高中化学：3-4-4《有机合成》课件（人教版选修5）

高中化学：3-4-4《有机合成》课件（人教版选修5）

第四节 有机合成 一、有机合成的过程 利用简单、易得的原料，通过有机反应，生 成具有特定结构和功能的有机化合物。 1、有机合成的概念 2、有机合成的任务 有机合成的任务包括目标化合物分子骨架的 构建和官能团的转化。 3、正向合成分析法 此法采用正向思维方法，从已知原料 入手，找出合成所需要的直接可间接的中 间产物，逐步推向目标合成有机物。 基础原料 中间体 中间体 目标化合物 正向合成分析法示意图 化工生产中常用的基础原料： 石油化工：炔烃 (乙炔)、烯烃 (乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯)、芳烃(苯、甲苯、二甲苯) 煤：苯、甲苯 植物发酵：乙醇 有机合成过程示意图 基础原料 辅助原料 副产物 副产物 中间体 中间体 辅助原料辅助原料 目标化合物 4、有机合成的过程 烯烃 卤代烃 醇 醛 羧酸 酯 烷烃 芳香烃 炔烃 烃、卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯 ----相互转化关系 二、官能团之间的转化 案例： 原料：乙烯 目标产物：乙酸乙酯 思考与交流 1、引入碳碳双键的三种方法： 卤代烃的消去；醇的消去；炔烃的不完全加成。 2、引入卤原子的三种方法： 醇（或酚）的取代；烯烃（或炔烃）的加 成；烷烃（或苯及苯的同系物）的取代。 3、引入羟基的四种方法： 烯烃与水的加成；卤代烃的水解；酯的 水解；醛的还原。 二、有机合成的方法 1、有机合成的常规方法 （1）官能团的引入 ①引入：C=C 1）某些醇的消去 CH3CH2 OH 浓硫酸 170℃ CH2=CH2↑ +H2O 醇 △ CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O CH3CH2Br +NaOH 2）卤代烃的消去 3）炔烃加成 CH≡CH + HBr CH2=CHBr催化剂 △ ②引入卤原子（—X） 1）烃与X2取代 CH4 +Cl2 CH3Cl+ HCl 光照 3）醇与HX取代 CH2==CH2+Br2 CH2BrCH2Br 2）不饱和烃与HX或X2加成 C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O △ 4）苯与X2取代（包括苯环和取代基上的取代） 5）苯酚与Br2取代 + Br2 Br+ HBr↑FeBr3 ③引入羟基（—OH） 1）烯烃与水的加成 CH2=CH2 +H2O CH3CH2OH 催化剂 加热加压 2）醛（酮）与氢气加成 CH3CHO +H2 CH3CH2OH 催化剂 Δ 3）卤代烃的水解（碱性） C2H5Br +NaOH C2H5OH + NaBr 水 △ 4）酯的水解 稀H2SO4 CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O △ ④引入：C=O 1）醇的氧化 2CH3CH2OH+O2　 2CH3CHO+2H2O催化剂 △ （2）官能团的消除 ①通过加成消除:C=C、C≡C、C=O ②通过消去或氧化或酯化或取代等消除:—OH ③通过加成或氧化消除：—CHO ④通过消去反应或水解反应可消除: —X CH2=CH2 +H2 CH3CH3 催化剂 加热加压 CH3CH2 OH 浓硫酸 170℃ CH2==CH2↑ +H2O + H2CH3 CHO CH3 CH2 OH△ 催化剂 醇 △ CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O CH3CH2Br +NaOH 一个官能 “变” 两个 思考如何实现下列转化： （1）CH3CH2Cl→CH2ClCH2Cl （2）CH3CH2OH→CH2(OH)CH2OH “移动” 官能团 思考如何实现下列转化： （1）CH3CH2CH2Cl→CH3CH(Cl)CH3 （2）CH3 CH2CH2OH→CH3CH2(OH)CH3 链状“变”环状 由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E，请在方框内填入合适的化合物 的结构简式。 CH2=CH2 Br2 水解 氧化 +B 氧化 O H2C H2C O C C O O A B C D E （07上海） 反应②③的目的是__________________。 基团的保护 （2004上海29）从石油裂解中得到的1，3—丁二烯可进行以下多步反应，得到重 要的合成橡胶和杀菌剂富马酸二甲酯。 问题：1、写出图中的A、B、C的结构式 2、图中哪些步骤是保护官能团的？为何要保护？ 3、逆向合成分析法 是将目标化合物倒退一步寻找上一步反 应的中间体，该中间体同辅助原料反应可以 得到目标化合物。 基础原料中间体 中间体目标化合物 逆向合成分析法示意图 所确定的合成路线的各步反应，其反应条 件必须比较温和，并具有较高的产率，所使用 物基础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、 易得和廉价的——通常采用4个C以下的单官 能团化合物和单取代苯。 2 C2H5OH C—OC2H5 C—OC2H5 O O C—OH C—OH O O + 草酸二乙酯的合成 H2C—OH H2C—OH H2C—Cl H2C—Cl CH2 CH2 C—H C—H O O 4、有机合成遵循的原则 1）起始原料要廉价、易得、低毒、低污 染——通常采用4个C以下的单官能团化 合物和单取代苯。 2）尽量选择步骤最少的合成路线——以保 证较高的产率。 3）满足“绿色化学”的要求。 4）操作简单、条件温和、能耗低、易实现 5）尊重客观事实，按一定顺序反应。 产率计算——多步反应一次计算 P.65：学与问 H2C= C—COOH CH3 A B C 93.0% 81.7% 85.6% 90.0% COOHHSCH2CHCO—N CH3 总产率= 93.0%×81.7%×90.0%×85.6% =58.54% 案例1： 苯甲酸甲酯（C6H5COOCH2C6H5）存在于多种植物香精中，可用做香料、食 品添加剂，还可用作塑料、涂料的增塑剂。对于这样一种有机化合物，你 准备通过怎样的合成路线来制备呢？(要求：原料来源丰富) 提示：石油化工的基础原料主要有4类：炔烃 (乙炔)、烯烃 (乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯)、芳烃(苯、甲苯、二甲苯) 案例2：课本P：67：3 案例3：（惠州09调研）已知： 请设计 乙烯 → … → CH3CH2COOH的合成路线。 要求：合成路线流程图表示示例 a b c d反应物 反应条件 反应条件 反应物 RX RCN RCOOHNaCN H2O 案例4： （09汕头）请用合成反应流程图表示出由 和其他无机物合成 最合理的方案（不超过4步），请在答题纸的方框中表示。反应物反应条件反应 物反应条件…… 例： CH2Cl 反应物 反应条件 反应物 反应条件…… CH2 Cl 烃的含氧衍生物复习 烃的含氧衍生物定义 ? 烃分子里的氢原子被含有氧原子的原子团 取代而衍生成的有机物。 包括：醇、酚、醛、酮、羧酸和酯等 物理性质总结： 分子中存在氢键的物质： 醇、酚、羧酸：熔沸点较高，小分子在水中的溶解度较大。 没有氢键的物质： 醛、酮、酯：熔沸点较低，小分子醛可溶于水；酮、酯一般不溶于水。 ② ① ⑤ ③ ④ Ｈ―Ｃ―Ｃ―Ｏ―Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ 反应 断键位置 与金属钠反应 Cu或Ag催化氧化 浓硫酸加热到170℃ 浓硫酸加热到140℃ 浓硫酸条件下与乙酸加热 与HX加热反应 ②、④ ② ①、③ ① 、② ① ① 反应 断键位置 与金属钠反应 与氢氧化钠反应 与碳酸钠反应 与溴水反应 被氧气氧化成粉红色 ② O—H ② ① ② ② ①：弱酸性 较强的还原性 反应 断键位置 与银氨溶液反应 与新制氢氧化铜反应 与氧气在催化剂作用下反应 与氢气反应 ②：氧化性 ② ① ①：还原性 CH3—C—H O 反应 断键位置 与氢气反应 ①：氧化性 ① CH3—C—CH3 O 反应 断键位置 与活泼金属反应 与碱中和 与弱酸盐反应：Na2CO3 与碱性氧化物反应 与指示剂显色 与醇在浓硫酸加热条件下 ② ② ① ①：弱酸性 CH3—C—O—H O 反应 断键位置 在酸性、碱性、中性溶液中水解 ① ① CH3—C—O—C2H5 O 注意：C=O双键在醛、酮中可以与氢气加成， 但在羧基、酯基中由于受到氧原子的影响一般 不与氢气加成！ 小结： 1、能与Na反应的官能团： —OH（醇或酚）、—COOH 2、能与NaOH反应的官能团： —COOH、酚羟基、 COOR、—X（卤素原子） 3、能使高锰酸钾（强氧化剂）褪色的官团： —OH（醇或酚）、—CHO、C=C、C≡C、苯的同系物（支链被氧化）