2025年高中化學新教材同步 選擇性必修第三冊 第3章　第5節(jié)　第2課時　有機合成路線的設(shè)計與實施

第2課時有機合成路線的設(shè)計與實施［核心素養(yǎng)發(fā)展目標］1.結(jié)合碳骨架的構(gòu)建及官能團衍變過程中的反應規(guī)律，能利用反應規(guī)律進行有機物的推斷與合成。2.落實有機物分子結(jié)構(gòu)分析的思路和方法，建立對有機反應多角度認識的模型并利用模型進一步掌握有機合成的思路和方法。3.體會有機合成在發(fā)展經(jīng)濟、提高生活質(zhì)量方面的貢獻及對健康、環(huán)境造成的影響，能用“綠色化學”的理念指導合成路線的選擇。一、正合成分析法有機合成路線的確定，需要在掌握碳骨架構(gòu)建和官能團轉(zhuǎn)化基本方法的基礎(chǔ)上，進行合理的設(shè)計與選擇，以較低的成本和較高的產(chǎn)率，通過簡便而對環(huán)境友好的操作得到目標產(chǎn)物。1.常見有機物的轉(zhuǎn)化2.正合成分析法(1)單官能團合成R—CHCH2鹵代烴醇醛酸酯(2)雙官能團合成CH2CH2CH2X—CH2XHOCH2—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH鏈酯、環(huán)酯等(3)芳香族化合物合成①②芳香酯3.合成路線的表示方法有機合成路線用反應流程圖表示。示例：原料中間體(Ⅰ)中間體(Ⅱ)……目標化合物食醋的主要成分是乙酸，主要通過發(fā)酵法由糧食制備。工業(yè)乙酸是通過石油化學工業(yè)人工合成的。(1)請以乙烯為原料，設(shè)計合理的路線合成乙酸，寫出反應流程圖。(2)目前已經(jīng)出現(xiàn)了將乙烯直接氧化生成乙酸的工藝。假定該工藝涉及的反應和(1)中合成路線的每一步反應的產(chǎn)率均為70%，請計算并比較這兩種合成路線的總產(chǎn)率。提示(1)CH2CH2CH3CH2OHCH3CHOCH3COOH。(2)若每一步反應的產(chǎn)率均為70%，第一種合成路線的總產(chǎn)率為70%×70%×70%=34.3%，遠小于第二種工藝反應的產(chǎn)率70%。1.(2023·沈陽高二調(diào)研)在一次有機化學課堂小組討論中，某同學設(shè)計了下列合成路線，你認為最不可行的是()A.用氯苯合成環(huán)己烯：B.用甲苯合成苯甲醇：C.用乙炔合成聚氯乙烯：CH2CHClD.用乙烯合成乙二醇：CH2CH2CH3CH3CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH答案D解析氯苯與H2發(fā)生加成反應生成一氯環(huán)己烷，一氯環(huán)己烷在NaOH的乙醇溶液、加熱條件下發(fā)生消去反應生成環(huán)己烯，可以實現(xiàn)，A項不符合題意；甲苯與Cl2在光照條件下發(fā)生甲基上的取代反應生成，在NaOH水溶液、加熱條件下發(fā)生取代反應生成，可以實現(xiàn)，B項不符合題意；乙烯與H2發(fā)生加成反應生成乙烷，但乙烷在光照條件下與Cl2發(fā)生取代反應，其產(chǎn)物有多種，無法控制反應只生成CH2ClCH2Cl，不可以實現(xiàn)，D項符合題意。2.分析下列合成路線，可推知B應為()CH2CH—CHCH2ABCA.B.C.D.答案D解析A為Br—CH2—CHCH—CH2—Br；B為HO—CH2—CHCH—CH2—OH；C為。3.請用流程圖表示出最合理的合成路線。(1)將乙醇轉(zhuǎn)化成乙二醇(改變官能團的數(shù)目)。答案CH3CH2OHCH2CH2(2)將1?丙醇轉(zhuǎn)化成2?丙醇(改變官能團的位置)。答案CH3CH2CH2OHCH3CHCH2二、逆合成分析法1.逆合成分析法在目標化合物的適當位置斷開相應的化學鍵，目的是使得到的較小片段所對應的中間體經(jīng)過反應可以得到目標化合物；繼續(xù)斷開中間體適當位置的化學鍵，使其可以從更上一步的中間體反應得來，依次倒推，最后確定最適宜的基礎(chǔ)原料和合成路線。2.逆合成分析法的應用由“逆合成分析法”分析由乙烯合成乙二酸二乙酯。(1)分析如下：根據(jù)以上逆合成分析，可以確定合成乙二酸二乙酯的有機基礎(chǔ)原料為乙烯(CH2CH2)，通過5步反應進行合成，寫出反應的化學方程式：①_____________________________________________________________________________________；②_____________________________________________________________________________________；③_____________________________________________________________________________________；④_____________________________________________________________________________________；⑤_____________________________________________________________________________________。答案①CH2CH2+Cl2②+2NaOH+2NaCl③+2O2+2H2O④CH2CH2+H2OCH3CH2OH⑤+2CH3CH2OH—OC2H5+2H2O(2)合成路線如下：注意①上述合成路線中也可以先被氧化為OHC—CHO，再被氧化為HOOC—COOH。②表示合成步驟時，用箭頭“→”表示每一步反應；而表示逆合成時，用“”表示逆推過程。思考在實際工業(yè)生產(chǎn)中，乙二醇還可以通過環(huán)氧乙烷與水直接化合的方法合成，而環(huán)氧乙烷則可由乙烯直接氧化得到。CH2CH2請比較該方法與以上合成乙二酸二乙酯中的①、②兩步反應，分析生產(chǎn)中選擇該路線的可能原因。提示該方法的原料H2O、O2廉價易得、無毒，原料利用率高，產(chǎn)物易于分離，符合“綠色化學”理念等。3.合成路線設(shè)計應遵循的原則(1)合成步驟較少，副反應少，反應產(chǎn)率高。(2)原料、溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒。(3)反應條件溫和，操作簡便，產(chǎn)物易于分離提純。(4)污染排放少，要貫徹“綠色化學”理念，選擇最佳合成路線，以較低的經(jīng)濟成本和環(huán)境代價得到目標產(chǎn)物。4.有機合成的發(fā)展及價值發(fā)展從生物體內(nèi)提取有機物→人工設(shè)計并合成有機物→計算機輔助設(shè)計合成有機物價值為化學、生物、醫(yī)學、材料等領(lǐng)域的研究和相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，有力地促進了人類健康水平提高和社會發(fā)展進步1.由CH3CHCH2和乙酸合成時，需要依次經(jīng)過的反應類型是()A.加成→取代→加成→取代B.取代→加成→取代→取代C.取代→取代→加成→取代D.取代→取代→取代→加成答案B解析此題適宜采用逆推法。根據(jù)合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式可知，該化合物可由丙三醇和乙酸通過酯化反應生成；可利用1，2，3?三氯丙烷通過水解反應生成丙三醇；1，2，3?三氯丙烷可利用CH2(Cl)CHCH2和氯氣通過加成反應生成；丙烯通過取代反應可生成CH2(Cl)CHCH2，所以答案選B。2.ABC，下列有關(guān)該合成路線的說法正確的是()A.反應①的反應條件為NaOH的水溶液、加熱B.A分子中所有碳原子不可能共平面C.B和C分子中均含有1個手性碳原子D.反應③為加成反應答案C解析由原料到目標產(chǎn)物，去掉溴原子、引入羥基和醛基，由逆合成分析法可知，C為，羥基可通過鹵代烴的水解引入，則B可為，與溴水發(fā)生加成反應可得到B，則A為。由上述分析可知，反應①為鹵代烴的消去反應，反應條件為NaOH的乙醇溶液、加熱，A項錯誤；苯分子和碳碳雙鍵均是平面形結(jié)構(gòu)，則通過碳碳單鍵的旋轉(zhuǎn)，A()分子中所有碳原子可能共平面，B項錯誤；手性碳原子為連有4個不同原子或原子團的碳原子，B和C分子中均含有1個手性碳原子，C項正確；反應③為鹵代烴的水解反應，D項錯誤。3.以CH2CHCH2OH為主要原料(其他無機試劑任選)使用逆合成分析法設(shè)計合成CH2CHCOOH的路線流程圖(已知CH2CH2可被氧氣催化氧化為)，通過此題的解答，總結(jié)設(shè)計有機合成路線需注意的情況(至少寫2條)：_______________________________________________________________。答案CH2CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2CHCOONaCH2CHCOOH；設(shè)計有機合成路線時要選擇合適的反應條件、并注意官能團的保護隨著新的有機反應、新試劑的不斷發(fā)現(xiàn)和有機合成理論的發(fā)展，有機合成技術(shù)和效率不斷提高，利用計算機輔助設(shè)計合成路線，讓合成路線的設(shè)計逐步成為嚴密思維邏輯的科學過程。實驗室有機合成常用的裝置：課時對點練［分值：100分］(選擇題1~12題，每小題5分，共60分)題組一有機合成路線的設(shè)計1.(2023·昆明高二檢測)由1?氯環(huán)己烷()制備1，2?環(huán)己二醇()時，需要經(jīng)過下列哪幾步反應()A.加成→消去→取代 B.消去→加成→取代C.取代→消去→加成 D.取代→加成→消去答案B解析由1?氯環(huán)己烷制取1，2?環(huán)己二醇，正確的過程為，即依次發(fā)生消去反應、加成反應、取代反應。2.根據(jù)下面合成路線判斷烴A為()A(烴類)BCA.1?丁烯 B.1，3?丁二烯C.乙炔 D.乙烯答案D解析由最后的產(chǎn)物是醚，結(jié)合最后一步的反應條件可知，最后一步反應是醇發(fā)生分子間脫水，所以C為HOCH2CH2OH，再結(jié)合B中有Br，B轉(zhuǎn)化為C的條件是氫氧化鈉的水溶液、加熱，可知B為BrCH2CH2Br，則A是乙烯。3.以1?丙醇制取，最簡便的流程需要下列反應的順序是()a.氧化b.還原c.取代d.加成e.消去f.中和g.加聚h.酯化A.b、d、f、g、h B.e、d、c、a、hC.a、e、d、c、h D.b、a、e、c、f答案B解析CH3CH2CH2OHCH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH。題組二有機合成路線的選擇4.綠色化學提倡化工生產(chǎn)應提高原子利用率。原子利用率表示目標產(chǎn)物的質(zhì)量與生成物總質(zhì)量之比。在下列制備環(huán)氧乙烷()的反應中，原子利用率最高的是()A.CH2CH2+(過氧乙酸)→+CH3COOHB.CH2CH2+Cl2+Ca(OH)2→+CaCl2+H2OC.2CH2CH2+O22D.+2H2O+HOCH2CH2—O—CH2CH2OH答案C解析A、B、D中均存在副產(chǎn)品，反應物沒有全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子利用率較低；C中反應物全部轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物，原子利用率為100%，原子利用率最高。5.以溴乙烷為原料制備乙二醇，下列方案最合理的是()A.CH3CH2BrCH3CH2OHCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇B.CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇C.CH3CH2BrCH2CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇D.CH3CH2BrCH2CH2CH2BrCH2Br乙二醇答案D解析A項與D項相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應時，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應等副反應；B項步驟最少，但取代反應不會停留在“CH2BrCH2Br”階段，副產(chǎn)物多，分離困難，原料浪費；C項比D項多一步取代反應，顯然不合理；D項相對步驟少，操作簡單，副產(chǎn)物少，較合理。6.以為基本原料合成，下列合成路線最合理的是()A.KB.XYZMC.NPQD.LJH答案D解析以為基本原料合成，因碳碳雙鍵、羥基均能被氧化，則應先使碳碳雙鍵發(fā)生加成反應引入一個鹵素原子，然后將羥基氧化為羧基，最后再發(fā)生消去反應(脫HCl)生成碳碳雙鍵，D項合理。7.在有機合成中，若制得的有機化合物較純凈且易分離，在工業(yè)生產(chǎn)上才有實用價值。據(jù)此判斷下列有機合成一般不適用于工業(yè)生產(chǎn)的是()A.酚鈉與鹵代烴作用合成酚醚：++NaBrB.乙烷與氯氣在光照下制備氯乙烷：CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HClC.萘與濃硫酸制備萘磺酸：+HO—SO3H+H2OD.乙烯水化制乙醇：CH2CH2+H2OCH3CH2OH答案B解析乙烷與氯氣在光照下發(fā)生取代反應，反應生成的有機物是多種氯代乙烷的混合物。8.甲基丙烯酸甲酯是合成有機玻璃的單體，早在幾十年前就成功合成，現(xiàn)在又有新的合成方法。舊的合成方法：(CH3)2CO+HCN→(CH3)2C(OH)CN(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4→NH4HSO4+CH2C(CH3)COOCH3新的合成方法：+CO+CH3OH→CH2C(CH3)COOCH3兩種方法相比，新方法的優(yōu)點是()A.原料無爆炸危險B.沒有副產(chǎn)物，原料利用率高C.原料都是無毒物質(zhì)D.生產(chǎn)過程中對設(shè)備沒有任何腐蝕性答案B解析有氣體原料，會有爆炸危險，A不符合題意；反應物全部轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，沒有副產(chǎn)物，原料利用率高，B符合題意；CO和CH3OH是我們熟知的有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)過程中要注意防護，C不符合題意；生產(chǎn)過程中原料對設(shè)備的腐蝕性，只有大小之分，不可能沒有任何腐蝕性，D不符合題意。9.根據(jù)下列流程圖提供的信息，判斷下列說法錯誤的是()A.屬于取代反應的有①④B.反應②③均是加成反應C.B的結(jié)構(gòu)簡式為CH2BrCHClCH2BrD.A還有三種同分異構(gòu)體(不考慮立體異構(gòu))答案C解析①④屬于取代反應，故A正確；②③屬于加成反應，故B正確；丙烯(C3H6)經(jīng)反應①②得到產(chǎn)物CH2BrCHBrCH2Cl，故C錯誤；A是CH2CHCH2Cl，它的鏈狀同分異構(gòu)體還有兩種CH3CHCHCl、，環(huán)狀同分異構(gòu)體有一種，故D正確。10.(2024·棗莊高二月考)合成某醫(yī)藥的中間路線如圖，下列說法不正確的是()A.R的官能團是—OHB.R的沸點高于P的沸點C.由P生成M發(fā)生消去反應D.P的核磁共振氫譜圖只有一組峰答案C解析通過合成路線圖知，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，則R的官能團是—OH，故A正確；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，R的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH(OH)CH3，R能形成分子間氫鍵但P不能形成分子間氫鍵，含有分子間氫鍵的物質(zhì)熔、沸點較高，所以R的沸點高于P的沸點，故B正確；P生成M的反應屬于取代反應，故C錯誤；P的結(jié)構(gòu)簡式為CH3COCH3，P含有一種化學環(huán)境的氫原子，所以其核磁共振氫譜圖只有一組峰，故D正確。11.α?呋喃丙烯醛(丙)為常用的優(yōu)良溶劑，也是有機合成的重要原料，其合成路線如下(部分反應試劑與條件已略去)。下列說法正確的是()A.甲中只含有兩種官能團B.乙的分子式為C7H10O3C.丙的同分異構(gòu)體中分子中含苯環(huán)且只含一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有5種D.①、②兩步的反應類型分別為取代反應和消去反應答案C解析甲中含有碳碳雙鍵、醚鍵、醛基三種官能團，A項錯誤；根據(jù)乙的結(jié)構(gòu)可知，乙的分子式為C7H8O3，B項錯誤；丙的同分異構(gòu)體中分子中含苯環(huán)且只含一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有、、、、，共5種，C項正確；反應①是加成反應，D項錯誤。12.我國自主研發(fā)“對二甲苯的綠色合成路線”取得新進展，其合成示意圖如下：下列說法不正確的是()A.過程i發(fā)生了加成反應B.對二甲苯的一溴代物只有一種C.M既可與H2反應，也可與溴水反應D.該合成路線理論上碳原子利用率為100%，且產(chǎn)物易分離答案B解析過程i是異戊二烯和丙烯醛發(fā)生的加成反應，生成具有對位取代基的六元中間體，選項A正確；對二甲苯()高度對稱，分子中有2種不同化學環(huán)境的氫原子，其一溴代物有2種，選項B不正確；該合成路線理論上碳原子利用率為100%，且產(chǎn)物對二甲苯與水互不相溶，易分離，選項D正確。13.(5分)丁烯二酸(HOOCCHCHCOOH)可用于制造不飽和聚酯樹脂，也可用作食品的酸性調(diào)味劑。某同學以ClCH2CHCHCH2Cl為原料，設(shè)計了下列合成路線：HOOCCHCHCOOH上述設(shè)計存在的缺陷是什么？請寫出改進后的合成路線。答案缺陷：在第二步的氧化過程中，碳碳雙鍵也會被氧化，使產(chǎn)率降低。改進后的合成路線：NaOOCCHCHCOONaHOOCCHCHCOOH。14.(5分)(2023·聊城高二檢測)已知：①+RX+HX；②(R為烴基，X為鹵素原子)。2?氨基苯乙醚()可用作燃料、香料、醫(yī)藥中間體。請設(shè)計以苯酚和乙醇為起始原料制備2?氨基苯乙醚的合成路線(無機試劑任選)。答案解析2?氨基苯乙醚()結(jié)構(gòu)中的—NH2，可由硝基還原得到，而苯環(huán)上的CH3CH2O—可由苯酚與CH3CH2Br發(fā)生取代反應得到，而乙醇與HBr發(fā)生取代反應可以得到CH3CH2Br，故苯酚首先發(fā)生硝化反應在鄰位引入硝基，生成，乙醇和HBr反應生成CH3CH2Br，和CH3CH2Br發(fā)生已知①反應生成，然后將硝基還原為氨基。15.(18分)(2024·青島二中月考)噠嗪化合物具有優(yōu)良廣譜的抑菌、殺蟲、除草和抗病毒活性，在噠嗪環(huán)分子中引入酰胺、雜環(huán)、甲氧基丙烯酸酯等活性基團，可為噠嗪類農(nóng)藥的發(fā)展提供更廣闊的發(fā)展空間，其某種合成路線如圖。請根據(jù)所學知識回答下列問題：(1)Ⅱ→Ⅲ的反應類型為，寫出該反應的化學方程式：。

(2)已知第爾斯?阿爾德反應：，請寫出Ⅰ與Ⅱ發(fā)生該反應的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式：。

(3)Ⅲ→Ⅳ需要的其他反應物為，設(shè)計Ⅲ→Ⅵ的作用是。

(4)Ⅵ中含有的官能團名稱：。(5)寫出從Ⅴ→Ⅵ的反應條件：。(6)Ⅸ→Ⅹ過程中需要以氨水為縛酸劑，則每生成1molX，消耗H2的物質(zhì)的量為mol。

(7)Ⅱ含環(huán)狀結(jié)構(gòu)的同分異構(gòu)體有種(不考慮立體異構(gòu))。

答案(1)取代反應(2)(3)HCl保護碳碳