2018-2019學年高中化學 第三章 有機合成及其應用 合成高分子化合物 3.3.2 有機合成路線的設計有機合成的應用學案 魯科版選修5.docx

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第2課時有機合成路線的設計有機合成的應用 課標要求1了解設計合成路線的一般程序。2在了解合成的一般程序的基礎上，繼續(xù)熟悉有機合成路線的核心碳骨架的構建和官能團的引入與轉化。3了解有機合成的意義及應用。4了解綠色合成在有機合成中的地位，形成可持續(xù)發(fā)展的意識。,1.設計有機合成的路線，首先要比較原料分子和目標分子在官能團和碳骨架兩方面的異同，然后設計由原料分子轉向目標化合物的合成路線。2設計有機合成路線也可以采用逆推法完成。3綠色合成的主要出發(fā)點是：原子經濟性；原料的綠色化；試劑與催化劑的無公害性。 1有機合成路線的設計(1)正推法從確定的某種原料分子開始，逐步經過碳鏈的連接和官能團的安裝來完成。首先要比較原料分子和目標化合物分子在結構上的異同，包括官能團和碳骨架兩個方面的異同。然后，設計由原料分子轉向目標化合物分子的合成路線。(2)逆推法采取從產物逆推出原料，設計合理的合成路線的方法。在逆推過程中，需要逆向尋找能順利合成目標分子的中間有機化合物，直至選出合適的起始原料。(3)優(yōu)選合成路線依據(jù)合成路線是否符合化學原理。合成操作是否安全可靠。綠色合成：綠色合成主要考慮有機合成中的原子經濟性、原料的綠色化、試劑與催化劑的無公害性。2利用逆推法設計苯甲酸苯甲酯的合成路線(1)觀察目標分子的結構(2)逆推，設計合成路線(3)合成方法的設計(設計四種不同的合成方法)(4)合成方法的優(yōu)選路線由甲苯制取苯甲酸和苯甲醇，較合理。路線中制備苯甲酸步驟多、成本較高，且Cl2的使用不利于環(huán)境保護。的步驟雖然少，但使用了價格昂貴的還原劑LiAlH4和要求無水操作，成本高。1試分析鹵代烴在有機合成中有哪些重要應用？提示：可以實現(xiàn)碳骨架增長，如：鹵代烴與C2H5ONa、CH3CCNa、NaCN發(fā)生取代反應、使碳骨架增長。鹵代烴水解反應，使鹵素原子轉化為羥基，實現(xiàn)官能團轉化。鹵代烴消去反應，生成烯烴，使官能團發(fā)生轉化。2下面是有機合成的三個步驟：對不同的合成路線進行優(yōu)選由目標化合物分子逆推原料分子并設計合成路線觀察目標化合物分子的結構，正確順序是什么？提示：1有機合成的三種常見方法(1)正向合成法：此法采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產物，逐步推向目標合成有機物，其思維程序是：原料中間產物產品。(2)逆向合成法：簡稱逆推法，此法采用逆向思維方法，從目標合成有機物的組成、結構、性質入手，找出合成所需的直接或間接的中間產物，逐步推向已知原料，其思維程序是：產品中間產物原料。(3)類比分析法：此法要點是采用綜合思維的方法，其思維程序為“比較題目所給知識原型找出原料與合成物質的內在聯(lián)系確定中間產物產品”。2有機合成路線設計應遵循的五個原則(1)符合綠色化學思想。(2)符合原子經濟性的要求。(3)原料價廉，原理正確。(4)路線簡捷，便于操作，條件適宜。(5)易于分離，產率高。3有機合成常見的三條合成路線(1)一元合成路線：RCH=CH2鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路線 1下列有機物不能以苯為原料一步制取得到的是()解析：選CA中物質可以通過苯與濃硫酸直接反應制得；B中物質可以通過苯與氫氣直接加成制得；D中物質可以通過苯的鹵代反應直接制得；而C中物質不能以苯為原料一步完成。2由溴乙烷制取1,2二溴乙烷，下列轉化方案中最好的是()ACH3CH2BrNaOH水溶液,CH3CH2OHCH2=CH2Br2,CH2BrCH2BrBCH3CH2BrBr2,CH2BrCH2BrCCH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2BrBr2,CH2BrCH2BrDCH3CH2BrCH2=CH2Br2,CH2BrCH2Br解析：選DA項步驟較多，B項副產物較多，浪費原料，C項步驟多，生成物不唯一，原子利用率低，D項合理。3由1丙醇制取，最簡便的流程需要下列反應的順序應是()a氧化 b還原c取代 d加成e消去f中和g縮聚h酯化Ab、d、f、g、hBe、d、c、a、hCa、e、d、c、hDb、a、e、c、f解析：選BCH3CH2CH2OHCH3CH=CH2CH3CHBrCH2BrCH3CHOHCH2OH4寫出以CH2ClCH2CH2CH2OH為原料制備的各步反應方程式(無機試劑自選)：_；_；_；_。解析：對比給出的原料與目標產物可知，原料為鹵代醇，產品為等碳原子數(shù)的環(huán)酯，因此，制備過程是醇羥基氧化成羧基，鹵素原子再水解成羥基，最后發(fā)生酯化反應。答案：2CH2ClCH2CH2CH2OHO22CH2ClCH2CH2CHO2H2O2CH2ClCH2CH2CHOO22CH2ClCH2CH2COOHCH2ClCH2CH2COOHH2OHOCH2CH2CH2COOHHCl解析：對比目標產物和給出的原料，借助題目給出的信息，可采用逆推的方法找出合成路線：答案：(1)HOCH2CH2CHOCH2=CHCHOH2O 1綠色合成思想的基本出發(fā)點有機合成中的原子經濟性、原料綠色化、試劑與催化劑無公害性。2綠色化學(1)綠色化學的目標研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大限度地節(jié)約能源，在化工生產各種環(huán)節(jié)都實現(xiàn)凈化和無污染的反應途徑。(2)綠色化學的特點在始端應采用預防實際污染的科學手段，其過程和終端均為零排放和零污染。(3)綠色化學的研究意義綠色化學是人類和自然界的生物和諧相處的化學，是對環(huán)境更友善的化學。這種綠色意識是人類追求自然完善的一種高級表現(xiàn)，它不把人看成自然界的主宰者，而是看作自然界中普通的一員，追求的是人對自然的尊重以及人與自然和諧的關系。3綠色合成的具體要求(1)原料要廉價、易得、低毒性、低污染，選擇與目標產物結構相似的四個碳以下的單官能團化合物或單取代苯。(2)零排放，零污染。(3)減少步驟，合成反應操作要簡單，條件要溫和，耗能低，易于實現(xiàn)。1在“綠色化學工藝”中，理想狀態(tài)是反應物中的原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率為100%。置換反應化合反應分解反應取代反應加成反應消去反應加聚反應縮聚反應等反應類型中能體現(xiàn)這一原子最經濟原則的是()A只有B只有C只有D只有解析：選B根據(jù)原子利用率表示目標產物的質量與生成物總質量之比，比值越高，原子利用率越高，顯然原子利用率達到100%時最高，即反應物完全轉化為目標產物。2綠色化學提倡化工生產應提高原子利用率，原子利用率表示目標產物的質量與生成物總質量之比，在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，原子利用率最高的是()解析：選CC中乙烯氧化制備環(huán)氧乙烷的反應中，所有原子全部轉化為產物，反應完全，因此原子利用率最高。3綠色化學對化學反應提出了“原子經濟性”(原子節(jié)約)的新概念及要求。理想的原子經濟性反應是原料分子中的原子全部轉變?yōu)樗璁a物，不產生副產物，實現(xiàn)零排放。以下反應均可在一定條件下進行，其符合綠色化學原理的是()乙烷與氯氣制備氯乙烷乙醇與濃硫酸共熱制取乙烯乙烯在一定條件下制備聚乙烯ABCD解析：選D以“原料分子中原子全部轉變成所需產物”為解題依據(jù)進行分析，乙烷與氯氣發(fā)生取代反應，生成產物有一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等及氯化氫，原子不能全部轉化為一種產物，不符合題意要求；乙醇在濃硫酸作用下，生成乙烯、水及其他副產物，也不符合要求；而、中反應物的原子可以完全轉化為產物，符合要求。二級訓練節(jié)節(jié)過關1“綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學工藝”中，理想狀態(tài)是反應物中原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率為100%。在用CH3CCH合成CH2=C(CH3)COOCH3的過程中，欲使原子利用率達到最高，還需要的其他反應物有()ACO和CH3OHBCO2和H2OCH2和CO2DCH3OH和H2解析：選A題述合成反應中，每分子反應時增加了2個C、2個O、4個H，故A項符合要求。2用乙醇作原料，下列物質不能一步制得的是()ACH3CH2ClBCH2=CH2CCH2BrCH2BrDCH3COOCH2CH3解析：選CA項，CH3CH2OHHClCH3CH2ClH2O；B項，CH3CH2OHCH2=CH2H2O；C項，CH3CH2OHCH2=CH2CH2BrCH2Br；D項，CH3COOHHOC2H5CH3COOC2H5H2O。3由CH3CH2CH2OH制備，所發(fā)生的化學反應至少有取代反應；消去反應；加聚反應；酯化反應；還原反應；水解反應等當中的()ABCD解析：選B制備過程為CH3CH2CH2OH4根據(jù)下列合成路線判斷反應類型正確的是()AAB的反應屬于加成反應BBC的反應屬于酯化反應CCD的反應屬于消去反應DDE的反應屬于加成反應解析：選AA中含有碳碳雙鍵，與氫氣發(fā)生加成反應生成B，A項正確；有機物B是環(huán)醚，與氯化氫發(fā)生加成反應生成C，B項錯誤；C中含有羥基，與氯化氫發(fā)生取代反應生成D，C項錯誤；D中的氯原子被CN取代，發(fā)生取代反應，D項錯誤。5在有機合成中，常需要將官能團消除或增加，下列變化過程中的反應類型及相關產物不合理的是()乙烯乙二醇：CH2=CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH溴乙烷乙醇：CH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2OH1溴丁烷1,3丁二烯：CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH=CH2CH3CH2CHBrCH2BrCH2=CHCH=CH2乙烯乙炔：CH2=CH2CH2BrCH2BrCHCHABCD解析：選B項由溴乙烷乙醇，只需溴乙烷在堿性條件下水解即可，路線不合理；項合成過程中CH3CH2CHBrCH2Br發(fā)生消去反應所得產物為CH3CH2CCH(CH3CH=C=CH2不穩(wěn)定)，合成路線及相關產物不合理。6由環(huán)己醇制取己二酸己二酯，最簡單的流程順序正確的是()取代反應加成反應氧化反應還原反應消去反應酯化反應中和反應縮聚反應ABCD解析：選B由環(huán)己醇制取己二酸己二酯，需要制得己二醇和己二酸，因此環(huán)己醇需要開環(huán)，即先要在環(huán)上引入雙鍵，可利用醇的消去反應，再氧化雙鍵開環(huán)。7分析下列合成路線：則B物質應為下列物質中的()解析：選D結合產物特點分析：A為1,4加成產物，經過三步反應生成8端炔烴在催化劑存在下可發(fā)生偶聯(lián)反應，稱為Glaser反應。該反應在研究新型發(fā)光材料、超分子化學等方面具有重要價值。下面是利用Glaser反應制備化合物E的一種合成路線：回答下列問題：(1)B的結構簡式為_，D的化學名稱為_。(2)和的反應類型分別為_、_。(3)E的結構簡式為_。用1 mol E合成1,4二苯基丁烷，理論上需要消耗氫氣_ mol。(4)化合物也可發(fā)生Glaser偶聯(lián)反應生成聚合物，該聚合反應的化學方程式為_。 (5)芳香化合物F是C的同分異構體，其分子中只有兩種不同化學環(huán)境的氫，數(shù)目比為31，寫出其中3種的結構簡式_。 (6)寫出用2苯基乙醇為原料(其他無機試劑任選)制備化合物D的合成路線_。1某有機物甲經氧化后得乙(分子式為C2H3O2Cl)；而甲經水解可得丙，1 mol丙和2 mol乙反應得一種含氯的酯(C6H8O4Cl2)，由此推斷甲的結構簡式為()解析：選A因為有機物甲既可被氧化，又可水解，所以B、D選項不正確，C選項中水解后只含一個羥基，只能與一個羧基發(fā)生酯化反應，無法形成含碳原子數(shù)為6的物質。2甲基丙烯酸甲酯是世界上年產量超過100萬噸的高分子單體，舊法合成的反應是(CH3)2C=OHCN(CH3)2C(OH)CN，(CH3)2C(OH)CNCH3OHH2SO4CH2=C(CH3)COOCH3NH4HSO4。20世紀90年代新法合成的反應是CH3CCHCOCH3OHCH2=C(CH3)COOCH3，與舊法比較，新法的優(yōu)點是()A原料無爆炸危險B原料都是無毒物質C沒有副產物，原料利用率高D條件較簡單解析：選C新法有CO參與，CO有毒且可燃，有爆炸危險，所以A、B兩項錯誤；新法需要催化劑而舊法不用，所以D項錯誤；比較兩種合成方法，新法的優(yōu)點是沒有副產物，原料利用率高，所以C項正確。3下列有機合成路線設計經濟效益最好的是()ACH2=CH2CH3CH2ClBCH3CH3CH3CH2ClCCH3CH2OHCH3CH2ClDCH2ClCH2ClCH3CH2Cl解析：選AA項利用CH2=CH2HClCH3CH2Cl，反應產物單一，反應程度較為完全，原子利用率高，是理想的合成路線；B項利用CH3CH3與Cl2發(fā)生取代反應生成CH3CH2Cl，反應副產物多，難以分離，原子利用率也低；C項利用CH3CH2OH與HCl發(fā)生取代反應生成CH3CH2Cl，反應難以進行到底，原子利用率低；D項應經過CH2ClCH2ClCH2=CHClCH3CH2Cl，反應難以控制，轉化率低，故不是理想合成路線。4已知鹵代烴可與金屬鈉反應，生成碳鏈較長的烴：RX2NaRXRR2NaX現(xiàn)有碘乙烷和碘丙烷的混合物，使其與金屬鈉反應，不可能生成的烴是()A戊烷B丁烷C2甲基己烷D己烷解析：選C兩分子碘乙烷之間可反應生成丁烷，兩分子碘丙烷之間可反應生成己烷，一分子碘乙烷和一分子碘丙烷反應可生成戊烷，不可能生成的是2甲基己烷。5化合物A()可由環(huán)戊烷經三步反應合成：XY則下列說法錯誤的是()A反應1可用試劑是氯氣B反應3可用的試劑是氧氣和銅C反應1為取代反應，反應2為消去反應DA可通過加成反應合成Y解析：選C實現(xiàn)此過程，反應1為與鹵素單質取代，反應2為鹵代環(huán)戊烷與NaOH的水溶液取代生成醇，反應3為醇的催化氧化；故A、B正確，C錯誤；酮可催化加氫變成相應的醇，故D正確。6某研究小組利用“鈀催化交叉偶聯(lián)反應”合成了有機物丙，合成路線如下：下列分析判斷正確的是()A分離提純有機物丙宜在NaOH熱溶液中進行B利用NaOH溶液、AgNO3溶液即可確定有機物甲中含有溴元素C可用酸性KMnO4溶液檢驗有機物丙中是否含有機物乙DPbCl2的作用是提高反應物的活性，加快反應速率解析：選D丙分子中含有酯結構，在堿性條件下能水解，A錯；有機物甲在NaOH溶液中能水解，但在檢驗水解生成的溴離子時，應先用硝酸將混合液中和，再加入硝酸銀溶液，B錯；丙分子中含有碳碳雙鍵，能被高錳酸鉀氧化，C錯；PbCl2在該反應中作催化劑，D正確。7藥用有機化合物A(C8H8O2)為一種無色液體。從A出發(fā)可發(fā)生如圖所示的一系列反應：則下列說法正確的是()A根據(jù)D和濃溴水反應生成白色沉淀可推知D為三溴苯酚BG的同分異構體中屬于酯且能發(fā)生銀鏡反應的只有一種C上述各物質中能發(fā)生水解反應的有A、B、D、G DA的結構簡式為解析：選D從反應條件和現(xiàn)象易推知D為苯酚，F(xiàn)為三溴苯酚，故A項錯誤；G的同分異構體中屬于酯且能發(fā)生銀鏡反應的有：HCOOCH2CH2CH3和HCOOCH(CH3)2兩種，故B項錯誤；D是苯酚，不能發(fā)生水解反應，故C項錯誤；綜合推知A的結構簡式為，故D項正確。8(全國卷)氟他胺G是一種可用于治療腫瘤的藥物。實驗室由芳香烴A制備G的合成路線如下：回答下列問題：(1)A的結構簡式為_。C的化學名稱是_。(2)的反應試劑和反應條件分別是_，該反應的類型是_。(3)的反應方程式為_。吡啶是一種有機堿，其作用是_。(4)G的分子式為_。(5)H是G的同分異構體，其苯環(huán)上的取代基與G的相同但位置不同，則H可能的結構有_種。解析：由ABC的合成路線及C的結構簡式可逆推B的結構簡式為、A的結構簡式為；由EFG的合成路線及E、G的結構簡式再通過正推(EF)和逆推(GF)可得F的結構簡式為。(2)反應在苯環(huán)上引入了硝基，所用試劑是濃硫酸與濃硝酸的混合物，反應條件是加熱。該反應的實質是硝基取代了苯環(huán)上的一個氫原子，所以是取代反應。(3)觀察G的結構簡式可知，反應是E中氨基上的氫原子與中的氯原子結合成HCl，同時生成F，據(jù)此可寫出反應的化學方程式。該反應中有HCl生成，而吡啶是一種有機堿，可與HCl反應，因而能夠促使上述反應正向進行，提高原料的利用率。(4)通過觀察法可寫出G的分子式為C11H11F3N2O3。(5)G的苯環(huán)上有3個不同的取代基，不妨設為X、Y、Z。可以先確定X、Y在苯環(huán)上的相對位置，得到鄰、間、對3種同分異構體，再將Z分別取代上述3種同分異構體中苯環(huán)上的氫原子，分別得到4種、4種、2種同分異構體，共有10種，則H可能的結構有9種。(6)對比原料和目標產物，目標產物在苯甲醚的對位引入了NHCOCH3。結合題干中合成路線的信息，運用逆合成分析法，首先在苯甲醚的對位引入硝基，再將硝基還原為氨基，最后與發(fā)生取代反應即可得到目標產物。