原料的綠色化、試劑與催化劑的無公害性。 2．利用逆推法設計苯甲酸苯甲酯的合成路線 (1)觀察目標分子的結(jié)構(gòu) (2)逆推，設計合成路線 (3)合成方法的設計(設計四種不同的合成方法) (4)合成方法的優(yōu)選 ①路線由甲苯制取苯甲酸和苯甲醇，較合理。 ②④路線中制備苯甲酸步驟多、成本較高，且Cl2的使用不利于環(huán)境保護。 ③的步驟雖然少，但使用了價格昂貴的還原劑LiAlH4和要求無水操作，成本高。 1．試分析鹵代烴在有機合成中有哪些重要應用？ 提示：①可以實現(xiàn)碳骨架增長，如：鹵代烴與C2H5ONa、CH3C≡CNa、NaCN發(fā)生取代反應、使碳骨架增長。②鹵代烴水解反應，使鹵素原子轉(zhuǎn)化為羥基，實現(xiàn)官能團轉(zhuǎn)化。③鹵代烴消去反應，生成烯烴，使官能團發(fā)生轉(zhuǎn)化。 2．下面是有機合成的三個步驟：①對不同的合成路線進行優(yōu)選?、谟赡繕嘶衔锓肿幽嫱圃戏肿硬⒃O計合成路線?、塾^察目標化合物分子的結(jié)構(gòu)，正確順序是什么？ 提示：③②① 1．有機合成的三種常見方法 (1)正向合成法：此法采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向目標合成有機物，其思維程序是：原料―→中間產(chǎn)物―→產(chǎn)品。 (2)逆向合成法：簡稱逆推法，此法采用逆向思維方法，從目標合成有機物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)入手，找出合成所需的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向已知原料，其思維程序是：產(chǎn)品―→中間產(chǎn)物―→原料。 (3)類比分析法：此法要點是采用綜合思維的方法，其思維程序為“比較題目所給知識原型→找出原料與合成物質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系→確定中間產(chǎn)物→產(chǎn)品”。 2．有機合成路線設計應遵循的五個原則 (1)符合綠色化學思想。 (2)符合原子經(jīng)濟性的要求。 (3)原料價廉，原理正確。 (4)路線簡捷，便于操作，條件適宜。 (5)易于分離，產(chǎn)率高。 3．有機合成常見的三條合成路線 (1)一元合成路線：R—CH===CH2→鹵代烴→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯 (2)二元合成路線 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列有機物不能以苯為原料一步制取得到的是(　　) 解析：選C　A中物質(zhì)可以通過苯與濃硫酸直接反應制得；B中物質(zhì)可以通過苯與氫氣直接加成制得；D中物質(zhì)可以通過苯的鹵代反應直接制得；而C中物質(zhì)不能以苯為原料一步完成。 2．由溴乙烷制取1,2二溴乙烷，下列轉(zhuǎn)化方案中最好的是(　　) A．CH3CH2BrNaOH水溶液,CH3CH2OHCH2===CH2Br2,CH2BrCH2Br B．CH3CH2BrBr2,CH2BrCH2Br C．CH3CH2BrCH2===CH2　CH3CH2BrBr2,CH2BrCH2Br D．CH3CH2BrCH2===CH2Br2,CH2BrCH2Br 解析：選D　A項步驟較多，B項副產(chǎn)物較多，浪費原料，C項步驟多，生成物不唯一，原子利用率低，D項合理。 3．由1丙醇制取，最簡便的流程需要下列反應的順序應是(　　) a．氧化 b．還原　c．取代 d．加成　e．消去　f．中和　g．縮聚　h．酯化 A．b、d、f、g、h　　　　　 B．e、d、c、a、h C．a(chǎn)、e、d、c、h D．b、a、e、c、f 解析：選B　CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH 4．寫出以CH2ClCH2CH2CH2OH為原料制備的各步反應方程式(無機試劑自選)： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________； ③________________________________________________________________________； ④________________________________________________________________________。 解析：對比給出的原料與目標產(chǎn)物可知，原料為鹵代醇，產(chǎn)品為等碳原子數(shù)的環(huán)酯，因此，制備過程是醇羥基氧化成羧基，鹵素原子再水解成羥基，最后發(fā)生酯化反應。 答案：①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O2 2CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O ②2CH2ClCH2CH2CHO＋O2 2CH2ClCH2CH2COOH ③CH2ClCH2CH2COOH＋H2O HO—CH2—CH2—CH2—COOH＋HCl 解析：對比目標產(chǎn)物和給出的原料，借助題目給出的信息，可采用逆推的方法找出合成路線： 答案：(1)HOCH2—CH2CHOCH2===CHCHO＋H2O 1．綠色合成思想的基本出發(fā)點 有機合成中的原子經(jīng)濟性、原料綠色化、試劑與催化劑無公害性。 2．綠色化學 (1)綠色化學的目標 研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大限度地節(jié)約能源，在化工生產(chǎn)各種環(huán)節(jié)都實現(xiàn)凈化和無污染的反應途徑。 (2)綠色化學的特點 在始端應采用預防實際污染的科學手段，其過程和終端均為零排放和零污染。 (3)綠色化學的研究意義 綠色化學是人類和自然界的生物和諧相處的化學，是對環(huán)境更友善的化學。這種綠色意識是人類追求自然完善的一種高級表現(xiàn)，它不把人看成自然界的主宰者，而是看作自然界中普通的一員，追求的是人對自然的尊重以及人與自然和諧的關(guān)系。 3．綠色合成的具體要求 (1)原料要廉價、易得、低毒性、低污染，選擇與目標產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似的四個碳以下的單官能團化合物或單取代苯。 (2)零排放，零污染。 (3)減少步驟，合成反應操作要簡單，條件要溫和，耗能低，易于實現(xiàn)。 1．在“綠色化學工藝”中，理想狀態(tài)是反應物中的原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子利用率為100%。①置換反應　②化合反應?、鄯纸夥磻、苋〈磻、菁映煞磻、尴シ磻、呒泳鄯磻、嗫s聚反應等反應類型中能體現(xiàn)這一原子最經(jīng)濟原則的是(　　) A．只有①②⑤　　　　　 B．只有②⑤⑦ C．只有⑦⑧ D．只有⑦ 解析：選B　根據(jù)原子利用率表示目標產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比，比值越高，原子利用率越高，顯然原子利用率達到100%時最高，即反應物完全轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物。 2．綠色化學提倡化工生產(chǎn)應提高原子利用率，原子利用率表示目標產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比，在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，原子利用率最高的是(　　) 解析：選C　C中乙烯氧化制備環(huán)氧乙烷的反應中，所有原子全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應完全，因此原子利用率最高。 3．綠色化學對化學反應提出了“原子經(jīng)濟性”(原子節(jié)約)的新概念及要求。理想的原子經(jīng)濟性反應是原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變?yōu)樗璁a(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實現(xiàn)零排放。以下反應均可在一定條件下進行，其符合綠色化學原理的是(　　) ②乙烷與氯氣制備氯乙烷 ③乙醇與濃硫酸共熱制取乙烯 ④乙烯在一定條件下制備聚乙烯 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析：選D　以“原料分子中原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物”為解題依據(jù)進行分析，乙烷與氯氣發(fā)生取代反應，生成產(chǎn)物有一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等及氯化氫，原子不能全部轉(zhuǎn)化為一種產(chǎn)物，不符合題意要求；乙醇在濃硫酸作用下，生成乙烯、水及其他副產(chǎn)物，也不符合要求；而①、④中反應物的原子可以完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，符合要求。 [二級訓練節(jié)節(jié)過關(guān)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．“綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學工藝”中，理想狀態(tài)是反應物中原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子利用率為100%。在用CH3CCH合成CH2===C(CH3)COOCH3的過程中，欲使原子利用率達到最高，還需要的其他反應物有(　　) A．CO和CH3OH　　　　　　 B．CO2和H2O C．H2和CO2 D．CH3OH和H2 解析：選A　題述合成反應中，每分子反應時增加了2個C、2個O、4個H，故A項符合要求。 2．用乙醇作原料，下列物質(zhì)不能一步制得的是(　　) A．CH3CH2Cl B．CH2===CH2 C．CH2BrCH2Br D．CH3COOCH2CH3 解析：選C　A項，CH3CH2OH＋HClCH3CH2Cl＋H2O；B項，CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O；C項，CH3CH2OHCH2===CH2CH2Br—CH2Br；D項，CH3COOH＋HOC2H5CH3COOC2H5＋H2O。 3．由CH3CH2CH2OH制備，所發(fā)生的化學反應至少有①取代反應；②消去反應；③加聚反應；④酯化反應；⑤還原反應；⑥水解反應等當中的(　　) A．①④ B．②③ C．②③⑤ D．②④ 解析：選B　制備過程為CH3CH2CH2OH 4．根據(jù)下列合成路線判斷反應類型正確的是(　　) A．A→B的反應屬于加成反應 B．B→C的反應屬于酯化反應 C．C→D的反應屬于消去反應 D．D→E的反應屬于加成反應 解析：選A　A中含有碳碳雙鍵，與氫氣發(fā)生加成反應生成B，A項正確；有機物B是環(huán)醚，與氯化氫發(fā)生加成反應生成C，B項錯誤；C中含有羥基，與氯化氫發(fā)生取代反應生成D，C項錯誤；D中的氯原子被—CN取代，發(fā)生取代反應，D項錯誤。 5．在有機合成中，常需要將官能團消除或增加，下列變化過程中的反應類型及相關(guān)產(chǎn)物不合理的是(　　) ①乙烯→乙二醇： CH2===CH2CH2Br―→CH2BrHOCH2—CH2OH ②溴乙烷→乙醇： CH3CH2BrCH2===CH2CH3CH2OH ③1溴丁烷→1,3丁二烯： CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH===CH2CH3CH2CHBr—CH2BrCH2===CH—CH===CH2 ④乙烯→乙炔： CH2===CH2CH2Br—CH2BrCH≡CH A．①② B．②③ C．②④ D．①④ 解析：選B　②項由溴乙烷→乙醇，只需溴乙烷在堿性條件下水解即可，路線不合理；③項合成過程中CH3CH2CHBr—CH2Br發(fā)生消去反應所得產(chǎn)物為CH3CH2C≡CH(CH3CH===C===CH2不穩(wěn)定)，合成路線及相關(guān)產(chǎn)物不合理。 6．由環(huán)己醇制取己二酸己二酯，最簡單的流程順序正確的是(　　) ①取代反應　②加成反應?、垩趸磻、苓€原反應 ⑤消去反應?、搋セ磻、咧泻头磻、嗫s聚反應 A．③②⑤⑥ B．⑤③④⑥ C．⑤②③⑥ D．⑤③④⑦ 解析：選B　由環(huán)己醇制取己二酸己二酯，需要制得己二醇和己二酸，因此環(huán)己醇需要開環(huán)，即先要在環(huán)上引入雙鍵，可利用醇的消去反應，再氧化雙鍵開環(huán)。 7．分析下列合成路線： 則B物質(zhì)應為下列物質(zhì)中的(　　) 解析：選D　結(jié)合產(chǎn)物特點分析：A為1,4加成產(chǎn)物，經(jīng)過三步反應生成 8．端炔烴在催化劑存在下可發(fā)生偶聯(lián)反應，稱為Glaser反應。 該反應在研究新型發(fā)光材料、超分子化學等方面具有重要價值。下面是利用Glaser反應制備化合物E的一種合成路線： 回答下列問題： (1)B的結(jié)構(gòu)簡式為______________，D的化學名稱為________。 (2)①和③的反應類型分別為________、________。 (3)E的結(jié)構(gòu)簡式為________。用1 mol E合成1,4二苯基丁烷，理論上需要消耗氫氣________ mol。 (4)化合物也可發(fā)生Glaser偶聯(lián)反應生成聚合物，該聚合反應的化學方程式為____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)芳香化合物F是C的同分異構(gòu)體，其分子中只有兩種不同化學環(huán)境的氫，數(shù)目比為3∶1，寫出其中3種的結(jié)構(gòu)簡式_______________________________________________。 (6)寫出用2苯基乙醇為原料(其他無機試劑任選)制備化合物D的合成路線________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 1．某有機物甲經(jīng)氧化后得乙(分子式為C2H3O2Cl)；而甲經(jīng)水解可得丙，1 mol丙和2 mol乙反應得一種含氯的酯(C6H8O4Cl2)，由此推斷甲的結(jié)構(gòu)簡式為(　　) 解析：選A　因為有機物甲既可被氧化，又可水解，所以B、D選項不正確，C選項中水解后只含一個羥基，只能與一個羧基發(fā)生酯化反應，無法形成含碳原子數(shù)為6的物質(zhì)。 2．甲基丙烯酸甲酯是世界上年產(chǎn)量超過100萬噸的高分子單體，舊法合成的反應是(CH3)2C===O＋HCN―→(CH3)2C(OH)CN，(CH3)2C(OH)CN＋CH3OH＋H2SO4―→CH2===C(CH3)COOCH3＋NH4HSO4。20世紀90年代新法合成的反應是CH3CCH＋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 解析：選C　新法有CO參與，CO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。 3．下列有機合成路線設計經(jīng)濟效益最好的是(　　) A．CH2===CH2―→CH3CH2Cl B．CH3CH3―→CH3CH2Cl C．CH3CH2OH―→CH3CH2Cl D．CH2ClCH2Cl―→CH3CH2Cl 解析：選A　A項利用CH2===CH2＋HCl―→CH3CH2Cl，反應產(chǎn)物單一，反應程度較為完全，原子利用率高，是理想的合成路線；B項利用CH3CH3與Cl2發(fā)生取代反應生成CH3CH2Cl，反應副產(chǎn)物多，難以分離，原子利用率也低；C項利用CH3CH2OH與HCl發(fā)生取代反應生成CH3CH2Cl，反應難以進行到底，原子利用率低；D項應經(jīng)過CH2ClCH2Cl―→CH2===CHCl―→CH3CH2Cl，反應難以控制，轉(zhuǎn)化率低，故不是理想合成路線。 4．已知鹵代烴可與金屬鈉反應，生成碳鏈較長的烴： R—X＋2Na＋R′—X―→R—R′＋2NaX 現(xiàn)有碘乙烷和碘丙烷的混合物，使其與金屬鈉反應，不可能生成的烴是(　　) A．戊烷 B．丁烷 C．2甲基己烷 D．己烷 解析：選C　兩分子碘乙烷之間可反應生成丁烷，兩分子碘丙烷之間可反應生成己烷，一分子碘乙烷和一分子碘丙烷反應可生成戊烷，不可能生成的是2甲基己烷。 5．化合物A()可由環(huán)戊烷經(jīng)三步反應合成： XY 則下列說法錯誤的是(　　) A．反應1可用試劑是氯氣 B．反應3可用的試劑是氧氣和銅 C．反應1為取代反應，反應2為消去反應 D．A可通過加成反應合成Y 解析：選C　實現(xiàn)此過程，反應1為與鹵素單質(zhì)取代，反應2為鹵代環(huán)戊烷與NaOH的水溶液取代生成醇，反應3為醇的催化氧化；故A、B正確，C錯誤；酮可催化加氫變成相應的醇，故D正確。 6．某研究小組利用“鈀催化交叉偶聯(lián)反應”合成了有機物丙，合成路線如下： 下列分析判斷正確的是(　　) A．分離提純有機物丙宜在NaOH熱溶液中進行 B．利用NaOH溶液、AgNO3溶液即可確定有機物甲中含有溴元素 C．可用酸性KMnO4溶液檢驗有機物丙中是否含有機物乙 D．PbCl2的作用是提高反應物的活性，加快反應速率 解析：選D　丙分子中含有酯結(jié)構(gòu)，在堿性條件下能水解，A錯；有機物甲在NaOH溶液中能水解，但在檢驗水解生成的溴離子時，應先用硝酸將混合液中和，再加入硝酸銀溶液，B錯；丙分子中含有碳碳雙鍵，能被高錳酸鉀氧化，C錯；PbCl2在該反應中作催化劑，D正確。 7．藥用有機化合物A(C8H8O2)為一種無色液體。從A出發(fā)可發(fā)生如圖所示的一系列反應： 則下列說法正確的是(　　) A．根據(jù)D和濃溴水反應生成白色沉淀可推知D為三溴苯酚 B．G的同分異構(gòu)體中屬于酯且能發(fā)生銀鏡反應的只有一種 C．上述各物質(zhì)中能發(fā)生水解反應的有A、B、D、G D．A的結(jié)構(gòu)簡式為 解析：選D　從反應條件和現(xiàn)象易推知D為苯酚，F(xiàn)為三溴苯酚，故A項錯誤；G的同分異構(gòu)體中屬于酯且能發(fā)生銀鏡反應的有：HCOOCH2CH2CH3和HCOOCH(CH3)2兩種，故B項錯誤；D是苯酚，不能發(fā)生水解反應，故C項錯誤；綜合推知A的結(jié)構(gòu)簡式為，故D項正確。 8．(全國卷Ⅲ)氟他胺G是一種可用于治療腫瘤的藥物。實驗室由芳香烴A制備G的合成路線如下： 回答下列問題： (1)A的結(jié)構(gòu)簡式為________________。C的化學名稱是________________。 (2)③的反應試劑和反應條件分別是________，該反應的類型是________。 (3)⑤的反應方程式為__________________________。吡啶是一種有機堿，其作用是______________________。 (4)G的分子式為________。 (5)H是G的同分異構(gòu)體，其苯環(huán)上的取代基與G的相同但位置不同，則H可能的結(jié)構(gòu)有________種。 解析：由A→B→C的合成路線及C的結(jié)構(gòu)簡式可逆推B的結(jié)構(gòu)簡式為、A的結(jié)構(gòu)簡式為；由E→F→G的合成路線及E、G的結(jié)構(gòu)簡式再通過正推(E→F)和逆推(G→F)可得F的結(jié)構(gòu)簡式為。(2)反應③在苯環(huán)上引入了硝基，所用試劑是濃硫酸與濃硝酸的混合物，反應條件是加熱。該反應的實質(zhì)是硝基取代了苯環(huán)上的一個氫原子，所以是取代反應。(3)觀察G的結(jié)構(gòu)簡式可知，反應⑤是E中氨基上的氫原子與中的氯原子結(jié)合成HCl，同時生成F，據(jù)此可寫出反應⑤的化學方程式。該反應中有HCl生成，而吡啶是一種有機堿，可與HCl反應，因而能夠促使上述反應正向進行，提高原料的利用率。(4)通過觀察法可寫出G的分子式為C11H11F3N2O3。(5)G的苯環(huán)上有3個不同的取代基，不妨設為—X、—Y、—Z?？梢韵却_定—X、—Y在苯環(huán)上的相對位置，得到鄰、間、對3種同分異構(gòu)體，再將—Z分別取代上述3種同分異構(gòu)體中苯環(huán)上的氫原子，分別得到4種、4種、2種同分異構(gòu)體，共有10種，則H可能的結(jié)構(gòu)有9種。(6)對比原料和目標產(chǎn)物，目標產(chǎn)物在苯甲醚的對位引入了—NHCOCH3。結(jié)合題干中合成路線的信息，運用逆合成分析法，首先在苯甲醚的對位引入硝基，再將硝基還原為氨基，最后與發(fā)生取代反應即可得到目標產(chǎn)物。