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  • 2021-07-08 发布

高中化学:3-4-4《有机合成》课件(人教版选修5)

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第四节 有机合成 一、有机合成的过程 利用简单、易得的原料,通过有机反应,生 成具有特定结构和功能的有机化合物。 1、有机合成的概念 2、有机合成的任务 有机合成的任务包括目标化合物分子骨架的 构建和官能团的转化。 3、正向合成分析法 此法采用正向思维方法,从已知原料 入手,找出合成所需要的直接可间接的中 间产物,逐步推向目标合成有机物。 基础原料 中间体 中间体 目标化合物 正向合成分析法示意图 化工生产中常用的基础原料: 石油化工:炔烃 (乙炔)、烯烃 (乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯)、芳烃(苯、甲苯、二甲苯) 煤:苯、甲苯 植物发酵:乙醇 有机合成过程示意图 基础原料 辅助原料 副产物 副产物 中间体 中间体 辅助原料辅助原料 目标化合物 4、有机合成的过程 烯烃 卤代烃 醇 醛 羧酸 酯 烷烃 芳香烃 炔烃 烃、卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯 ----相互转化关系 二、官能团之间的转化 案例: 原料:乙烯 目标产物:乙酸乙酯 思考与交流 1、引入碳碳双键的三种方法: 卤代烃的消去;醇的消去;炔烃的不完全加成。 2、引入卤原子的三种方法: 醇(或酚)的取代;烯烃(或炔烃)的加 成;烷烃(或苯及苯的同系物)的取代。 3、引入羟基的四种方法: 烯烃与水的加成;卤代烃的水解;酯的 水解;醛的还原。 二、有机合成的方法 1、有机合成的常规方法 (1)官能团的引入 ①引入:C=C 1)某些醇的消去 CH3CH2 OH 浓硫酸 170℃ CH2=CH2↑ +H2O 醇 △ CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O CH3CH2Br +NaOH 2)卤代烃的消去 3)炔烃加成 CH≡CH + HBr CH2=CHBr催化剂 △ ②引入卤原子(—X) 1)烃与X2取代 CH4 +Cl2 CH3Cl+ HCl 光照 3)醇与HX取代 CH2==CH2+Br2 CH2BrCH2Br 2)不饱和烃与HX或X2加成 C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O △ 4)苯与X2取代(包括苯环和取代基上的取代) 5)苯酚与Br2取代 + Br2 Br+ HBr↑FeBr3 ③引入羟基(—OH) 1)烯烃与水的加成 CH2=CH2 +H2O CH3CH2OH 催化剂 加热加压 2)醛(酮)与氢气加成 CH3CHO +H2 CH3CH2OH 催化剂 Δ 3)卤代烃的水解(碱性) C2H5Br +NaOH C2H5OH + NaBr 水 △ 4)酯的水解 稀H2SO4 CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O △ ④引入:C=O 1)醇的氧化 2CH3CH2OH+O2  2CH3CHO+2H2O催化剂 △ (2)官能团的消除 ①通过加成消除:C=C、C≡C、C=O ②通过消去或氧化或酯化或取代等消除:—OH ③通过加成或氧化消除:—CHO ④通过消去反应或水解反应可消除: —X CH2=CH2 +H2 CH3CH3 催化剂 加热加压 CH3CH2 OH 浓硫酸 170℃ CH2==CH2↑ +H2O + H2CH3 CHO CH3 CH2 OH△ 催化剂 醇 △ CH2=CH2↑+ NaBr+ H2O CH3CH2Br +NaOH 一个官能 “变” 两个 思考如何实现下列转化: (1)CH3CH2Cl→CH2ClCH2Cl (2)CH3CH2OH→CH2(OH)CH2OH “移动” 官能团 思考如何实现下列转化: (1)CH3CH2CH2Cl→CH3CH(Cl)CH3 (2)CH3 CH2CH2OH→CH3CH2(OH)CH3 链状“变”环状 由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E,请在方框内填入合适的化合物 的结构简式。 CH2=CH2 Br2 水解 氧化 +B 氧化 O H2C H2C O C C O O A B C D E (07上海) 反应②③的目的是__________________。 基团的保护 (2004上海29)从石油裂解中得到的1,3—丁二烯可进行以下多步反应,得到重 要的合成橡胶和杀菌剂富马酸二甲酯。 问题:1、写出图中的A、B、C的结构式 2、图中哪些步骤是保护官能团的?为何要保护? 3、逆向合成分析法 是将目标化合物倒退一步寻找上一步反 应的中间体,该中间体同辅助原料反应可以 得到目标化合物。 基础原料中间体 中间体目标化合物 逆向合成分析法示意图 所确定的合成路线的各步反应,其反应条 件必须比较温和,并具有较高的产率,所使用 物基础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、 易得和廉价的——通常采用4个C以下的单官 能团化合物和单取代苯。 2 C2H5OH C—OC2H5 C—OC2H5 O O C—OH C—OH O O + 草酸二乙酯的合成 H2C—OH H2C—OH H2C—Cl H2C—Cl CH2 CH2 C—H C—H O O 4、有机合成遵循的原则 1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污 染——通常采用4个C以下的单官能团化 合物和单取代苯。 2)尽量选择步骤最少的合成路线——以保 证较高的产率。 3)满足“绿色化学”的要求。 4)操作简单、条件温和、能耗低、易实现 5)尊重客观事实,按一定顺序反应。 产率计算——多步反应一次计算 P.65:学与问 H2C= C—COOH CH3 A B C 93.0% 81.7% 85.6% 90.0% COOHHSCH2CHCO—N CH3 总产率= 93.0%×81.7%×90.0%×85.6% =58.54% 案例1: 苯甲酸甲酯(C6H5COOCH2C6H5)存在于多种植物香精中,可用做香料、食 品添加剂,还可用作塑料、涂料的增塑剂。对于这样一种有机化合物,你 准备通过怎样的合成路线来制备呢?(要求:原料来源丰富) 提示:石油化工的基础原料主要有4类:炔烃 (乙炔)、烯烃 (乙烯、丙烯、 丁烯和丁二烯)、芳烃(苯、甲苯、二甲苯) 案例2:课本P:67:3 案例3:(惠州09调研)已知: 请设计 乙烯 → … → CH3CH2COOH的合成路线。 要求:合成路线流程图表示示例 a b c d反应物 反应条件 反应条件 反应物 RX RCN RCOOHNaCN H2O 案例4: (09汕头)请用合成反应流程图表示出由 和其他无机物合成 最合理的方案(不超过4步),请在答题纸的方框中表示。反应物反应条件反应 物反应条件…… 例: CH2Cl 反应物 反应条件 反应物 反应条件…… CH2 Cl 烃的含氧衍生物复习 烃的含氧衍生物定义 ? 烃分子里的氢原子被含有氧原子的原子团 取代而衍生成的有机物。 包括:醇、酚、醛、酮、羧酸和酯等 物理性质总结: 分子中存在氢键的物质: 醇、酚、羧酸:熔沸点较高,小分子在水中的溶解度较大。 没有氢键的物质: 醛、酮、酯:熔沸点较低,小分子醛可溶于水;酮、酯一般不溶于水。 ② ① ⑤ ③ ④ H―C―C―O―H H H H H 反应 断键位置 与金属钠反应 Cu或Ag催化氧化 浓硫酸加热到170℃ 浓硫酸加热到140℃ 浓硫酸条件下与乙酸加热 与HX加热反应 ②、④ ② ①、③ ① 、② ① ① 反应 断键位置 与金属钠反应 与氢氧化钠反应 与碳酸钠反应 与溴水反应 被氧气氧化成粉红色 ② O—H ② ① ② ② ①:弱酸性 较强的还原性 反应 断键位置 与银氨溶液反应 与新制氢氧化铜反应 与氧气在催化剂作用下反应 与氢气反应 ②:氧化性 ② ① ①:还原性 CH3—C—H O 反应 断键位置 与氢气反应 ①:氧化性 ① CH3—C—CH3 O 反应 断键位置 与活泼金属反应 与碱中和 与弱酸盐反应:Na2CO3 与碱性氧化物反应 与指示剂显色 与醇在浓硫酸加热条件下 ② ② ① ①:弱酸性 CH3—C—O—H O 反应 断键位置 在酸性、碱性、中性溶液中水解 ① ① CH3—C—O—C2H5 O 注意:C=O双键在醛、酮中可以与氢气加成, 但在羧基、酯基中由于受到氧原子的影响一般 不与氢气加成! 小结: 1、能与Na反应的官能团: —OH(醇或酚)、—COOH 2、能与NaOH反应的官能团: —COOH、酚羟基、 COOR、—X(卤素原子) 3、能使高锰酸钾(强氧化剂)褪色的官团: —OH(醇或酚)、—CHO、C=C、C≡C、苯的同系物(支链被氧化)