高中化学选修五34 有机合成 教学设计.docx
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高中化学选修五34有机合成教学设计
2019-2020年高中化学选修五3-4有机合成教学设计
[学习目标]
1.掌握有机化学反应的主要类型(取代、加成、消去反应)、原理及应用,初步学会引入各种官能团的方法。
2.在掌握各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上,初步学习设计合理的有机合成路线。
3.理解有机合成遵循的基本规律,初步学会使用逆向合成法合理地设计有机合成的路线。
4.了解有机合成对人类生产、生活的影响。
知识点一 有机合成的过程[学生用书P59]
►自主探究自主学习 探究归纳
阅读教材P64-P65,思考并填空
1.概念
有机合成指利用简单、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的过程方法。
2.任务、过程
—
|
—
|
—
自我测评►———————————————————(做一做)
1.化合物丙可由如下反应得到:
C4H10OC4H8丙(C4H8Br2),丙的结构简式不可能是( )
A.CH3CH(CH2Br)2
B.(CH3)2CBrCH2Br
C.CH3CH2CHBrCH2Br
D.CH3(CHBr)2CH3
答案:
A
2.以H2O、HO、空气、乙烯为原料制取
,写出相关反应的化学反应方程式。
答案:
①CH2===CH2+H2OCH3CH2OH
②CH2===CH2+HOCH3CHOH
③2CH3CHOH+O2
+2H2O18O
认知总结
有机合成中常见官能团的引入或转化
1.卤原子的引入方法
(1)烃与卤素单质的取代反应。
例如:
CH2===CH—CH3+Cl2
CH2===CH—CH2Cl+HCl。
(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。
例如:
CH2===CHCH3+HBrCH3—CHBrCH3
CH≡CH+HClCH2CHCl
(3)醇与氢卤酸的取代反应。
例如:
R—OH+HXR—X+H2O
2.羟基的引入方法
(1)醇烃基的引入方法
①烯烃与水加成生成醇。
例如:
CH2===CH2+H2OCH3CH2—OH
②卤代烃在强碱性溶液中水解生成醇。
例如:
CH3CH2—Br+NaOHCH3CH2—OH+NaBr
③醛或酮与氢气加成生成醇。
例如:
CH3CHO+H2CH3CH2—OH
CH3COCH3+H2
④酯水解生成醇。
例如:
CH3COOCH2CH3+H2O
CH3COOH+CH3CH2OH
(2)酚羟基的引入方法
3.双键的引入方法
(1)碳碳双键的引入
①醇的消去反应引入碳碳双键。
例如:
CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O
②卤代烃的消去反应引入碳碳双键。
例如:
CH3CH2BrCH2===CH2↑+HBr
③炔烃与氢气、卤化氢、卤素单质加成(限制物质的量)可得到碳碳双键。
例如:
CH≡CH+HClCH2===CHCl
(2)
的引入——醇的催化氧化。
例如:
2RCH2OH+O22RCHO+2H2O
2R—CHOH—R′+O2
+2H2O
4.羧基的引入方法
(1)醛被弱氧化剂氧化。
例如:
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O
(2)醛被氧气氧化。
例如:
2CH3CHO+O22CH3COOH
(3)酯在酸性条件下水解。
例如:
CH3COOCH2CH3+H2O
CH3COOH+CH3CH2OH
(4)含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化。
例如:
5.有机物官能团的转化
(1)利用官能团的衍生关系进行官能团种类转化。
例如:
醇
醛羧酸
(2)通过消去、加成(控制试剂)、水解反应使官能团数目增加或减少。
例如:
CH3CH2OHCH2===CH2
lHO—CH2—CH2—OH
(3)通过消去、加成(控制条件)反应使官能团位置改变。
例如:
CH3CH2CH2ClCH3CH===CH2
(4)碳链的增长。
例如:
有机物与HCN的反应以及不饱和化合物间的加成、聚合等。
(5)碳链的变短。
例如:
烃的裂化、裂解。
►讲练互动典例剖析 题组训练
[典例剖析]
实验室中常用格氏试剂制取醇类,格氏试剂(RMgX)的制法是RX+MgRMgX(R为烃基,X为卤素)。
格氏试剂可发生下列转变:
(R、R′可以是相同或不同的烃基)
以A为原料合成乙酸异丁酯
(
)的流程如下(部分反应物及反应条件没有列出),A主要来源于石油裂解气,A的产量常作为衡量石油化工水平的标志。
(1)上述流程中,属于或含加成反应的是________(填序号)。
(2)写出F的结构简式:
________________________________________________________________________。
(3)写出下列反应的化学方程式:
反应①________________________________________________________________________。
反应④________________________________________________________________________。
[解析] 根据题意及信息可梳理出几点:
产物为酯类化合物;酯的制备通常是羧酸和醇反应。
醇(R—CH2OH)能连续两次被氧化:
R—CH2OH―→RCHO―→RCOOH。
分析信息格氏试剂的制法:
把Mg放在无水乙醚中,加卤代烃即得格氏试剂,醛与格氏试剂作用生成醇,反应过程中包含加成和水解两个反应。
可依次推导如下:
[答案]
(1)①④⑤⑥
(2)CH3CH2MgX
(3)CH2===CH2+H2OCH3CH2OH
CH2===CH2+HXCH3CH2X
[规律方法] 解答推断(合成)题,需要认真阅读题给信息,在阅读中快速地接受题目信息,灵活进行知识的迁移。
[题组训练]
题组 有机合成的过程
1.由溴乙烷为主要原料制取乙二醇时,需要经过的反应为( )
A.加成—消去—取代 B.消去—加成—取代
C.取代—加成—消去D.取代—消去—加成
解析:
选B。
要制备乙二醇,由溴乙烷不能直接转化,故考虑先通过消去反应得到乙烯,然后经过加成得到卤代烃,再水解(取代)得到乙二醇。
2.(2015·河南开封高二检测)在下列有机反应类型中,不能引入羟基的是( )
A.还原反应B.水解反应
C.消去反应D.加成反应
解析:
选C。
—CHO与氢气的加成反应(也是还原反应)、R—X的水解反应都能引入—OH,而消去反应只能在有机物中引入不饱和键,不会引入—OH。
3.由环己烷可制备1,4环己二醇的二醋酸酯,下面是有关的八步反应(其中所有无机反应物都已略去):
其中有3步属于取代反应,2步属于消去反应,3步属于加成反应。
(1)反应①、________和________属于取代反应。
(2)化合物的结构简式是B________,C________。
(3)反应④所需的试剂和条件是______________。
解析:
本题考查有机物官能团的引入与转化。
根据题中所给各物质结构及反应条件,可推知各步反应类型及各物质转化如下:
答案:
(1)⑥ ⑦
(2)
(3)浓NaOH,醇,加热
知识点二 逆合成分析法[学生用书P61]
►自主探究自主学习 探究归纳
阅读教材P65-P67,思考并填空
1.逆合成分析法的构建
⇒⇒⇒
2.以草酸二乙酯为例,说明逆推法在有机合成中的应用
(1)草酸二乙酯分子中含有两个酯基,按酯化反应规律将酯基断开,得到草酸和两分子乙醇,说明目标化合物可由两分子的乙醇和草酸通过酯化反应得到:
⇒
。
(2)羧酸可由醇氧化得到,草酸前一步的中间体应该是乙二醇:
。
(3)乙二醇的前一步中间体是1,2二氯乙烷,1,2二氯乙烷可通过乙烯的加成反应而得到:
⇒
⇒
。
(4)乙醇通过乙烯与水的加成得到:
CH3CH2OH⇒CH2===CH2。
根据以上分析,合成步骤如下(用化学方程式表示):
①CH2===CH2+H2OCH3CH2OH。
②CH2===CH2+Cl2―→CH2Cl—CH2Cl。
③CH2Cl—CH2Cl+2NaOHCH2OH—CH2OH+2NaCl。
④CH2OH—CH2OHHOOC—COOH。
⑤HOOC—COOH+2CH3CH2OH
C2H5OOC—COOC2H5+2H2O。
自我测评►———————————————————(做一做)
1.判断正误
(1)引入羟基的反应都是取代反应。
( )
(2)在有机合成中,利用醇或卤代烃的消去反应可以在碳链上引入双键或三键等不饱和键。
( )
(3)逆合成分析法的步骤是目标化合物→中间体→基础原料。
( )
(4)合成有机物要求操作简单、条件温和、能耗低、易实现。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√
2.下面是有机合成的三个步骤:
①对不同的合成路线进行优选;②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线;③观察目标分子的结构。
正确的顺序为( )
A.①②③ B.③②①
C.②③①D.②①③
解析:
选B。
逆合成分析法可表示为目标化合物⇒中间体⇒基础原料。
对不同的合成路线按照有机合成的原则进行优选。
认知总结
1.有机合成的分析方法
分析方法
内容
正合成分析法
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或间接的中间体,逐步推向待合成有机物,其思维程序:
原料→中间体→产品
逆合成分析法
采用逆向思维方法,从产品的组成、结构、性质入手,找出合成所需要的直接或间接的中间体,逐步推向已知原料,其思维程序:
产品→中间体→原料
综合比较法
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,从而得到最佳合成路线
2.有机合成遵循的原则
3.有机合成的解题思路
4.常见的有机合成路线
(1)一元合成路线。
例如:
R—CH===CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸―→酯
(2)二元合成路线。
例如:
CH2===CH2CH2X—CH2XHOH2C—CH2OHOHC—CHOHOOC—COOH―→链酯、环酯、聚酯
(3)芳香化合物合成路线。
例如:
[特别提醒] 有机合成与推断中常常涉及到信息的迁移问题。
处理这类问题时,应该是先读取信息、领会信息、提炼信息,在此基础上迁移应用。
一般此类问题起点高落点低,虽然涉及的内容和方法没有学到,但处理问题仍然用所学知识。
►讲练互动典例剖析 题组训练
[典例剖析]
香豆素是广泛存在于植物中的一类芳香化合物,大多具有光敏性,有的还具有抗菌和消炎作用。
它的核心结构是芳香内酯A,其分子式为C9H6O2,该芳香内酯A经下列步骤转变为水杨酸和乙二酸。
已知:
①CH3CH===CHCH2CH3CH3COOH+CH3CH2COOH
②R—CH===CH2R—CH2—CH2Br
请回答下列问题:
(1)写出化合物C的结构简式:
________________________________________________________________________。
(2)化合物D有多种同分异构体,其中一类同分异构体是苯的二取代物,且水解后生成的产物之一能发生银镜反应。
这类同分异构体共有________种。
(3)在上述转化过程中,反应步骤B→C的目的是________________________________________________________________________。
(4)请设计合理方案从
合成
(用反应流程图表示,并注明反应条件)。
例:
由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为:
CH3CH2OHCH2===CH2
[解析] A是芳香内酯,其分子式为C9H6O2。
由A→B是酯的水解(开环)反应。
由B的分子式为C9H8O3结合题给信息①和C被氧化的产物,可以推出A的结构简式为
;从而推出水解产物B的结构简式为
;由C的分子式,结合BC,则推出C的结构简式为
。
B→C的目的是把酚羟基保护起来,防止下一步C的氧化破坏酚羟基。
化合物D有多种同分异构体,其中一类同分异构体是苯的二取代物,且水解后生成的产物之一能发生银镜反应,则必为甲酸酯,故符合条件的同分异构体包括
和
以及取代基位于间位、对位的同分异构体,共有9种。
由
,分析结构显然是要把
转变成—CH2CH2—OH。
采用逆合成分析法,则有—CH2CH2—OH←
,结合题给信息R—CH===CH2R—CH2—CH2—Br完成转变。
最后再进行酯化成环反应,生成目标产物内酯。
[答案]
(1)
(2)9 (3)保护酚羟基,使之不被氧化
(4)
[规律方法] 解决有机合成题目的“三结合”
(1)正推和逆推相结合。
(2)定性(官能团的引入和消去)与定量相结合。
(3)已知(已有的官能团之间的相互转化)和信息相结合。
[题组训练]
题组 有机合成方法
1.1,4二氧六环(
)可通过下列方法制取。
烃ABC1,4二氧六环,则该烃A为( )
A.乙炔 B.1丁烯
C.1,3丁二烯D.乙烯
解析:
选D。
此题可以应用反推法推出A物质,根据1,4二氧六环的结构,可以推知它是由乙二醇脱水后形成的,两分子HO—CH2—CH2—OH脱水后形成环氧化合物。
生成乙二醇的可能是1,2二溴乙烷(
);生成1,2二溴乙烷的应该是乙烯,所以CH2===CH2
2.(2015·江西赣州高二检测)有一种脂肪醇通过一系列反应可得丙三醇,该醇通过氧化、酯化、加聚反应而制得高聚物
,这种脂肪醇是( )
A.CH3CH2CH2OH
B.CH2===CH—CH2OH
解析:
选B。
采用逆推法,加聚反应前:
CH2===CHCOOCH2CH===CH2,酯化反应前:
CH2===CH—COOH,氧化反应前CH2===CH—CH2OH。
——————————————[核心知识提炼]——————————————
1.有机合成是指利用简单、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。
2.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.逆合成分析法是设计复杂化合物的合成路线时常用的方法。
4.有机合成路线要求各步反应条件温和、产率高,基础原料和辅助原料低毒性、低污染、易得而廉价。
知能演练 轻松闯关
[基础温故]
1.下列有机化学反应类型的归类,不正确的是( )
A.工业合成聚乙烯:
加聚反应
D.C2H5OH+HBrCH3CH2Br+H2O:
取代反应
解析:
选C。
C选项中的反应不是酯化反应而是分子内的脱水反应。
2.从原料和环境方面的要求看,绿色化学对生成中的化学反应提出了提高原子利用率的要求,即尽可能不采用那些对产品的化学组成没有必要的原料,现有下列3种合成苯酚的反应路线:
其中符合原子节约要求的生成过程是( )
A.只有① B.只有②
C.只有③D.①②③
解析:
选C。
过程①使用了铁粉和氯气,而②使用了浓硫酸和氢氧化钠,这些对苯酚来说都是没有的化学组分,但③使用氧气,这是苯酚所必需的。
3.由1氯丙烷合成少量的2丙醇,需要经过下列哪几步反应( )
A.加成→消去→取代
B.消去→加成→水解
C.取代→消去→加成
D.消去→加成→消去
4.在有机合成中,制得的有机物较纯净并且容易分离,这在工业生产中往往有实用价值,试判断下列有机反应在工业上没有生产价值的是( )
A.CH2===CH2+H2OC2H5OH
B.nCH2===CH2CH2—CH2
C.C6H6+HNO3C6H5—NO2+H2O
D.CH3COOC2H5+H2O
CH3COOH+C2H5OH
解析:
选D。
选项D所得产物CH3COOH与C2H5OH互溶,也难于分离,且反应为可逆反应,产率不高。
5.以淀粉为基本原料可制备许多物质,如:
下列有关说法中正确的是( )
A.淀粉是糖类物质,有甜味,反应①是水解反应
B.反应③是消去反应、反应④是加聚反应,反应⑤是取代反应
C.乙烯、聚乙烯分子中均含有碳碳双键,均可被高锰酸钾酸性溶液氧化
D.在加热条件下,可用银氨溶液将葡萄糖、乙醇区别开
解析:
选D。
淀粉没有甜味,A错;反应⑤是氧化反应,不是取代反应,B错;聚乙烯分子中没有碳碳双键,C错;葡萄糖可被银氨溶液氧化,乙醇不能,D对。
6.已知RCH===CHR′RCHO+R′CHO。
在此条件下,下列烯烃被氧化后,产物中可能有乙醛的是( )
A.CH2===CH(CH2)2CH3
B.CH2===CH(CH2)3CH3
C.CH3CH===CH—CH===CHCH3
D.CH3CH2CH===CHCH2CH3
解析:
选C。
根据信息分析知道,当
断开后存在“CH3CH===”结构的物质,被氧化后可生成CH3CHO。
7.已知:
乙醇可被强氧化剂氧化为乙酸。
可经三步反应制取HOOCCHClCH2COOH,发生反应的类型依次是( )
A.水解反应、加成反应、氧化反应
B.加成反应、水解反应、氧化反应
C.水解反应、氧化反应、加成反应
D.加成反应、氧化反应、水解反应
8.
需经过下列哪种合成途径( )
A.脱水→加成→脱水 B.加成→消去→脱水
C.加成→消去→加成D.取代→消去→加成
9.BPO是使面粉增白的一种添加剂。
分子结构中有两个苯环的BPO只含有C、H、O三种元素,其相对分子质量不超过250,氧元素的质量分数约为26.45%。
BPO可通过下列方法得到(反应条件略):
(1)A的结构简式为________,反应①的反应类型为________。
(2)反应②的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)BPO具有对称的分子结构且分子中含有过氧键(—O—O—),但不能发生银镜反应,试写出BPO的结构简式:
________________________________________________________________________。
解析:
由A发生的反应①可知,在A的苯环上引入了一个碳原子,所以可推断苯与一氯甲烷反应时生成的是甲苯;反应①中甲基上的三个氢原子被氯原子所取代,得到的卤代烃发生水解,从所得产物可知其水解时有两个氯原子被羟基取代,而同一个碳原子上连有两个羟基不稳定,自动脱去一分子水,得到相应的酰氯。
又由题中数据“氧元素的质量分数约为26.45%”和“其相对分子质量不超过250”,可得氧原子数最多有4个,再反算出其相对分子质量:
如果是4个氧原子,则相对分子质量为242;如果是3个氧原子,则相对分子质量为181,不合理,应舍去(因为分子中含有两个苯环,同时有3个氧原子,加起来一定大于181)。
所以可得到BPO的结构简式。
10.已知在碱存在条件下,卤代烃和醇可能反应生成醚:
R—X+R′—OHR—O—R′+HX
化合物A经过四步反应可得到常用的溶剂四氢呋喃,反应框图如下:
请回答下列问题:
(1)1molA和1molH2在一定条件下恰好反应,生成饱和一元醇Y,Y中碳元素的质量分数为65%,则Y的分子式为________。
(2)第①、②步反应类型:
①________,②________。
(3)化合物B具有的性质是________(填字母序号)。
a.可发生氧化反应
b.在强酸、强碱条件下均可发生消去反应
c.可发生酯化反应
d.可发生加聚反应
解析:
观察目标分子结构为醚,据各反应过程中,Br2/CCl4、NaOH、醇等条件推D、E为含不饱和键的环状醚,B中含2个Br原子,然后运用逆合成分析法逆推列出原料分子。
过程如下:
答案:
(1)C4H10O
(2)加成反应 取代反应 (3)abc
[能力提升]
11.下列各化合物中,能发生取代、加成、消去、氧化、还原五种反应的是( )
解析:
选A。
本题需弄清官能团—Cl、—OH、
、—CHO的主要性质。
A、C、D项中含有—CHO,能发生加成、氧化、还原反应,B项中含有—OH,能发生取代、消去、氧化反应,C项中含有
,能发生加成、氧化反应,D项中含有—Cl能发生取代,但不能发生消去反应,A项物质可发生取代、加成、消去、氧化、还原五种反应,A项正确。
12.用苯作原料,不能经一步化学反应制得的是( )
A.硝基苯B.环己烷
C.苯酚D.溴苯
解析:
选C。
苯可与浓硫酸和浓硝酸的混合酸发生硝化反应生成硝基苯;苯可与氢气发生加成反应生成环己烷;苯可与溴在FeBr3的催化作用下发生取代反应生成溴苯;溴苯在NaOH的水溶液中加热可水解生成苯酚,所以从苯到苯酚至少经过两步。
13.已知
R—CHO。
现有A、B、C、D、E、F六种有机物有如下转化关系,其中A的分子式为C4H8O3。
下列判断正确的是( )
A.有机物A结构可能有四种
B.反应①属于氧化反应
C.有机物B、D的最简式相同
D.有机物E是交警检测酒驾的重要物证
解析:
选D。
由B与新制Cu(OH)2反应生成C,结合A的分子中含有4个碳原子推知B为CH3CHO、C为CH3COONa、D为CH3COOH、E为CH3CH2OH;由B的结构简式、题干已知反应,结合A的分子式C4H8O3,则A为
。
有机物A只有一种结构,A错误;反应①为醛的还原反应,B错误;CH3CHO和CH3COOH的最简式不同,C错误;检测酒驾就是检测CH3CH2OH,D正确。
14.下面是有名的Diels-Alder反应的一个实例:
请认真分析上述变化,回答下列问题:
以某链烃A为起始原料合成化合物G的路径如下(图中Mr表示相对分子质量):
(1)指出反应类型:
B→C________,F→G________。
(2)写出下列物质的结构简式:
A________________________________________________________________________,
F________________________________________________________________________。
(3)写出下列反应的化学方程式:
B→C________________________________________________________________________,
D→E________________________________________________________________________。
(4)C→D的转化不能一步实现,请设计C→D的合成路线:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)从A→B Mr的差值:
214-54=160和Br2/CCl4推知,B中含有2个-Br,结合B→C Mr的差值:
214-88=126,则B到C是2个-Br转化为2个—OH,为取代反应;从
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- 高中化学选修五34 有机合成 教学设计 高中化学 选修 34 教学 设计