化學(xué)選修五新突破講義第3章第1節(jié)第1課時有機(jī)合成的關(guān)鍵-碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入

第1節(jié)有機(jī)化合物的合成第1課時有機(jī)合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入目標(biāo)與素養(yǎng)：1.理解有機(jī)物碳骨架的構(gòu)建方法。(宏觀辨識與微觀探析)2.掌握常見官能團(tuán)的引入、轉(zhuǎn)化方法。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)一、碳骨架的構(gòu)建1．碳鏈的增長(1)鹵代烴的取代反應(yīng)①溴乙烷與氰化鈉的反應(yīng)CH3CH2Br＋NaCN→CH3CH2CN＋NaBr，CH3CH2CNeq\o(→,\s\up10(H2O，H＋))CH3CH2COOH。②溴乙烷與丙炔鈉的反應(yīng)CH3CH2Br＋NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3＋NaBr(2)醛酮的加成反應(yīng)①丙酮與HCN的反應(yīng)。2．碳鏈的減短(1)與酸性KMnO4溶液的氧化反應(yīng)①烯烴、炔烴的反應(yīng)②苯的同系物的反應(yīng)(2)脫羧反應(yīng)無水醋酸鈉與堿石灰的反應(yīng)：CH3COONa＋NaOHeq\o(→,\s\up10(△))CH4↑＋Na2CO3。與堿石灰共熱得到的有機(jī)物是什么？(請說明原因)提示：，因?yàn)榘l(fā)生二、官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)化1．官能團(tuán)的引入類別反應(yīng)物化學(xué)方程式碳碳雙鍵CH3CH2OHCH3CH2OHeq\o(→,\s\up10(濃硫酸),\s\do8(170℃))CH2=CH2↑＋H2OCH3CH2BrCH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up10(乙醇),\s\do8(△))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O鹵素原子CH2=CH2與HClCH2=CH2＋HCl→CH3CH2ClCH3CH2OH與HBrCH3CH2OH＋HBr→CH3CH2Br＋H2O羥基CH2=CH2與H2OCH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑))CH3CH2OHCH3CH2ClCH3CH2Cl＋NaOHeq\o(→,\s\up10(H2O),\s\do8(△))CH3CH2OH＋NaClCH3CHO與H2CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do8(△))CH3CH2OH羧基RCH2CH=CH2RCH2CH=CH2eq\o(→,\s\up10(KMnO4H＋))RCH2COOH＋CO2↑CH3CH2CNCH3CH2CNeq\o(→,\s\up10(H2O、H＋))CH3CH2COOH羰基2．官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化可以通過取代、消去、加成、氧化、還原等反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。下面是以乙烯為起始物，通過一系列化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的官能團(tuán)間的轉(zhuǎn)化。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)消去反應(yīng)可以引入碳碳雙鍵，加成反應(yīng)也可以引入碳碳雙鍵。 ()(2)在烯烴中既可引入鹵素原子、羥基，又可引入羧基、羰基。 ()(3)加聚反應(yīng)可以使有機(jī)物碳鏈增長，取代反應(yīng)不能。 ()[答案](1)√(2)√(3)×2．在有機(jī)合成中，有時需要通過減短碳鏈的方式來實(shí)現(xiàn)由原料到目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，某同學(xué)設(shè)計(jì)的下列反應(yīng)中，可成功實(shí)現(xiàn)碳鏈減短的是()A．乙烯的聚合反應(yīng)B．烯烴與酸性KMnO4溶液的反應(yīng)C．酯化反應(yīng)D．鹵代烴與NaCN的取代反應(yīng)B[A、C、D均會引起碳鏈的增長，只有B可使碳鏈變短，如CH3CH=CHCH3eq\o(→,\s\up10(KMnO4H＋))2CH3COOH。]3．下列反應(yīng)可以在烴分子中引入鹵素原子的是()A．苯和溴水共熱B．光照甲苯與溴的蒸氣C．溴乙烷與KOH的水溶液共熱D．溴乙烷與NaOH的醇溶液共熱B[苯與溴水不發(fā)生反應(yīng)，A項(xiàng)不正確；甲苯與溴的蒸氣在光照條件下可發(fā)生取代反應(yīng)生成溴代烴，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)發(fā)生取代反應(yīng)取代溴原子；D項(xiàng)發(fā)生消去反應(yīng)脫去溴原子，故C、D項(xiàng)也不正確。]碳骨架的構(gòu)建1.碳鏈的增長2．碳鏈的減短3．開環(huán)與成環(huán)(1)開環(huán)反應(yīng)(2)成環(huán)反應(yīng)【典例1】寫出由乙烯制正丁醇各步反應(yīng)的化學(xué)方程式。[解析]比較乙烯(CH2=CH2)與正丁醇(CH3—CH2—CH2—CH2—OH)的結(jié)構(gòu)，可知碳原子數(shù)增加一倍，官能團(tuán)由碳碳雙鍵轉(zhuǎn)變?yōu)榇剂u基，且個數(shù)仍為一個?？上葘⒁蚁┺D(zhuǎn)化為乙醛即可達(dá)到碳原子數(shù)加倍的目的：CH2=CH2eq\o(→,\s\up10(＋H2O))CH3—CH2OHeq\o(→,\s\up10([O]))CH3—CHO，2CH3—CHOeq\o(→,\s\up10(OH－))eq\o(→,\s\up10(△),\s\do8(—H2O))CH3—CH=CH—CHO，再轉(zhuǎn)變CH3—CH=CH—CHO的官能團(tuán)，只需按照烯烴和醛的性質(zhì)將CH3—CH=CH—CHO與足量H2加成即可。[答案]①CH2=CH2＋H2Oeq\o(→,\s\up10(催化劑))CH3—CH2OH②2CH3—CH2OH＋O2eq\o(→,\s\up10(催化劑))2CH3—CHO＋2H2O③2CH3CHOeq\o(→,\s\up10(OH－))④eq\o(→,\s\up10(△))CH3—CH=CH—CHO＋H2O⑤CH3—CH=CH—CHO＋2H2eq\o(→,\s\up10(催化劑),\s\do8(△))CH3—CH2—CH2—CH2—OH通過羥醛縮合增長碳鏈時，至少一種分子中含有α-H才能完成該反應(yīng)。下列分子不能發(fā)生成環(huán)反應(yīng)的是()A．HO—CH2COOH B．H2N—CH2COOHC．HO—CH2CH2OH D．D[A、B、C三項(xiàng)物質(zhì)分子內(nèi)、分子間均能發(fā)生成環(huán)反應(yīng)，D項(xiàng)物質(zhì)不能。]官能團(tuán)的引入與消去1.官能團(tuán)的引入方法引入—OH烯烴與水加成，醛、酮加氫，鹵代烴水解，酯的水解引入—X烴與X2取代，不飽和烴與HX或X2加成，醇與HX取代引入某些醇或鹵代烴的消去，炔烴加氫引入—CHO某些醇氧化，烯烴氧化，糖類水解(生成葡萄糖)引入—COOH醛氧化，苯的同系物被強(qiáng)氧化劑氧化，羧酸鹽酸化，酯酸性水解引入—COO—酯化反應(yīng)2.官能團(tuán)的消除方法(1)通過加成反應(yīng)消除不飽和鍵。(2)通過消去反應(yīng)、氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)等消除羥基(—OH)。(3)通過加成反應(yīng)或氧化反應(yīng)等消除醛基(—CHO)。【典例2】有如下合成路線，甲經(jīng)兩步轉(zhuǎn)化為丙：下列敘述錯誤的是()A．步驟(2)產(chǎn)物中可能含有未反應(yīng)的甲，可用溴水檢驗(yàn)是否含甲B．反應(yīng)(1)的無機(jī)試劑是液溴，鐵作催化劑C．甲和丙均可與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應(yīng)D．乙既能發(fā)生水解反應(yīng)，又能發(fā)生消去反應(yīng)B[從丙和甲的結(jié)構(gòu)簡式上可判斷，丙比甲多了2個羥基，甲經(jīng)二步轉(zhuǎn)化為丙，根據(jù)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化，需要甲先與鹵素單質(zhì)加成，再水解可得丙。丙中不含碳碳雙鍵，所以步驟(2)產(chǎn)物中若含有未反應(yīng)的甲，可用溴水檢驗(yàn)是否含甲，甲能使溴水退色，丙不能，A正確；反應(yīng)(1)是加成反應(yīng)，所以試劑為溴水或溴的四氯化碳溶液即可，B錯誤；甲中含碳碳雙鍵，丙中含羥基，都能與酸性KMnO4溶液發(fā)生反應(yīng)，C正確；乙中含有鹵素原子，可以發(fā)生水解反應(yīng)，也可發(fā)生消去反應(yīng)，D正確。](1)步驟(2)所需要的反應(yīng)條件是________________________。(2)若步驟(1)的無機(jī)試劑是溴化氫，步驟(2)的試劑、條件均不變，則最終的有機(jī)產(chǎn)物可能的結(jié)構(gòu)有________。[答案](1)強(qiáng)堿的水溶液共熱(2)下圖表示4-溴-1-環(huán)己醇所發(fā)生的4個不同反應(yīng)。生成物只含有一種官能團(tuán)的反應(yīng)是()A．②③ B．①④C．①②④ D．①②③④A[根據(jù)題干圖示中的反應(yīng)條件可知，反應(yīng)①是鹵代烴發(fā)生消去反應(yīng)的條件，所以反應(yīng)①的生成物中含有兩種官能團(tuán)：碳碳雙鍵和羥基；反應(yīng)②發(fā)生的是鹵代烴的水解反應(yīng)，生成物中只含有一種官能團(tuán)，即只有羥基；反應(yīng)③是醇與溴化氫發(fā)生的取代反應(yīng)，所以生成物中只含有一種官能團(tuán)，即溴原子；反應(yīng)④發(fā)生的是醇的消去反應(yīng)，生成物中含有兩種官能團(tuán)：碳碳雙鍵和溴原子。]1．在下列反應(yīng)中，不可能在有機(jī)物中引入羧基的是()A．鹵代烴的水解B．腈(R—CN)在酸性條件下水解C．醛的氧化D．烯烴的氧化A[A項(xiàng)鹵代烴水解引入羥基，B、C、D均可引入—COOH。]2．下列物質(zhì)可以在一定條件下發(fā)生消去反應(yīng)而引入碳碳雙鍵的是()A． B．1-氯甲烷C．2-甲基-2-氯丙烷 D．2,2-二甲基-1-氯丙烷C[A、B、D中物質(zhì)不能發(fā)生消去反應(yīng)。。]3．碳鏈增長在有機(jī)合成中具有重要意義，它是實(shí)現(xiàn)由小分子有機(jī)化合物向較大分子有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化的主要途徑。某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下4個反應(yīng)，其中可以實(shí)現(xiàn)碳鏈增長的是()A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共熱B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共熱C．CH3CH2Br和NaOH的水溶液共熱D．CH3CH2CH3和Br2(g)光照A[B、C可實(shí)現(xiàn)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化，D中可引入Br原子，但均不會實(shí)現(xiàn)碳鏈增長，A中反應(yīng)為CH3(CH2)3Br＋NaCNeq\o(→,\s\up10(△))CH3(CH2)3CN＋NaBr，可增加一個碳原子。]4．鹵代烴能夠發(fā)生下列反應(yīng)：2CH3CH2Br＋2Na→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr。下列有機(jī)物可合成環(huán)丙烷的是()A．CH3CH2CH2Cl B．CH3CHBrCH2BrC．CH2BrCH2CH2Br D．CH3CHBrCH2CH2BrC[由信息2CH3CH2Br＋2Na→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr可知，反應(yīng)機(jī)理為：分子內(nèi)碳溴鍵斷裂后，兩個斷鍵重新結(jié)合為碳碳鍵，溴與鈉結(jié)合為NaBr。A中兩分子CH3CH2CH2Cl可合成CH3CH2CH2CH2CH2CH3；B中一分子CH3CHBrCH2Br不能成環(huán)，兩分子生成；C中一分子CH2BrCH2CH2Br可合成；D中一分子CH3CHBrCH2CH2Br可合成。]5．根據(jù)下列轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)圖