《高中化学 第三章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第1节 有机化合物的合成 第2课时 有机合成路线的设计及应用同步备课学案 鲁科版选修5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 第三章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第1节 有机化合物的合成 第2课时 有机合成路线的设计及应用同步备课学案 鲁科版选修5（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2课时有机合成路线的设计及应用目标导航1.了解设计合成路线的一般程序。2.使学生通过苯甲酸苯甲酯的合成路线的分析提炼出有机合成路线设计的一般程序逆推法。 3.了解原子经济性等绿色合成思想的重要性。4.在分析苯甲酸苯甲酯的合成路线的过程中培养学生的阅读能力和处理信息的能力。一、有机合成路线的设计1正推法从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳链的连接和官能团的安装来完成。首先要比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同，包括官能团和碳骨架两个方面的异同，然后，设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。2逆推法采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标
2、化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。3优选合成路线依据(1)合成路线是否符合化学原理。(2)合成操作是否安全可靠。(3)绿色合成：绿色合成主要考虑有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。4逆推法设计有机合成路线的一般程序议一议1有机合成的目标和任务是什么？答案包括目标化合物分子碳骨架的构建和官能团的转化。其合成过程示意图如图所示。2绿色化学在有机合成中体现在哪些方面？答案(1)原子经济性；(2)原材料无毒害；(3)产品无污染；(4)最大限度节约能源。二、合成路线选择1合成路线的设计2合成方法的设计(设计四种不同的合成方法) (1)(2)(3)3合成方法的优选(
3、1)路线由甲苯制取苯甲酸和苯甲醇，较合理。(2)(4)路线中制备苯甲酸步骤多、价格高，且Cl2的使用不利于环境保护。(3)的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作，成本高。议一议1. 有机合成遵循的原则是什么？答案(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少，最后产率越高。(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。(4)有机合成反应要操作简
4、单、条件温和、反应的安全系数高、能耗低、易于实现。(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。2有机合成、推断的方法和步骤是什么？答案(1)根据官能团特征反应作出推理。如某有机物的“水溶液显酸性，能跟碳酸钠溶液反应”，可推断它含有羧基(COOH)；若它“能使溴水退色”，说明含不饱和键。(2)根据现有的原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标化合物分成若干片段，或寻找官能团的引入、消除、转化、保护方法，或设法将各片段拼接衍变，尽快找出合成目标化合物的关键。(3)根据框图已知信息利用将正向推导和逆向
5、推导相结合的方法进行推断，一定要将题目中的信息理清，寻找突破口，同时结合性质，按逻辑推理顺序解题。一、有机合成路线的设计1有机合成的三种常见方法(1)正向合成法，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或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料中间产物产品。(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品中间产物原料。(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型找出原料与合成物质的内在联系确定中间产物产品”。2
6、有机合成路线设计应遵循的五个原则(1)符合绿色化学思想。(2)符合原子经济性的要求。(3)原料价廉，原理正确。(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。(5)易于分离，产率高。3有机合成常见的四条合成路线(1)一元合成路线：RCH=CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路线：(3)芳香化合物合成路线：(4)改变官能团的位置：CH3CH2CH2BrCH3CH=CH24有机合成中常见官能团的保护(1)酚羟基的保护：因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把OH变为ONa(或OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为OH。(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，
7、在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。(3)氨基(NH2)的保护：如对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把CH3氧化成COOH之后，再把NO2还原为NH2。防止当KMnO4氧化CH3时，NH2(具有还原性)也被氧化。例1已知：请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。解析由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成后脱水反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯
8、氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。本题基本采用正向思维方法。乙烯乙醛2羟基丁醛丁烯醛正丁醇。本题中乙烯合成乙醛的方法有两种：其一：乙烯乙醇乙醛，其二：乙烯乙醛。答案(1)CH2=CH2H2OCH3CH2OH(2)2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O(4)CH3CH=CHCHOH2O(5)CH3CH=CHCHO2H2CH3CH2CH2CH2OH解题反思(1)有机合成的正向合成分析法(即顺推法)设计思路：基础原料中间体中间体目标有机物。采用正向思维方法，从已知原料分子开始，找出可直接合成所需的中间产物，并同样
9、找出它的下一步产物，依次类推，逐步推向合成目标产物。(2)有机合成的逆向合成分析法(即逆推法)设计思路：目标有机物中间体中间体基础原料。采用逆向思维方法，先找出合成目标有机物的前一步原料(中间体)，依次类推，直至选出合适的起始原料为止。(3)有机合成的综合分析法采用综合思维的方法，将正向和逆向推导的几条不同的合成路线进行比较，得出最佳合成路线。变式训练1写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备的各步反应方程式(必要的无机试剂自选)。答案2CH2ClCH2CH2CH2OHO22CH2ClCH2CH2CHO2H2O2CH2ClCH2CH2CHOO22CH2ClCH2CH2COOHCH2Cl
10、CH2CH2COOHNaOHHOCH2CH2CH2COOHNaClCH2CH2CH2COOHOHH2O解析本题考查“逆合成分析法”，突破口在于最终产物是一种环酯，应通过酯化反应生成，故其上一步中间产物是HOCH2CH2CH2COOH。分析比较给出的原料与所要制备的产品的结构特点可知：原料为卤代醇，产品为同碳原子数的环内酯，因此可以用醇羟基氧化成羧基，卤原子再水解成为OH，最后再酯化。但氧化和水解顺序不能颠倒，因为先水解后无法控制只氧化一个OH。二、绿色合成思想1绿色化学(1)绿色化学的目标研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。(
11、2)绿色化学的特点在始端应采用预防实际污染的科学手段，其过程和终端均为零排放和零污染。(3)绿色化学的研究意义绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学，是对环境更友善的化学。这种绿色意识是人类追求自然完善的一种高级表现，它不把人看成自然界的主宰者，而是看做自然界中普通的一员，追求的是人对自然的尊重以及人与自然和谐的关系。2绿色合成的具体要求(1)原料要廉价、易得、低毒性、低污染，选择与目标产物结构相似的四个碳以下的单官能团化合物或单取代苯。(2)零排放，零污染。(3)减少步骤，合成反应操作要简单，条件要温和，耗能低，易于实现。(4)按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应。例2
12、绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列生产乙苯()的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)()解析符合“原子节约性”即只有乙苯这一种产物，没有其他的副产物。这道题目，只要认真领会题干信息，便很容易解决。答案C 变式训练2下列合成路线原子经济性最好的可能是()ACH2=CH2CH3CH2Cl BCH3CH3CH3CH2Cl CCH3CH2OHCH3CH2Cl DCH2ClCH2ClCH3CH2Cl 答案A解析经济性最好的路线应是原料分子中的原子全部进入目标产物中，分析
13、4个选项，可看出仅有A(为加成反应)符合题意。1用苯做原料，经过一步化学反应不能制得的是()A硝基苯 B环己烷 C苯酚 D溴苯答案C2乙烯酮(CH2=C=O)在一定条件下能跟含活泼氢原子的化合物发生加成反应，反应的通式可表示为CH2=C=OHA (极不稳定)，试指出下列反应不合理的是()ACH2=C=OHClCH3COClBCH2=C=OH2OCH3COOHCCH2=C=OCH3CH2OHCH3COCH2CH2OHDCH2=C=OCH3COOH(CH3CO)2O答案C解析由所给方程式可以看出乙烯酮与含活泼氢原子的化合物发生加成反应，是加成，而不是加成；活泼的氢原子加在CH2上，活泼氢化合物中其
14、余部分与羰基碳相连。故C项不正确。3近年来，食品安全事故频繁发生，人们对食品添加剂的认识逐渐加深。Butylated Hydroxy Toluene(简称BHT)是一种常用的食品抗氧化剂，合成方法有如下两种：下列说法正确的是()A能与Na2CO3溶液反应生成CO2B与BHT互为同系物CBHT久置于空气中不会被氧化D两种方法的反应类型都是加成反应答案B解析酚羟基不能和Na2CO3反应产生CO2，A选项错误；BHT是一种常用的食品抗氧化剂，故它可以被空气中的氧气氧化，C选项错误；方法一是加成反应，方法二是取代反应，D选项错误。4在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是()ACCH2=CH2 (过氧乙酸)CH3COOHBCH2=CH2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2OC2CH2=CH2O2DHOCH2CH2OCH2CH2OH2H2O答案C解析根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项没有副产物，则原子利用率为100%，答案为C。5氯乙烯是合成高聚物聚氯乙烯塑料的单体，工业上制氯乙烯需要以下反应：乙炔与氯化氢制氯乙烯；高温煅烧石灰石；电解饱和食盐水(2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2)；制乙炔；制乙烯；合成氯化氢；制水煤气；制盐酸；制电石。则制氯乙烯的正确操作顺序是
