鲁科版化学选修五312《有机合成路线的设计和应用》学案2.docx

鲁科版化学选修五312《有机合成路线的设计和应用》学案2.docx

《鲁科版化学选修五312《有机合成路线的设计和应用》学案2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《鲁科版化学选修五312《有机合成路线的设计和应用》学案2.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

鲁科版化学选修五312《有机合成路线的设计和应用》学案2

第2课时　有机合成路线的设计和应用

[学习目标定位]　1.初步学习领会逆推法设计合成路线的思想。

2.熟知有机合成遵循的基本规律，学会评价、优选合理的有机合成路线。

3.了解原子经济和绿色化学的思想。

1．烃和烃的衍生物转化关系如图所示：

（1）将相应的烃或烃的衍生物类别填入上图空格内。

（2）若以CH3CH2OH为原料合成乙二酸HOOC—COOH依次发生的反应类型是消去、加成、水解、氧化、氧化。

2．某有机物A由C、H、O三种元素组成，在一定条件下，A、B、C、D、E之间的转化关系如下：

已知C的蒸气密度是相同条件下氢气的22倍，并可发生银镜反应。

（1）写出下列物质的结构简式：

A________；B________；C________。

（2）写出下列转化的化学方程式：

A→B：

___________________________________；

C与银氨溶液反应：

_____________________；

A＋D→E：

______________________________________。

答案　

（1）C2H5OH　CH2===CH2　CH3CHO

（2）C2H5OHCH2===CH2↑＋H2O

CH3CHO＋2[Ag（NH3）2]OHCH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O

CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOCH2CH3＋H2O

解析　分析题目所给五种物质之间的转化关系：

由ACD，且C可发生银镜反应，可知C为醛，则A为醇，D为羧酸，E应是酯。

再根据题意C的蒸气密度是相同条件下氢气的22倍，可得Mr（C）＝44，所以C为乙醛。

故A为乙醇，B为乙烯，D为乙酸，E为乙酸乙酯。

探究点一　有机合成路线的设计

1．有机合成路线设计思路

（1）设计有机合成路线时，首先要正确判断需合成的有机物的类别，它含有哪些官能团，与哪些知识信息有关；

（2）其次是根据现有的原料、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、转换、保护方法，或设法将各片段拼凑衍变，尽快找出合成目标化合物的关键；

（3）最后将正向推导和逆向推导得出的若干个合成路线加以综合比较，选择最佳的合成方案。

2．乙醛有三种工业制法：

①最早是用粮食发酵制取乙醇，再用乙醇氧化法制乙醛。

2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O

②后来采用乙炔水化法，产率和产品纯度高。

CH≡CH＋H2OCH3CHO

③现在采用乙烯直接氧化法，产率和产品纯度高。

2CH2===CH2＋O22CH3CHO

请你说说①、②两种方法被淘汰的原因是什么？

答案　第①种方法成本高；第②种生产过程中用到重金属盐（Hg2＋盐），毒性强，故被淘汰。

3．请设计合理方案：

以CH2===CH2为原料，合成

。

答案　CH2===CH2CH3CH2OH

CH3CHOCH3COOH

。

[归纳总结]

常见的有机合成路线

（1）一元合成路线：

R—CH===CH2卤代烃

一元醇一元醛一元羧酸酯

（2）二元合成路线：

CH2===CH2CH2X—CH2X

CH2OH—CH2OHCHOCHO

HOOC—COOH―→链酯、环酯、聚酯

（3）芳香化合物合成路线：

[活学活用]

1．以2氯丁烷为原料合成2,3二氯丁烷，某同学设计了下列两种途径：

①在光照条件下，将2氯丁烷直接与氯气发生取代反应。

②先将2氯丁烷在NaOH的醇溶液中发生消去反应，再与氯气发生加成反应。

你认为哪一种途径更合理？

为什么另一种途径不合理？

答案　第②种途径更为合理。

其原因是在第①种途径中，副反应多，所得产物中除2,3二氯丁烷外还有其他多种副产品。

2．丁烯二酸（HOOCCH===CHCOOH）可用于制造不饱和聚酯树脂，也可作食品的酸性调味剂。

某同学以ClCH2CH===CHCH2Cl为原料，设计了下列合成路线：

。

你认为上述设计存在什么缺陷？

请你提出具体改进措施？

答案　在第二步的氧化过程中，键也会被氧化，使产率降低，对上述设计可做如下改进：

探究点二　有机合成的分析方法

1．正向合成分析法

从已知的原料入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推出合成的目标有机物，其合成示意图为

2．逆推法

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，而这个中间体，又可由更上一步的中间体得到，依次类推，最后确定最适宜的基础原料和最终的合成路线。

3．利用“逆推法”分析由乙烯合成草酸二乙酯的过程：

逆合成分析思路，思维过程概括如下：

（1）分析草酸二乙酯，分子中有2个酯基。

（2）逆推，酯是由酸和醇合成的，则反应物为乙二酸和2倍比例的乙醇CH3CH2OH。

（3）逆推1，乙二酸是由乙二醇氧化得来，乙二醇与乙醇的不同之处在于乙二醇有2个羟基（—OH）。

此醇羟基的引入可用1,2二氯乙烷（）水解得到，而1,2二氯乙烷又可以用乙烯CH2===CH2与Cl2加成而得。

（4）逆推2，乙醇的引入可用乙烯（CH2===CH2）水化法制得，或氯乙烷水解。

上述分析可概括为

根据以上逆合成分析，可以确定合成草酸二乙酯的有机基础原料为乙烯（CH2===CH2），通过五步反应进行合成，写出反应的化学方程式：

①________________________________________________________________________，

②________________________________________________________________________，

③________________________________________________________________________，

④________________________________________________________________________，

⑤________________________________________________________________________。

[归纳总结]

逆推法设计有机合成路线的一般程序

[活学活用]

3．苯甲酸苯甲酯（）存在于多种植物香精中，如在水仙花中就含有它，它可用作香料、食品添加剂及一些香料的溶剂，还可用于塑料、涂料的增塑剂。

此外，它在医疗上也有很多应用。

对于这样一种有机物，你能用原料库中的原料合成吗？

有机物原料库：

苯、甲苯、乙烯、丙烯、1,3丁二烯、2丁烯等。

（无机原料任选）

答案　

解析　利用逆推法，首先分析目标分子中含有酯基，为酯类化合物，对于酯类化合物一般可采用酸与醇的酯化反应来合成，以此为出发点，依据烃及衍生物的转化关系，可以按以下思路由目标分子逆推原料分子：

因此以甲苯为原料进行合成苯甲酸苯甲酯，可以确定如下路线：

路线1：

路线2：

对以上路线进行优选：

路线2制备苯甲酸的步骤多，成本高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护。

路线1由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯，是比较合理的合成路线。

探究点三　有机合成的应用

1．有机合成是利用简单、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。

通过有机合成不仅可以制备天然有机物，以弥补自然资源的不足，还可以对天然有机物进行结构改造和修饰，使其性能更加完美，甚至可以合成具有特定性质的、自然界并不存在的有机物，以满足人类的特殊需要。

2．有机合成的原则

（1）起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。

（2）尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产物产率高。

（3）符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。

（4）按照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。

在引入官能团的过程中，要注意先后顺序，以及对先引入的官能团的保护。

[归纳总结]

（1）有机合成的起始原料通常采用四个碳原子以下的单官能团化合物和单取代苯，如乙烯、丙烯、甲苯等。

（2）有机合成产品广泛地应用于工农业生产和生活，以及国防工业等众多领域。

在化学基础研究方面，有机合成也是一个重要的工具。

[活学活用]

4．下图是以煤为原料生产聚氯乙烯（PVC）和人造羊毛的合成路线：

（1）上述有机合成路线中第一步的目的是什么？

（2）请你写出A、B、C、D的结构简式。

（3）将上述反应①～⑤按反应类型进行分类。

答案　

（1）由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。

（2）A：

CH≡CH　B：

CH2===CHCl　C：

CH2===CHCN

D：

（3）①③④加成反应；②⑤加聚反应。

1．下列说法不正确的是（　　）

A．有机合成的思路就是通过有机反应构建目标化合物的分子碳骨架，并引入或转化成所需的官能团

B．有机合成过程可以简单表示为基础原料→中间体Ⅰ→中间体Ⅱ→目标化合物

C．逆推法可以简单表示为目标化合物→中间体Ⅱ→中间体Ⅰ→基础原料

D．为减少污染，有机合成不能使用辅助原料，不能有副产物

答案　D

解析　有机合成中需要一些必要的辅助原料，且使用的辅助原料应该是低毒性、低污染、易得和廉价的。

2．下面是有机合成的三个步骤：

①对不同的合成路线进行优选；②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线；③观察目标分子的结构。

逆推法正确的顺序为（　　）

A．①②③B．③②①

C．②③①D．②①③

答案　B

3．有机物可经过多步反应转变为，其各步反应的反应类型是（　　）

A．加成→消去→脱水B．消去→加成→消去

C．加成→消去→加成D．取代→消去→加成

答案　B

4．食品香精菠萝酯的生产路线（反应条件略去）如下：

（1）写出上述反应的化学方程式并注明反应类型。

（2）苯氧乙酸的某种同分异构体X,1molX能与2molNaOH溶液反应，且X中含有1个醛基（—CHO），写出符合上述条件的X的一种结构简式：

___________________。

5．写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备的各步反应方程式（无机试剂自选）：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

答案　①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O2

2CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O

②2CH2ClCH2CH2CHO＋O2

2CH2ClCH2CH2COOH

③CH2ClCH2CH2COOH＋H2O

HO—CH2—CH2—CH2—COOH＋HCl

④HOCH2CH2CH2COOH＋H2O

解析　对比给出的原料与目标产物可知，原料为卤代醇，产品为等碳原子数的环酯，因此，制备过程是醇羟基氧化成羧基，卤素原子再水解成羟基，最后发生酯化反应。

[基础过关]

一、逆推法的应用

1．以乙醇为原料，用下述6种类型的反应来合成乙二酸乙二酯（结构简式为），正确的顺