3.5有机合成-2023-2024学年高二化学同步教学讲义（人教版2019选择性必修3）

第五节 有机合成 知识解读·必须会 知识点一 有机合成的主要任务 利用 原料构建的目标分子。 1.构建碳骨架 碳骨架是有机化合物分子的结构基础，进行有机合成时需要考虑碳骨架的形成，包括碳链的增长和缩短、成环等过程。 （1）增长碳链 当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。 ①炔烃和醛与氢氰酸的加成反应 炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基（-CN)的物质，再经水解生成羧酸，或经催化加氢还原生成胺。这样，在将羧基、氨基等官能团引入碳链的同时，产物较原料分子增加了一个碳原子。 ②羟醛缩合反应 醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子（α-H)受羰基吸电子作用的影响，具有一定的活泼性。分子内含有α-H的醛在一定条件下可发生加成反应，生成β-羟基醛，该产物易失水，得到α，β不饱和醛。这类反应被称为羟醛缩合反应，是一种常用的增长碳链的方法。 （2）缩短碳链 ①烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化，生成碳链缩短的羧酸或酮。 ②羧酸、羧酸盐的脱羧反应 ③烷烃的裂化裂解反应 （3）成环反应 ①共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3­丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯­阿尔德反应(Diels­Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架，例如： ②形成环酯 ③形成环醚 HOCH2CH2OH +H2O （4）开环反应 ①环酯的水解开环 ②环烯烃的氧化开环 2.引入官能团 引入官能团 引入方法 引入卤素原子 ①烷烃、芳香烃和酚的与卤素单质取代； ②醇与氢卤酸(HX)取代；③不饱和烃与HX、X2的加成； 引入羟基 ①烯烃与水加成；②醛、酮与氢气加成； ③卤代烃水解；④酯的水解；⑤葡萄糖发酵产生乙醇 引入碳碳双键 ①某些醇或卤代烃的消去；②炔烃不完全加成； ③烷烃裂化 引入碳氧双键 ①醇的催化氧化； ②连在同一个碳上的两个卤素原子水解； ③含碳碳三键的物质与水加成 引入羧基 ①醛基氧化；②酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 3.常见官能团的保护方法 含有多个官能团的有机化合物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。例如，有机合成中的某些反应可能会使羟基受到影响，需要对羟基进行保护。此时，可以先将羟基转化为醚键，使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。相关合成反应结束后，再在一定条件下脱除起保护作用的基团（保护基），恢复羟基。 知识点二 有机合成路线的设计与实施 1.有机合成路线的设计 有机合成路线的设计思路 原料 目标化合物 有机合成路线的确定，需要在掌握碳骨架构建和官能团转化基本方法的基础上，进行合理的设计与选择，以较低的成本和较高的产率，通过简便而对环境友好的操作得到目标产物。 （1）正合成分析法 从简单、易得的原料出发，比较原料分子和产物分子在碳骨架和官能团等方面的异同，再有目的地选择每一步的转化反应。基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。如下图所示 （1）逆合成分析法 从目标化合物出发进行逆合成分析，这是设计复杂化合物合成路线时常用的方法。基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。 表示合成步骤时，使用箭头“→”表示每一步反应；而表示逆合成时，常用符号“”来表示逆推过程，从较复杂的目标分子出发，逐步逆推“后退”，直到“简化”为简单的原料分子。 下面我们以乙二酸二乙酯这种医药和染料工业原料的合成为例，说明有机合成路线的设计和选择。 思维过程： 具体路线： 合成反应的化学方程式为： （3）综合分析法 比上述两种单一的方法要快速而准确在构建目标化合物分子的碳骨架或引入官能团时，有时要将正合成分析、逆合成分析两种方法综合运用，才能推导出最佳的合成路线。 2.有机合成遵循的原则 （1）原料、溶剂和催化剂要价廉易得、低毒、低污染；通常采用4个碳原子以下的单官能团有机化合物和单取代苯作为原料。 （2）尽量选择步骤最少的合成路线，尽量以与目标化合物结构相似的物质为原料，并且要求副产物少、产率高、产品易分离。 （3）合成路线要满足“绿色化学”的要求：最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之转化到目标化合物中，达到零排放。 （