高中化学 4-3 第3课时 重要有机物之间的相互转化 苏教版选修5.doc

第3课时重要有机物之间的相互转化智能定位1.掌握有机化学反应的主要类型的原理及应用，初步学习引入各官能团的方法。2.了解烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯之间的相互转化。3.在掌握各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上，初步学习设计合理的有机合成路线。情景切入人类运用有机化学手段合成出许许多多的物质，合成有机化合物需要考虑哪些问题呢？自主研习 重要有机物之间的相互转化上述转化的化学方程式分别为CH3CH3+Br2CH3CH2Br+HBrCH2=CH2+H2CH3CH3CHCH+2H2CH3CH3CHCH+H2CH2=CH2CH3CH2Br+NaOHCH2=CH2+NaBr+H2OCH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBrCH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2OCH3CH2OHCH2=CH2+H2O2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2OCH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O CH3CHO+2Cu（OH）2Cu2O+CH3COOH+2H2O思考讨论若由乙醇制备乙二酸乙二酯（）,如何设计合成路线？提示：乙醇乙烯1，2-二溴乙烷乙二醇乙二醛乙二酸乙二酸乙二酯。课堂师生互动知识点1有机合成过程中常见官能团的引入1.卤原子的引入方法(1)烃与卤素单质的取代反应。例如：CH3CH3+Cl2HCl+CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃) (还有其他的氯代苯甲烷)CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2Cl+HCl(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应。例如：CH2=CHCH3+Br2CH2BrCHBrCH3CH2=CHCH3+HBrCH3CHBrCH3CHCH+HClCH2=CHCl(3)醇与氢卤酸的取代反应。例如：ROH+HXRX+H2O2.羟基的引入方法（1）醇羟基的引入方法烯烃水化生成醇。例如：CH2=CH2+H2OCH3CH2OH卤代烃在强碱性水溶液中水解生成醇。例如：CH3CH2Br+H2OCH3CH2OH+HBr醛或酮与氢气加成生成醇。例如：CH3CHO+H2CH3CH2OHCH3COCH3+H2酯水解生成醇。例如：CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH（2）酚羟基的引入方法酚钠盐溶液中通入CO2生成苯酚。例如：苯的卤代物水解生成苯酚，例如：3.双键的引入方法(1)的引入醇的消去反应引入。例如：CH3CH2OHCH2=CH2+H2O卤代烃的消去反应引入。例如：CH3CH2BrCH2=CH2+HBr炔烃与氢气、卤代氢、卤素单质加成（限制物质的量）可得到。例如：CHCH+HClCH2=CHCl(2)的引入醇的催化氧化。例如：2RCH2OH+O22RCHO+2H2O2R2CHOH+O22R2C=O+2H2O4.羧基的引入方法(1)醛被弱氧化剂氧化成酸。例如：CH3CHO+2Cu(OH)2CH3COOH+Cu2O+2H2O(2)醛被氧气氧化成酸。例如：2CH3CHO+O22CH3COOH(3)酯在酸性条件下水解。例如：CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH(4)含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化。例如：特别提醒在解答有机合成的题目时，除了分析各物质组成和结构的差异外还要掌握反应的特征条件，如碱、醇、加热为卤代烃的消去反应的特征条件，碱溶液、加热为卤代烃水解反应的特征条件，X2、光照为烷烃取代反应的特征条件等。这些特征条件可作为推断有机物过程的突破口。考例1已知1-氯丁烷与水在碱存在下可发生取代反应生成1-丁醇：CH3CH2CH2CH2Cl+H2OCH3CH2CH2CH2OH+HCl以乙烯为主要原料（其他物质可任选），合成乙二酸乙二酯的流程如下图：请回答下列问题：（1）已知为加成反应，为取代反应，写出下列反应类型：，。（2）写出下列反应的方程式：。答案（1）氧化反应氧化反应酯化反应（2）CH2=CH2+Br2CH2BrCHBrCH2BrCH2Br+2NaOHCH2OHCH2OH+2NaBrCH2OHCH2OH+O2OHCCHO+2H2O变式探究1烷基苯在酸性高锰酸钾溶液的作用下，侧链被氧化成羧基，例如：化合物AE的转化关系如图所示，已知：A是芳香族化合物，只能生成3种一溴代物，B有酸性，C是常用的增塑剂，D是有机合成的重要中间体和常用的化学试剂(D也可由其他原料经催化氧化得到)，E是一种常用的指示剂酚酞，结构简式如图所示。写出A、B、C、D的结构简式。答案A的结构简式为，B的结构简式为,C的结构简式为,D的结构简式为解析由A（C8H10）为芳香族化合物，只能生成3种一溴代物，及ABC的转化关系和C的分子式为C16H22O4，可知苯环上有两个侧链且处于相邻位置，A的结构简式为；根据图中所给信息和B有酸性可知，B的结构简式为；由于B的结构中含有2个COOH，因此1 mol B与正丁醇作用时应消耗2 mol正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH），所以C的结构简式为；由B（C8H6O4）D（C8H4O3）及E的结构简式可推知，D为B分子内脱水的产物，其结构简式为。知识点2有机合成遵循的原则及合成路线的选择1.有机合成遵循的原则(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少，最后产率越高。(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。(5)要按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。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。有时则要综合运用顺推或逆推的方法导出最佳的合成路线。原料中间产物产品。2.合成路线的选择(1)一元合成路线：RCH=CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯(2)二元合成路线：CH2=CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OHCHOCHOHOOCCOOH链酯、环酯、聚酯。(3)芳香化合物合成路线：考例2以为原料，并以Br2等其他试剂制取，写出有关反应的化学方程式并注明反应条件。已知：中的醇羟基不能被氧化。解析对照起始反应物与目标产物分析可知，需要在原料分子中引入COOH，而碳骨架没有变化，可逆推需要先制得醛，依次需要：醇、卤代烃。在原料分子中引入卤原子可以利用加成反应来完成。设计合成方法如下：答案变式探究2请设计合理方案用合成用反应流程图表示，并注明反应条件。例如：由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为：CH3CH2OHCH2=CH2答案解析分析题中给出的信息，进行推断。课后强化作业基础巩固1.可在有机物中引入羟基的反应类型是()取代加成消去酯化氧化还原A.B.C.D.答案B解析卤代烃水解（取代）、烯烃水化（加成）、醛被氧化成羧酸，醛被还原为醇等反应均能在分子中引入OH；消去反应是从有机物分子中消去X或OH形成不饱和键的反应，酯化反应是酸和醇形成酯的反应，它们都不能引入OH（相反是去掉OH）。2.在有机合成中，制得的有机物较纯净并且容易分离，则在工业生产中往往有实用价值，试判断下列有机反应在工业上没有生产价值的是()A. B.nCH2=CH2C.D.CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH答案D3.以2-氯-丁烷为原料制备1，3-丁二烯最佳合成路线所需的有机反应类型依次是()加成反应消去反应水解反应加聚反应A.B.C.D.答案A4.(2011·江苏，11)-紫罗兰酮是存在于玫瑰花、番茄等中的一种天然香料，它经多步反应可合成维生素A1。下列说法正确的是()A.-紫罗兰酮可使酸性KMnO4溶液褪色B.1mol中间体X最多能与2mol H2发生加成反应C.维生素A1易溶于NaOH溶液D.-紫罗兰酮与中间体X互为同分异构体答案A解析本题主要考查了官能团的性质、同分异构体的概念等知识。-紫罗兰酮分子中含有碳碳双键，因此可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，使高锰酸钾溶液褪色，A正确；1mol中间体x中含有2mol碳碳双键和1mol醛基，因此1mol中间体x能与3molH2加成，B错；维生素A1的憎水基烃基很大故难溶于水，C错；-紫罗兰酮和中间体x的C原子数不同，二者不可能是同分异构体，D错。5.A、B、C都是有机化合物，且有如下转化关系：ABC，A的相对分子质量比B大2，C的相对分子质量比B大16，C能与A反应生成酯（C4H8O2），以下说法正确的是()A.A是乙炔，B是乙烯B.A是乙烯，B是乙烷C.A是乙醇，B是乙醛D.A是环己烷，B是苯答案C解析由ABC，可推知A为醇，B为醛，C为酸，且三者碳原子数相同，碳链结构相同，又据C能与A反应生成酯（C4H8O2），可知A为乙醇，B为乙醛，C为乙酸。6.化合物丙由如下反应得到：C4H8Br2(甲)C4H6(乙)190 C4H6Br2(丙)，丙的结构简式不可能是 ()A. B.C. D. 答案D解析由分子式C4H8Br2知，甲为饱和二元卤代烃;甲乙，发生消去反应；乙丙发生加成反应，这一系列反应中，分子碳骨架没有变化，故丙不可能是。7.已知CH3CH2OH+HOCH2CH3CH3CH2OCH2CH3+H2O，以乙醇、浓硫酸、溴水、水、氢氧化钠为主要原料合成。最简便的合成路线需要下列反应的顺序是()氧化还原取代加成消去中和水解酯化加聚A.B.C.D.答案B解析合成的最简便流程为：CH3CH2OHCH2=CH2即反应的顺序为。8.某有机物为含氯的酯(C6H8O4Cl2),在稀硫酸存在下水解产生A和B，A和B的物质的量之比为2:1，有机物A(C2H3O2Cl)可由有机物D(C2H3OCl)氧化而得，则()A.A的结构简式为,B为乙醇B.A的结构简式为,B为乙二醇C.D的结构简式为D.B为乙二酸答案B解析由酯C6H8O4Cl2水解生成n (A):n (B)= 2:1,且A为C2H3O2Cl,则A中含COOH，B中含两个羟基，又因为B分子中只含两个碳原子，则B为，A由分子式只能写成，则D为。9.在有碱存在的条件下，卤代烃与醇反应生成醚（ROR），RX+ROHROR+HX。化合物A通过如图所示的四步反应可以得到常用的试剂四氢呋喃：试回答下列问题。（1）1 mol A和1 mol H2在一定条件下恰好反应，生成饱和一元醇Y，Y中碳元素的质量分数约为65%，则Y的分子式为 ，A分子中所含官能团的名称是，A的结构简式为。（2）第、步反应的类型分别为：、。（3）化合物B具有的化学性质是。a.可发生氧化反应b.在强酸或强碱条件下均可发生消去反应c.可发生酯化反应d.在有催化剂的条件下可发生加聚反应(4)写出C、D和E的结构简式：C ，D ，E 。(5)写出化合物C与NaOH溶液反应的化学方程式：。(6)写出四氢呋喃属于链状醚类的所有同分异构体的结构简式：。答案(1)C4H10O羟基、碳碳双键CH2=CHCH2CH2OH(2)加成反应取代反应(3)abc(4) (D和E可互换)(3)(6)CH2=CHOCH2CH3、CH2=CHCH2OCH3、CH3CH=CHOCH3解析Y为饱和一元醇，设其为CnH2n+2O。依Y中碳元素的质量分数可列式：×100%=65%。可解得n=4。则Y的分子式为C4H10O。1 mol A可与1 mol H2恰好反应生成Y，A可能为醛或单烯醇，因为A可与Br2的CCl4溶液反应，则A为烯醇。考虑与OH不可连在同一碳原子上（会变为更稳定的醛），且终态产物四氢呋喃中碳链不存在支链，则A为直链丁烯醇，可能有两种结构简式CH2=CHCH2CH2OH或CH3CH=CHCH2OH，则B的结构简式可能为或。根据题干信息，RX与ROH在KOH和室温条件下发生取代反应，生成醚，再依据四氢呋喃碳链无支链，可知B必须选取端碳上连有Br的官能团方能满足要求，则A为CH2=CHCH2CH2OH，C为，C至D为消去反应，可得两种产物或，分别为D和E。能力提升1.下列物质中，可以发生反应生成烯烃的是()A.CH3ClB.C. D.答案D2.卤代烃能发生下列反应2CH3CH2Br+2NaCH3CH2CH2CH3+2NaBr下列有机物可以合成环丙烷的是 ()A.CH3CH2CH2BrB.CH3CHBrCH2BrC.CH2BrCH2CH2BrD.CH3CHBrCH2CH2Br答案C解析根据所给信息，连接卤素原子的碳原子可以相互连接，而要得到的目标分子是环丙烷，可以得出原料分子中应存在两个溴原子，且该分子应有三个碳原子，两个溴原子分别在两端。3.（多选）（2011·无锡模拟）香叶醇、橙花醇和乙酸橙花酯在工业上用作香料，它们可由月桂烯来合成。下列关于说法中正确的是()A.反应均为取代反应B.月桂烯分子中所有碳原子一定全部处在同一平面上C.香叶醇和橙花醇具有相同的分子式D.乙酸橙花酯可以发生取代、加成、氧化和聚合反应答案CD解析A项，为加成反应，B项月桂烯分子中所有碳原子可以不全部在同一平面上，也可能处在同一平面上，C项两种物质互为同分异构体，D项，该物质分子中含有“”，“”可以发生水解(取代)加成，氧化反应和聚合反应。4.(多选)(2009·连云港高二检测)在有机合成中，常会将官能团消除或增加，下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是()A.乙烯乙二醇：B.溴乙烷乙醇:CH3CH2BrCH2=CH2CH3CH2OHC.1-溴丁烷1,3-丁二烯：CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH=CH2CH2=CHCH=CH2D.乙烯乙炔：CH2=CH2CHCH答案BC解析B项，CH3CH2BrCH2=CH2应为消去反应，C项由CH2=CHCH=CH2不能通过消去反应得到。5.盐酸洛美沙星是一种常用的治疗敏感细菌引起感染的抗菌药，其结构简式为：·HCl，分子式为C17H19F2N3O3·HCl，该物质可发生的反应类型有 ()还原氧化加成取代水解酯化中和加聚A.B.C.除外D.全部答案D解析该分子结构中含“”、“”、“”、F等结构，可以发生上面的全部反应。6.下列有机物可通过氧化、酯化、加聚三种反应制得高聚物的是()A.CH3CH2CH2OHB.C.D.答案C解析若要经过加聚反应制得该有机物，其单体应为CH2=CHCOOCH2CH3，又因发生酯化反应，可推知中间产物有CH2=CHCOOH和CH3CH2OH，结合四个选项只有C项CH2=CHCH2OH，符合题意。7.已知乙烯醇（CH2=CHOH）不稳定，可自动转化为乙醛。乙二醇在一定条件下发生脱水反应，也有类似现象发生，所得产物的结构简式可能有下列几种，其中不正确的是()CH2=CH2CH3CHOA.B.C.D.答案A解析分子内脱水可得CH3CHO ()或（）,分子间脱水可得，发生缩聚反应可得。8.从溴乙烷制得1，2-二溴乙烷，下列合成方案中最好的是()A.B.CH3CH2BrCH2BrCH2BrC.CH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2BrD.CH3CH2BrCH2=CH2CH2BrCH2Br答案D解析A项反应不能发生，方案不合实际；B项中，CH3CH2Br与Br2发生取代反应生成CH2BrCH2Br的过程中副产物较多；C项生成乙烯的反应条件错误。9.乙酸苯甲酯对花香和果香的香韵具有提升作用，故常用于化妆品工业和食品工业。乙酸苯甲酯可以用下面的设计方案合成。（1）写出A、B的结构简式：A ，B 。（2）D有很多种同分异构体，含有酯基和一取代苯结构的同分异构体有五个。其中三个的结构简式是请写出另外两个同分异构体的结构简式： ；。答案解析此题给出的设计方案里只有目标产物的结构式，可采用逆推法，结合反应条件推断各步反应物 。(1)本题可采用逆推法确定A、C的结构。由D(乙酸苯甲酯)可推得C为苯甲醇，可由B水解得到，故B应为不难确定A为甲苯。（2）由酯的结构特点和书写规则，适当移动酯基的位置可得到。10.乙基香草醛()是食品添加剂的增香原料，其香味比香草醛更加浓郁。（1）写出乙基香草醛分子中两种含氧官能团的名称。（2）乙基香草醛的同分异构体A是一种有机酸，A可发生以下变化：提示：RCH2OHRCHO;与苯环直接相连的碳原子上有氢原子时，该碳原子才可被酸性KMnO4溶液氧化为羧基。a.AC的反应属于填反应类型）。b.写出A的结构简式。（3）乙基香草醛的另一种同分异构体D（）是一种医药中间体。请设计合理方案用茴香醛()合成D(其他原料自选，用反应流程图所示，并注明必要的反应条件)。例如：答案(1)醛基、(酚)羟基、醚键(任填两种)(2)a.取代反应b.(3)解析本题以乙基香草醛的结构为切入点，判断A的结构时，根据转化关系，推测它可能具有的官能团。(1)由题给乙基香草醛的结构简式可知其结构中含有氧原子的官能团有醛基、(酚)羟基、醚键。(2)由题目可知A是一种有机物酸，所以在A中有一个羧基，关键是判断另外一个含氧官能团。由题给提示，再结合题给转化关系，可知A中苯环上只有一个支链;由提示和转化关系AC，可得出A中有一个醇羟基，再结合醇被氧化的规律，要想得到醛，羟基必须在端碳原子上，可知A中有CH2OH，结合其分子式可以确定A的结构简式是，由转化关系AC和A、C分子的差异可知：A生成C的过程中，碳碳键没有变化，只是OH被Br取代，则AC的反应类型是取代反应。（3）有机合成题目一般是先观察原料与产品的官能团差别，然后再考虑需要利用哪些反应引入不同的官能团。比较茴香醛（）和D（）的结构差别可知：茴香醛中的醛基(CHO)经过一系列反应后转化成了COOCH3，茴香醛可以被酸性高锰酸钾氧化成羧酸，羧酸继续与甲醇发生酯化反应即可得到D，由题给示例可知茴香醛合成D的反应流程图：- 17 -