有機合成
教學(xué)目標(biāo)
知識技能:通過復(fù)習(xí)有機合成,使學(xué)生掌握有機物的官能團間的相互轉(zhuǎn)化以及各類有機物的性質(zhì)、反應(yīng)類型、反應(yīng)條件、合成路線的選擇或設(shè)計。會組合多個化合物的有機化學(xué)反應(yīng),合成指定結(jié)構(gòu)簡式的產(chǎn)物。
能力培養(yǎng):培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、觀察能力、綜合分析能力、邏輯思維能力以及信息的遷移能力。
科學(xué)思想:通過精選例題,使學(xué)生認(rèn)識化學(xué)與人們的生活是密切相關(guān)的,我們可以利用已學(xué)的知識,通過各種方法合成人們需要的物質(zhì),使知識為人類服務(wù),達到對學(xué)生滲透熱愛化學(xué)、熱愛科學(xué)、熱愛學(xué)習(xí)的教育。
科學(xué)品質(zhì):激發(fā)興趣和科學(xué)情感;培養(yǎng)求實、創(chuàng)新、探索的精神與品質(zhì)。
科學(xué)方法:通過組織學(xué)生討論解題關(guān)鍵,對學(xué)生進行辯證思維方法的教育,學(xué)會抓主要矛盾進行科學(xué)的抽象和概括。
重點、難點 學(xué)會尋找有機合成題的突破口。學(xué)會利用有機物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)尋找合成路線的最佳方式。
教學(xué)過程設(shè)計
教師活動
【復(fù)習(xí)引入】上節(jié)課我們主要復(fù)習(xí)了有機反應(yīng)的類型,與有機物合成有關(guān)的重要反應(yīng)規(guī)律有哪幾點呢?
【追問】每一規(guī)律的反應(yīng)機理是什么?
(對學(xué)生們的回答評價后,提出問題)
【投影】
①雙鍵斷裂一個的原因是什么?
②哪種類型的醇不能發(fā)生氧化反應(yīng)而生成醛或酮?
③哪種類型的醉不能發(fā)生消去反應(yīng)而生成烯烴?
④酯化反應(yīng)的機理是什么?
⑤什么樣的物質(zhì)可以發(fā)生成環(huán)反應(yīng)?對學(xué)生的回答進行評價或補充。
學(xué)生活動
思考、回憶后,回答:共5點。
①雙鍵的加成和加聚;
②醇和鹵代烴的消去反應(yīng);
③醇的氧化反應(yīng);
④酯的生成和水解及肽鍵的生成和水解;
⑤有機物成環(huán)反應(yīng)。
討論后,回答。
積極思考,認(rèn)真討論,踴躍發(fā)言。
答:①雙鍵的鍵能不是單鍵鍵能的兩倍,而是比兩倍略少。因此,只需要較少的能量就能使雙鍵里的一個鍵斷裂。
②跟―OH相連的碳原子與3個碳原子相連的醇一般不能被氧化成醛或酮;
③所在羥基碳原子若沒有相鄰的碳原子(如CH3OH)或相鄰碳原子上沒有氫原子[如(CH3)3CCH2OH]的醇(或鹵代烴)不能發(fā)生消去反應(yīng)而生成不飽和烴;
④酯化反應(yīng)的機理是:羧酸脫羥基,醇脫氫。
⑤能發(fā)生有機成環(huán)的物質(zhì)是:二元醇脫水、羥基酸酯化、氨基酸脫水、二元羧酸脫水。
【提問】衡量一個國家的石油化工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是什么?為什么?
回答:常把乙烯的年產(chǎn)量作為衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志。
原因是:乙烯是有機化工原料,在合成纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、醫(yī)藥等方面得到廣泛應(yīng)用。
【評價后引入】今天我們來復(fù)習(xí)有機物的合成。
【板書】有機合成
【講述】下面讓我們一起做第一道題,請同學(xué)們思考有機合成中合成路線的合理設(shè)計的關(guān)鍵是什么?應(yīng)從哪些方面入手?
【投影】
例1 用乙炔和適當(dāng)?shù)臒o機試劑為原料,合成 。
資料1
資料2
傾聽,明確下一步的方向。
展開討論:
從原料到產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生兩種變化:
①從碳鏈化合物變?yōu)榉辑h(huán)化合物;
②官能團從“―C≡C―”變?yōu)椤皑DBr”。由順推法可知:由乙炔聚合可得苯環(huán),如果由苯直接溴代,只能得到溴苯,要想直接得到均三溴苯很難。我們只能采取間接溴代的方法,即只有將苯先變?yōu)楸椒踊虮桨,再溴代方可;而三溴苯酚中的“―OH”難以除去。而根據(jù)資料2可知, 中的“―NH2”可通過轉(zhuǎn)化為重氮鹽,再進行放氮反應(yīng)除去。
板演方程式:
【評價】大家分析得很全面,也很正確,F(xiàn)將可行方案中所涉及到的有關(guān)反應(yīng)方程式按順序?qū)懗。請兩名同學(xué)到黑板來寫,其他同學(xué)寫在筆記本上。
【評價】兩名學(xué)生書寫正確。
【提問】對比這兩道小題,同學(xué)們想一想,設(shè)計合成有機物的路線時,主要應(yīng)從哪里進行思考呢?
分析、對比、歸納出:
①解題的關(guān)鍵是找出原料與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)差別是什么,然后在熟知物質(zhì)性能的基礎(chǔ)上尋找解決問題的途徑即合成路線。
②在解題時應(yīng)考慮引入新的官能團,能否直接引入,間接引入的方法是什么?這些問題的解決就需要我們熟練掌握有機物的特征反應(yīng)。
【板書】一、有機合成的解題思路
(1)寫出①、②、③步反應(yīng)的化學(xué)方程式,是離子反應(yīng)的寫離子方程式_________;
(2)B溶于冬青油致使產(chǎn)品不純,用NaHCO3溶液即可除去,簡述原因_________;
(3)在(2)中不能用NaOH也不能用Na2CO3的原因是____。
心想:阿斯匹林熟悉用途,是以什么為原料?怎樣合成的?
認(rèn)真讀題、審題。
小組討論,得出:
(1)
(2)冬青油中混有少量 可用小蘇打溶液除去的原因是:
,產(chǎn)物 可溶于水相而與冬青油分層,便可用分液法分離而除雜。
(3)在(2)中不能用NaOH、Na2CO3的原因是酚羥基可與其發(fā)生反應(yīng),而使冬青油變質(zhì)。
【評價】同學(xué)們分析合理,答案正確。
【提問】1mol阿斯匹林最多可和幾摩氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)呢?
究竟哪一個是正確答案呢?
答案:甲:2mol;
乙:3mol。
結(jié)果:乙是正確的。
【講述】阿斯匹林是一個“古老”的解熱鎮(zhèn)痛藥物,而緩釋長效阿斯匹林又使阿斯匹林煥發(fā)了青春,請大家思考下題。
【投影】
例3 近年,科學(xué)家通過乙二醇的橋梁作用把阿斯匹林連接在高聚物上,制成緩釋長效阿斯匹林,用于關(guān)節(jié)炎和冠心病的輔助治療,緩釋長效阿斯匹林的結(jié)構(gòu)簡式如下:
試填寫以下空白:
(1)高分子載體結(jié)構(gòu)簡式為_________。
(2)阿斯匹林連接在高分子載體上的有機反應(yīng)類型是_______。
(3)緩釋長效阿斯匹林在腸胃中變?yōu)榘⑺蛊チ值幕瘜W(xué)方程式是_______。
事物是在不斷地發(fā)展的……
分析:本題的關(guān)鍵詞語是“通過乙二醇的橋梁作用把阿斯匹林連接在高聚物上”。緩釋長效阿斯匹林可分為三部分:①高分子載體;②阿斯匹林;③作為橋梁作用的乙二醇。
在腸胃中變?yōu)榘⑺蛊チ值姆磻?yīng),則屬于水解反應(yīng),從而找到正確的解題思路。
答:(1)
(2)酯化反應(yīng)(或取代反應(yīng))
(3)
【引導(dǎo)】根據(jù)大家的分析,解決上題的關(guān)鍵是要找出題給信息中的關(guān)鍵詞句。那么,我們將怎樣尋找解題的“突破口”呢?
【投影】
例4 有一種廣泛用于汽車、家電產(chǎn)品上的高分子涂料,是按下列流程生產(chǎn)的。圖中的M(C3H4O)和A都可以發(fā)生銀鏡反應(yīng),N和M的分子中碳原子數(shù)相等,A的烴基上一氯取代位置有三種。
【板書】二、有機合成的突破口(題眼)
試寫出:(1)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式:A____;M_____。物質(zhì)A的同類別的同分異構(gòu)體為_______。
(2)N+B→D的化學(xué)方程式_______.
(3)反應(yīng)類型:X_____;Y_________。
【組織討論】請分析解題思路并求解。
思考新問題。
讀題、審題、析題、解題。
討論:
①本題的題眼是什么?
②為什么這樣確定?
③怎樣推斷A的結(jié)構(gòu)?
代表發(fā)言:①解本題的“突破口”即“題眼”是M的結(jié)構(gòu)簡式。
②因為本題中對M的信息量最豐富,M可以發(fā)生銀鏡反應(yīng),一定有醛基,M的結(jié)構(gòu)式除―CHO外,殘留部分是C2H3―,而C2H3―只能是乙烯基,則M的結(jié)構(gòu)簡式為CH2=CH―CHO。
③M經(jīng)氧化后可生成丙烯酸CH2=CH―COOH,由反應(yīng)條件和D的分子式組成可以推斷D是B和N的酯化反應(yīng)的產(chǎn)物,所以B+C3H4O2→C7H12O2→H2O。根據(jù)質(zhì)量守恒原理,B的分子式為C4H10O,是丁醇,A為丁醛。根據(jù)A的烴基上一氯取代物有3種,則A的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2CHO,它的同類物質(zhì)的同分異構(gòu)體為:
CH3CH(CH3)CHO。
答案:
(1)A:CH3CH2CH2CHO
M:CH2=CH―CHO
(2)CH3CH2CH2OH+CH2=CHCOOH
CH2=CHCOOCH2CH2CH3+H2O
(3)X:加成反應(yīng) Y:加聚反應(yīng)
【評價、總結(jié)】找解題的“突破口”的一般方法是:
【板書】①信息量最大的點;
②最特殊的點;
③特殊的分子式;
④假設(shè)法。
歸納:①找已知條件最多的地方,信息量最大的;②尋找最特殊的――特殊物質(zhì)、特殊的反應(yīng)、特殊顏色等等;③特殊的分子式,這種分子式只能有一種結(jié)構(gòu);④如果不能直接推斷某物質(zhì),可以假設(shè)幾種可能,認(rèn)真小心去論證,看是否完全符合題意。
【反饋練習(xí)】
【投影】
例5 化合物C和E都是醫(yī)用功能高分子材料,且組成中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同,均可由化合物A(C4H8O3)制得,如下圖所示。B和D互為同分異構(gòu)體。
試寫出:化學(xué)方程式
A→D_____,B→C____。
反應(yīng)類型:A→B____,B→C____,A→E____,E的結(jié)
構(gòu)簡式____。
A的同分異構(gòu)體(同類別有支鏈)的結(jié)構(gòu)簡式:____及____。
【組織討論】請分析解題思路并求解。
思路1 以A為突破口,因其信息量大。
A具有酸性,有―COOH。
A→B(C4H8O3→C4H6O2), A物質(zhì)發(fā)生脫水反應(yīng),又由于B可使溴水褪色,因而B中含有C=C,屬消去反應(yīng),則A中應(yīng)具有―OH。
A→D的反應(yīng)是由A中―COOH與―OH發(fā)生酯化反應(yīng),生成環(huán)狀酯D,由于D為五原子環(huán)狀結(jié)構(gòu),
A的結(jié)構(gòu)簡式為HOCH2CH2CHCOOH,
A→E的反應(yīng)為縮聚反應(yīng)。
答案:A→D:
B→C:
A→B:消去反應(yīng),B→C:加聚反應(yīng),
A→E:縮聚反應(yīng)。
E的結(jié)構(gòu)簡式:
A的同分異構(gòu)體:
大家知道,藥補不如食補。乳酸的營養(yǎng)價值較高,易被入吸收。乳酸的結(jié)構(gòu)是怎樣的?在工業(yè)上,是怎樣形成的呢?
【投影】
例6 酸牛奶中含有乳酸,其結(jié)構(gòu)為:
它可由乙烯來合成,方法如下:
(1)乳酸自身在不同條件下可形成不同的醇,其酯的式量由小到大的結(jié)構(gòu)簡式依次為:____、____、____。(2)寫出下列轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式:A的生成____。CH3CHO的生成____,C的生成____。(3)A→B的反應(yīng)類型為____。
【設(shè)問】本題的難點是什么?
哪位同學(xué)知道呢?
【評價或補充】
請三名同學(xué)到黑板上板演答案。
認(rèn)真審題,尋找本題的突破口,討論解題思路。
答:C的形成。
學(xué)生甲上臺講。
利用這些反應(yīng),按以下步驟可以從某烴A合成一種染料中間體DSD酸。
請寫出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡式!練w納】根據(jù)大家在討論中出現(xiàn)各種誤區(qū),請大家總結(jié)一下,在選擇合成途徑時應(yīng)注意哪些問題呢?
認(rèn)真審題,積極思考,小組討論。匯報結(jié)果。
誤區(qū):①誤認(rèn)為只有苯與硝酸反應(yīng)生成硝基苯,而甲苯與硝酸只能生成三硝基甲苯。②不能由DSD酸的結(jié)構(gòu)確定硝基與磺酸基為間位關(guān)系。③忽視苯胺具有還原性,NaClO具有氧化性,選擇錯誤的合成途徑。
正確答案:
分組討論,共同得出以下結(jié)論:
①每一步的反應(yīng)都要符合反應(yīng)規(guī)律或信息提示,不能杜撰;②確定反應(yīng)中官能團及它們互相位置的變化;③確定反應(yīng)先后順序時注意能否發(fā)生其它反應(yīng)如酯在NaOH溶液中水解時,是否有苯酚生成,把C=C氧化時是否有―CHO存在,使用氧化劑時是否存在還原性基團如―NH2等;④反應(yīng)條件的正確選擇;⑤題中所給予的信息往往起到承上啟下的關(guān)鍵作用,一定要認(rèn)真分析,信息與反應(yīng)物、生成物、中間產(chǎn)物的關(guān)系,從中得到啟示。
①
②
③
④
⑤
【講解】大家總結(jié)了有機合成中應(yīng)注意的問題在有機合成中應(yīng)遵循以下4個原則。
【板書】四、有機合成遵循的原則
【板書】三、有機合成題應(yīng)注意的事項:
1.所選擇的每個反應(yīng)的副產(chǎn)物盡可能少,所要得到的主產(chǎn)物的產(chǎn)率盡可能高且易于分離,避免采用副產(chǎn)物多的反應(yīng)。
2.發(fā)生反應(yīng)的條件要適宜,反應(yīng)的安全系數(shù)要高,反應(yīng)步驟盡可能少而簡單。
3.要按一定的反應(yīng)順序和規(guī)律引入官能團,不能臆造不存在的反應(yīng)事實,必要時應(yīng)采取一定的措施保護已引入的官能團。
4.所選用的合成原料要易得,經(jīng)濟。
【課堂小結(jié)】
1.有關(guān)有機合成的復(fù)習(xí),我們共同學(xué)習(xí)了幾個方面?
2.有機合成題的解題技巧是什么呢?
一人答,大家評判。
答:……
答:①綜合運用有機反應(yīng)中官能團的衍變規(guī)律解題。
②充分利用題給的信息解題。
③掌握正確的思維方法。
有時則要綜合運用順推或逆推的方法導(dǎo)出最佳的合成路線。
【布置作業(yè)】完成課外練習(xí)。
精選題
一、選擇題
1.化合物的 中的―OH被鹵原子取代所得的化合物稱為酰鹵,下列化合物中可以看作酰鹵的是 ( )
A.HCOF B.CCl4
C.COCl2 D.CH2ClCOOH
2.合成結(jié)構(gòu)簡式為 的高聚物,其單體應(yīng)是 ( )
①苯乙烯 ②丁烯 ③丁二烯 ④丙炔 ⑤苯丙烯
A.①、② B.④、⑤
C.③、⑤ D.①、③
3.自藜蘆醇 廣范存在于食物(例如桑椹、花生,尤其是葡萄)中,它可能具有抗癌性。能夠跟1mol該化合物起反應(yīng)的Br2或H2的最大用量分別是 ( )
A.1mol,1mol
B.3.5mol,7mol
C.3.5mol,6mol
D.6mol,7mol
4.A、B、C、D都是含碳、氫、氧的單官能團化合物,A水解得B和C,B氧化可以得到C或D,D氧化也得到C。若M(X)表示X的摩爾質(zhì)量,則下式中正確的是 ( )
A.M(A)=M(B)+M(C)
B.ZM(D)=M(B)+M(C)
C.M(B)<M(D)<M(C)
D.M(D)<M(B)<M(C)
二、非選擇題
5.提示:通常,溴代烴既可以水解生成醇,也可以消去溴化氫生成不飽和烴。如:
請觀察下列化合物A~H的轉(zhuǎn)換反應(yīng)的關(guān)系圖(圖中副產(chǎn)品均未寫出)并填寫空白:
(1)寫出圖中化合物C、G、H的結(jié)構(gòu)簡式。
C____;G____;H____。
(2)屬于取代反應(yīng)的有(填寫代號,錯答要倒扣分)____。
6.有機物E和F可用作塑料增塑劑或涂料中的溶劑,它們的分子量相等,可用以下方法合成:
請寫出:有機物的名稱:A____,B____;瘜W(xué)方程式:A+D→E______,B+G→F____。X反應(yīng)的類型及條件:類型____,條件____。
E和F的相互關(guān)系屬____(多選扣分)。
①同系物 ②同分異構(gòu)體 ③同一種物質(zhì) ④同一類物質(zhì)
7.乙酰水楊酸( )俗稱阿司匹林,1982年科學(xué)家將其連接在高分子載體上,使之在人體內(nèi)持續(xù)水解釋放出乙酰水楊酸,稱為長效阿司匹林,它的一種結(jié)構(gòu)是:
(1)將乙酰水楊酸溶于適量NaOH溶液中并煮沸,然后滴入鹽酸至呈酸性,析出白色晶體
A,將A溶于FeCl3溶液,溶液呈紫色。
①白色晶體A的結(jié)構(gòu)簡式為______。
②A的同分異構(gòu)體中,屬于酚類,同時還屬于酯類的化合物有______。
③A的同分異構(gòu)體中,屬于酚類,但不屬于酯類或羧酸類的化合物必定含有___________基。
(2)長效阿司匹林水解后可生成三種有機物,乙酰水楊酸、醇類有機物和一種高聚物。該醇的結(jié)構(gòu)簡式為______,該高聚物的單體的結(jié)構(gòu)簡式為______。
答 案
一、選擇題
1.A、C 2.D 3.D 4.D
二、非選擇題
5.(1)C:C6H5―CH=CH2 G:C6H5―C≡CH
(2)①、③、⑥、⑧
6.A:對苯二甲醇 B:對苯二甲酸
X:取代,光,②、④
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