第三单元 人工合成有机化合物教学设计第二课时

第三单元

人工合成有机化合物

第1课时

简单有机物的合成

河北省磁县第二中学

朱冀东

[学习目标定位]

1.通过乙酸乙酯的合成路线的分析，学会简单有机物合成的基本方法思路。2.熟知有机物合成过程中反应的反应类型及其判断。3.知道常见的有机高分子化合物和三大合成材料。

一、有机物合成路线的设计与选择

1．有机合成是利用简单、易得的原料，通过有机反应制取具有特定结构和功能的有机物。如利用石油化工产品乙烯可合成下列有机物，写出反应的化学方程式。

(1)乙烯水合法制乙醇

CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH。

(2)乙烯氧化制乙醛

2CH2===CH2＋O2――→2CH3CHO。

(3)乙烯氧化制乙酸

CH2===CH2＋O2――→CH3COOH。

2．以乙烯为原料合成乙酸乙酯

(1)若合成路线Ⅰ设计如下，请在方框内填写相应物质的名称：

催化剂催化剂催化剂

写出有关反应的化学方程式，并注明反应类型：

①CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH，加成反应；

②2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O，氧化反应；

△③2CH3CHO＋O2――→2CH3COOH，氧化反应；

④CH3COOH＋CH3CH2OH浓H2SO4△催化剂催化剂催化剂CH3COOCH2CH3＋H2O，酯化反应。

(2)设计其他可能的合成路线，画出流程图。

答案

合成路线Ⅱ：

合成路线Ⅲ：

3．一种物质的合成路线可能有多种，到底采用哪一种，主要考虑哪些因素？

答案

(1)合成路线的简约性。(2)实际生产的可操作性。(3)还要综合考虑原料来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件、是否有污染物排放、生产成本等问题来选择最佳的合成路线。

有机合成的常用方法

(1)正向思维法：采用正向思维，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。

(2)逆向思维法：采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。

(3)综合比较法：此法采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，得出最佳合成路线。

1．若甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、甲醇(CH3OH)和乙醇(CH3CH2OH)在一定条件下于同一反应体系中发生酯化反应。回答下列问题：

(1)理论上能生成几种酯？

(2)反应后的混合物中哪些是同分异构体？

答案

(1)理论上能生成4种酯。

(2)甲酸乙酯与乙酸甲酯互为同分异构体，甲酸甲酯与乙酸互为同分异构体。

解析

酸和醇之间的酯化反应―→

甲酸与甲醇、乙醇都可反应，乙酸与甲醇、乙醇都可反应―→

分别生成甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯4种酯―→

结构简式分别为HCOOCH3、HCOOCH2CH3、CH3COOCH3、CH3COOCH2CH3―→

甲酸乙酯与乙酸甲酯互为同分异构体、甲酸甲酯与乙酸互为同分异构体

2．乙酸乙酯的合成方法有多种，现有淀粉、水、空气、乙烯等原料，如果分别用上述两种不同的有机原料开始合成乙酸乙酯，请绘制出有关的合成路线图，并在图中标明原料和各步转化产物(有机产物)的名称(无须写反应方程式)。

示例：

合成路线图

A反应条件――→B反应条件――→C……―→H

答案

合成路线一：

其他反应物其他反应物

合成路线二：

二、有机合成题的解题方法思路

1．设计方案，以玉米秸秆为原料，合成乙酸乙酯，并写出所有相关反应的化学方程式。

答案

(C6H10O5)n＋nH2O――→nC6H12O6

纤维素

葡萄糖

C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2↑

2C2H5OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O △2CH3CHO＋O2――→2CH3COOH C2H5OH＋CH3COOH浓硫酸△催化剂Cu酒化酶催化剂CH3COOC2H5＋H2O 解析

根据有机合成的逆向思维方法，制取乙酸乙酯，需要先制取乙醇、乙酸。工业制乙醇可由纤维素发酵制得，所以本题与生产实践有关，先制乙醇，然后由乙醇再制乙酸。

2．以乙烯为原料合成化合物C的流程如下所示：

(已知R—Br＋NaOH――→ROH＋NaBr) △

(1)写出A的结构简式：________________________________________________。

(2)反应①③的反应类型分别为________、__________。

(3)写出乙醇的同分异构体：________________。

(4)写出反应②和④的化学方程式：

②________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

答案

(1)

(3)CH3OCH3

(2)加成反应

取代反应

(4)②2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O △④2CH3COOH＋HOCH2—CH2OH浓H2SO4△催化剂

CH3COOCH2—CH2OOCCH3＋2H2O 解析

根据题目所给信息，R—Br(卤代烃)与NaOH溶液反应，溴原子被羟基取代，由此可知A为CH2BrCH2Br。

有机合成题的解题思路

(1)采用正向思维或逆向思维设计合成路线。

(2)比较原料与产物的结构(碳架变化、基团差异)，确定发生的化学反应。

(3)分析题给信息，总结规律，进行迁移应用。

3．已知：R—CH2—Cl＋NaOH――→R—CH2—OH＋NaCl。

△H2O写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备答案

①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O2――→

△2CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O ②2CH2ClCH2CH2CHO＋O2――→

△2CH2ClCH2CH2COOH ③CH2ClCH2CH2COOH＋2NaOH――→

△HOCH2CH2CH2COONa＋NaCl＋H2O ④2HOCH2CH2CH2COONa＋H2SO4―→

2HOCH2CH2CH2COOH＋Na2SO4

H2O催化剂催化剂的各步反应的化学方程式。

⑤浓硫酸△＋H2O 解析

观察目标产物的结构特征，存在酯基，说明最后一步应是酯化反应，而且是分子内部

发生反应，反应物应为HOCH2CH2CH2COOH。根据所学知识，可知羧基可通过醇氧化成醛再氧化成酸引入，而原料CH2ClCH2CH2CH2OH中只有一个醇羟基，再根据卤代烃可以在NaOH的水溶液中加热生成醇，我们便可以再引入一个醇羟基，从而得出答案中所列合成路线：CH2ClCH2CH2CH2OH――→CH2ClCH2CH2CHO――→CH2ClCH2CH2COOH――→HOCH2CH2CH2COONa――→HOCH2CH2CH2COOH。

1．有机合成遵循的原则

H2SO4O2O2NaOH

2．有机合成的方法

1．如图是某有机物分子的比例模型，黑色的是碳原子，白色的是氢原子，灰色的是氧原子。下列关于该物质的说法中不正确的是(

)

A．不能使紫色石蕊溶液变红

B．可与碳酸钠反应

C．能发生酯化反应

D．能发生氧化反应

答案

B 解析

该有机物为乙醇，不可与Na2CO3反应。

2．用乙炔(CH≡CH)为原料制取CH2Br—CHBrCl，可行的反应途径是(

) A．先加Cl2，再加Br2

B．先加Cl2，再加HBr C．先加HCl，再加HBr D．先加HCl，再加Br2

答案

D

解析

CH≡CH与HCl反应可以生成CH2==CHCl，再与Br2加成即可生成目标产物CH2Br—CHBrCl。

3．甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的有机玻璃的单体，制取该单体的旧法合成的反应是

＋CH3OH＋H2SO4―→＋NH4HSO4

Pt90年代开始的新法合成的反应是CH3C≡CH＋CO＋CH3OH――→

旧法比较，新法的优点是(

) A．原料无爆炸危险

B．原料都是无毒物质

C．没有副产物，原料利用率高

D．对设备腐蚀性较大

答案

C 。与解析

新法的原料中有可燃性气体CO，不能说“原料无爆炸危险”，A说法错误；CO有毒，所以不能说“原料都是无毒物质”，B说法错误；由新法的化学方程式看，产物只写了一种，而旧法的化学反应方程式中，产物有两种，可推知新法的优点是“没有副产物，原料利用率高”，故C说法正确。对比三个化学方程式，可知新法的原料中没有HCN和H2SO4，故对设备腐蚀性较小，所以D说法错误。

4．已知，有机化合物A只由C、H两种元素组成且能使溴水褪色，其产量可以用来衡量一个国家石油化工发展水平。A、B、C、D、E有如下关系：

则下列推断不正确的是(

) A．鉴别A和甲烷可选择使用酸性高锰酸钾溶液

B．D中含有的官能团为羧基，利用D物质可以清除水壶中的水垢

C．物质C的结构简式为CH3CHO，E的名称为乙酸乙酯

D．B＋D―→E的化学方程式为CH3CH2OH＋CH3COOH――→CH3COOC2H5

△答案

D 解析

从题意可知A为乙烯，根据框图提示，B为乙醇，C为乙醛，D为乙酸，乙醇和乙酸催化剂

反应生成乙酸乙酯，即为E 物质。乙烯可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，甲烷不可以，A选项正确；醋酸的官能团为羧基，可以与水垢的主要成分反应，B选项正确；C选项表述正确；化学方程式为CH3CH2OH＋CH3COOH浓硫酸△CH3COOC2H5＋H2O，D选项错误。

5．某同学以A、C为原料合成有机物E，其中A为一种烃，合成路线如图所示：

(1)写出反应①④的反应类型：①________；④________。

(2)写出A、B、C、D的结构简式：A________，B________，C________，D________。

(3)写出反应

①③④的化学方程式：

①________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

④________________________________________________________________________。

答案

(1)加成反应

酯化反应(或取代反应) (2)CH3CH===CH2

CH3CH2CH2OH

(3)CH3CH===CH2＋H2O――→CH3CH2CH2OH △催化剂＋O2――→

△浓硫酸△催化剂

＋CH3CH2CH2OHH2O

＋解析

E是酯类物质，则合成E的有机物应是和CH3CH2CH2OH(B)，B由A与H2O反应制得，则A为CH3CH===CH2。C经过两次催化氧化得到课时作业

：

，可知C为，D为。

[基础过关]

题组一

有机物结构与反应类型

1．下列化合物中既易发生取代反应，也可发生加成反应，还能使酸性KMnO4溶液褪色的是(

) A．乙烷

C．丙烯

答案

C 解析

能发生加成反应说明分子结构中有不饱和键，可排除A、B两项；而苯不能使酸性KMnO4溶液褪色，可排除D项；丙烯中有类似甲烷、乙烯的结构，所以能发生取代反应、加成反应和使酸性KMnO4溶液褪色。

2．“绿色化学”要求在化工合成过程中，目标产物对反应物的原子利用率达到100%，下列有机反应类型最符合这一要求的是(

) A．取代反应

C．缩聚反应

答案

D 解析

无机反应中的化合反应，有机反应中的加成反应和加聚反应，其反应物的原子全部变成目标产物，原子利用率都为100%，符合绿色化学的理念。

3．请预测有机物丙烯酸(CH2===CH—COOH)可发生的反应类型可能有(

) ①加成反应

②水解反应

③酯化反应

④中和反应

⑤氧化反应

A．①③

C．①③④⑤

答案

C 4．有机物①CH2===CHCH2CH===CHCOOH ②CH2===CHCOOCH3

③CH2===CHCH2OH B．①③④

D．①②③④⑤

B．氧化反应

D．加聚反应

B．乙醇

D．苯

④CH3CH2CH2OH

⑤(

) 中能发生酯化反应、加成反应和氧化反应的是A．①③④

B．②④⑥

C．①③⑤

D．①②⑤

答案

C 解析

分析5种有机物分子中含有的官能团，判断各自能发生的反应如下表：

①

②

③

酯化反应

√

×

√

加成反应

√

√

√

氧化反应

√

√

√

④

⑤

故①③⑤符合题意。

√

√

×

√

√

√

5．利用下列反应不能制得较为纯净的括号中的物质的是(

) A．乙烯与氯气加成(1,2-二氯乙烷) B．一分子乙炔先加一分子氯化氢，再加氢气(氯乙烷) C．等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下反应(氯乙烷) D．浓硝酸与苯用浓硫酸作催化剂反应(硝基苯) 答案

C 解析

等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下发生取代反应可得一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等多种氯代乙烷。其他选项均能得到较为纯净的产物。

题组二

简单有机物的合成及评价

催化剂6．已知苯与一卤代烷在催化剂作用下可生成苯的同系物：

＋CH3X――→

＋HX。在催化剂存在下，由苯和下列各组物质合成乙苯最好应选用的是(

) A．CH3—CH3和Cl2

C．CH2===CH2和HCl

答案

C 解析

据信息可知制取乙苯的原料是苯和CH3CH2Cl，而制取纯净CH3CH2Cl的方案是利用CH2===CH2和HCl加成。

7．1,4-二氧六环是一种常见的有机溶剂。它可以通过下列合成路线制得：烃类A――→BBr2B．CH2===CH2和Cl2

D．CH3CH3和HCl ――→C――→

水溶液－2HO2NaOHH2SO4

NaOH已知R—CH2—Br――→R—CH2OH，则A可能是(

) 水溶液A．乙烯

B．乙醇

C．CH2===CH—CH===CH2

D．乙醛

答案

A

解析

据最终产物可逆推出C为HO—CH2—CH2—OH，则结合信息知B为Br—CH2—CH2—Br，A为CH2===CH2。

8．若按以下路线从乙烯合成乙酸乙酯：乙烯→醇→醛→酸→酯。则经历的反应类型应为(

) A．加成—氧化—氧化—酯化

B．氧化—加成—氧化—酯化

C．取代—氧化—氧化—酯化

D．加成—还原—氧化—取代

答案

A 解析

乙烯→醇：与水发生加成反应；醇→醛：氧化反应；醛→酸：氧化反应；醇＋酸→酯：酯化(取代)反应。

9．合成聚丙烯腈纤维的单体是丙烯腈，它可以由以下两种方法制备：

方法一：CaCO3――→CaO――→CaC2――→CH ≡CH――→CH2===CH—CN 3催化剂方法二：CH2===CHCH3＋NH3＋O2425――→CH2===CH—CN＋3H2O ～515 ℃2对于以上两种制备途径的分析如下：①方法二比方法一步骤少、能源消耗低、生产成本也低；②方法二比方法一原料丰富、工艺简单；③方法二降低了有毒气体的使用，减少了污染；④方法二需要的反应温度高，耗能大。其中分析正确的是(

) A．①②③

C．②③④

答案

A 10．制备乙酸乙酯的绿色合成路线之一为

B．①③④

D．①②③④

高温CH2OHCN

下列说法不正确的是(

) A．M的分子式为C6H12O6

B．N的结构简式为CH3COOH C．④的反应类型属于取代反应

D．淀粉与纤维素互为同分异构体

答案

D 解析

淀粉和纤维素的化学式都是(C6H10O5)n，但是两者的n值不相同，所以化学式不同，不是同分异构体，D选项错误；淀粉和纤维素水解产物最终为葡萄糖(C6H12O6)，A选项正确；葡萄糖在酒化酶作用下发生发酵反应：C6H12O6――→2CH3CH2OH＋2CO2↑，乙醇通过下列催化氧化反应：CH3CH2OH――→CH3CHO――→CH3COOH，所以得到的N为乙酸，B选项正加热加热O2O2催化剂

确；乙醇和乙酸发生酯化反应(本质是取代反应)生成乙酸乙酯，C选项正确。

[能力提升]

11．已知乙烯能发生以下转化：

(1)乙烯的结构简式为______________________________________________。

(2)写出B、D化合物中的官能团：

B中官能团的名称：________；D中官能团的名称：________。

(3)写出下列反应的化学方程式并注明反应类型：

①________________________________________________________________________；

反应类型：________________；

②________________________________________________________________________；

反应类型：________________。

答案

(1)CH2===CH2

(2)羟基

羧基

(3)①CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH

加成反应

②2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋△2H2O

氧化反应

解析

乙烯和水发生加成反应生成B(乙醇)，乙醇催化氧化生成C(乙醛)，乙醇和D(乙酸)发生酯化反应生成乙酸乙酯。

12．用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：

催化剂Cu

根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：

(1)由CH2===CH2制得有机物A的化学反应类型是________。

(2)丙烯酸(CH2===CHCOOH)中含有的官能团是________(填名称)。

(3)A与B合成丙烯酸乙酯的化学方程式是____________________________________ ________________________________________________________________________，

该反应的类型是________。

答案

(1)加成反应

(2)碳碳双键、羧基

(3)CH2===CHCOOH＋CH3CH2OH反应) 浓硫酸△CH2===CHCOOCH2CH3＋H2O

取代反应(或酯化13．已知司匹林的结构回答：

具有弱酸性。医药阿司匹林的结构简式为，试根据阿(1)阿司匹林可看作是酯类物质，口服后，在胃肠酶的作用下，阿司匹林发生水解反应，生成A和B两种物质，其中A的结构简式为的结构简式为________________。

，其分子式为________________，则B(2)上述水解产物A与钠反应的化学方程式：________________________________。

(3)上述产物B与乙醇、浓硫酸共热反应的化学方程式为_____________________________。

答案

(1)C7H6O3

CH3COOH

(3)CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O 14．已知：RCH2Cl＋NaOH――→RCH2OH＋NaCl △水浓H2SO4△

有机物E和F可用作塑料增塑剂或涂料的溶剂，它们的相对分子质量相等。可以用如下图所示方法合成。

(1)写出下列反应的化学方程式：

①A＋C→E：________________________________________________________；

②CH2===CH2―→D：_________________________________________________。

(2)E和F的相互关系是________________(填字母)。

A．同一种物质

C．同系物

B．同一类物质

D．同分异构体

答案

(1)①＋2CH3COOH浓H2SO4

＋2H2O

△②CH2===CH2＋H2O催化剂,CH3CH2OH(2)BD