第3章第5节第1课时有机合成的主要任务讲义新教材2020-2021学年人教版(2019)高二化学选择性必修三（机构用）_高化_2025春-人教版高中化学_05新版高中化学选择性必修3_7.机构专用

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 学习导航 1.通过碳骨架的构建、官能团的转化，体会有机合成基本任务，掌握有机化合物分子骨架的 构建，官能团引入、转化或消除的方法。 2.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献及对健康、环境造成的影响，能用 “绿色化学”的理念指导合成路线的选择。 教学过程 一、有机合成 1．有机合成的概念 有机合成指利用相对简单、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的过程方法。 2．有机合成的任务和过程 3．有机合成的原则 (1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。 (2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。 (3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污 染少，尽量实现零排放。 (4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。 二、有机合成中的碳骨架的构建和官能团的引入 1．构建碳骨架 (1)增长碳链 ①卤代烃与NaCN的反应 CHCHCl＋NaCN―→CHCHCN(丙腈)＋NaCl； 3 2 3 2 CHCHCN―――→CHCHCOOH。 3 2 3 2 ②醛、酮与氢氰酸的加成反应 CHCHO＋HCN―→ ； 3―――→ 。 ③卤代烃与炔钠的反应 2CHC≡CH＋2Na――→2CHC≡CNa＋H； 3 3 2 CHC≡CNa＋CHCHCl―→CHC≡CCH CH＋NaCl。 3 3 2 3 2 3 ④羟醛缩合反应 CHCHO＋ ――→ 。 3 (2)缩短碳链 ①脱羧反应 R—COONa＋NaOH――→R—H＋NaCO。 2 3 ②氧化反应 ―――――――→ ； R—CH==CH ―――――――→RCOOH＋CO↑。 2 2 ③水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。 ④烃的裂化或裂解反应 C H ――→C H ＋C H ；C H ――→C H ＋C H。 16 34 8 18 8 16 8 18 4 10 4 8 (3)成环 ①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应) ②形成环酯 ＋  ＋2HO。 2 ③形成环醚 (4)开环 ①环酯水解开环 ②环烯烃氧化开环2．常见官能团引入或转化的方法 (1)碳碳双键 ①醇的消去反应 CHCHOH―――→CH==CH ↑＋HO。 3 2 2 2 2 ②卤代烃的消去反应 CH—CH—Br＋NaOH――→CH==CH↑＋NaBr＋HO。 3 2 2 2 2 ③炔烃的不完全加成反应 CH≡CH＋HCl――→CH==CHCl。 2 (2)卤素原子 ①烃与卤素单质的取代反应 ＋Br ――→ ＋HBr； 2 ＋Cl――→ ＋HCl。 2 ②不饱和烃的加成反应 ＋Br ―→ ； 2 CH==CHCH ＋HBr――→CHCHBrCH ； 2 3 3 3 CH≡CH＋HCl――→CH==CHCl。 2 ③醇的取代反应 CH—CH—OH＋HBr――→CH—CH—Br＋HO。 3 2 3 2 2 (3)羟基 ①烯烃与水的加成反应 CH==CH ＋HO――→CHCHOH。 2 2 2 3 2 ②卤代烃的水解反应 CH—CH—Br＋NaOH――→CHCH—OH＋NaBr。 3 2 3 2 ③醛或酮的还原反应 CHCHO＋H――→CHCHOH； 3 2 3 2 ＋H――→ 。 2 ④酯的水解反应 CHCOOCH CH＋HOCHCOOH＋CHCHOH； 3 2 3 2 3 3 2 CHCOOCH CH＋NaOH――→CHCOONa＋CHCHOH。 3 2 3 3 3 2(4)官能团的转化 熟悉烃及其衍生物之间的相互转化是有机合成的基础。 课时训练 1．磷酸奥司他韦是临床常用的抗病毒药物，常用于甲型和乙型流感治疗。其中间体结构简式如图所示， 关于该有机物下列说法错误的是 A．分子式为 B．该有机物既能与酸反应又能与碱反应 C．该有机物分子中的碳原子不可能都在同一个平面 D．1 mol 该有机物最多能与 3 mol H 发生加成反应 2 2．芳樟醇常用于合成香精，香叶醇存在于香茅油、香叶油、香草油、玫瑰油等物质中。它们的结构简式 如下，下列说法不正确的是 A．两种醇都能与溴的四氯化碳溶液反应 B．两种醇互为同分异构体 C．两种醇在铜催化的条件下，均可被氧化为相应的醛 D．两种醇在一定条件下均可发生氧化反应 3．咖啡酸(结构如图所示)有较广泛的抑菌和抗病毒活性作用，可在化妆品中安全使用。有关该化合物，下 列叙述错误的是 A．分子式为C HO 9 8 4 B．能与NaOH、NaHCO 反应 3 C．能够发生酯化反应 D．所有原子不可能共平面 4．每逢春节，一种“本宝宝福禄双全”的有机物就会刷爆朋友圈，其结构简式如图。有关该物质的说法不正确的是 A．该有机物的分子式：C HOClF 8 4 2 B．一定条件下，1mol该物质最多消耗5molH 2 C．该分子最多有12个原子共面 D．具有相同官能团且2个醛基在邻位的同分异构体还有5种 5．某有机物的结构简式如图所示，下列说法中不正确的是 A．1 mol 该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 mo1 H 2 B．1 mol 该有机物分别与Na、NaOH、 NaHCO 反应，依次消耗这三种物质量之比为3：2：2 3 C．可以用酸性KMnO 溶液检验其中的碳碳双键 4 D．在一定条件下，该有机物能发生取代加成酯化和加聚反应 6．1mol某烃在氧气中充分燃烧，需要消耗氧气179.2L(标准状况下)。它在光照的条件下与氯气反应能生 成3种不同的一氯取代物。该烃的结构简式是（ ） A． B．CHCHCHCHCH 3 2 2 2 3 C． D． 7．冠醚分子中有空穴，能够与金属离子形成稳定的络合物，该物质在有机工业中发挥着重要的作用。二 环己烷并-18-冠-6(III)的制备原理如图，下列相关说法错误的是 A．I、II、Ⅲ三种有机物中都是含有醚键 B．有机物II在NaOH溶液中水解可得到有机物I C．上述制备有机物Ⅲ的反应属于取代反应 D．有机物Ⅲ的一溴取代物有4种8．某种抗结核候选药物的中间体Z可由下列反应制得,下列说法不正确的是 + + HCl A．上述制备反应为取代反应，化合物Z中只有1个手性碳原子 B．化合物Y中最多有16个原子共平面 C．化合物Z与足量的氢氧化钠溶液在加热条件下反应，可生成甘油 D．化合物X在氢氧化钠醇溶液中加热，可生成HOCH CH=CHCl 2 9．某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置(如图1)，以环己醇制备环己烯。 已知： +H O 2 相对分 密度 熔点 沸点 溶解性 子质量 (g/cm3) (℃) (℃) 环己醇 100 0.96 25 161 能溶于水 环己烯 82 0.81 －103 83 难溶于水 (1)制备粗品：将12.5mL环己醇与1mL浓硫酸加入试管A中，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全， 在试管C内得到环己烯粗品。 ①在试管中混合环己醇和浓硫酸操作时，加入药品的先后顺序为________________________ ②如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，应该采取的正确操作是________(填字母) A．立即补加 B．冷却后补加 C．不需补加 D．重新配料 ③将试管C置于冰水中的目的是______________________________________ (2)制备精品 ①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，分液后用 _________________(填入编号)洗涤。a．KMnO 溶液 b．稀HSO c．NaCO 溶液 4 2 4 2 3 ②再将环己烯按图2所示装置蒸馏，图中仪器a的名称是___________________。实验中冷却水从 ________(填字母)口进入。 (3)本实验所得到的环己烯质量为6.25 g，则产率是__________(结果保留三位有效数字)。 10．抗肿瘤活性物质I的合成路线： 回答下列问题： (1)A化学名称为_________，反应①的反应类型为___________． (2)C的结构简式为_________。 (3)F中所含官能团的名称为酯基、__________、__________。 (4)反应⑤的化学方程式为________________。 (5)H水解产物 含有多种六元环芳香同分异构体，若环上的取代基种类和数目不变，其 中核磁共振氢谱有二组峰，峰面积之比为2:1的结构简式为________。 (6)由物质G、乙醛和丙二酸二乙酯 合成 ，合成路线图为__________________。(无机试剂任选) 答案解析 1．D【详解】 A．由结构简式可知，有机物为分子式为C H NO，故A正确； 16 28 2 4 B．含有酯基，可在酸性或碱性条件下水解，故B正确； C．该结构中含有烷基结构，所以该有机物分子中的碳原子不可能都在同一个平面，故C正确； D．能与氢气反应的为碳碳双键，则1 mol该有机物最多能与1 mol H 发生加成反应，故D错误； 2 故选D。 2．C 【详解】 A．芳樟醇、香叶醇分子中均含碳碳双键，均能与溴的四氯化碳溶液中的溴发生加成反应，A正确； B．芳樟醇、香叶醇的分子式均为C H O，结构不同，互为同分异构体，B正确； 10 18 C．芳樟醇分子中与-OH相连的C上没有H，不能被催化氧化，C错误； D．两种醇在一定条件下均可发生氧化反应，如燃烧、碳碳双键被强氧化剂氧化，D正确； 答案选C。 3．D 【详解】 A．根据结构简式可知，1个咖啡酸分子中含9个碳原子，不饱和度为6，所以分子式为C HO，A正确； 9 8 4 B．分子中含羧基，可与NaOH、NaHCO 发生反应，B正确； 3 C．分子中含（酚）羟基和羧基，能够发生酯化反应，C正确； D．因为苯环的12个原子共平面，乙烯的6个原子共平面，单键可旋转，组成羧基的原子也可能共平面， 即咖啡酸分子中所有原子可能共平面，D错误； 故选D。 4．C 【详解】 A．根据有机物的结构简式可知该有机物的分子式为C HOClF，A正确； 8 4 2 B．苯环、醛基均能和氢气发生加成反应，1mol苯环消耗3mol氢气，1mol醛基消耗1mol氢气，则1mol 该物质最多消耗5mol H，B正确； 2 C．根据苯、甲醛平面模型可知，该分子最多有16个原子共面，C错误； D．如图 ，满足条件的还有5种，分别为F在1号C上有3种，F在2号上有2种，共5种， D正确； 答案选C。 5．C 【详解】 A．-COOH、-OH均与Na反应生成氢气，则1mol该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 molH ， 2 故A正确； B．-COOH、-OH均与Na反应，只有-COOH与NaOH、NaHCO 反应，该有机物消耗Na、NaOH、 3 NaHCO 的物质的量之比为3：2：2，故B正确； 3 C．-OH、碳碳双键均能被高锰酸钾氧化，则用酸性KMnO 溶液不能检验其中的碳碳双键，故C错误； 4D．含有羧基、羟基，可发生取代、酯化反应，含有碳碳双键，可发生加成、加聚反应，故D正确。 故选：C。 6．B 【详解】 该烃在光照的条件下与氯气反应能生成3种不同的一氯取代物，则该烃有3种等效氢原子，又1mol该烃燃 烧需氧气179.2L(标准状况)，即 ， A. 有3种等效氢原子，但是A的分子式是C H ，1molC H 的耗氧量为6+ =9.5mol， 6 14 6 14 故A不符合； B. 有3种等效氢原子，B的分子式是C H ，1mol C H 的耗氧量为5+ =8mol， 5 12 5 12 故B符合； C. 有4种等效氢原子，故C不符合； D. 有2种等效氢原子，故D不符合； 故选B。 7．D 【详解】 A．由I、II、Ⅲ三种有机物结构简式可知，三种结构中均含R -O-R ，即均含醚键，故A正确； 1 2 B．有机物II中Cl原子在NaOH溶液中水解，Cl原子被羟基替代，生成有机物I，故B正确； C．反应中-OH中的H被替代，为取代反应，故C正确； D．由 结构简式可知，该结构对称，含有5种H，则一溴代物有5种，其取代的位置如 ，故D错误； 答案为D。 8．D 【详解】A．根据图示可知X分子中—OH的H原子为Y分子中的 取代产生Z，同时得到HCl，反 应类型为取代反应。连接4个不同基团的C为手性碳， Z分子中只有连接羟基的碳原子为手性碳原子，A 正确； B．Y含有苯环和羰基，为平面形结构，与苯环、羰基直接相连的原子在同一个平面上，C-O键可自由旋 转，结合三点确定一个平面可知化合物Y最多有16个原子共平面，B正确； C．Z分子含有酯基、氯原子，二者都可与氢氧化钠溶液发生水解反应，反应产生甘油、NaCl、 ，C正确； D．NaOH的乙醇溶液共热发生卤素的消去反应，得不到选项所给有机物，D错误； 故合理选项是D。 9．先将环己醇加入试管A中，再缓慢加入浓硫酸 B 防止环己烯挥发(其他答案合理均可) c 蒸馏烧瓶 g 63.5% 【详解】 (1)①根据制备乙酸乙酯的操作，在试管中混合环已醇和浓硫酸操作时，药品的加入方法为先将环己醇加入 试管A中，再缓慢加入浓硫酸，故答案为先将环己醇加入试管A中，再缓慢加入浓硫酸； ②如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，需要冷却后补加，故选B； ③环已烯的熔点很低，沸点也不高，容易挥发，将试管C置于冰水可以防止环已烯的挥发，故答案为防止 环已烯的挥发； (2)①由于分液后环己烯粗品中还含有少量的酸和环己醇，联想制备乙酸乙酯提纯产物时用c(Na CO 溶液) 2 3 洗涤可除去酸，不能用酸性高锰酸钾，否则会氧化环己烯，故答案为c； ②图中仪器a 是蒸馏烧瓶，为了使冷凝的效果更好，冷却水从冷凝管的下口即g口进入；故答案为蒸馏烧 瓶；g； (3) 12.5 mL环己醇的质量为12.5 mL×0.96 g • cm-3=12g，理论上生成环已烯 ×82g/mol=9.84g，产 率= ×100%=63.5%，故答案为低于；63.5%。 10．乙二酸 取代反应 羰基 氟原子【详解】 (1)A是草酸，其化学名称为乙二酸，反应①是SOCl 中的两个—Cl取代了羟基，其反应类型为取代反应； 2 故答案为：乙二酸；取代反应。 (2)通过分析C和D反应生成E是发生取代反应，则得出C的结构简式为 ；故答案为： 。 (3)根据F的结构简式得到F中所含官能团的名称为酯基、羰基、氟原子；故答案为：羰基；氟原子。 (4)反应⑤是取代反应，其化学方程式为 ；故答案为： 。 (5)H水解产物 含有多种六元环芳香同分异构体，若环上的取代基种类和数目不变，其中核磁 共振氢谱有二组峰，峰面积之比为2:1的结构简式为 ；故答案为： 。 (6)乙醛在新制氢氧化铜、加热条件下反应，再酸化生成乙酸，丙二酸二乙酯 和(NH )C=S反应生成 ，乙酸和 2 2 在浓硫酸作用下反应生成，因此其合成路线图为 ；故答案为： 。