3.1.1有機合成的關(guān)鍵-碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入導(dǎo)學(xué)案高二化學(xué)選擇性必修3

第1課時有機合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入課程標準1．了解有機合成的基本程序和方法。2．掌握碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入與轉(zhuǎn)化的方法。3．掌握鹵代烴的消去反應(yīng)和取代反應(yīng)的特點。學(xué)法指導(dǎo)1.對比分析法。對比有機物分子的結(jié)構(gòu)，分析有機物分子中的官能團和化學(xué)鍵，預(yù)測可能的斷鍵部位與相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。2．交流討論法。根據(jù)所學(xué)各類有機物的代表物的性質(zhì)，交流研討有機物官能團的引入與轉(zhuǎn)化的途徑。必備知識·自主學(xué)習(xí)——新知全解一遍過知識點一有機合成的基本程序1.有機合成的基本流程2．合成路線的核心：合成路線的核心在于構(gòu)建目標化合物分子的________和引入必需的________。知識點二有機合成的關(guān)鍵1.碳骨架的構(gòu)建(1)碳鏈的增長①鹵代烴的取代反應(yīng)例如：溴乙烷與氰化鈉的反應(yīng)：________________________________________________________________________CH3CH2CNH2②利用羥醛縮合反應(yīng)例如：兩分子乙醛反應(yīng)的化學(xué)方程式為(2)碳鏈的縮短①烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)。②脫羧反應(yīng)例如：無水醋酸鈉與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3COONa＋NaOH△2．官能團的引入與轉(zhuǎn)化(1)官能團的引入(2)官能團的轉(zhuǎn)化官能團的轉(zhuǎn)化可以通過取代、________、________以及氧化、________等反應(yīng)實現(xiàn)。下面是以乙烯為起始物，通過一系列化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的某些官能團間的轉(zhuǎn)化。微點撥1.炔烴、醛、酮中的不飽和鍵與HCN發(fā)生加成反應(yīng)生成含有氰基(—CN)的物質(zhì)，再在酸性條件下水解生成羧酸，或經(jīng)催化加氫還原生成含氨基的物質(zhì)。2．羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)：(1)羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)的實質(zhì)：其中—R為烴基。(2)羧酸或羧酸鹽的脫羧反應(yīng)屬于取代反應(yīng)。學(xué)思用1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)碳骨架的構(gòu)建只包括碳鏈的增長及碳鏈的減短。()(2)酯的水解反應(yīng)可使碳骨架的碳鏈縮短。()(3)可利用羥醛縮合反應(yīng)增長碳鏈，該反應(yīng)實質(zhì)上屬于取代反應(yīng)。()(4)烯烴中既可引入鹵素原子、羥基，又可引入羧基、羰基。()(5)石油的裂化或裂解可使碳鏈縮短。()2．下列反應(yīng)中，不可能在有機化合物分子里引入—COOH的是()A．醛催化氧化B．鹵代烴水解C．氰化物酸性條件下水解D．酮催化氧化關(guān)鍵能力·課堂探究——學(xué)科素養(yǎng)全通關(guān)提升點一有機合成碳骨架的建立1.常見增長碳鏈的方法(1)醛、酮的加成①與HCN加成：(2)含有αH的醛發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)：2．常見減短碳鏈的方式3．成環(huán)與開環(huán)的反應(yīng)(1)成環(huán)。如羥基酸分子內(nèi)酯化：二元酸和二元醇分子間酯化成環(huán)：(2)開環(huán)?；犹骄繂栴}1下列烯烴可被酸性高錳酸鉀氧化，請寫出氧化后產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式。問題2H—C≡N分子可以和—C≡C—、發(fā)生加成反應(yīng)，請寫出下列物質(zhì)與HCN反應(yīng)的化學(xué)方程式。典例示范[典例1]環(huán)己烯可通過1，3丁二烯與乙烯發(fā)生環(huán)化加成反應(yīng)制得實驗證明：下列反應(yīng)中反應(yīng)物分子的環(huán)外雙鍵比環(huán)內(nèi)雙鍵更易被氧化，，現(xiàn)僅以1，3丁二烯為有機原料，無機試劑任選，按下列途徑合成甲基環(huán)己烷：按要求填空：(1)A的結(jié)構(gòu)簡式：________________________________________________，B的結(jié)構(gòu)簡式：__________________________________________________。(2)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式及反應(yīng)類型反應(yīng)④______________________，__________________________________________。反應(yīng)⑤______________________，____________________________________________。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練1]以乙烯為初始反應(yīng)物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。已知兩個醛分子在一定條件下可以發(fā)生加成反應(yīng)，下式為反應(yīng)原理：請運用已學(xué)過的知識和題干信息判斷下列反應(yīng)與由乙烯制正丁醇的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式(反應(yīng)條件省略)無關(guān)的是()A．CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OHB．2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2OC．2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2OD．2CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3＋H2O提升點二官能團的引入、轉(zhuǎn)化、消除和保護1.官能團的引入(1)鹵素原子的引入方式。(2)羥基的引入方式。①加成反應(yīng)a．烯烴與水加成：CH2=CH2＋H2O催化劑CH3—CHb．醛、酮與H2加成：c．醛、酮與HCN加成：d．羥醛縮合：②水解反應(yīng)：a．鹵代烴的水解：b．酯的水解：③酚鈉水溶液與酸：(3)碳碳雙鍵或三鍵的引入方式。2.官能團的轉(zhuǎn)化與衍變根據(jù)合成需要(有時題目信息中會明確某些衍變途徑)可進行有機物的官能團衍變，以使中間產(chǎn)物向目標產(chǎn)物遞進。常見的有三種方式：(3)官能位置的改變，如3．官能團的消除(3)通過氧化反應(yīng)或加成反應(yīng)可消除—CHO，如。(4)通過消去反應(yīng)或水解反應(yīng)可消除鹵素原子，如(5)通過水解反應(yīng)消除酯基，如4．官能團的保護有機合成時，往往在有機物分子中引入多個官能團，但有時在引入某一個官能團時容易對其他官能團造成破壞，導(dǎo)致不能實現(xiàn)目標化合物的合成。因此，在制備過程中要把分子中的某些官能團通過恰當?shù)姆椒ūＷo起來，在適當?shù)臅r候再將其轉(zhuǎn)變回來，從而達到有機合成的目標。(1)酚羥基的保護因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH反應(yīng)，把—OH變?yōu)椤狾Na將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H。(2)碳碳雙鍵的保護碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與鹵素單質(zhì)、鹵化氫等的加成反應(yīng)將其保護起來，待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。例如，已知烯烴中在某些強氧化劑的作用下易發(fā)生斷裂，因而在有機合成中有時需要對其進行保護，過程可簡單表示如下：(3)氨基(—NH2)的保護例如，在對硝基甲苯合成對氨基苯甲酸的過程中應(yīng)先把—CH3氧化成—COOH，再把—NO2還原為—NH2。防止當KMnO4氧化—CH3時，—NH2(具有還原性(4)醛基的保護醛基可被弱氧化劑氧化，為避免在反應(yīng)過程中受到影響，對其保護和恢復(fù)過程為：再如檢驗碳碳雙鍵時，當有機物中含有醛基、碳碳雙鍵等多種官能團時，可以先用弱氧化劑，如銀氨溶液、新制Cu(OH)2懸濁液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等對碳碳雙鍵進行檢驗。互動探究問題1由酯轉(zhuǎn)化為醇或酚引入—OH與鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇引入—OH二者有何區(qū)別，反應(yīng)類型相同嗎？問題2請用有機合成流程圖形式表示出由乙苯和其他無機物合成最合理方案(不超過3步)。典例示范[典例2]對溴苯乙烯(E)是一種重要的化工原料，E的實驗室制取流程如圖所示：已知：D的分子式為C8H8Br2，且分子中含有甲基?；卮鹣铝袉栴}：(1)E中官能團的名稱為____________________。(2)D的結(jié)構(gòu)簡式為________________。(3)寫出反應(yīng)B→C的化學(xué)方程式：__________________________________________________，其反應(yīng)類型為________。(4)在A、B、C三種物質(zhì)中，能使酸性KMnO4溶液褪色的有________(填標號)。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練2]按以下步驟可由合成(部分試劑和反應(yīng)條件已略去)：請回答下列問題：(1)寫出E的結(jié)構(gòu)簡式：____________，B中____(填“可能”或“不可能”)所有碳原子共面。(2)反應(yīng)①～⑦中屬于消去反應(yīng)的是________，屬于取代反應(yīng)的是________。(3)A→B反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________________________________________________________，C→D反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________________________________________________________________________________。

·課堂總結(jié)·知識導(dǎo)圖誤區(qū)警示對比分析有機物之間的轉(zhuǎn)化應(yīng)注意1．對比碳骨架的變化。對比原料分子和目標化合物分子的碳骨架的變化，看碳鏈是增長還是縮短，是碳鏈還是碳環(huán)，相差幾個碳原子，然后篩選碳鏈改變的常用方法，確定最合理的方法。2．對比官能團的變化。聯(lián)想各類官能團的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，注意多個官能團的連續(xù)轉(zhuǎn)化，綜合考慮各類官能團之間的轉(zhuǎn)化步驟和順序。3．確定最佳方案。根據(jù)上面的兩個對比，依據(jù)轉(zhuǎn)化的科學(xué)性、原子的經(jīng)濟性，遵循綠色化學(xué)思想，確定科學(xué)合理的方案。隨堂檢測·強化落實——基礎(chǔ)知能練到位1．法國化學(xué)家格利雅發(fā)現(xiàn)了有機鎂試劑(也稱為格氏試劑)及其在有機合成中的應(yīng)用。其反應(yīng)機理是有機鎂試劑中帶有負電荷的烴基與帶有正電荷的基團結(jié)合，從而發(fā)生取代或者加成反應(yīng)。下列反應(yīng)中有機產(chǎn)物不合理的是()2．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NaOH溶液共熱D．溴乙烷與NaOH的醇溶液共熱3．一定條件下，炔烴可以進行自身化合反應(yīng)。如乙炔的自身化合反應(yīng)為2H—C≡C—H→H—C≡C—CH=CH2。下列關(guān)于該反應(yīng)的說法不正確的是()A．該反應(yīng)使碳鏈增長了2個C原子B．該反應(yīng)引入了新官能團C．該反應(yīng)是加成反應(yīng)D．該反應(yīng)屬于取代反應(yīng)4．(雙選)武茲反應(yīng)是重要的有機增碳反應(yīng)，可簡單表示為2R－X＋2Na→R－R＋2NaX，應(yīng)用這一反應(yīng)，下列所給化合物中可以與鈉合成環(huán)丁烷的是()A．CH3BrB．CH3CH2CH2CH2BrC．CH2BrCH2BrD．CH2BrCH2CH2CH2Br5．根據(jù)下面的反應(yīng)線路及所給信息填空。(1)A的結(jié)構(gòu)簡式是________，B的結(jié)構(gòu)簡式是________。(2)①的反應(yīng)類型是________；③的反應(yīng)類型是________。(3)反應(yīng)④的條件是_______________________________________________。(4)寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________。第1課時有機合成的關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入必備知識[知識點一]1．設(shè)計合成路線性質(zhì)或功能2．碳骨架官能團[知識點二]1．（1）①CH3CH2Br＋NaCN→CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2COOH②（2）②CH4↑＋Na2CO32．（1）CH2=CH2↑＋H2OCH2=CH2↑＋NaBr＋H2OCH3CH2ClCH3CH2Br＋H2OCH3CH2OHCH3CH2OH＋NaClCH3CH2OHRCH2COOH＋CO2↑CH3CH2COOH（2）消去加成還原[學(xué)思用]1．答案：（1）×（2）√（3）×（4）√（5）√2．解析：醛基催化氧化條件下可變?yōu)轸然欢帑u代烴可發(fā)生反應(yīng)RCX3水解答案：D關(guān)鍵能力提升點一[互動探究]問題1：提示：（1）CH3COOH（2）、CH3COOH（3）（4）HOOC—COOH、HOOC—CH2CH2—COOH問題2：提示：（1）(1)CH3C≡CH＋HCN催化劑或CH3C≡CH＋HCN催化劑CH3CH（2）（3）（4）[典例1]解析：由反應(yīng)物和產(chǎn)物對比可知①為2分子1，3丁二烯的加成反應(yīng)，A的結(jié)構(gòu)簡式應(yīng)為，由題給信息推出B為，C為，D為。答案：（1）（2）消去反應(yīng)加成反應(yīng)[訓(xùn)練1]解析：由題干信息可知，醛分子間的加成反應(yīng)可增長碳鏈，所以由乙烯制正丁醇時，首先應(yīng)制得乙醛，然后依據(jù)題干信息，完成碳鏈增長，得到含4個碳原子的烯醛，再經(jīng)催化加氫即可得到正丁醇，合成路線為CH2=CH2①CH3CHO②CH3CH=CHCHO③CH各步涉及的具體反應(yīng)(反應(yīng)條件省略)：①CH2=CH2＋H2O→CH3CH2OH，2CH3CH2OH＋O2→2CH3CHO＋2H2O(或2CH2=CH2＋O2→2CH3CHO)；②2CH3CHO→CH3CH=CHCHO＋H2O；③CH3CH=CHCHO＋2H2→CH3CH2CH2CH2OH。故D項與由乙烯制正丁醇的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式無關(guān)。答案：D提升點二[互動探究]問題1：提示：由酯引入—OH，發(fā)生水解反應(yīng)（取代反應(yīng)），條件為稀硫酸或氫氧化鈉加熱，而鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇引入—OH，必須是氫氧化鈉水溶液加熱發(fā)生取代反應(yīng)。問題2：提示：[典例2]解析：根據(jù)B的結(jié)構(gòu)簡式并結(jié)合A的分子式可知，A為，A→B為苯與溴乙烷在AlCl3催化條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成乙苯；B→C為乙苯與Br2在FeBr3催化條件下發(fā)生的反應(yīng)，結(jié)合E的結(jié)構(gòu)簡式可知，該反應(yīng)為Br原子取代了苯環(huán)上乙基對位碳原子上的氫原子，則C為；C→D為C與Br2在光照（注意B→C與C→D的反應(yīng)條件不同）條件下發(fā)生苯環(huán)側(cè)鏈上的取代反應(yīng)，D可能是或，結(jié)合已知信息可知D為；D發(fā)生消去反應(yīng)生成。（1）中所含官能團為溴原子（或碳溴鍵）、碳碳雙鍵。（3）反應(yīng)B→C的化學(xué)方程式，該反應(yīng)為取代反應(yīng)。（4）A為，不能使酸性KMnO4溶液褪色；B、C中與苯環(huán)直接相連的碳原子上都有氫原子，都能被酸性KMnO4溶液氧化，從