2019-2020年高中化學 第三章 烴的含氧衍生物 第四節(jié) 有機合成導學案 新人教版選修5.doc

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2019-2020年高中化學 第三章 烴的含氧衍生物 第四節(jié) 有機合成導學案 新人教版選修5 【學習目標】1.通過回憶,歸納烴的衍生物之間的關系,能列舉碳鏈增長和引入各類官能團的化學反應,并能寫出相應的化學方程式。 2.通過閱讀和討論,了解合成路線設計的一般思路;知道合成關鍵為構建碳骨架和引入所需官能團。 3.理解有機合成遵循的基本規(guī)律,初步學會使用逆向合成法合理設計有機合成的路線。 4.了解有機合成對人類生產(chǎn)、生活的影響。 【學習重、難點】有機合成試題的特點、解題方法和思路 【學習過程】 舊知再現(xiàn)：根據(jù)常見有機物的轉化關系，寫出對應的化學方程式： （1）一元羧酸與一元醇之間的酯化反應：________________________ （2）一元羧酸與多元醇之間的酯化反應：________________________ （3）多元羧酸與一元醇之間的酯化反應：_________________________ （4）多元羧酸與多元醇之間的酯化反應：此時反應有三種情形，可得普通酯、環(huán)酯和高聚酯：___________________________________________ （5）羥基自身的酯化反應：此時反應有三種情形，可得到普通酯、環(huán)酯和高聚酯：_______ 答案：（1） （2） （3） （4） （5） 新知探究： 活動一：有機合成的過程 1.有機合成的概念:有機合成指利用①的原料,通過有機反應,生成具有特定②和③的有機化合物。 2.有機合成的任務:通過有機反應構建④的分子骨架,并引入或轉化所需的⑤。 答案：①簡單易得　②結構?、酃δ堋、苣繕嘶衔铩、莨倌軋F　 活動二：有機合成的分析方法 1.逆合成分析法:是將目標化合物倒退一步尋找上一步反應的⑥,該⑦同⑧反應可能得到目標化合物。而這個中間體的合成與目標化合物的合成一樣,是從更上一步的中間體得來的。依次倒推,最后確定⑨和⑩。 示意圖如下: 目標化合物 中間體 中間體 …基礎原料 2.有機合成應滿足的條件 (1)合成路線的各反應的條件,并且具有。 (2)所使用的基礎原料和輔助原料應該是、、和的。 3.用逆合成分析法分析乙二酸二乙酯的合成 (1)乙二酸二乙酯分子中含有兩個酯基,按酯化反應規(guī)律將酯基斷開,得到乙二酸和,說明目標化合物可由和通過酯化反應得到。 (2)羧酸可用醇氧化得到,乙二酸前一步的中間體應該是乙二醇: ? (3)乙二醇的前一步中間體可以是1,2-二溴乙烷,可通過乙烯的加成反應得到: ?? (4)乙醇可通過乙烯與水的加成得到。 根據(jù)以上分析寫出合成步驟(用化學方程式表示): 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：⑥中間體?、咧虚g體　⑧輔助原料?、嶙钸m宜的基礎原料?、庾罱K的合成路線　必須比較溫和　較高的產(chǎn)率　低毒性　低污染　易得　廉價　乙醇　乙醇　乙二酸　CH2CH2+H2OCH3CH2OH　CH2CH2+Br2CH2BrCH2Br　CH2BrCH2Br+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaBr　HOCH2CH2OH+O2OHCCHO+2H2O　OHCCHO+O2HOOCCOOH　HOOCCOOH+2CH3CH2OHCH3CH2OOC—COOCH2CH3+2H2O 【互動探究】茉莉花香氣的成分有多種,乙酸苯甲酯()是其中的一種,它可以從茉莉花中提取,也可以用乙烯和甲苯為原料進行人工合成。其中一種合成路線如下: 回答下列問題: (1)A、B的結構簡式分別為　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　。 (2)寫出反應②、⑥的化學方程式:　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　。 (3)上述反應中屬取代反應的有　　　　(填序號)。 (4)反應　　　　(填序號)原子的理論利用率為100%,符合綠色化學的要求。 答案：（1）(或CH3CHO); （2）CH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O; CH3COOH++H2O （3）④⑤⑥ （4）①③ 解析：(1)A物質是乙醇在CuO的作用下被催化氧化成的乙醛,B物質是甲苯與鹵素單質光照條件下發(fā)生取代反應生成的鹵代烴,在⑤的條件下,鹵代烴發(fā)生水解反應生成苯甲醇。(2)②是乙醇的催化氧化,⑥是乙酸與苯甲醇發(fā)生的酯化反應。(3)①是加成反應,②③均是氧化反應,④是與鹵素發(fā)生的取代反應,⑤是鹵代烴發(fā)生的水解反應(也屬于取代反應),⑥是酯化反應(也屬于取代反應)。(4)原子利用率若是100%,實際找加成反應及化合反應即可。 【思考交流】1.常見的引入醛基的方法有哪些? 2.合成路線應遵循哪些原則? 3.有機合成過程中步驟越多越好還是越少越好?為什么? 4.從綠色化學的角度出發(fā),有機合成的設計有哪些注意事項? 5.制備氯乙烷時常采用乙烯與氯化氫反應而不是乙烷與氯氣反應,為什么? 答案：1.引入基團,首先要思考或查看原料物和目標物,分析它們的性質。一般來講,引入醛基的方法有醇的氧化、炔烴和水的加成等。 2.合成有機物要以反應物、生成物的官能團為核心,在知識網(wǎng)中找到官能團與其他有機物的轉化關系,從而盡快找到合成目標產(chǎn)物與反應物之間的中間產(chǎn)物作為解決問題的突破口。 3.在不違背反應原理的基礎上,合成步驟越少越好。合成路線中的總產(chǎn)率等于各步產(chǎn)率之乘積,因此應該選擇步驟盡量少、副反應產(chǎn)物最少的合成路線。 4.①使用無毒原料;②不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物;③原料利用率達到100%等。 5.乙烯和氯化氫反應只得到一種產(chǎn)物;乙烷與氯氣發(fā)生取代反應,可能得到多種氯代乙烷,副產(chǎn)物多,產(chǎn)率低。 【拓展探究】根據(jù)所學知識，回答下列問題，并舉例說明。 1.如何增長碳鏈?如何縮短碳鏈? 2.如何引入羥基? 3.如何引入鹵原子? 答案：1.通過下列反應可增長碳鏈:①碳碳雙鍵或碳碳三鍵與HCN加成反應;②加聚反應;③縮聚反應;④酯化反應;⑤醇分子間脫水生成醚的取代反應。舉例（略） 通過下列反應可縮短碳鏈:①烯烴或炔烴被酸性高錳酸鉀溶液氧化的反應;②裂化或裂解反應;③酯的水解反應;④脫羧反應等。舉例（略） 2.(1)醇羥基的引入方法 ①烯烴水化生成醇。例如:CH3CH2OH ②鹵代烴在強堿水溶液中水解生成醇。例如:CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBr ③醛或酮與氫氣加成生成醇。例如:CH3CHO+H2CH3CH2OH ，+H2 ④酯水解生成醇。例如:CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH (2)酚羥基的引入方法 ①酚鈉鹽溶液中通入CO2生成酚。例如: +CO2+H2O ②苯的鹵代物水解生成苯酚。例如:+H2O+HCl 3.(1)烴與鹵素單質的取代反應。例如:CH3CH3+Cl2HCl+CH3CH2Cl(還有其他的鹵代烴) +Br2 +Cl2HCl+(還有其他的氯代苯甲烷) (2)不飽和烴與鹵素單質、鹵化氫的加成反應。例如:+Br2 CH2BrCHBrCH3CH3CHBrCH3 CH≡CH+HCl (3)醇與氫鹵酸的取代反應。例如: 【鞏固訓練】1.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。舊法合成的反應如下:(CH3)2CO+HCN(CH3)2C(OH)CN (CH3)2C(OH)CN +CH3OH+H2SO4CH2C(CH3)COOCH3+NH4HSO4; 20世紀90年代新法合成的反應如下:CH3CHCH2+CO+CH3OHCH2C(CH3)COOCH3。 與舊法相比,新法的優(yōu)點是(　　) A.原料無爆炸危險 B.原料都是無毒物質 C.沒有副產(chǎn)物,原料利用率高 D.對設備腐蝕性較大 2.在“綠色化學工藝”中,理想狀態(tài)是反應物中的原子全部轉化為欲制得的產(chǎn)物,即原子利用率為100%。下列反應類型中能體現(xiàn)“綠色化學工藝”原則的是(　　)。 ①置換反應?、诨戏磻、鄯纸夥磻、苋〈磻、菁映煞磻、尴シ磻、呒泳鄯磻? A.①②⑤　　　　　　　B.②⑤⑦　　　　　　　C.①⑦　　　　　　　D.⑦ 3.從原料和環(huán)境方面的要求看,綠色化學對生產(chǎn)中的化學反應提出了一個提高原子利用率的要求,即盡可能不采用那些對產(chǎn)品的化學組成來說沒有必要的原料?，F(xiàn)有下列3種合成苯酚的反應路線: ①+HCl ②+Na2SO3+H2O ③+ 其中符合原子節(jié)約要求的生產(chǎn)過程是(　　) A.① B.② C.③ D.①②③ 4.有以下一系列反應,最終產(chǎn)物是乙二酸。 ABCDEF乙二酸(HOOC—COOH) 請回答下列問題: (1)C的結構簡式是　　　　,BC的反應類型是　　　　,EF的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　。 (2)E與乙二酸發(fā)生酯化反應生成環(huán)狀化合物的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　。 (3)B發(fā)生水解反應或C與H2O發(fā)生加成反應均生成化合物G。在乙二酸、水、苯酚、G四種分子中,羥基上氫原子的活潑性由強到弱的順序是　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：1.C　A項,新法的原料中的CO為可燃氣體,有爆炸極限,不能說原料無爆炸危險;B項,新法的原料中有CO,CO有毒,所以不能說原料都是無毒物質;C項,由新法的化學方程式看,產(chǎn)物只有一種,而舊法反應的化學方程式中產(chǎn)物有兩種,可推知新法的優(yōu)點是沒有副產(chǎn)物,原料利用率高,故C項正確;D項,對比三個化學方程式可知,新法的原料中沒有HCN和H2SO4,故對設備腐蝕性較小。 2.B　3.C 4.(1)CH2CH2;消去反應;HOCH2—CH2OH+O2+2H2O (2) ++2H2O (3)乙二酸>苯酚>水>G(乙醇) 解析：用“逆推法”的思路,以最終產(chǎn)物乙二酸為起點,逆向思考,推斷出各有機物的結構簡式后,再回答相關問題。題中出現(xiàn)“NaOH醇、加熱”這一轉化條件可以與鹵代烴的消去反應相聯(lián)系,出現(xiàn)“甲乙丙”,可聯(lián)想到“醇→醛→酸”的轉化關系。 【提升訓練】鈴蘭醛具有甜潤的香味，常用作肥料、洗滌劑和化妝品的香料。合成鈴蘭醛的路線如下圖所示(部分試劑和條件未注明)： 已知： 請回答： (1)由A生成B的反應類型是__________。 (2)D的結構簡式是__________。 (3)生成E的化學方程式是________________________________________________。 (4)F能發(fā)生銀鏡反應，F(xiàn)的結構簡式是_____________________________________。 (5)下列有關G的敘述中，不正確的是______(填字母)。 a．G分子中有4種不同化學環(huán)境的氫原子 b．G能發(fā)生加聚反應、氧化反應和還原反應 c．1 mol G最多能與4 mol H2發(fā)生加成反應 (6)由H生成鈴蘭醛的化學方程式是_______________________________________。 (7)F向G轉化的過程中，常伴有分子式為C17H22O的副產(chǎn)物K產(chǎn)生。K的結構簡式是________________。 答案：　(1)加成反應　 　(5)ac 解析：　分析合成路線，聯(lián)系D氧化后產(chǎn)物的結構，可判斷為與HCl發(fā)生加成反應生成B：；B在催化劑作用下，與甲苯發(fā)生對位取代，得到；酸性KMnO4溶液中，與苯環(huán)相連的C上無H，不能被氧化，而—CH3被氧化成—COOH，得到。中羧基與CH3OH在濃硫酸加熱條件下發(fā)生酯化反應：，得到E：；E還原得到的F能發(fā)生銀鏡反應，可判斷其中有—CHO，故F為；根據(jù)已知ⅰ，與丙醛反應得到G： ，G分子中有6種不同化學環(huán)境的氫原子，分子中有碳碳雙鍵與醛基，能發(fā)生加聚反應、氧化反應和還原反應；1 mol G中各有1 mol 碳碳雙鍵、1 mol 醛基，二者各能與1 mol H2發(fā)生加成反應，苯環(huán)加成消耗3 mol H2，故1 mol G最多能與5 mol H2發(fā)生加成反應。根據(jù)鈴蘭醛的結構簡式，可推斷G加氫還原后得到H的結構簡式為，H催化氧化得到鈴蘭醛： 2H2O。根據(jù)K的分子式C17H22O判斷，1 mol K由1 mol F、2 mol 丙醛根據(jù)已知ⅰ反應產(chǎn)生，K的結構簡式為 。