【高中化学】有机合成——碳骨架的构建 高二化学同步课件（人教版2019选择性必修3）.pptx

情景引入情景引入远古时代19世纪20年代物质丰富的今天人类人类依靠自然资源依靠自然资源，加工加工转化转化自然自然资源资源，从从生物体中获得有机化合物生物体中获得有机化合物德国化学家德国化学家维勒维勒合成合成尿素尿素,开创开创人工合成有机物新时代人工合成有机物新时代世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。CO(NH2)2随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合随着新的有机反应、新试剂的不断发现和有机合成理论的发展，有机合成的技术和效率不断提高。成理论的发展，有机合成的技术和效率不断提高。尼龙、涤纶尼龙、涤纶炸药炸药医药医药用用化学方法人工合成物质化学方法人工合成物质创造新物质创造新物质“水立方水立方”是我国第一个采用是我国第一个采用ETFEETFE(乙烯乙烯四氟乙烯共四氟乙烯共聚物聚物)膜材料作为立面维护体系的建筑。膜材料作为立面维护体系的建筑。宇航服中应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。人工合成的新型抗禽流感、人工合成的新型抗禽流感、甲型甲型H1N1H1N1病毒的药物病毒的药物-达菲达菲科技科技创造生活，合成造福人类！创造生活，合成造福人类！有机合成有机合成的发展，使人们不仅能通过人工手段的发展，使人们不仅能通过人工手段合成合成多种多种天然天然有机物有机物，还可以根据实际需要设计合成还可以根据实际需要设计合成具有特定结构和性能的新物质具有特定结构和性能的新物质，有力地，有力地推推动了动了材料科学材料科学和和生命科学生命科学的的发展。发展。什么是有机合成？什么是有机合成？一、有机合成一、有机合成的主要任务的主要任务1.1.有机合成有机合成的的概念：概念：一般一般4 4个个C C以内的单官能团以内的单官能团有机物或有机物或单取代苯单取代苯为原料为原料【思考思考】有机合成是如何实现合成目标的？有机合成是如何实现合成目标的？利用利用简单简单、易得易得的原料，通过有机反应的原料，通过有机反应来构建碳骨架和引入来构建碳骨架和引入官能团官能团，由此合成出由此合成出具具有特定有特定结构和性质结构和性质的目标分子。的目标分子。如如 甲烷、乙烯、丙烯、乙炔，苯、甲苯等甲烷、乙烯、丙烯、乙炔，苯、甲苯等中间体中间体1中间体中间体2中间体中间体4官能团转化官能团转化官能团转化官能团转化官能团转化官能团转化CH2H H+，H H2 2O ONaCNNaCNBrBr2 2催化剂催化剂 H H2 2O O ，催化剂，催化剂CHCH2 2=CH=CH2 2CHCH2 2-Br-BrCHCH2 2-Br-BrCHCH2 2-CN-CNCHCH2 2COOHCOOHCOOHCOOHCHCH3 3CHCH2 2OHOHCOOCHCOOCH2 2CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOCHCOOCH2 2CHCH3 3 CH CH2 2-CN-CN中间体中间体3原料原料目标产物目标产物2.2.有机合成有机合成的的任务任务一、有机合成一、有机合成的主要任务的主要任务为什么要为什么要将碳碳双将碳碳双键转化为键转化为溴原子呢溴原子呢？目的目的:利用卤代烃的取代反应利用卤代烃的取代反应增长碳链，增长碳链，实现对目标化合物实现对目标化合物分子骨架的构建。分子骨架的构建。碳骨架的构建一、有机合成一、有机合成的主要任务的主要任务1.1.有机合成有机合成的的概念：概念：一般一般4 4个个C C以内的单官能团以内的单官能团有机物或有机物或单取代苯单取代苯为原料为原料利用利用简单简单、易得易得的原料，通过有机反应的原料，通过有机反应来构建碳骨架和引入来构建碳骨架和引入官能团官能团，由此合成出由此合成出具具有特定有特定结构和性质结构和性质的目标分子。的目标分子。2.2.有机合成的主要有机合成的主要任务任务构建构建碳碳骨架骨架:包括碳链的增长和缩短、成环、开环等过程包括碳链的增长和缩短、成环、开环等过程引入引入官能团官能团:包括官能团包括官能团的引入、转化、消除及的引入、转化、消除及保护等保护等原料分子中的碳原子目标分子中的碳原子少于引入含碳原子的官能团（1）与HCN发生加成反应（2）羟醛缩合反应（5）聚合反应等（3）酯化反应（4）分子间脱水反应1.1.碳碳链增长：链增长：（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(1)烯烃烯烃(炔烃炔烃)或醛、酮或醛、酮与与HCN的的加成反应加成反应引入氰基，延长碳链引入氰基，延长碳链1.1.碳碳链增长：链增长：根据前面所学知识，完成下列反应根据前面所学知识，完成下列反应CHCH2 2=CH=CH2 2+HCN+HCN CHCHCHCH +HCN+HCN+HCN+HCN 催化剂催化剂催化剂+HCN+HCN 催化剂CHCH3 3CHCH2 2CNCN丙烯腈丙烯腈CHCH2 2CHCN CHCN 丙腈丙腈H2O，H催化剂催化剂CHCH2 2CHCOOH CHCOOH 丙烯酸丙烯酸H H2 2O O，H H催化剂催化剂CHCH3 3CHCH2 2COOHCOOHHR CO=CNCNR RCHCHO OH H-羟基腈羟基腈C CH H2 2N NH H2 2R R CHCHO OH H-氨基醇氨基醇一般一般与与HCNHCN加成之加成之后后，引入引入氰基，氰基，再再经经水解水解生成生成羧酸羧酸或或催化催化加氢还原成胺加氢还原成胺还原反应还原反应加成反应加成反应水解反应水解反应（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(2)羟醛缩合羟醛缩合反应反应 1.1.碳碳链增长：链增长：P83资料卡片资料卡片-羟基醛羟基醛,-不饱和醛不饱和醛加成反应加成反应消去反应消去反应（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）n n HO-CHHO-CH2 2CHCH2 2-COOH-COOH H H O-CHO-CH2 2CHCH2 2-C-C n nOH+(n-1)HOH+(n-1)H2 2O O 一定条件一定条件(5)聚合聚合反应反应(3)酯化酯化反应反应(4)醇醇分子间脱水成分子间脱水成醚醚nCH2CH2 CH2CH2 n一定条件下1818 O OCH3COH+HOC2H5 CH3COC2H5+H2O浓浓H2SO4C2H5OH+HOC2H5 C2H5OC2H5+H2O浓浓H2SO4140 1.1.碳碳链增长：链增长：加聚反应加聚反应 缩聚反应缩聚反应O O（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(6)(6)由由卤代烃增长碳链：卤代烃增长碳链：2RX+2RX+2 Na2 NaRR RR+2+2 NaXNaX卤卤代烃与代烃与NaCNNaCN的反应的反应CHCH3 3CHCH2 2Cl+NaCN Cl+NaCN CHCH3 3CHCH2 2CN+NaClCN+NaClH H2 2O,O,H HCHCH3 3CHCH2 2COOH COOH 知识拓展1.1.碳碳链增长：链增长：卤卤代烃代烃与活泼金属反应与活泼金属反应卤卤代烃与炔钠的反应代烃与炔钠的反应2CH2CH3 3CCCH+2Na CH+2Na 2CH2CH3 3C CCNa+HCNa+H2 2液氨液氨CHCH3 3CCCNa+CNa+CHCH3 3CHCH2 2ClClCHCH3 3CCC CCHCH2 2CHCH3 3+Na+NaClCl了解，一般题目会给信息了解，一般题目会给信息（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(7)(7)由由格氏试剂格氏试剂与与卤代烃卤代烃、醛、酮醛、酮反应增长碳反应增长碳链链R RClCl+RMgCl+RMgCl R RR R+MgCl+MgCl2 2RMgX RMgX RX RX+MgMg无水乙醚无水乙醚+RMgClRMgCl OOMgClMgClRH H2 2O OOOH HR1.1.碳碳链增长：链增长：一般题目会给信息一般题目会给信息格氏试剂制备：格氏试剂制备：RMgX RMgX 与与卤代卤代烃反应烃反应与醛与醛、酮、酮反应反应（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）知识拓展1.1.乙烯乙烯是化工生产中重要的基础原料，请以乙烯为基本原料是化工生产中重要的基础原料，请以乙烯为基本原料合成合成正丁醇正丁醇(CH(CH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2OH)OH)，写出有关反应的化学方程式写出有关反应的化学方程式【课堂练习】CH2CH2H2O催化剂/CH3CH2OHCu/O2CH3CHOCH3CHCH2CHOOH-H2OCH3CHCHCHOH2Ni/CH3CH2CH2CH2OH原料分子中的碳原子原料分子中的碳原子目标分子中的碳原子目标分子中的碳原子多于多于缩短缩短碳碳链链（1）烷烃的分解反应）烷烃的分解反应（3）与高锰酸钾发生氧化反应）与高锰酸钾发生氧化反应（2）酯的水解反应）酯的水解反应2.2.碳链的缩短碳链的缩短（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(1)烷烃的裂化、裂解反应烷烃的裂化、裂解反应C4H10 CH4+C3H6 2.2.碳链的缩短碳链的缩短C8H18 C4H10 +C4H8 C4H10 C2H6+C2H4 （一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）(2)酯酯的水解反应的水解反应CH3COOC2H5H2O CH3COOHC2H5OH稀硫酸稀硫酸稀硫酸CH2OCOC17H35CHOCOC17H35CH2OCOC17H35C17H35COOH CH2OH CHOH CH2OH 33H2O2.2.碳链的缩短碳链的缩短（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）2.2.碳链的缩短碳链的缩短(3)(3)烯烃烯烃、炔烃、炔烃及及芳香烃的侧链芳香烃的侧链被被KMnO4(H+)溶液溶液氧化。氧化。CH3CH=CH2KMnO4(H+)CH3CCHKMnO4(H+)烯烃烯烃双键碳上有双键碳上有两个两个H产物是产物是CO2；双键碳上双键碳上有一个有一个H产物是产物是羧酸羧酸；双键碳上双键碳上没有没有H 产物是产物是酮酮。CH3COOH+CO2CH3COOH+CO2CHCH3 3COOH+COOH+炔烃叁键碳上炔烃叁键碳上有一个有一个H H产物是产物是COCO2 2；叁键碳上；叁键碳上没有没有H H产物是产物是羧酸。羧酸。（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）2.2.碳链的缩短碳链的缩短苯的同系物的氧化：产物是苯甲酸与苯环相连的碳原子上至少连有一个氢原子才能被酸性高锰酸钾氧化。(3)(3)烯烃烯烃、炔烃、炔烃及及芳香烃的侧链芳香烃的侧链被被KMnO4(H+)溶液溶液氧化。氧化。2.2.下列下列反应能使反应能使碳链缩短碳链缩短的是的是()烯烃被酸性烯烃被酸性KMnOKMnO4 4溶液氧化溶液氧化乙苯被酸性乙苯被酸性KMnOKMnO4 4溶液氧化溶液氧化重油裂化为汽油重油裂化为汽油CHCH3 3COOCHCOOCH3 3与与NaOHNaOH溶液共热溶液共热炔烃与溴水反应炔烃与溴水反应A A B BC C D DD【课堂练习】P83资料卡片资料卡片（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）3.3.碳链的碳链的成环成环(1)共轭共轭二二烯烃加烯烃加成成123465123465实质：加成反应实质：加成反应CH3+CH3H+HCOOCH3+【课堂练习3】完成下列物质发生完成下列物质发生第尔斯-阿尔德反应的方程式方程式或或练后反思练后反思第尔斯-阿尔德反应的要点：要点：共轭二烯烃的共轭二烯烃的四个四个碳原子和另一个碳原子和另一个双键或三键碳双键或三键碳形成形成六元环状六元环状化合物化合物，其他原子或基团仍连在原来的碳原子上。其他原子或基团仍连在原来的碳原子上。(2)合成合成环酯环酯（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）3.3.碳链的碳链的成环成环HOCH2CH2OHH2O(3)合成环醚合成环醚（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）3.3.碳链的碳链的成环成环催化剂催化剂分子内脱水分子内脱水分子间脱水分子间脱水（一）构建碳骨架（增长、缩短、成环、开环）4.4.碳链的开环碳链的开环(1).如环酯的水解反应:(2).某些环状烯烃、炔烃的氧化反应:Zn/H2OO3OHCCH2CH2CH2CH2CHOKMnO4(H+)HOOCCH2CH2CH2CH2COOH高锰酸钾溶液氧化性更强，可以得到酮或羧酸。高锰酸钾溶液氧化性更强，可以得到酮或羧酸。O O3 3氧化性相比更弱一些，往往得到醛或酮氧化性相比更弱一些，往往得到醛或酮碳链的增长碳链的缩短碳链的成环（1 1）与）与HCNHCN发生加成反应发生加成反应（2 2）羟醛缩合反应）羟醛缩合反应（5 5）加聚反应加聚反应（3 3）酯化反应酯化反应（4 4）分子间脱水反应分子间脱水反应（1 1）烷烃的分解反应）烷烃的分解反应（3 3）与高锰酸钾发生氧化反应）与高锰酸钾发生氧化反应（2 2）酯的水解反应）酯的水解反应（1 1）共轭二烯烃加成）共轭二烯烃加成（2 2）合成环酯）合成环酯（3 3）合成环醚）合成环醚课堂小结构建碳骨架碳链的开环(1 1).如环酯的水解如环酯的水解反应反应(2 2).某些环状烯烃的氧化某些环状烯烃的氧化反应反应1.1.化合物化合物丙是合成一种医药的中间体，可以通过如图反应制得丙是合成一种医药的中间体，可以通过如图反应制得。下列下列说法正确的说法正确的是是CA A乙的分子式为乙的分子式为C C5 5H H1010O O2 2B B甲的一氯代物有甲的一氯代物有4 4种种(不考虑立体异构不考虑立体异构)C C乙可以发生取代反应、加成反应乙可以发生取代反应、加成反应D D丙不能使酸性高锰酸钾溶液褪色丙不能使酸性高锰酸钾溶液褪色巩固练习巩固练习巩固练习巩固练习2 2在有机合成中，有时需要通过减短碳链的方式来实现由原料到目标产在有机合成中，有时需要通过减短碳链的方式来实现由原料到目标产物的转化，某同学设计的下列反应中，可成功实现物的转化，某同学设计的下列反应中，可成功实现碳链减短碳链减短的的A A乙烯的聚合反应乙烯的聚合反应 B B烯烃与酸性烯烃与酸性KMnOKMnO4 4溶液的反应溶液的反应C C酯化反应酯化反应 D D卤代烃与卤代烃与NaCNNaCN的取代反应的取代反应B巩固练习巩固练习3 3下列反应可使碳链增长的有下列反应可使碳链增长的有 加聚反应加聚反应缩聚反应缩聚反应酯化反应酯化反应卤代烃的氰基取代反应卤代烃的氰基取代反应乙酸与甲醇的反应乙酸与甲醇的反应A A全部全部 B B C C D DA4已知卤代烃可以和钠发生反应。例如溴乙烷与钠发生反应为2CH3CH2Br2NaCH3CH2CH2CH32NaBr应用这一反应，下列所给出的化合物中可以与钠反应合成环丁烷：的是()ACH3BrBCH3CH2CH2CH2BrCCH2BrCH2Br DCH3CHBrCH2CH2BrC巩固练习巩固练习巩固练习巩固练习5.5.下列下列结构结构中不能成环的是（中不能成环的是（）C6.已知已知：，如果通过一步反应合成，如果通过一步反应合成所用的原料可以是所用的原料可以是()1，3-丁二烯和丁二烯和2-丁炔丁炔 1，3-戊二烯和戊二烯和2-丁炔丁炔 2，3-二甲基二甲基-1，3-丁二烯和乙炔丁二烯和乙炔 2，4-己二烯和乙炔己二烯和乙炔AB CDA巩固练习巩固练习写出由写出由CPD生成生成DCPD的反化学方程式的反化学方程式：CPDDCPD21234561234 567.利用环戊二烯利用环戊二烯(CPD)可以制备金刚烷可以制备金刚烷金刚烷金刚烷H H2 2/Ni/Ni一定条件一定条件巩固练习巩固练习8.卤代烃可以与金属反应，形成金属有机化合物。其中最负盛名的有机镁试剂，它是由法国化学家格利雅(V.Grignard)于1901年发现的，故称格氏试剂。它的制法为RX+MgRX+MgRMgXRMgX与其他物质(如卤代烃、醛等)反应可以实现碳链的增长，得到烃、醇、羧酸等多种有机化合物。如：RMgX+RCHO 用乙烯和适当的无机物合成乙酸异丁酯的过程如下(反应条件没有列出)，写出写出A A、B B、C C、D D、E E、F F的的结构简式：结构简式：