高三上册化学 有机化合物的相互转化 逐字稿-2,319字
师:同学们好,这节课我们一起复习有机化合物的相互转化,将从锐问锐学、我思我学、导图展学、精炼声学、会思会学这五个部分展开。首先,常见的塑料有哪些?它们是如何转化合成的?像生活中常用的食品包装袋、餐具,以及环保节能的可降解袋,它们的合成方式和成分是怎样的呢?另外,PES 塑料、PHB 塑料又如何转化合成?本节课就围绕这些问题展开复习。
先看第一个问题,常见塑料及其合成。比如食品包装袋,成分是聚乙烯,简称 PE,单体是乙烯,乙烯在催化剂作用下得到聚乙烯塑料。再如聚丙烯,单体是丙烯,丙烯发生加聚反应生成聚丙烯。书写加聚反应时要注意,双键断开,两个半条键连接在双键的两个碳上,双键两边所连基团要相应调整位置,像这里的甲基。
接下来看 PES 塑料,它由聚丁二酸、乙二酸组成,是丁二酸和乙二酸发生缩聚反应的产物,单体就是丁二酸和乙二酸。该反应属于缩聚反应,除生成高分子外,还有小分子水生成,这里是 2N 个水。
现在思考一个问题,如何以石油化工原料乙烯为原料合成聚乙烯乙二酯、聚乙酸乙二酯?聚乙酸乙酯的单体是乙二酸和乙二醇。分析时采用逆向合成分析法,先明确目标化合物,寻找中间体与原料建立联系。乙二酸可由乙二醛氧化得到,乙二醛由乙二醇催化氧化而来,关键是合成乙二醇。以乙烯为原料,先与溴单质加成得到 1,2 - 二溴乙烷,再水解得到乙二醇。这就是聚乙二酸乙二酯的合成路线。
由乙烯为原料合成最终产物,每一步转化都要注意反应条件。乙烯转化为 1,2 - 二溴乙烷,用溴单质加成;卤代烃转变为醇,条件是氢氧化钠水溶液加热;醇变成醛,条件是催化氧化,氧气、铜或银做催化剂加热;醛转变为酸,也是催化氧化,氧气、催化剂加热;羧酸和醇形成聚酯,条件是浓硫酸加热。
我们可以归纳总结一下重要有机物之间的转化关系。不饱和烃如乙烯、丙烯等,是石油化学工业原料,可发生加成反应生成卤代烃,卤代烃水解形成醇,醇催化氧化得醛,醛再氧化得羧酸,羧酸与醇形成酯。同时,醛可还原为醇,醇与卤化氢取代生成卤代烃,卤代烃消去可得不饱和烃。卤代烃生成不饱和烃,条件是氢氧化钠醇溶液加热;醇生成不饱和烃,发生消去反应,条件是浓硫酸加热,一般 170 摄氏度。
有了这些知识储备,思考以 1,3 - 丁二烯为原料如何合成丁二酸?先想到丁二酸和 1,3 - 丁二烯的结构。逆向思考,丁二酸由丁二醛催化氧化得到,丁二醛可由 1,4 - 丁二醇转化,1,4 - 丁二醇由 1,4 - 二溴丁烷水解得到。1,3 - 丁二烯与溴单质加成,有 1,2 - 加成和 1,4 - 加成两种方式,这里应是 1,4 - 加成,在 60 摄氏度下进行,之后再用氢气催化加成,就可得到目标产物丁二酸。
再看以石油化学工业原料合成可降解塑料聚丁二酸乙二酯(PES)。其单体是丁二酸和乙二醇,乙二醇可由乙烯制得,丁二酸可由 1,3 - 丁二烯合成。乙烯通过与溴加成、水解等步骤得到乙二醇;1,3 - 丁二烯经 1,4 - 加成、氢气催化加成、氧化等步骤得到丁二酸,从而合成 PES 塑料。