高中化学专题3有机化合物的获得与应用第3单元人工合成有机化合物第1课时教学案苏教版必修2 13页

第 1 课时 简单有机物的合成 [学习目标定位] 1.通过乙酸乙酯的合成路线的分析，学会简单有机物合成的基本方法思路。 2.熟知有机物合成过程中反应的反应类型及其判断。3.知道常见的有机高分子化合物和三大 合成材料。 一、有机物合成路线的设计与选择 1．有机合成是利用简单、易得的原料，通过有机反应制取具有特定结构和功能的有机物。如 利用石油化工产品乙烯可合成下列有机物，写出反应的化学方程式。 (1)乙烯水合法制乙醇 CH2===CH2＋H2O――→催化剂CH3CH2OH。 (2)乙烯氧化制乙醛 2CH2===CH2＋O2 ――→催化剂2CH3CHO。 (3)乙烯氧化制乙酸 CH2===CH2＋O2 ――→催化剂CH3COOH。 2．以乙烯为原料合成乙酸乙酯 (1)若合成路线Ⅰ设计如下，请在方框内填写相应物质的名称： 写出有关反应的化学方程式，并注明反应类型： ①CH2===CH2＋H2O――→催化剂CH3CH2OH，加成反应； ②2CH3CH2OH＋O2 ――→催化剂 △ 2CH3CHO＋2H2O，氧化反应； ③2CH3CHO＋O2 ――→催化剂2CH3COOH，氧化反应； ④CH3COOH＋CH3CH2OH 浓 H2SO4 △ CH3COOCH2CH3＋H2O，酯化反应。 (2)设计其他可能的合成路线，画出流程图。 答案 合成路线Ⅱ： 合成路线Ⅲ： 3．一种物质的合成路线可能有多种，到底采用哪一种，主要考虑哪些因素？ 答案 (1)合成路线的简约性。(2)实际生产的可操作性。(3)还要综合考虑原料来源、反应物 利用率、反应速率、设备和技术条件、是否有污染物排放、生产成本等问题来选择最佳的合 成路线。 有机合成的常用方法 (1)正向思维法：采用正向思维，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物， 逐步推向目标合成有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。 (2)逆向思维法：采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成 所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。 (3)综合比较法：此法采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较， 得出最佳合成路线。 1．若甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、甲醇(CH3OH)和乙醇(CH3CH2OH)在一定条件下于同一反应 体系中发生酯化反应。回答下列问题： (1)理论上能生成几种酯？ (2)反应后的混合物中哪些是同分异构体？ 答案 (1)理论上能生成 4 种酯。 (2)甲酸乙酯与乙酸甲酯互为同分异构体，甲酸甲酯与乙酸互为同分异构体。 解析 酸和醇之间的酯化反应 ―→ 甲酸与甲醇、乙醇都可反应，乙酸与甲醇、乙醇都可反应 ―→ 分别生成甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯 4 种酯 ―→ 结构简式分别为 HCOOCH3、HCOOCH2CH3、CH3COOCH3、CH3COOCH2CH3 ―→ 甲酸乙酯与乙酸甲酯互为同分异构体、甲酸甲酯与乙酸互为同分异构体 2．乙酸乙酯的合成方法有多种，现有淀粉、水、空气、乙烯等原料，如果分别用上述两种不 同的有机原料开始合成乙酸乙酯，请绘制出有关的合成路线图，并在图中标明原料和各步转 化产物(有机产物)的名称(无须写反应方程式)。 示例： 合成路线图 A ――→其他反应物 反应条件 B ――→其他反应物 反应条件 C ……―→ H 答案 合成路线一： 合成路线二： 二、有机合成题的解题方法思路 1．设计方案，以玉米秸秆为原料，合成乙酸乙酯，并写出所有相关反应的化学方程式。 答案 (C6H10O5)n＋nH2O――→催化剂nC6H12O6 纤维素 葡萄糖 C6H12O6 ――→酒化酶2C2H5OH＋2CO2↑ 2C2H5OH＋O2――→Cu △ 2CH3CHO＋2H2O 2CH3CHO＋O2 ――→催化剂2CH3COOH C2H5OH＋CH3COOH 浓硫酸 △ CH3COOC2H5＋H2O 解析 根据有机合成的逆向思维方法，制取乙酸乙酯，需要先制取乙醇、乙酸。工业制乙醇 可由纤维素发酵制得，所以本题与生产实践有关，先制乙醇，然后由乙醇再制乙酸。 2．以乙烯为原料合成化合物 C 的流程如下所示： (已知 R—Br＋NaOH――→△ ROH＋NaBr) (1)写出 A 的结构简式：________________________________________________。 (2)反应①③的反应类型分别为________、__________。 (3)写出乙醇的同分异构体：________________。 (4)写出反应②和④的化学方程式： ②________________________________________________________________________； ④________________________________________________________________________。 答案 (1) (2)加成反应 取代反应 (3)CH3OCH3 (4)②2CH3CH2OH＋O2 ――→催化剂 △ 2CH3CHO＋2H2O ④2CH3COOH＋HOCH2—CH2OH 浓 H2SO4 △ CH3COOCH2—CH2OOCCH3＋2H2O 解析 根据题目所给信息，R—Br(卤代烃)与 NaOH 溶液反应，溴原子被羟基取代，由此可知 A 为 CH2BrCH2Br。 有机合成题的解题思路 (1)采用正向思维或逆向思维设计合成路线。 (2)比较原料与产物的结构(碳架变化、基团差异)，确定发生的化学反应。 (3)分析题给信息，总结规律，进行迁移应用。 3．已知：R—CH2—Cl＋NaOH――→H2O △ R—CH2—OH＋NaCl。 写出以 CH2ClCH2CH2CH2OH 为原料制备 的各步反应的化学方程式。 答案 ①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O2 ――→催化剂 △ 2CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O ②2CH2ClCH2CH2CHO＋O2 ――→催化剂 △ 2CH2ClCH2CH2COOH ③CH2ClCH2CH2COOH＋2NaOH――→H2O △ HOCH2CH2CH2COONa＋NaCl＋H2O ④2HOCH2CH2CH2COONa＋H2SO4―→ 2HOCH2CH2CH2COOH＋Na2SO4 ⑤ 浓硫酸 △ ＋H2O 解析 观察目标产物的结构特征，存在酯基，说明最后一步应是酯化反应，而且是分子内部 发生反应，反应物应为 HOCH2CH2CH2COOH。根据所学知识，可知羧基可通过醇氧化成醛再氧化 成酸引入，而原料 CH2ClCH2CH2CH2OH 中只有一个醇羟基，再根据卤代烃可以在 NaOH 的水溶液 中加 热生成 醇， 我们便 可以再 引入 一个醇 羟基， 从而得 出答 案中所 列合成 路线： CH2ClCH2CH2CH2OH――→O2 CH2ClCH2CH2CHO――→O2 CH2ClCH2CH2COOH――→NaOH HOCH2CH2CH2COONa――→H2SO4 HOC H2CH2CH2COOH。 1．有机合成遵循的原则 2．有机合成的方法 1．如图是某有机物分子的比例模型，黑色的是碳原子，白色的是氢原子，灰色的是氧原子。 下列关于该物质的说法中不正确的是( ) A．不能使紫色石蕊溶液变红 B．可与碳酸钠反应 C．能发生酯化反应 D．能发生氧化反应 答案 B 解析 该有机物为乙醇，不可与 Na2CO3 反应。 2．用乙炔(CH≡CH)为原料制取 CH2Br—CHBrCl，可行的反应途径是( ) A．先加 Cl2，再加 Br2 B．先加 Cl2，再加 HBr C．先加 HCl，再加 HBr D．先加 HCl，再加 Br2 答案 D 解析 CH≡CH与HCl反应可以生成CH2==CHCl，再与Br2加成即可生成目标产物CH2Br—CHBrCl。 3．甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过 100 万吨的有机玻璃的单体，制取该单体的旧法合成 的反应是 ＋CH3OH＋H2SO4―→ ＋NH4HSO4 90 年代开始的新法合成的反应是 CH3C≡CH＋CO＋CH3OH――→Pt 。与旧法比 较，新法的优点是( ) A．原料无爆炸危险 B．原料都是无毒物质 C．没有副产物，原料利用率高 D．对设备腐蚀性较大 答案 C 解析 新法的原料中有可燃性气体 CO，不能说“原料无爆炸危险”，A 说法错误；CO 有毒， 所以不能说“原料都是无毒物质”，B 说法错误；由新法的化学方程式看，产物只写了一种， 而旧法的化学反应方程式中，产物有两种，可推知新法的优点是“没有副产物，原料利用率 高”，故 C 说法正确。对比三个化学方程式，可知新法的原料中没有 HCN 和 H2SO4，故对设备 腐蚀性较小，所以 D 说法错误。 4．已知，有机化合物 A 只由 C、H 两种元素组成且能使溴水褪色，其产量可以用来衡量一个 国家石油化工发展水平。A、B、C、D、E 有如下关系： 则下列推断不正确的是( ) A．鉴别 A 和甲烷可选择使用酸性高锰酸钾溶液 B．D 中含有的官能团为羧基，利用 D 物质可以清除水壶中的水垢 C．物质 C 的结构简式为 CH3CHO，E 的名称为乙酸乙酯 D．B＋D―→E 的化学方程式为 CH3CH2OH＋CH3COOH――→催化剂 △ CH3COOC2H5 答案 D 解析 从题意可知 A 为乙烯，根据框图提示，B 为乙醇，C 为乙醛，D 为乙酸，乙醇和乙酸反 应生成乙酸乙酯，即为 E 物质。乙烯可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，甲烷不可以，A 选项正确；醋酸的官能团为羧基， 可以与水垢的主要成分反应，B 选项正确；C 选项表述正确；化学方程式为 CH3CH2OH＋ CH3COOH 浓硫酸 △ CH3COOC2H5＋H2O，D 选项错误。 5．某同学以 A、C 为原料合成有机物 E，其中 A 为一种烃，合成路线如图所示： (1)写出反应①④的反应类型：①________；④________。 (2)写出 A、B、C、D 的结构简式：A________，B________，C________，D________。 (3)写出反应 ①③④的化学方程式： ①________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 ④________________________________________________________________________。 答案 (1)加成反应 酯化反应(或取代反应) (2)CH3CH===CH2 CH3CH2CH2OH (3)CH3CH===CH2＋H2O――→催化剂 △ CH3CH2CH2OH ＋O2 ――→催化剂 △ ＋CH3CH2CH2OH 浓硫酸 △ ＋H2O 解析 E 是酯类物质，则合成 E 的有机物应是 和 CH3CH2CH2OH(B)， B 由 A 与 H2O 反应制得，则 A 为 CH3CH===CH2。C 经过两次催化氧化得到 ， 可知 C 为 ，D 为 。 [基础过关] 题组一 有机物结构与反应类型 1．下列化合物中既易发生取代反应，也可发生加成反应，还能使酸性 KMnO4 溶液褪色的是 ( ) A．乙烷 B．乙醇 C．丙烯 D．苯 答案 C 解析 能发生加成反应说明分子结构中有不饱和键，可排除 A、B 两项；而苯不能使酸性 KMnO4 溶液褪色，可排除 D 项；丙烯中有类似甲烷、乙烯的结构，所以能发生取代反应、加成反应 和使酸性 KMnO4 溶液褪色。 2．“绿色化学”要求在化工合成过程中，目标产物对反应物的原子利用率达到 100%，下列 有机反应类型最符合这一要求的是( ) A．取代反应 B．氧化反应 C．缩聚反应 D．加聚反应 答案 D 解析 无机反应中的化合反应，有机反应中的加成反应和加聚反应，其反应物的原子全部变 成目标产物，原子利用率都为 100%，符合绿色化学的理念。 3．请预测有机物丙烯酸(CH2===CH—COOH)可发生的反应类型可能有( ) ①加成反应 ②水解反应 ③酯化反应 ④中和反应 ⑤氧化反应 A．①③ B．①③④ C．①③④⑤ D．①②③④⑤ 答案 C 4．有机物①CH2===CHCH2CH===CHCOOH ②CH2===CHCOOCH3 ③CH2===CHCH2OH ④CH3CH2CH2OH ⑤ 中能发生酯化反应、加成反应和氧化反应的是( ) A．①③④ B．②④⑥ C．①③⑤ D．①②⑤ 答案 C 解析 分析 5 种有机物分子中含有的官能团，判断各自能发生的反应如下表： 酯化反应 加成反应 氧化反应 ① √ √ √ ② × √ √ ③ √ √ √ ④ √ × √ ⑤ √ √ √ 故①③⑤符合题意。 5．利用下列反应不能制得较为纯净的括号中的物质的是( ) A．乙烯与氯气加成(1,2二氯乙烷) B．一分子乙炔先加一分子氯化氢，再加氢气(氯乙烷) C．等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下反应(氯乙烷) D．浓硝酸与苯用浓硫酸作催化剂反应(硝基苯) 答案 C 解析 等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下发生取代反应可得一氯乙烷、二氯乙烷、三氯 乙烷等多种氯代乙烷。其他选项均能得到较为纯净的产物。 题组二 简单有机物的合成及评价 6 ． 已 知苯 与 一 卤代 烷 在 催 化剂 作 用 下可 生 成 苯 的同 系 物 ： ＋ CH3X ――→催化剂 ＋HX。在催化剂存在下，由苯和下列各组物质合成乙苯最好应选用的是( ) A．CH3—CH3 和 Cl2 B．CH2===CH2 和 Cl2 C．CH2===CH2 和 HCl D．CH3CH3 和 HCl 答案 C 解析 据信息可知制取乙苯的原料是苯和 CH3CH2Cl，而制取纯净 CH3CH2Cl 的方案是利用 CH2===CH2 和 HCl 加成。 7 ． 1,4 二 氧 六 环 是 一 种 常 见 的 有 机 溶 剂 。 它 可 以 通 过 下 列 合 成 路 线 制 得 ： 烃类 A ――→Br2 B ――→NaOH 水溶液 C ――→H2SO4 －2H2O 已知 R—CH2—Br――→NaOH 水溶液R—CH2OH，则 A 可能是( ) A．乙烯 B．乙醇 C．CH2===CH—CH===CH2 D．乙醛 答案 A 解析 据最终产物可逆推出 C 为 HO—CH2—CH2—OH，则结合信息知 B 为 Br—CH2—CH2—Br，A 为 CH2===CH2。 8．若按以下路线从乙烯合成乙酸乙酯：乙烯→醇→醛→酸→酯。则经历的反应类型应为( ) A．加成—氧化—氧化—酯化 B．氧化—加成—氧化—酯化 C．取代—氧化—氧化—酯化 D．加成—还原—氧化—取代 答案 A 解析 乙烯→醇：与水发生加成反应；醇→醛：氧化反应；醛→酸：氧化反应；醇＋酸→酯： 酯化(取代)反应。 9．合成聚丙烯腈纤维的单体是丙烯腈，它可以由以下两种方法制备： 方法一：CaCO3――→高温 CaO――→C CaC2――→H2O CH ≡CH――→HCN CH2===CH—CN 方法二：CH2===CHCH3＋NH3＋3 2 O2 ――→催化剂 425～515 ℃CH2===CH—CN＋3H2O 对于以上两种制备途径的分析如下：①方法二比方法一步骤少、能源消耗低、生产成本也低； ②方法二比方法一原料丰富、工艺简单；③方法二降低了有毒气体的使用，减少了污染；④ 方法二需要的反应温度高，耗能大。其中分析正确的是( ) A．①②③ B．①③④ C．②③④ D．①②③④ 答案 A 10．制备乙酸乙酯的绿色合成路线之一为 下列说法不正确的是( ) A．M 的分子式为 C6H12O6 B．N 的结构简式为 CH3COOH C．④的反应类型属于取代反应 D．淀粉与纤维素互为同分异构体 答案 D 解析 淀粉和纤维素的化学式都是(C6H10O5)n，但是两者的 n 值不相同，所以化学式不同，不 是同分异构体，D 选项错误；淀粉和纤维素水解产物最终为葡萄糖(C6H12O6)，A 选项正确；葡 萄糖在酒化酶作用下发生发酵反应：C6H12O6 ――→催化剂2CH3CH2OH＋2CO2↑，乙醇通过下列催化氧化 反应：CH3CH2OH――→O2 加热 CH3CHO――→O2 加热 CH3COOH，所以得到的 N 为乙酸，B 选项正确；乙醇和乙酸 发生酯化反应(本质是取代反应)生成乙酸乙酯，C 选项正确。 [能力提升] 11．已知乙烯能发生以下转化： (1)乙烯的结构简式为______________________________________________。 (2)写出 B、D 化合物中的官能团： B 中官能团的名称：________；D 中官能团的名称：________。 (3)写出下列反应的化学方程式并注明反应类型： ①________________________________________________________________________； 反应类型：________________； ②________________________________________________________________________； 反应类型：________________。 答案 (1)CH2===CH2 (2)羟基 羧基 (3)①CH2===CH2＋H2O ――→催化剂CH3CH2OH 加成反应 ②2CH3CH2OH＋O2――→Cu △ 2CH3CHO＋2H2O 氧化 反应 解析 乙烯和水发生加成反应生成 B(乙醇)，乙醇催化氧化生成 C(乙醛)，乙醇和 D(乙酸)发 生酯化反应生成乙酸乙酯。 12．用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下： 根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题： (1)由 CH2===CH2 制得有机物 A 的化学反应类型是________。 (2)丙烯酸(CH2===CHCOOH)中含有的官能团是________(填名称)。 (3)A 与 B 合成丙烯酸乙酯的化学方程式是____________________________________ ________________________________________________________________________， 该反应的类型是________。 答案 (1)加成反应 (2)碳碳双键、羧基 (3)CH2===CHCOOH＋CH3CH2OH 浓硫酸 △ CH2===CHCOOCH2CH3＋H2O 取代反应(或酯化反应) 13．已知 具有弱酸性。医药阿司匹林的结构简式为 ，试根据阿 司匹林的结构回答： (1)阿司匹林可看作是酯类物质，口服后，在胃肠酶的作用下，阿司匹林发生水解反应，生成 A 和 B 两种物质，其中 A 的结构简式为 ，其分子式为________________，则 B 的结构简式为________________。 (2)上述水解产物 A 与钠反应的化学方程式：________________________________。 (3)上述产物 B 与乙醇、浓硫酸共热反应的化学方程式为_____________________________。 答案 (1)C7H6O3 CH3COOH (3)CH3COOH＋CH3CH2OH 浓 H2SO4 △ CH3COOCH2CH3＋H2O 14．已知：RCH2Cl＋NaOH――→水 △ RCH2OH＋NaCl 有机物 E 和 F 可用作塑料增塑剂或涂料的溶剂，它们的相对分子质量相等。可以用如下图所 示方法合成。 (1)写出下列反应的化学方程式： ①A＋C→E：________________________________________________________； ②CH2===CH2―→D：_________________________________________________。 (2)E 和 F 的相互关系是________________(填字母)。 A．同一种物质 B．同一类物质 C．同系物 D．同分异构体 答案 (1)① ＋2CH3COOH 浓 H2SO4 △ ＋2H2O ②CH2===CH2＋H2O 催化剂,CH3CH2OH (2)BD