（选必3）3.5.1 有机合成的主要任务（教案1）

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第三章 烃的衍生物
第五节  有机合成
第1课时  有机合成的主要任务


在前三节中，教科书以乙醇、苯酚、乙醛、乙酸、乙酸乙酯为例，介绍了醇、酚、醛、羧酸、酯等含氧衍生物的结构特点、物理性质、化学性质以及用途等方面的知识。有机合成是本章的最后一节，通过复习再现、资料给予、课件激发、课题探究等形式，分析有机合成过程，复习各类有机物的结构、性质、反应类型、相互转化关系。教学时通过典型例题的分析，使学生认识到合成的有机物与人们生活的密切关系，对学生渗透热爱化学、热爱科学的教育;通过有机物逆合成法的推理，培养学生逻辑思维能力以及信息的迁移能力。

课程目标	学科素养
掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法。 结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法。	宏观辨识与变化观念：掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法 证据推理与变化观念：结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法(正、逆两向推导法)

教学重点：碳骨架的构建和官能团的转化
教学难点：碳骨架的构建和官能团的转化


讲义  教具


【新课导入】        
从远古时代起，人类长期依靠自然界的资源生存。在实践中，人类逐渐学会了对自然资源进行加工和转化，从生物体中获得有机化合物。然而，自然资源是有限的，天然有机物的性能并不能满足人们的全部需要。19世纪20年代，德国化学家维勒合成了尿素，开创了人工合成有机物的新时代。此后，人们陆续合成了多种天然有机物，还合成了大量自然界并不存在的新的有机物，以满足生产、生活和科学研究对物质性能的特殊需要。有机合成帮助人们发现和制备了系列药物、香料、染判、催化剂、添加剂等，有力地推动了材料科学和生命科学的发展。
【展示】
合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。
【新课讲授】
任务一：认识有机合成

• 有机合成的原理
  

• 有机合成的关键
  

【讲解】
一、有机合成

• 有机合成使用相对简单易得的原料，通过有机化学反应来构建碳骨架和引入官能团，由此合成出具有特定结构和性质的目标分子。
  

• 构建碳骨架和引入官能团
  

任务二：认识构建碳骨架
[小组讨论]
分组讨论哪些方法可以改变碳骨架，总结方法。
【讲解】

• 构建碳骨架
  

1.构建碳骨架：包括碳链的增长、缩短与成环等
2.碳链的增长
(1)引入氰基
①烯烃（炔烃）与HCN的加成反应


②醛、酮中的不饱和键与HCN的加成反应


(2)羟醛缩合反应
含有α­H的醛在一定条件下可发生加成反应，生成β­羟基醛，进而发生消去反应。


3．碳链的缩短
(1)氧化反应：苯的同系物氧化、烯烃与炔烃的氧化






(2)水解反应：酯的水解、蛋白质水解、多糖水解
(3)裂化裂解：烃的裂化、裂解
4.碳链成环
(1)共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3­丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯­阿尔德反应(Diels­Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。


(2)形成环酯


(3)形成环醚


任务三：官能团的引入
[小组讨论]
在碳链上引入碳碳双键、卤素原子、羟基、醛基、羧基、酯基的方法，并举例。
【讲解】
三、官能团的引入
引入官能团的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原
引入—OH生成醇的反应有烯与H2O加成，卤代烃水解，酯水解，酮、醛与H2加成

• 引入：醇的消去反应、卤代烃的消去反应、炔烃的不完全加成
  

• 引入卤素原子：醇/酚的取代反应、烯烃/炔烃的加成反应、烷烃的取代反应、苯的取代反应
  

• 引入—OH：烯与H2O加成、卤代烃水解、酯水解、酮与H2加成反应、醛与H2加成反应
  

• 引入醛基：醇的氧化、烯烃氧化、炔烃水化
  

• 引入羧基：醛的氧化、苯的同系物的氧化、烯烃被酸性高锰酸钾氧化、酯水解
  

• 引入酯基：酯化反应
  

[小结]
官能团转化


任务四：官能团的保护
[设疑]
对甲基苯酚如何合成对羧基苯酚？
[回答]
合成路线：


原理：
甲苯可以被酸性高锰酸钾氧化成苯甲酸，但是酚羟基也会被酸性高锰酸钾氧化。
措施：
加入一种试剂保护酚羟基不被氧化，我们选用的是碘甲烷。
【讲解】

• 官能团的保护
  

1、官能团的保护
含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。
2、常见官能团的保护
(1)酚羟基的保护
因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH转变为—ONa保护起来，待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化其他基团后再利用消去反应将其转变为碳碳双键。
例如，已知烯烃中
在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：


（3）醛基的保护
醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为


(4)-OH(醇)的保护


(5)通过某种化学途径增加官能团的个数
(6)通过不同的反应，改变官能团的位置


[备注]
1、官能团的保护在有机合成中，当某步反应发生时，原有需要保留的官能团可能也发生反应，从而达不到预期的合成目标，因此必须采取措施，保护官能团，待反应完成后再复原，通常有碳碳双键、羟基、羰基或醛基和氨基等需保护。
2.从分子中消除官能团的方法
(1)经加成反应消除不饱和键。
(2)经取代、消去、酯化、氧化等反应消除—OH。
(3)经加成或氧化反应消除—CHO。
(4)经水解反应消除酯基。
(5)通过消去或水解反应可消除卤素原子。
任务四：知识建构

• 由乙醇制乙二酸乙二酯最简便的流程途径顺序正确的是
  

取代反应 加成反应 氧化反应 还原反应 消去反应 酯化反应 水解反应
A.         B.         C.         D.
【答案】B
【解析】
欲合成乙二酸乙二酯则需要合成乙二酸，合成乙二酸则需要合成乙二醛，合成乙二醛则需要合成乙二醇，合成乙二醇则需要合成1，二卤乙烷，所以对应的合成路线为：乙醇
乙烯
，二溴乙烷
乙二醇
乙二醛
乙二酸
乙二酸乙二酯，所以对应的反应类型为消去反应、加成反应、水解反应或取代反应、氧化反应、酯化反应或取代反应，故B正确。故选B。

• 有机物甲的结构简式为：，它可以通过下列路线合成分离方法和其他产物已经略去：
  

下列说法不正确的是

A. 甲可以发生取代反应、加成反应和缩聚反应B. 步骤I的反应方程式是：
C. 步骤IV的反应类型是取代反应D. 步骤I和IV在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化
【答案】B
【解析】
A.甲分子中含有氨基、羧基和苯环，可以发生取代反应、加成反应和缩聚反应，故A正确；B.步骤I是取代反应，反应方程式是：
，故B错误；C.步骤IV的反应是肽键水解，所以反应类型是取代反应，故C正确；D.氨基易被氧化，所以步骤I和IV在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化，故D正确；故选B。

• 已知酸性：，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是
  

A. 与稀共热后，加入足量NaOH溶液B. 与稀共热后，加入足量溶液C. 与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量D. 与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量
【答案】D
【解析】
先在氢氧化钠溶液中水解，转化为
，因为酸性

，故再通入足量转变为
。故选D。

• 铑的配合物离子可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。
  

下列叙述错误的是   
A. 是反应中间体B. 甲醇羰基化反应为C. 反应过程中Rh的成键数目保持不变D. 存在反应
【答案】C
【解析】
A.由物质转化流程可知，是反应的中间产物，是反应的中间体，故A正确；
B.根据物质的进出转化，反应物是甲醇和一氧化碳，产物是，故B正确；
C.反应开始时，配合物离子中Rh的成键数目是4，反应过程中成键数有6和5，故C错误；
D.根据反应开始时，甲醇先与HI反应转化为；即存在反应：，故D正确；
故选C。

• 柠檬醛的结构简式如图所示，主要用作柠檬和什锦水果型香精，也是合成紫罗兰酮的主要原料。
  

柠檬醛中官能团的名称是_______________

柠檬醛不能发生的反应类型为_____________填字母
A.酯化反应   加成反应     氧化反应     消去反应

香叶醇经催化氧化可制得柠檬醛，则香叶醇的结构简式为_____________

双羟基香茅酸
也是一种重要的香料，可由柠檬醛合成，合成路线如下：


双羟基香茅酸的分子式为________，
写出的化学方程式______________________
【答案】
  碳碳双键；醛基
   

   
；

【解析】

柠檬醛中官能团的名称是：碳碳双键；醛基，故答案为；碳碳双键；醛基；
柠檬醛分子中含有1个醛基、2个碳碳双键，可以发生加成反应、氧化反应，不能发生酯化反应和消去反应，故答案为：AD；
香叶醇经催化氧化可制得柠檬醛，则柠檬醛与氢气发生还原反应即可得到香叶醇，所以香叶醇的结构简式为：
，故答案为：
；   
根据双羟基香茅酸的结构简式，可知其分子式为：，柠檬醛与HBr发生加成反应生成A，发生卤代烃的水解反应引入羟基，B中醛基氧化生成羧基得到双羟基香茅酸，的化学方程式为：
。故答案为：；
。


本节课的学习主要目标是掌握有机合成的主要任务，掌握构建目标分子骨架、官能团引入、转化或消除的方法，培养学生宏观辨识与变化观念的科学素养。结合有机反应类型，认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，培养“证据推理与变化观念”的核心素养。