資源簡介

3.1第2課時　有機合成路線的設計　有機合成的應用
【學習目標】
1.了解有機合成路線的設計。
2.掌握有機合成的分析方法——逆推法。
3.掌握簡單有機物的合成。
【自主預習】
一、有機合成路線的設計
1.正推法
(1)路線:某種原料分子目標分子。
(2)過程:首先比較原料分子和目標化合物分子在結構上的異同,包括　　　　和　　　　兩個方面的異同;然后,設計由原料分子轉向目標化合物分子的合成路線。
2.逆推法
(1)路線:目標分子原料分子。
(2)過程:在逆推過程中,需要逆向尋找能順利合成目標化合物的　　　　　　　　　　,直至選出合適的起始原料。
3.優選合成路線依據
(1)合成路線是否符合　　　　　　。
(2)合成操作是否　　　　　　。
(3)綠色合成
綠色合成主要出發點:有機合成中的　　　　　　　;原料的　　　　　　;試劑與催化劑的　　　　　　。
4.逆推法設計有機合成路線的一般程序
二、利用逆合成分析法設計苯甲酸苯甲酯的合成路線
1.觀察目標分子的結構
2.逆推出原料分子
3.設計合成路線(設計四種不同的合成路線)
(1)
(2)
(3)
(4)
4.評價優選合成路線
對上述合成路線進行評價,選出其中比較合理的路線。
路線②和路線④制備苯甲酸的步驟多、成本較高,而且使用較多的氯氣不利于環境保護。路線③的步驟較少,但所用還原劑LiAlH4價格昂貴,要求無水操作,成本高。路線①由甲苯分別制備苯甲酸和苯甲醇,然后由它們發生酯化反應制備苯甲酸苯甲酯,是比較合理的實驗室合成路線。
三、有機合成的應用
1.有機合成是化學學科中最活躍、最具創造性的領域之一。
(1)人工合成的有機物數量巨大。
(2)人工合成的有機物應用范圍廣。
2.有機合成是化學基礎研究的一個重要工具。
【答案】
一、1.(2)官能團　碳骨架　2.(2)中間有機化合物
3.(1)化學原理　(2)安全可靠　(3)原子經濟性　綠色化　無公害性
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)設計有機合成路線的關鍵是原料分子的推斷。 (　　)
(2)設計合成路線時,只能從原料分子開始,通過碳鏈的連接和官能團的安裝來完成。 (　　)
(3)綠色合成思想的主要出發點是治理有機合成中所產生的污染。 (　　)
(4)優選同種目標化合物的不同合成路線時,只要考慮試劑成本低即可。 (　　)
　　【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
2.由溴乙烷制取1,2-二溴乙烷,請設計最簡潔的合成方案。
　　【答案】CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br。
3.某有機化合物X,經過下列變化后可在一定條件下得到乙酸乙酯,則有機物X是哪種物質
　　【答案】CH3CHO。
4.請以乙烯為原料,設計合成1-丁醇,寫出具體的化學方程式。
　　【答案】CH2CH2+H2OCH3CH2OH;
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O;
2CH3CHO;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+H2O;
CH3CHCHCHO(或CH2CH—CH2CHO)+2H2CH3CH2CH2CH2OH。
【合作探究】
任務　有機合成路線的設計
情境導入　在藥物、香料合成中常利用醛和醇反應生成縮醛來保護醛基,此類反應在酸催化下進行。例如:
+2CH3CH2OH+H2O。
問題生成
1.欲使上述反應順利向右進行,你認為較合適的催化劑是什么
　　【答案】要使平衡向右移動,可以通過除去水達到目的,故合適的催化劑為濃硫酸。
2.已知烯烴在一定條件下可以發生氧化反應:
RCHCH2
請設計由CH2CH—CHO制備甘油醛()的合理方案。
　　【答案】從信息來看,兩個羥基的引入是通過碳碳雙鍵的氧化來實現的,但如果將CH2CH—CHO直接氧化,則醛基也會被氧化,故需先將醛基加以保護,其保護方式可以考慮情境導入中的信息,將醛基與醇進行反應,然后再通過條件的控制使平衡向左移動恢復醛基即可,整個過程可以設計如下:
CH2CH—CHO。
【核心歸納】
1.有機合成的分析方法
(1)正合成法
此法是采用正向思維方法,從已知原料入手,找出合成所需要的直接或間接的中間產物,逐步推向待合成有機物,其思維程序是原料→中間產物→產品。
(2)逆合成法
此法是采用逆向思維方法,從產品的組成、結構、性質入手,找出合成所需要的直接或間接的中間產物,逐步推向已知原料,其思維程序是產品→中間產物→原料。
(3)綜合比較法
此法是采用綜合思維的方法,將正向或逆向推導出的幾種合成途徑進行比較,從而得到最佳的合成路線。其思維程序是原料→中間產物←目標產物。
2.常見的有機合成路線
(1)一元化合物合成路線
R—CHCH2鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯
(2)二元化合物合成路線
CH2CH2CH2X—CH2XHOCH2CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH鏈酯、環酯、聚酯
(3)芳香化合物合成路線
①
②
芳香酯
3.有機合成遵循的原則
(1)起始原料要廉價、易得、低毒性、低污染。通常采用四個碳以下的單官能團化合物和單取代苯。
(2)應盡量選擇步驟最少的合成路線。步驟越少,最后產率越高。為減少合成步驟,應盡量選擇與目標化合物結構相似的原料。
(3)合成路線要符合“綠色、環保”的要求。高效的有機合成應最大限度地利用原料分子中的每一個原子,使之結合到目標化合物中,達到零排放。
(4)有機合成反應要操作簡單、條件溫和、能耗低、易于實現。
(5)要按一定的反應順序和規律引入官能團,不能臆造不存在的反應事實。綜合運用有機反應中官能團的衍變規律及有關的提示信息,掌握正確的思維方法。
【典型例題】
【例1】由CH3CHCH2合成
CH2(OOCCH3)CH(OOCCH3)CH2(OOCCH3)時,需要經過的反應是(　　)。
A.加成→取代→取代→取代
B.取代→加成→取代→取代
C.取代→取代→加成→取代
D.取代→取代→取代→加成
　　【答案】B
【解析】目標化合物是由丙三醇和乙酸通過酯化反應生成的;要生成丙三醇,需要利用1,2,3-三氯丙烷通過水解反應生成;生成1,2,3-三氯丙烷需要利用CH2ClCHCH2和氯氣通過加成反應生成;丙烯通過取代反應即生成CH2ClCHCH2。
【例2】4-溴甲基-1-環己烯的一種合成路線如下:
下列說法正確的是(　　)。
A.X、Y、Z都屬于芳香族化合物
B.①②③的反應類型依次為加成反應、還原反應和取代反應
C.由化合物Z一步制備化合物Y的轉化條件是NaOH醇溶液、加熱
D.化合物Y先經酸性高錳酸鉀溶液氧化,再與乙醇在濃硫酸催化下酯化可制得化合物X
　　【答案】B
【解析】X、Y、Z中的六元環不是苯環,不屬于芳香族化合物;由官能團的轉化可知,1,3-丁二烯與丙烯酸乙酯發生加成反應生成X,X發生還原反應生成Y,Y發生取代反應生成Z;由化合物Z一步制備化合物Y,應在氫氧化鈉的水溶液中發生水解反應;Y含有碳碳雙鍵,可被酸性高錳酸鉀溶液氧化。
【例3】以和為原料合成,請用合成反應的流程圖表示出最合理的合成方案(注明必要的反應條件)。
提示:①+;
②RCH2CHCH2+Cl2RCHClCHCH2+HCl;
③合成反應流程圖示例如下(無機試劑可任選):
ABC……→H
　　答案
【解析】本題可用逆合成法解答,其思維過程為:
→……→中間體→……→起始原料
其逆合成分析思路為:
由此確定可按以上6步合成。
【隨堂檢測】
1.有機物可經過多步反應轉變為,其各步反應的類型是(　　)。
A.加成消去脫水 B.消去加成消去
C.加成消去加成 D.取代消去加成
　　【答案】B
【解析】。
2.已知酸性:>H2CO3>。綜合考慮反應物的轉化率和原料成本等因素,將轉變為的最佳方法是(　　)。
A.與稀H2SO4共熱后,加入足量NaOH溶液
B.與稀H2SO4共熱后,加入足量Na2CO3溶液
C.與足量的NaOH溶液共熱后,再加入適量H2SO4
D.與足量的NaOH溶液共熱后,再通入足量CO2
　　【答案】D
【解析】先在氫氧化鈉溶液中水解,轉化為,因為酸性>H2CO3>,故再通入足量CO2轉變為。
3.以環戊烷為原料制備環戊二烯的合成路線如圖,下列說法正確的是(　　)。
A.A的結構簡式是
B.①②的反應類型分別是取代、消去
C.反應②③的條件分別是濃硫酸/加熱、光照
D.酸性KMnO4溶液褪色可證明已完全轉化為
　　【答案】B
【解析】以環戊烷為原料制備環戊二烯的合成路線為。A項,由上述分析可知,A為氯代環戊烷;B項,反應①為光照條件下的取代反應,反應②為在氫氧化鈉醇溶液中加熱發生的消去反應;C項,反應②的反應試劑和反應條件為氫氧化鈉醇溶液、加熱,反應③的條件為常溫;D項,B為環戊烯,含碳碳雙鍵,與環戊二烯均能使酸性KMnO4溶液褪色,則酸性KMnO4溶液褪色,不能證明環戊烷已完全轉化成環戊二烯。
4.(2021·浙江卷節選)以乙烯和丙炔酸為原料,設計如下化合物的合成路線(用流程圖表示,無機試劑、有機溶劑任選)
　 。
　　【答案】
5.(2021·海南卷節選)二甲雙酮是一種抗驚厥藥,以丙烯為起始原料的合成路線如下:
設計以為原料合成烏頭酸()的路線(無機試劑任選)　 。
已知:①R—BrR—CN
②
　　【答案】
2

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