1、第2课时 有机合成路线的设计和应用,第3章 第1节 有机化合物的合成,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。,新知导学,达标检测,内容索引,新知导学,1.正向合成分析法 从确定的某种原料分子开始，逐步经过 和 来完成。在这样的有机合成路线设计中，首先要比较原料分子和目标化合物分子在 上的异同，包括 和 两个方面的异同；然后，设计由 转向 的合成路线。 2.逆向合成分析法 采取从 逆推出 ，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化合物的 ，直至选出
2、合适的 。,碳链的连接,一、有机合成路线的设计,官能团的安装,结构,官能团,碳骨架,原料分子,产物,产物,原料,中间有机化合物,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：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。,1.有机合成的常用方法 (1)正向合成法：思维程序是原料中间产物产品。 (2)逆向合成法：思维程序是产品中间产物原料。 2.有机合成路线的基本要求 (1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。 (2)应尽量选择步骤最少的合成路线，步骤越少，最后产率越高。 (3)合成路线要符合“绿色环保”
3、的要求。 (4)有机合成反应要操作简单、条件温和、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。,例1 以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是,答案,解析,解析 题干中强调的是最合理的方案，A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应； B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费； C项比D项多一步取代反应，显然不合理； D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。所以选D。,例2 现有以下一系列反应，最终产物为草酸(乙二酸)。,答案,解析,试回答下列问题： (1)C的结构简式是
4、_。BC的反应类型是_，EF的化学方程式是_。,CH2=CH2,消去反应,2H2O,解析 采用“逆推法”。由“E F ”可联想到“醇醛羧酸”的转化关系推知：F为 ，E为 。依次推知D为，C为CH2=CH2，B为CH3CH2Br，A为CH3CH3。,(2)E与乙二酸发生酯化反应生成环状化合物的化学方程式是_。 (3)由B发生水解反应或C与H2O发生加成反应均生成化合物G，在乙二酸、水、苯酚、G四种分子中，羟基上氢原子的活泼性由强到弱的顺序是_。,答案,2H2O,乙二酸苯酚水G(乙醇),方法规律,常见的有机合成路线 (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
5、元合成路线：CH2=CH2,CH2XCH2X,CH2OHCH2OH,HOOCCOOH链酯、环酯、聚酯,(3)芳香化合物合成路线,芳香酯,例3 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：,HOOCCH=CHCOOH。,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,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：,易错警示,在有机合成中，有时候加入试剂能引起多种官能团同时反应，这样就存在保护某种官能团而让其他官能团反应的问题。常见的官能团保护情
6、形有：(1)酚羟基的保护：由于酚羟基极易被氧化，在有机合成中如果需要用到氧化剂进行氧化时，经常先将酚羟基转化为酯或醚的结构，待氧化过程完成后，再通过水解或其他反应，将酚羟基恢复。(2)碳碳双键的保护：可以先用HX加成，待其他反应完成后，再消去HX，恢复碳碳双键。,(3)氨基的保护：如在 合成 的过程中，应该先把CH3氧化为COOH，再把NO2还原为NH2(氨基具有还原性，易被氧化)。不先把NO2还原为NH2是为了防止KMnO4氧化CH3时，NH2也被氧化。,1.观察目标分子的结构,相同,二、利用逆推法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线,相同,苯环,2.逆推原料分子,3.设计合成路线(设计四种不同的合成
7、路线),_,氧化剂,(4)评价优选合成路线 路线由甲苯分别制备 和 较合理。路线制备苯甲酸的步骤多、成本较高，且使用较多的Cl2，不利于环境保护。路线的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作，成本较高。,苯甲醇,苯甲酸,1.逆推法设计有机合成路线的一般程序,观察目标化合物分子的结构,目标化合物分子的碳骨架特征，以及官能团的种类和位置,由目标化合物分子逆推原料分子，并设计合成路线,目标化合物分子碳骨架的构建，以及官能团的引入或转化,对不同的合成路线进行优选,以绿色合成思想为指导,2.有机合成遵循的原则 (1)符合有机合成中原子经济性的要求。所选择的每个反应的副产物应尽可能
8、少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。 (2)发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。 (3)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。 (4)所选用的合成原料要绿色化且易得、经济；所选用的试剂与催化剂无公害性。,例4 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,解析,H2O,解析 采用“逆合成分析法”，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
9、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。,易错警示,有机合成中引入多种官能团时，要考虑引入的先后顺序。例如，由,制备,有两种途径：一是先将醛,基催化氧化为羧基，然后再进行醇羟基的消去反应；二是先进行醇羟基的消去反应，后进行醛基的催化氧化反应。如果先进行醇羟基的消去反应生成碳碳双键，在醛氧化过程中碳碳双键也会被氧化，因此途径二不合适。,例5 已知CH2=CHCH=CH2,答案,解析,，试以,CH2=CHCH=CH2和 为原料合成,解析 对比目标产物和给出的原料，借助题目给出的信
10、息，可采用逆推的方法找出合成路线：,方法规律,逆推法的“四个”基本步骤 (1)观察目标化合物分子的结构。 (2)由目标化合物分子逆推原料分子。 (3)设计合成路线。 (4)对不同的合成路线进行优选。,例6 (2017北京昌平区高二期末)茉莉花是一首脍炙人口的中国民歌。茉莉花香气的成分有多种，乙酸苯甲酯( )是其中的一种，它可以从茉莉花中提取，也可以以乙烯和甲苯为原料进行人工合成。其中一种合成路线如下：,回答下列问题： (1)A、B的结构简式分别为_，_。,答案,解析,CH3CHO,解析 A物质应该是乙醇在Cu的作用下被催化氧化成的乙醛，B物质是 与卤素单质在光照条件下发生取代反应生成的卤代烃，
11、由在的条件下卤代烃发生的水解反应生成苯甲醇知，B中只有一个卤素原子即B为 。,(2)写出反应、的化学方程式_，_。,答案,解析,解析 是乙醇的催化氧化，是乙酸与苯甲醇发生的酯化反应。,(3)上述反应中属于取代反应的有_(填序号)。,答案,解析,解析 是加成反应，均是氧化反应，是与卤素发生的取代反应，是卤代烃发生的水解反应，也属于取代反应，是酯化反应，属于取代反应。,(4)反应_(填序号)原子的理论利用率为100%，符合绿色化学的要求。,答案,方法思路,利用有机合成中官能团的衍变关系设计合成路线,达标检测,1.下面是有机合成的三个步骤：对不同的合成路线进行优选；由目标分子逆推原料分子并设计合成路
12、线；观察目标分子的结构。逆推法正确的顺序为 A. B. C. D.,答案,1,2,3,4,5,2.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.加成消去取代 B.消去加成消去 C.加成消去加成 D.取代消去加成,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 设计路线如下：,3.下列是以乙烯为原料合成丙酸(CH3CH2COOH)的途径，不可能达到目的的是,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 A的设计中化合物X为甲醛与乙醛在碱性环境下反应生成的HOCH2CH2CHO，然后发生催化氧化时不能生成丙酸，故不合理。,4.肉桂醛( )在自然界中存在于桂油中，是一种常用的植物调味油。工业上主要以C
13、H2=CH2和甲苯为主要原料进行合成：,答案,解析,1,2,3,4,5,请回答： (1)E中含氧官能团的名称是_。,羟基、醛基,解析 由框图可知A是乙醇，B是乙醛；在碱性条件下两个醛分子间可以发生反应，生成羟基醛，故E中的含氧官能团有羟基和醛基。,(2)反应中属于加成反应的是_。,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 从给出的反应原理来看，两个醛分子间的反应实质是加成反应，同时乙烯和水的反应也是加成反应。,(3)反应的化学方程式是_。,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 在设计流程时一定要标明反应的条件。,(4)用流程图表示出,答案,1,2,3,4,5,制备,的方案，例如：,答案,5.工业上
14、用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯(一种常用的化妆品防霉剂)，其生产过程如图(反应条件没有全部注明)：,1,2,3,4,5,回答下列有关问题： (1)写出有机物A的结构简式：_。,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 比较反应路线中各有机物的结构简式得出：为在催化剂存在下的氯代反应，为卤代烃的水解反应(或取代反应)，为CH3取代OH上H原子的反应，为苯环上的CH3被氧化的反应，为酯化反应，为H原子取代OCH3上CH3的反应。,(2)写出反应的化学方程式：_。 (3)反应的反应类型为_(填编号)，反应的反应类型为_(填编号)。 a.取代反应 b.加成反应 c.消去反应 d.酯化反应 e.氧化反应(4)写出反应的化学方程式：_。,1,2,3,4,5,答案,a,e,HI,(5)在合成路线中，设计第和第这两步反应的目的是_ _。,1,2,3,4,5,答案,防止酚羟基在第步反应时被氧化,
