高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成第1课时教学设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成第1课时教学设计，共14页。教案主要包含了有机合成等内容，欢迎下载使用。
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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
CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN(丙腈)＋NaCl；
CH3CH2CNeq \(―――→,\s\up7(H2O、H＋))CH3CH2COOH。
②醛、酮与氢氰酸的加成反应
CH3CHO＋HCN―→；
eq \(―――→,\s\up7(H2O、H＋))。
③卤代烃与炔钠的反应
2CH3C≡CH＋2Naeq \(――→,\s\up7(液氨))2CH3C≡CNa＋H2；
CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。
④羟醛缩合反应
CH3CHO＋eq \(――→,\s\up7(OH－))。
(2)缩短碳链
①脱羧反应
R—COONa＋NaOHeq \(――→,\s\up11(CaO),\s\d4(△))R—H＋Na2CO3。
②氧化反应
eq \(―――――――→,\s\up7(KMnO4H＋，aq))；
R—CH==CH2eq \(―――――――→,\s\up7(KMnO4H＋，aq))RCOOH＋CO2↑。
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
C16H34eq \(――→,\s\up7(高温))C8H18＋C8H16；C8H18eq \(――→,\s\up7(高温))C4H10＋C4H8。
(3)成环
①二烯烃成环反应(第尔斯－阿尔德反应)
②形成环酯
＋eq \(,\s\up11(浓硫酸),\s\d4(△))＋2H2O。
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
CH3CH2OHeq \(―――→,\s\up11(浓H2SO4),\s\d4(170 ℃))CH2==CH2↑＋H2O。
②卤代烃的消去反应
CH3—CH2—Br＋NaOHeq \(――→,\s\up11(乙醇),\s\d4(△))CH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。
③炔烃的不完全加成反应
CH≡CH＋HCleq \(――→,\s\up11(催化剂),\s\d4(△))CH2==CHCl。
(2)卤素原子
①烃与卤素单质的取代反应
＋Br2eq \(――→,\s\up7(FeBr3))＋HBr；
＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))＋HCl。
②不饱和烃的加成反应
＋Br2―→；
CH2==CHCH3＋HBreq \(――→,\s\up7(催化剂))CH3CHBrCH3；
CH≡CH＋HCleq \(――→,\s\up11(催化剂),\s\d4(△))CH2==CHCl。
③醇的取代反应
CH3—CH2—OH＋HBreq \(――→,\s\up7(△))CH3—CH2—Br＋H2O。
(3)羟基
①烯烃与水的加成反应
CH2==CH2＋H2Oeq \(――→,\s\up11(催化剂),\s\d4(△))CH3CH2OH。
②卤代烃的水解反应
CH3—CH2—Br＋NaOHeq \(――→,\s\up11(水),\s\d4(△))CH3CH2—OH＋NaBr。
③醛或酮的还原反应
CH3CHO＋H2eq \(――→,\s\up11(Ni),\s\d4(△))CH3CH2OH；
＋H2eq \(――→,\s\up11(Ni),\s\d4(△))。
④酯的水解反应
CH3COOCH2CH3＋H2Oeq \(,\s\up11(稀硫酸),\s\d4(△))CH3COOH＋CH3CH2OH；
CH3COOCH2CH3＋NaOHeq \(――→,\s\up7(△))CH3COONa＋CH3CH2OH。
(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 ml 该有机物最多能与 3 ml H2发生加成反应
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C9H8O4
B．能与NaOH、NaHCO3反应
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：C8H4O2ClF
B．一定条件下，1ml该物质最多消耗5mlH2
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 ml 该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 m1 H2
B．1 ml 该有机物分别与Na、NaOH、 NaHCO3 反应，依次消耗这三种物质量之比为3：2：2
C．可以用酸性KMnO4溶液检验其中的碳碳双键
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
6．1ml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．CH3CH2CH2CH2CH3
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HOCH2CH=CHCl
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：+H2O
相对分
子质量
密度
(g/cm3)
熔点
(℃)
沸点
(℃)
溶解性
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．KMnO4溶液 b．稀H2SO4 c．Na2CO3溶液
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C16H28N2O4，故A正确；
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 ml该有机物最多能与1 ml H2发生加成反应，故D错误；
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C10H18O，结构不同，互为同分异构体，B正确；
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C9H8O4，A正确；
B．分子中含羧基，可与NaOH、NaHCO3发生反应，B正确；
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C8H4O2ClF，A正确；
B．苯环、醛基均能和氢气发生加成反应，1ml苯环消耗3ml氢气，1ml醛基消耗1ml氢气，则1ml该物质最多消耗5ml H2，B正确；
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1ml该有机物和过量的金属钠反应最多可以生成1.5 mlH2，故A正确；
B．-COOH、-OH均与Na反应，只有-COOH与NaOH、NaHCO3反应，该有机物消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3：2：2，故B正确；
C．-OH、碳碳双键均能被高锰酸钾氧化，则用酸性KMnO4溶液不能检验其中的碳碳双键，故C错误；
D．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1ml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C6H14，1mlC6H14的耗氧量为6+=9.5ml，故A不符合；
B. 有3种等效氢原子，B的分子式是C5H12，1ml C5H12的耗氧量为5+=8ml，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R1-O-R2，即均含醚键，故A正确；
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(Na2CO3溶液)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/ml=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SOCl2中的两个—Cl取代了羟基，其反应类型为取代反应；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(NH2)2C=S反应生成，乙酸和在浓硫酸作用下反应生成，因此其合成路线图为；故答案为：。