【導(dǎo)學(xué)案】2021年高中化學(xué)導(dǎo)學(xué)案魯科版選修5教師用書(shū)-3.1.2有機(jī)合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)-有機(jī)合成的應(yīng)用

第2課時(shí)有機(jī)合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)有機(jī)合成的應(yīng)用1.了解有機(jī)合成路線(xiàn)設(shè)計(jì)的一般程序和方法。2.能對(duì)給出的有機(jī)合成路線(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)潔的分析和評(píng)價(jià)。3.了解原子經(jīng)濟(jì)等綠色合成思想的重要性。4.生疏有機(jī)合成對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活的重要影響。1.對(duì)于有機(jī)合成路線(xiàn)的學(xué)習(xí),要聯(lián)系碳骨架的構(gòu)建和引入官能團(tuán)等學(xué)問(wèn)。2.要結(jié)合各類(lèi)典型有機(jī)化合物的性質(zhì),在有機(jī)合成中體現(xiàn)出這些物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用。一、有機(jī)合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)有機(jī)合成的路線(xiàn),可以從確定的某種①原料分子開(kāi)頭,逐步經(jīng)過(guò)②碳鏈的連接和③官能團(tuán)的安裝來(lái)完成。在這樣的有機(jī)合成的路線(xiàn)設(shè)計(jì)中,首先要比較④原料分子和⑤目標(biāo)化合物分子在⑥結(jié)構(gòu)上的異同,包括⑦官能團(tuán)和⑧碳骨架兩個(gè)方面的異同,然后設(shè)計(jì)由⑨原料分子轉(zhuǎn)向⑩目標(biāo)化合物分子的合成路線(xiàn)。2.設(shè)計(jì)有機(jī)合成的路線(xiàn),還可以從目標(biāo)化合物分子開(kāi)頭接受逆推的方法來(lái)完成。所謂逆推法就是實(shí)行從產(chǎn)物逆推出原料,設(shè)計(jì)合理的合成路線(xiàn)的方法。在逆推過(guò)程中,需要逆向查找能順當(dāng)合成目標(biāo)化合物的中間有機(jī)化合物,直至選出合適的起始原料,只要每步逆推是合理的,就可以得出科學(xué)的合成路線(xiàn)。當(dāng)?shù)玫綆讞l不同的合成路線(xiàn)時(shí),就需要通過(guò)優(yōu)選來(lái)確定最佳合成路線(xiàn)。在優(yōu)選最佳合成路線(xiàn)時(shí),必需考慮合成路線(xiàn)是否符合科學(xué)原理,以及合成操作是否平安牢靠等問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)進(jìn)展,綠色合成思想已經(jīng)成為人們進(jìn)行優(yōu)選的重要指導(dǎo)思想,綠色合成的主要?jiǎng)由睃c(diǎn)是有機(jī)合成中的原子經(jīng)濟(jì)性,原料的綠色化,試劑和催化劑的無(wú)公害化。3.逆推法設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線(xiàn)的一般程序示意圖:二、有機(jī)合成的應(yīng)用1.有機(jī)合成是化學(xué)學(xué)科中最活躍、最具有制造性的領(lǐng)域之一。人類(lèi)已知的8500多萬(wàn)種物質(zhì)中,95%以上為有機(jī)化合物,這些有機(jī)化合物中大多數(shù)是由人工合成的。有機(jī)合成制得的藥物、材料和催化劑廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。2.在化學(xué)基礎(chǔ)爭(zhēng)辯方面,有機(jī)合成也是一個(gè)重要工具。對(duì)有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)辯結(jié)果,往往要通過(guò)有機(jī)合成來(lái)做最終的驗(yàn)證;爭(zhēng)辯新的、具有特定性能的物質(zhì),往往需要靠大量的合成工作來(lái)篩選;系統(tǒng)地生疏有機(jī)化合物的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì),往往需要利用有機(jī)合成的手段;很多有機(jī)化學(xué)的基本理論以及新反應(yīng)、新方法是在大量有機(jī)合成試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的,并且要通過(guò)有機(jī)合成來(lái)證明和檢驗(yàn);對(duì)生命奇特的探究與具有生理活性的生物高分子的合成親密相關(guān)。1.有機(jī)合成路線(xiàn)的選擇應(yīng)遵循哪些原則?【答案】合成路線(xiàn)應(yīng)遵循的原則是反應(yīng)條件溫存、產(chǎn)率高、步驟少、原料無(wú)毒或低毒、低污染、廉價(jià)。2.有機(jī)合成過(guò)程路線(xiàn)分析方法有哪些?【答案】合成有機(jī)物要以反應(yīng)物、生成物的官能團(tuán)為核心,在學(xué)問(wèn)網(wǎng)中找到官能團(tuán)與其他有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系,從而盡快找到合成目標(biāo)與反應(yīng)物之間的中間產(chǎn)物作為解決問(wèn)題的突破點(diǎn),主要思維方法有:a.順向思維法:思維程序?yàn)榉磻?yīng)物→中間產(chǎn)物→最終產(chǎn)物。b.逆向思維法:思維程序?yàn)樽罱K產(chǎn)物→中間產(chǎn)物→反應(yīng)物。實(shí)際解題過(guò)程中往往正向思維和逆向思維都需要應(yīng)用。3.要做到綠色有機(jī)合成必需從哪幾個(gè)方面考慮?【答案】要做到綠色有機(jī)合成必需從以下幾個(gè)方面考慮:(1)提高原子利用率,降低排放量,削減生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響;(2)接受綠色溶劑;(3)接受無(wú)毒、無(wú)害、高效的催化劑;(4)接受綠色合成原料。探究1:有機(jī)合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)有以下一系列反應(yīng),最終產(chǎn)物為草酸。ABCDEFHOOCCOOH已知B的相對(duì)分子質(zhì)量比A大79,請(qǐng)推想A~F的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式?！窘馕觥拷Y(jié)合反應(yīng)條件逆推可知AHOOCCOOH,碳的骨架未變,A~F均含2個(gè)C。由M(B)=M(A)+79可知,A中一個(gè)H被一個(gè)Br取代,A為乙烷,結(jié)合反應(yīng)條件及有機(jī)物轉(zhuǎn)化規(guī)律可推想各物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。【答案】A.CH3CH3;B.CH3CH2Br;C.;D.BrCH2CH2Br;E.HOCH2CH2OH;F.OHCCHO。1.要合成溴乙烷,你可以接受什么方法?【答案】乙烯與溴化氫的加成反應(yīng)、乙烷與溴蒸氣的取代反應(yīng)、乙醇與溴化氫的取代反應(yīng)等。2.由乙烯為原料合成乙酸乙酯的流程是什么?【答案】乙烯→溴乙烷→乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯。反應(yīng)條件與發(fā)生的反應(yīng)類(lèi)型(1)光照:烷烴的取代反應(yīng),苯環(huán)側(cè)鏈上的取代反應(yīng)。(2)鐵作催化劑:苯環(huán)上的取代反應(yīng)。(3)酸性高錳酸鉀溶液:不飽和烴的氧化,伯醇、仲醇的氧化,苯的同系物的氧化,醛的氧化。(4)溴的CCl4溶液:不飽和烴的加成反應(yīng)。(5)NaOH的醇溶液、加熱:鹵代烴的消去反應(yīng)。(6)濃硫酸、加熱:醇的消去反應(yīng)、酯化反應(yīng)。(7)Cu/Ag、加熱:醇的催化氧化。(8)H2、加熱:不飽和烴的加成反應(yīng),苯環(huán)的加成反應(yīng),醛、酮的加成反應(yīng)。(9)濃硫酸、濃硝酸、加熱:苯及其同系物的硝化反應(yīng)。(10)稀硫酸、加熱:酯的水解、糖的水解。(11)NaOH水溶液:鹵代烴的水解,酯的水解、羧酸的中和反應(yīng)、苯酚與堿反應(yīng)。(12)銀氨溶液、加熱:醛基的氧化。(13)新制Cu(OH)2懸濁液、加熱:醛基的氧化。探究2:官能團(tuán)的引入與愛(ài)護(hù)對(duì)乙酰氨基酚,俗稱(chēng)撲熱息痛(Paracetamol),具有很強(qiáng)的解熱鎮(zhèn)痛作用,工業(yè)上通過(guò)下列方法合成(B1和B2、C1和C2分別互為同分異構(gòu)體,無(wú)機(jī)產(chǎn)物已略去),請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題:(1)上述反應(yīng)①~⑤中,屬于取代反應(yīng)的有(填序號(hào))。

(2)C2分子內(nèi)通過(guò)氫鍵又形成了一個(gè)六元環(huán),用“”表示硝基、用“…”表示氫鍵,畫(huà)出C2分子的結(jié)構(gòu):。C1只能通過(guò)分子間氫鍵締合,工業(yè)上用水蒸氣蒸餾法將C1和C2分別,首先被蒸出的成分是(填“C1”或“C2”)。

(3)工業(yè)上設(shè)計(jì)反應(yīng)①、②、③,而不是只通過(guò)反應(yīng)②得到C1和C2分子,其目的是。

【解析】(2)分子間氫鍵使物質(zhì)的沸點(diǎn)上升,所以C1和C2的混合物進(jìn)行蒸餾時(shí),沸點(diǎn)較低的C2先被蒸出;(3)酚羥基易被硝酸氧化,為了防止酚羥基被氧化,在合成過(guò)程中要對(duì)酚羥基進(jìn)行愛(ài)護(hù)。【答案】(1)①②③⑤(2);C2(3)愛(ài)護(hù)酚羥基不被硝酸氧化1.能否用溴水檢驗(yàn)中的碳碳雙鍵官能團(tuán)?【答案】不能;由于醛基、碳碳雙鍵均可使溴水褪色。2.常見(jiàn)的引入羥基、碳碳雙鍵和醛基的方法有哪些?【答案】一般來(lái)講,引入羥基的方法有烯烴與水的加成、鹵代烴和酯的水解、醛的加氫,引入碳碳雙鍵的方法一般有鹵代烴或醇的消去;引入醛基的方法有醇的氧化、炔烴和水的加成等。官能團(tuán)的愛(ài)護(hù)1.先后愛(ài)護(hù):在引入多官能團(tuán)時(shí),選擇恰當(dāng)挨次愛(ài)護(hù)特定官能團(tuán)。例如,同時(shí)引入酚羥基和硝基時(shí),由于酚羥基具有強(qiáng)還原性,而硝基的引入使用了強(qiáng)氧化劑硝酸,故先硝化后再引入酚羥基。2.試劑愛(ài)護(hù):用適當(dāng)?shù)脑噭┦构倌軋F(tuán)發(fā)生特定反應(yīng),待進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)后,再通過(guò)必要反應(yīng),還原成當(dāng)時(shí)的官能團(tuán)。例如:酚羥基先用CH3I加以愛(ài)護(hù),使之生成甲苯醚,最終利用甲苯醚與HI發(fā)生取代反應(yīng),重新生成酚羥基;需先用鹵化氫愛(ài)護(hù),生成鹵代烴,最終再發(fā)生消去反應(yīng),重新生成。1.下列關(guān)于有機(jī)合成的說(shuō)法中不正確的是()。A.有機(jī)合成的關(guān)鍵是目標(biāo)化合物分子碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入B.設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線(xiàn)有正推法和逆推法C.逆推法設(shè)計(jì)合成路線(xiàn)時(shí)往往先推出一些中間產(chǎn)物,然后逐步推出原料分子D.綠色合成思想要求全部原料都轉(zhuǎn)化為目標(biāo)化合物【答案】D2.下列關(guān)于有機(jī)合成的說(shuō)法中不正確的是()。A.有機(jī)化合物大多數(shù)是人工合成的B.聚乙烯是一種自然界中沒(méi)有,通過(guò)有機(jī)合成制得的一種物質(zhì)C.纖維素都是人工合成的D.有機(jī)合成對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)爭(zhēng)辯有著重要的作用【答案】C3.由1,3—丁二烯合成2—氯—1,3—丁二烯的路線(xiàn)如下:ClHO,該合成路線(xiàn)中各步的反應(yīng)類(lèi)型為()。A.加成、水解、加成、消去B.取代、水解、取代、消去C.加成、取代、取代、消去D.取代、取代、加成、氧化【答案】A4.(1)制備氯乙烷有兩種不同的途徑:①乙烷與氯氣在光照條件下進(jìn)行取代反應(yīng);②乙烯在肯定條件下與氯化氫發(fā)生加成反應(yīng)。試比較這兩種反應(yīng)途徑哪種更合理?請(qǐng)說(shuō)明理由。。

(2)化學(xué)工作者從反應(yīng):RH+Cl2RCl(l)+HCl(g)中受到啟發(fā),提出在農(nóng)藥和有機(jī)合成工業(yè)中可獲得副產(chǎn)品鹽酸,這一設(shè)想已成為現(xiàn)實(shí)。從上述反應(yīng)產(chǎn)物中分別得到鹽酸的最佳方法是