高中化学选修5知识点:有机合成

一、有机合成

1有机合成的概念

有机合成指利用简单、易得的原料,通过有机反应,生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程方法。

2有机合成的任务和过程

高中化学选修5知识点:有机合成  第1张

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、有机合成中的碳链变化和官能团衍变

1有机合成中常见的碳链变化

(1)使碳链增长的反应

不饱和有机物之间的加成或相互加成,卤代烃与氰化钠或炔钠的反应,醛、酮与HCN的加成等。

(2)使碳链缩短的反应

烯、炔的氧化,烷的裂解,脱羧反应,芳香烃侧链的氧化等。

2常见官能团引入或转化的方法

(1)引入或转化为碳碳双键的三种方法

卤代烃的消去反应,醇的消去反应,炔烃与H2HXX2的不完全加成反应。

(2)引入卤素原子的三种方法

不饱和烃与卤素单质(或卤化氢)的加成反应,烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应,醇与氢卤酸的取代反应。

(3)在有机物中引入羟基的三种方法

卤代烃的水解反应,醛、酮与H2的加成反应,酯的水解反应。

(4)在有机物中引入醛基的两种方法

醇的氧化反应、烯烃的氧化反应。

3有机物分子中官能团的消除

(1)消除不饱和双键或三键,可通过加成反应。

(2)经过酯化、氧化、与氢卤酸取代、消去等反应,都可以消除—OH

(3)通过加成、氧化反应可消除—CHO

(4)通过水解反应可消除酯基。

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改变碳架结构的常用方法

1.增长碳链

(1)卤代烃与NaCN的反应

CH3CH2ClNaCNCH3CH2CN(丙腈)NaCl

(2)醛、酮与氢氰酸的加成反应

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(3)卤代烃与炔钠的反应

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(4)羟醛缩合反应

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2.缩短碳链

(1)脱羧反应:

高中化学选修5知识点:有机合成  第5张

(2)氧化反应:

高中化学选修5知识点:有机合成  第6张

高中化学选修5知识点:有机合成  第7张

(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:

高中化学选修5知识点:有机合成  第8张

3.成环

(1)二烯烃成环反应

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(2)形成环酯

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(3)形成环醚

高中化学选修5知识点:有机合成  第11张

4.开环

(1)环酯水解开环

高中化学选修5知识点:有机合成  第12张

(2)环烯烃氧化开环

高中化学选修5知识点:有机合成  第13张

学习小结

高中化学选修5知识点:有机合成  第14张

、有机合成路线的设计

1常见有机物的转化关系

高中化学选修5知识点:有机合成  第15张

若以乙醇为原料合成乙二酸(HOOC—COOH),则依次发生反应的类型是消去反应、加成反应、水解(或取代)反应、氧化反应、氧化反应。

2常见的有机合成路线

(1)一元化合物合成路线:

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(2)二元化合物合成路线:

高中化学选修5知识点:有机合成  第17张

(3)芳香化合物合成路线

高中化学选修5知识点:有机合成  第18张

3有机合成中常见官能团的保护

(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溶液反应,把—OH变为—ONa(或使其与ICH3反应,把—OH变为—OCH3)将其保护起来,待氧化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HCl等的加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。

(3)氨基(—NH2)的保护:如在对硝基甲苯合成――→对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH之后,再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时,—NH2(具有还原性)也被氧化。

解决有机合成题的基本步骤

第一步:要正确判断合成的有机物属于何种有机物,它带有什么官能团,它和哪些知识、信息有关,它所在的位置的特点等。

第二步:根据现有原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段,或寻找官能团的引入、转换、保护方法,或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变,尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。

第三步:将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合,选择出最佳合成方案。

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有机合成中常见的新信息

1.苯环侧链引羧基

高中化学选修5知识点:有机合成  第19张(R代表烃基)被酸性KMnO4溶液氧化生成高中化学选修5知识点:有机合成  第20张,此反应可缩短碳链。

2.卤代烃跟氰化钠溶液反应再水解可得到羧酸

高中化学选修5知识点:有机合成  第21张

卤代烃与氰化物发生取代反应后,再水解得到羧酸,这是增加一个碳原子的常用方法。

3.烯烃通过臭氧氧化,再经过锌与水处理得到醛或酮

高中化学选修5知识点:有机合成  第22张

RCH==CHR(RR′代表H或烃基)与碱性KMnO4溶液共热后酸化,发生双键断裂生成羧酸,通过该反应可推断碳碳双键的位置。

4.双烯合成

1,3­丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到环己烯,高中化学选修5知识点:有机合成  第23张,这是著名的双烯合成,也是合成六元环的首选方法。

5.羟醛缩合

α­H的醛在稀碱(10% NaOH)溶液中能和另一分子醛相互作用,生成β­羟基醛,称为羟醛缩合反应。

高中化学选修5知识点:有机合成  第24张

6.格林试剂延长碳链

卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应,可得格林试剂R—MgX,它可与醛、酮等羰基化合物加成:

高中化学选修5知识点:有机合成  第25张

、逆合成分析法

1逆向合成分析法

从目标化合物的组成、结构、性质入手,找出合成所需的直接或间接的中间体,逐步推向已知原料,其合成示意图为

高中化学选修5知识点:有机合成  第26张

2逆向合成分析法应用例析

由“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯

(1)具体步骤如下:

高中化学选修5知识点:有机合成  第27张

根据以上逆合成分析,可以确定合成草酸二乙酯的有机基础原料为乙烯(CH2===CH2),通过五步反应进行合成,写出反应的化学方程式:

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高中化学选修5知识点:有机合成  第29张

逆合成分析法设计有机合成路线的思维程序

(1)观察目标分子结构,即目标分子的碳架特征,以及官能团的种类和位置。

(2)由目标分子逆推原料分子,并设计合成路线,即目标分子碳架的构建,以及官能团引入和转化。

(3)依据绿色合成的思想,对不同的合成路径进行优选。

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有机合成综合题中的常见误区

误区一 转化缺乏依据

在所给合成路线中,有时存在一步或两步的变化是中学有机化学中未曾学习过的,此时推断过程往往难以进行下去。在这种情况下,应该结合变化前后两种有机物在碳链结构、官能团等方面的差异去寻找突破口,切勿主观臆造化学反应使转化缺乏依据。

误区二 混淆反应条件

有机化学反应大多需要在一定条件下才能进行,有些条件只是在浓度上的差异,如酯化反应一般用浓硫酸,而酯的水解反应用稀硫酸即可;卤代烃的取代反应需在氢氧化钠水溶液中进行,而卤代烃的消去反应则需在氢氧化钠醇溶液中进行等。有些催化剂可能是与反应物发生反应的生成物,如苯的卤代反应,一般加入铁作催化剂,而实际起催化作用的是卤化铁,有时题目给出了卤化铁,但学生由于思维定式,就会出现错误。

误区三 忽视相对分子质量的变化

化学反应一定遵守质量守恒(原子守恒)定律。有机化学反应中常有无机小分子(如水分子)参加或生成,若忽视反应前后有机物相对分子质量变化这一重要条件,就会使问题的解决变得困难。

学习小结

高中化学选修5知识点:有机合成  第30张

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