高中化学人教版 (2019)选择性必修3第五节 有机合成教学设计及反思

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。

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

1. 有机合成的原理
2. 有机合成的关键

【讲解】

一、有机合成

1. 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。
2. 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】

一、   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

(1)    引入：醇的消去反应、卤代烃的消去反应、炔烃的不完全加成

(2)    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

(3)    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

(4)    引入醛基：醇的氧化、烯烃氧化、炔烃水化

(5)    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

(6)    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】

四、   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

CH3CH2OHCH2===CH2Cl—CH2—CH2—ClHOCH2—CH2OH。

(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

1. 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。

2. 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。 

3. 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。

4. 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。

5. 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。