人教版化学选修5课件：3-4-4《有机合成》

人教版化学选修5课件：3-4-4《有机合成》

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 CH 3 CH 2 OH 浓硫酸 170℃ CH 2 = CH 2 ↑ +H 2 O 醇 △ CH 2 =CH 2 ↑ + NaBr+ H 2 O CH 3 CH 2 Br +NaOH 2 ）卤代烃的消去 3 ）炔烃加成 CH ≡ CH + HBr CH 2 =CHBr 催化剂 △ ② 引入卤原子 （ —X ） 1 ）烃与 X 2 取代 CH 4 +Cl 2 CH 3 Cl+ HCl 光照 3 ）醇与 HX 取代 CH 2 == CH 2 +Br 2 CH 2 BrCH 2 Br 2 ）不饱和烃与 HX 或 X 2 加成 C 2 H 5 OH + HBr C 2 H 5 Br + H 2 O △ 4 ）苯与 X 2 取代（包括苯环和取代基上的取代） 5 ）苯酚与 Br 2 取代 + Br 2 Br + HBr ↑ FeBr 3 ③ 引入羟基 （ —OH ） 1 ）烯烃与水的加成 CH 2 = CH 2 +H 2 O CH 3 CH 2 OH 催化剂 加热加压 2 ）醛（酮）与氢气加成 CH 3 CHO +H 2 CH 3 CH 2 OH 催化剂 Δ 3 ）卤代烃的水解（碱性） C 2 H 5 Br +NaOH C 2 H 5 OH + NaBr 水 △ 4 ）酯的水解 稀 H 2 SO 4 CH 3 COOH+C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O △ ④ 引入： C=O 1 ）醇的氧化 2CH 3 CH 2 OH+O 2 　 2CH 3 CHO+2H 2 O 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 CH 2 = CH 2 +H 2 CH 3 CH 3 催化剂 加热加压 CH 3 CH 2 OH 浓硫酸 170℃ CH 2 == CH 2 ↑ +H 2 O + H 2 CH 3 CHO CH 3 CH 2 O H △ 催化剂 醇 △ CH 2 =CH 2 ↑ + NaBr+ H 2 O CH 3 CH 2 Br +NaOH 一个官能 “变” 两个 思考如何实现下列转化： （ 1 ） CH 3 CH 2 Cl→CH 2 ClCH 2 Cl （ 2 ） CH 3 CH 2 OH→CH 2 (OH)CH 2 OH “ 移动” 官能团 思考如何实现下列转化： （ 1 ） CH 3 CH 2 CH 2 Cl→CH 3 CH(Cl)CH 3 （ 2 ） CH 3 CH 2 CH 2 OH→CH 3 CH 2 (OH)CH 3 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。 CH 2 =CH 2 Br 2 水解 氧化 +B 氧化 O H 2 C H 2 C 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 C 2 H 5 OH C—OC 2 H 5 C—OC 2 H 5 O O C—OH C—OH O O + 草酸二乙酯的合成 H 2 C—OH H 2 C—OH H 2 C—Cl H 2 C—Cl CH 2 CH 2 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 H 2 C= C—COOH CH 3 A B C 93.0% 81.7% 85.6% 90.0% COOH HSCH 2 CHCO—N CH 3 总产率 = 93.0% × 81.7% × 90.0% × 85.6% =58.54% 案例 1 ： 苯甲酸甲酯（ C 6 H 5 COOCH 2 C 6 H 5 ）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 → … → CH 3 CH 2 COOH 的合成路线。 要求：合成路线流程图表示示例 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： 反应物 反应条件 反应物 反应条件 …… 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 醇 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 酚 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 醛 ② ① ① ：还原性 CH 3 —C—H O 反应 断键位置 与氢气反应 ① ： 氧化性 酮 ① CH 3 —C—CH 3 O 反应 断键位置 与活泼金属反应 与碱中和 与弱酸盐反应： Na 2 CO3 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 羧酸 ② ① ① ：弱酸性 CH 3 —C—O—H O 反应 断键位置 在酸性、碱性、中性溶液中水解 酯 ① ① CH 3 —C—O—C 2 H 5 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） 主要有机物之间转化关系图 还原 水 解 酯 化 酯 羧酸 醛 醇 卤代烃 氧化 氧化 水解 烯 烷 炔 取代