5.1 有机合成初步-【帮课堂】2024-2025高二化学同步学与练（沪科版2020选择性必修3）

第五章 有机化合物的合成与研究 5.1 有机合成初步 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．认识常见官能团的结构和特征反应，了解有机合成的概念及一般过程。 2．了解设计有机合成路线的一般方法，认识有机合成中官能团的引入、转化及碳骨架构建方法。 3．能运用逆合成分析法设计优化简单的有机合成路线。 重点：有机合成中官能团的引入、转化及碳骨架构建方法。 难点：设计简单的有机合成路线。 一、有机合成的一般过程 1．有机合成 （1）概念：有机合成是利用化学方法将简单的有机物或无机物制成比较复杂的有机物的过程。其过程是通过有机反应使原料分子的化学键发生断裂，形成新的化学键，得到第一个中间体（中间产物）；再进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最终得到目标产物。如下图所示： （2）途径：通过官能团的引入、转化与碳骨架的构建来实现。 2．碳骨架的构建 （1）增长碳链：加聚反应、缩聚反应；酯化反应；利用题目所给信息反应，如卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应…… ①卤代烃的取代反应 a.溴乙烷与氰化钠的反应：CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr，CH3CH2CNCH3CH2COOH。 b.溴乙烷与丙炔钠的反应：CH3CH2Br＋NaC≡CCH3―→CH3CH2C≡CCH3＋NaBr。 ②醛、酮的加成反应 a.丙酮与HCN的反应：＋HCN。 b.乙醛与HCN的反应：CH3CHO＋HCN。 c.羟醛缩合(以乙醛为例)：CH3CHO＋CH3CHO。 ③羟醛缩合：有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。 ④醛、酮与醇加成反应制备半缩醛： ⑤醛或酮与格氏试剂(R′MgX)发生加成反应，所得产物经水解可得醇： 【温馨提示】此外，还有烯烃、炔烃加聚反应、苯环与卤代烃反应如：、 苯环与酰卤反应如：等。 （2）缩短碳链 ①脱羧反应：R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3 ②水解反应：酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解 ③烃的裂化或裂解反应：C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8 ④氧化反应： R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑ R1—CH==CH—R2R1CHO+R2CHO ⑤脱羧反应：如无水醋酸钠与氢氧化钠的反应CH3COONa＋NaOHCH4↑＋Na2CO3。 【温馨提示】成环反应 ①二元醇成环，如HOCH2CH2OH＋H2O。 ②羟基酸酯化成环：＋H2O。 ③氨基酸成环：H2NCH2CH2COOH―→＋H2O。 ④二元羧酸成环：HOOCCH2CH2COOH＋H2O。 ⑤利用题目所给信息成环，如常给信息二烯烃与单烯烃的聚合成环：＋。 3．官能团的引入及转化 （1）官能团的引入 官能团 引入方法 碳卤键 ①烃、酚的取代；②不饱和烃与HX、X2加成；③醇与氢卤酸（HX）取代 羟基 ①烯烃与水加成；②醛、酮与氢气加成；③卤代烃在碱性条件下水解；④酯的水解；⑤葡萄糖发酵产生乙醇 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 碳氧双键 ①醇的催化氧化；②连在同一个碳上的两个羟基脱水；③低聚糖和多糖水解可引入醛基；④含碳碳三键的物质与水加成 羧基 ①醛基氧化；②酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 【温馨提示】①引入或转化为碳碳双键的三种方法 醇的消去反应引入 CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O 卤代烃的消去反应引入 CH3CH2Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O 炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应 CH≡CH＋H2CH2==CH2，CH≡CH＋Br2CHBr==CHBr CH≡CH＋HClCH2==CHCl ②引入碳卤键的三种方法 烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应 CH3CH3＋Cl2HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃) , 不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应 CH2==CHCH3＋Br2CH2Br—CHBrCH3 CH≡CH＋HClCH2==CHCl CH2==CHCH3＋HBrCH3—CHBrCH3 醇与氢卤酸的取代反应 R—OH＋HXR—X＋H2O ③引入羟基的四种方法 烯烃与水加成生成醇 CH2==CH2＋H2OCH3CH2—OH 卤代烃的碱性水解成醇 CH3CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr 醛或酮与氢气加成生成醇 酯水解生成醇 CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH ④引入碳氧双键(醛基或羰基)的方法 醇的催化氧化生成醛(酮) 2CH3CH2CH2OH＋O22CH3CH2CHO＋2H2O 连在同一个碳上的两个羟基脱水 含碳碳三键的物质与水加成 ⑤引入羧基的2种方法 醛基氧化 2CH3CHO＋O22CH3COOH 酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH （2）官能团的消除 ①通过加成反应消除不饱和键（双键、三键、苯环）； ②通过消去、氧化、酯化消除羟基； ③通过加成或氧化消除醛基； ④通过水解反应消除酯基、酰胺基、碳卤键。 （3）官能团的转化 ①通过某些化学途径使一个官能团变成两个 a．CH3CH2OHCH2==CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OH b．CH2==CHCH2CH3CH3CHXCH2CH3CH3CH==CHCH3CH3CHXCHXCH3CH2==CHCH==CH2 ②利用官能团的衍生关系进行衍变 如：R—CH2OHR—CHOR—COOH ③通过某些手段改变官能团的位置 如：CH3CHXCHXCH3H2C==CHCH==CH2CH2XCH2CH2CH2X 4．官能团的保护与恢复 （1）碳碳双键：易与卤素单质加成，易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法：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，后再利用消去反应转变为碳碳双键 如： （2）酚羟基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法①：在氧化其他基团前用碘甲烷(CH3I)先转化为苯甲醚，后用氢碘酸酸化重新转化为酚 如： 方法②：在氧化其他基团前用NaOH溶液先转化为酚钠，后酸化重新转化为酚 如： （3）醛基：易被氧化 方法：在氧化其他基团前可以用乙醇(或乙二醇)加成保护 如： （4）氨基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法：在氧化其他基团前可以用醋酸酐将氨基转化为酰胺，然后再水解转化为氨基。 如： 【温馨提示】有机合成与官能团的主要性质 官能团 主要化学性质 烷烃 ①在光照下发生卤代反应；②不能使酸性KMnO4溶液褪色；③高温分解 不饱和烃 烯烃 ①跟X2、H2、HX、H2O等发生加成反应；②加聚；③易被氧化，可使酸性KMnO4溶液褪色 炔烃 ①跟X2、H2、HX、H2O等发生加成反应；②易被氧化，可使酸性KMnO4溶液褪色；③加聚 苯 ①取代——硝化反应、磺化反应、卤代反应(Fe或Fe3＋作催化剂)；②与H2发生加成反应 苯的同系物 ①取代反应；②使酸性KMnO4溶液褪色 卤代烃 —X ①与NaOH溶液共热发生取代反应；②与NaOH醇溶液共热发生消去反应 醇 —OH ①跟活泼金属Na等反应产生H2；②消去反应，加热时，分子内脱水生成烯烃；③催化氧化；④与羧酸及无机含氧酸发生酯化(取代)反应 酚 —OH ①弱酸性；②遇浓溴水生成白色沉淀；③遇FeCl3溶液呈紫色 醛 ①与H2加成为醇；②被氧化剂(如O2、[Ag(NH3)2]＋、Cu(OH)2等)氧化为羧酸 羧酸 ①酸的通性；②酯化反应 酯 发生水解反应，生成羧酸(盐)和醇 二、逆合成分析法 1．基本思路 在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标分子的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。当得到几条不同的合成路线时，就需要通过优选确定最佳合成路线。 2．一般程序 三、合成路线设计与优化 1．设计与优化原则 （1）合成步骤较少，副反应少，反应产率高。 （2）原料、溶剂和催化剂尽可能廉价、易得、低毒，污染排放少。 （3）反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。 2．实例分析 （1）请设计合理方案，以苯甲醇()为主要原料合成(无机试剂及有机溶剂任用)。 已知：①；②R—CNR—COOH。 【答案】　 【解析】将目标分子拆解成两个，结合已知信息，苯甲醛先与HCN加成，再在酸性条件下水解，即可得到。 （2）苯乙酸乙酯()是一种常见的合成香料。请设计合理方案，以苯甲醛和乙醇为主要原料(无机试剂及有机溶剂任用)合成苯乙酸乙酯。 已知：①R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr； ②R—CNR—COOH。 【答案】 3．有机合成题常用解题方法 （1）顺推法：以有机物的结构、性质和实验现象为主线，采用正向思维，得出正确结论。 （2）逆推法：以有机物结构、性质和实验现象为主线，采用逆向思维，得出正确结论 （3）夹击法：从反应物和生成物同时出发，以有机物的结构、性质为主线，推出中间过渡产物，从而解决过程问题并得出正确结论。 （4）分层推理法：依据题意，分层推理，综合结果，得出正确推论。 【温馨提示】在有机推断中思路要开阔，打破定势。应该考虑到某有机物可能不止一种官能团，或者只有一种单不止一个官能团。要从链状结构想到环状结构等。突破口也有可能不止一个，更多的是多种突破口的融合，这样疑难问题就可迎刃而解了。 1．以丙烯为基础原料，可制备离子导体材料中有机溶剂的单体丙烯酸丁酯，其合成路线如下： 下列判断错误的是（ ） A．反应①是一个碳链增长的反应 B．反应②是还原反应，可以通过加成的方式实现 C．反应③需要的条件是浓硫酸和加热 D．该合成工艺的原子利用率为100% 【答案】D 【解析】对比反应①的反应物和生成物，可知反应①是一个碳链增长的反应，A项正确；反应②是醛基被还原为羟基，在一定条件下，醛基与H2加成可得到羟基，B项正确；反应③是酯化反应，反应条件是浓硫酸和加热，C项正确；反应③有水生成，故该合成工艺的原子利用率小于100%，D项错误。 2．在有机合成中，常会发生官能团的消除或增加，下列反应过程中反应类型及产物不合理的是（ ） A．乙烯→乙二醇：CH2==CH2 B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2OH C．1-溴丁烷→1-丁炔：CH3(CH2)2CH2BrCH3CH2CH==CH2 CH3CH2C≡CH D．乙烯→乙炔：CH2==CH2CH≡CH 【答案】B 【解析】由溴乙烷→乙醇，只需溴乙烷在碱性条件下水解即可，路线不合理，且由溴乙烷→乙烯为消去反应。 3．以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图，则下列说法正确的是（　　） A．A的结构简式是 B．①②的反应类型分别是取代反应、消去反应 C．反应②③的条件分别是浓硫酸加热、光照 D．酸性KMnO4溶液褪色可证明已完全转化为 【答案】B 【解析】以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线为。 A项，由上述分析可知，A为氯代环戊烷；B项，反应①为光照条件下的取代反应，反应②为在氢氧化钠醇溶液中加热条件下的消去反应；C项，反应②的反应试剂和反应条件为氢氧化钠醇溶液、加热，反应③的条件为常温；D项，B为环戊烯，含碳碳双键，环戊二烯也含碳碳双键，均能使KMnO4溶液褪色，则酸性KMnO4溶液褪色，不能证明环戊烷已完全转化成环戊二烯。 4．W()是一种姜黄素类似物，以香兰素()和环己烯()为原料，设计合成W的路线(无机及两个碳以下的有机试剂任选)。 已知：＋ 【答案】　 【解析】根据题给信息，目标物质W可由2个与1个合成，合成路线见答案。 5.丹参醇是存在于中药丹参中的一种天然产物。合成丹参醇的部分路线如下： 已知： （1）C中含氧官能团名称为________________________________（写两种）。 （2）E生成丹参醇可以通过　　　　　　反应和　　　　　　反应实现（填反应类型）。 （3）B的结构简式为： _________________________________________________。 （4）的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：________________________________________________________。 ①分子中含有苯环，能与FeCl3溶液发生显色反应，不能发生银镜反应； ②碱性条件水解生成两种产物，酸化后分子中均只有2种不同化学环境的氢。 （5）写出以和为原料制备的合成路线流程图　　　　　　（无机试剂和乙醇任用，合成路线流程图示例见本题题干）。 【答案】（1）羟基、醚键、酮羰基 （2）加成　取代（或水解） （3） （4） （5） 【解析】（1）根据C的结构简式可知C中含氧官能团名称为：羟基、醚键、酮羰基；（2）对比E和丹参醇的结构简式可知，可以先用E和溴加成，之后再在氢氧化钠溶液中水解即可；（3）由于A→B的反应条件是CH3MgBr，可知其与A发生加成反应经水解后生成羟基，再结合C的结构简式可知B的结构简式为；（4）的分子式为C9H6O3，能与FeCl3溶液发生显色反应说明含有酚羟基，不能发生银镜反应说明没有醛基，碱性条件下能水解说明含有酯基，而碱性条件下水解产物酸化后都只含2种不同化学环境的氢，所以水解所得的含苯环的分子是对称结构，即，再由碳原子总数和不饱和度知，另一水解产物为，所以符合条件的同分异构体为；（5）先和溴加成生成，再在氢氧化钠乙醇的作用下生成含2个碳碳双键的物质，在CH3CH2MgBr作用下，再水解生成，具体合成路线为： ►问题一 有机合成中碳骨架的构建 【典例1】构建碳骨架反应是有机合成中的重要知识，其中第尔斯-阿尔德反应在合成碳环这一领域有着举足轻重的地位，其模型为，则下列判断正确的是（ ） A．合成的原料为和 B．合成的原料为和 C．合成的原料为和 D．合成的原料只能为和 【答案】B 【解析】合成的原料为和，A错误；中含有2个碳碳双键，合成的原料可以是和CH≡CH，也可以是和，C错误；和发生第尔斯-阿尔德反应也生成，D错误。 【变式1-1】下列合成路线不合理的是（ ） A．用乙醇合成正丁醇： CH3CH2OHCH3CHOCH3CH(OH)CH2CHOCH3CH==CHCHOCH3CH2CH2CH2OH B．用二甲基二氯硅烷合成硅橡胶： (CH3)2SiCl2(CH3)2Si(OH)2硅橡胶 C．用乙烯合成1,4-二氧杂环己烷()： CH2==CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH D．用1,3-丁二烯合成2-氯-1,3-丁二烯： CH2==CH—CH==CH2CH2ClCHClCH==CH2CH2==CClCH==CH2 【答案】D 【解析】CH2==CH—CH==CH2与Cl2发生1,4-加成反应产生ClCH2CH==CHCH2Cl，该物质与NaOH的水溶液发生水解反应产生HOCH2CH==CHCH2OH，其与HCl发生加成反应产生HOCH2CH2CHClCH2OH，再与浓硫酸混合加热发生消去反应产生CH2==CCl—CH==CH2，D错误。 【变式1-2】格林尼亚试剂简称“格氏试剂”，它是卤代烃与金属镁在无水乙醚中作用得到的，如：CH3CH2Br＋MgCH3CH2MgBr，它可与醛、酮等羰基化合物发生加成反应： ＋R—MgX―→，所得产物经水解可得醇。今欲通过上述反应合成2-丙醇，选用的有机原料正确的一组是（ ） A．氯乙烷和甲醛 B．氯乙烷和丙醛 C．一氯甲烷和丙酮 D．一氯甲烷和乙醛 【答案】D 【解析】根据题意，要得到2-丙醇，则必须有CH3CH(OMgX)CH3生成，必须有CH3CHO和CH3MgX，分析选项中物质，则反应物为CH3CHO和CH3Cl，答案选D。 ►问题二 有机合成中增长碳链的方法 【典例2】食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下： 苯酚　　　　　　苯氧乙酸　　　　　　　　　菠萝酯 下列叙述错误的是（ ） A. 步骤(1)产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验 B. B. 苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应 C. 苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应 D. 步骤(2)产物中残留的烯丙醇可用溴水检验 【答案】D 【解析】A项中利用的显色反应可进行检验，正确；B项中和菠萝酯中的均可以被酸性KMnO4氧化，正确；C项中苯氧乙酸中的羧基、菠萝酯中的酯基都可与NaOH溶液反应，正确；D项中步骤(2)的产物也含，能使溴水褪色，错误。 【变式2-1】多组分反应可将多个原料分子一次性组合生成目标分子。我国科学家利用多组分反应合成了一种亲水亲脂分子车用于输送药物分子。下列说法正确的是（ ） A．该分子车含有四个肽键 B．是亲水基团 C．该分子车含酰胺官能团 D．该反应原子利用率可达100% 【答案】C 【解析】肽键是由两个或多个氨基酸分子的α-氨基和α-羧基脱水缩合形成的共价键；而酰胺基是由脂肪酸与氨基经取代反应得到，据此分析。A．由分析可知，该分子车不含肽键，A错误；B．为烃基，烃基为疏水基团，B错误；C．由分析可知，该分子车含酰胺官能团，C正确；D．该反应为取代反应，有水生成，原子利用率达不到100%，D错误；故选C。 【变式2-2】染料中间体DSD酸的结构可表示为。请选用甲苯和其他合适的试剂设计合理方案合成DSD酸。 已知： ①； ②； 　　　　　　　　　　(弱碱性，苯胺易被氧化) ③ 1,2-二苯乙烯 【答案】　 ►问题三 有机合成中缩短碳链的方法 【典例3】 已知酸性：>H2CO3>，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是（ ） A. 与稀H2SO4共热后，加入足量NaOH溶液 B. 与稀H2SO4共热后，加入足量Na2CO3溶液 C. 与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量H2SO4 D. 与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2 【答案】D 【解析】先在氢氧化钠溶液中水解，转化为，因为酸性>H2CO3>，故再通入足量CO2转变为。 【变式3-1】有机物Q的合成路线如图所示，下列相关说法错误的是（ ） A．N可以直接合成高分子 B．O生成P的反应类型为加成反应 C．P可以在Cu的催化作用下发生氧化反应 D．Q分子存在属于芳香族化合物的同分异构体 【答案】C 【解析】M和N发生加成反应生成O；对比O和P的结构简式，O到P为加成反应，P到Q发生消去反应。 【变式3-2】某药物中间体合成路线如下（部分产物已略去），下列说法正确的是（　　） A. 步骤①的反应类型是加成反应 B. A的结构简式为 C. B中含有酯基、醛基 D. 在NaOH醇溶液中加热，E可以发生消去反应 【答案】C 【解析】E发生分子内的酯化反应生成产物，则E的结构简式为：HOCH2CH2C（CH3）2COOH，根据逆推法，D为HOCH2CH2C（CH3）2COONa，A有一个不饱和度，能与CH3COOH发生酯化反应，则A中有羟基，由B发生催化氧化生成C，推出A中有醛基，结构为：HOCH2CH2C（CH3）2CHO，步骤①为酯化反应，A、B项错误；B为：CH3COOCH2CH2C（CH3）2CHO，C项正确；C为CH3COOCH2CH2C（CH3）2COOH，D不是卤代烃，在NaOH醇溶液条件下不能发生消去反应，D项错误。 ►问题四 有机合成中官能团的引入与转化 【典例4】乙醇在与浓硫酸混合共热的反应过程中，受反应条件的影响，可发生两类不同类型的反应： 1,4-二氧六环是一种常见的溶剂。它可以通过下图所示的合成路线制得： 其中A可能是（ ） A. 乙烯 B. 乙醇 C. 乙二醇 D. 乙酸 【答案】A 【解析】根据题给信息可以得出1,4-二氧六环是由乙二醇通过分子间脱水反应的方式合成的，结合官能团在各反应条件下变化的特点，各物质的结构可借助于逆推法得到：―→HOCH2CH2OH―→CH2BrCH2Br―→CH2==CH2。 【变式4-1】4－溴甲基－1－环己烯的一种合成路线如下： 下列说法正确的是（　　） A.化合物W、X、Y、Z中均有一个手性碳原子 B.①、②、③的反应类型依次为加成反应、还原反应和取代反应 C.由化合物Z一步制备化合物Y的转化条件是NaOH醇溶液，加热 D.化合物Y先经酸性高锰酸钾溶液氧化，再与乙醇在浓硫酸催化下酯化可制得化合物X 【答案】B 【解析】A项，X、Y、Z连接支链的碳原子为手性碳原子，连接4个不同的原子或原子团，W中没有手性碳原子，错误；B项，由官能团的转化可知1，3－丁二烯与丙烯酸乙酯发生加成反应生成X，X发生还原反应生成Y，Y发生取代反应生成Z，正确；C项，由化合物Z一步制备化合物Y，应发生水解反应，应在氢氧化钠的水溶液中进行，错误；D项，Y含有碳碳双键，可被酸性高锰酸钾氧化，错误。 【变式4-2】有机物甲的分子式为C7H7NO2，可以通过如图路线合成(分离方法和其他产物已省略)。下列说法不正确的是（ ） 戊(C9H9O3N)甲 A．甲的结构简式为，可发生取代反应、加成反应 B．步骤Ⅰ反应的化学方程式为＋＋HCl C．步骤Ⅱ在苯环上引入醛基，步骤Ⅳ的反应类型是取代反应 D．步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化 【答案】A 【解析】戊是，步骤Ⅳ中酰胺基发生水解得到甲，则甲为，含有氨基、羧基和苯环，可以发生取代反应、加成反应，A错误；步骤Ⅱ中生成物含—CHO，则该步引入醛基，戊的结构简式为，步骤Ⅳ是戊中的酰胺基发生水解反应，则反应类型是取代反应，C正确；氨基易被氧化，因此步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化，D正确。 ►问题五 有机合成中官能团的消除与保护 【典例5】在有机合成中，常会将官能团消除或增加，下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是（　　） A．乙烯→乙二醇：CH2===CH2CH2Br—CH2BrHO—CH2—CH2—OH B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2===CH2CH3CH2OH C．1－溴丁烷→1－丁炔：CH3（CH2）2CH2BrCH3CH2CH===CH2 CH3CH2C≡CH D．乙烯→乙炔：CH2===CH2CH2Br—CH2BrCH≡CH 【答案】B 【解析】B项，由溴乙烷→乙醇，只需溴乙烷在碱性条件下水解即可，路线不合理，且由溴乙烷→乙烯为消去反应。 【变式5-1】沙丁胺醇有明显的支气管舒张作用，临床上主要用于治疗喘息型支气管炎、支气管哮喘等，其中一条通用的合成路线如下： 已知：①R—OHROOCCH3＋CH3COOH ② 设计D→E的目的是________________。 【答案】保护酚羟基 【解析】根据已知①结合E的分子式可知E的结构简式：；再根据I、J的结构知，设计D→E的目的是保护酚羟基。 【变式5-2】重要的有机合成中间体W是一种多环化合物，以下为W的一种合成路线(部分反应条件已简化)： 已知：(ⅰ)＋＋R1OH (ⅱ)2CH3CHO 结合D→E的反应过程，说明由B→C这步转化的作用是________。 【答案】保护酮羰基 【解析】由结构简式可知，A、E中都含有酮羰基，则B→C转化的作用是保护酮羰基。 ►问题六 有机合成路线的设计与优化综合应用 【典例6】以溴乙烷为原料制备1,2-二溴乙烷，下列方案中最合理的是（ ） A．CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2CH2BrCH2Br B．CH3CH2BrCH2BrCH2Br C．CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br D．CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br 【答案】D 【解析】题干中强调的是最合理的方案，A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应；B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费；C项比D项多一步取代反应，显然不合理；D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。 【变式6-1】合成丹参醇的部分路线如下： 写出以和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)。 【答案】　 【变式6-2】某研究小组按下列路线合成胃动力药依托比利。 已知：－CH==N－ 研究小组在实验室用苯甲醛为原料合成药物N-苄基苯甲酰胺()利用以上合成线路中的相关信息，设计该合成路线(用流程图表示，无机试剂任选)。 【答案】　 【解析】由题给信息可知，用苯甲醛为原料合成药物N-苄基苯甲酰胺的合成步骤为与NH2OH反应生成，在催化剂作用下与氢气发生还原反应生成；在催化剂作用下，与氧气发生催化氧化反应生成，与SOCl2发生取代反应生成，与发生取代反应生成，由此可得合成路线。 1．下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是（ ） A．卤代烃的水解 B．有机物RCN在酸性条件下水解 C．醛的氧化 D．烯烃的氧化 【答案】A 【解析】卤代烃水解引入了羟基，RCN水解生成RCOOH，RCHO被氧化生成RCOOH，烯烃如RCH==CHR被氧化后可以生成RCOOH。 2．关于由―→的说法正确的是（ ） A．为有机分子碳链增长的过程 B．第1步反应需引入碳碳双键 C．该过程需通过两步反应完成 D．该过程不可能发生加成反应 【答案】B 【解析】该合成路线为CH3CH==CH2。 3. 在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是（ ） A. 酚钠与卤代烃作用合成酚醚：＋ ＋NaBr B. 乙烷与氯气在光照下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl C. 萘与浓硫酸制备萘磺酸：＋HO—SO3H ＋H2O D. 乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH 【答案】B 【解析】乙烷与氯气在光照下发生取代反应，反应生成的有机物是多种氯代乙烷的混合物。 4．某分子式为C10H20O2的酯，在一定条件下可发生如下图的转化过程： 则符合上述条件的酯的结构可有（　 　） A. 2种 B. 4种 C. 6种 D. 8种 【答案】B 【解析】酯的分子式C10H20O2满足饱和一元羧酸酯的通式，从图中转化关系看，酯水解生成的醇和羧酸具有相同的碳原子数，各含五个碳，且醇可以转化为羧酸，因此醇中碳链的结构应和羧酸碳链的结构相同，而羧酸中的一个碳要用来形成羧基，其余四个碳，即丁基，可形成四种不同的碳链，故答案应为B项。 5. 以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是（ ） A. CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 B. CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 C. CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 D. CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 【答案】D 【解析】题干中强调的是最合理的方案，A项与D项相比，步骤多一步，且在乙醇发生消去反应时，容易发生分子间脱水、氧化反应等副反应；B项步骤最少，但取代反应不会停留在“CH2BrCH2Br”阶段，副产物多，分离困难，原料浪费；C项比D项多一步取代反应，显然不合理；D项相对步骤少，操作简单，副产物少，较合理。 6．以CH2==CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计CH2==CHCOOH的合成路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为)，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条)： ________________________________________________________________________。 【答案】　CH2==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONa CH2==CHCOOH；选择合适的反应条件、要注意官能团的保护 7．抗疟疾药物阿莫地喹的合成路线如下图。 回答下列问题： （1）A中含氧官能团的名称为 和 。 （2）由A生成C的反应类型为 。 （3）D的结构简式为 。 （4）多聚甲醛可以用甲醛代替，则H、I和甲醛反应生成J的方程式为 。 （5）H的同分异构体中，含羧基、苯环，不含氨基（）的有 种（不考虑立体异构）。 （6）抗癌药物乐伐替尼中间体的合成路线如下图（部分反应条件已略去），其中M和N的结构简式分别为 和 。 【答案】（1）酯基 醚键 （2）取代反应 （3） （4）++HCHO+H2O （5）9 （6） 【解析】A和B发生取代反应生成C，结合B的分子式可知B的结构简式：，C受热得到D，D先在碱性环境中水解再酸化得到E，结合E和C的结构简式可以推知D的结构简式为，E受热生成F，F和POCl3发生取代反应生成G，H和发生取代反应生成J，J发生水解反应生成K，结合K的结构简式和J的分子式可以推知J为。 （1）A中含氧官能团的名称为酯基和醚键。 （2）由分析可知，由A生成C的反应类型为取代反应。 （3）由分析可知，D的结构简式为。 （4）由分析可知，H、I和甲醛反应生成J的方程式为： ++HCHO+H2O。 （5）H的同分异构体中，含羧基、苯环，不含氨基（-NH2），若苯环上只有1个取代基为-CH2NHCOOH、-NHCH2COOH、-N(CH3)COOH，共有3种情况；若苯环上有2个取代基为-COOH、-NHCH3或-NHCOOH、-CH3，共有6种情况；综上所述，满足条件的同分异构体有9种。 （6）N和发生取代反应生成抗癌药物乐伐替尼中间体，则N的结构简式为，中含有羧基和NH3反应生成M，M的结构简式为。 8．以烯烃A、D为原料合成某药物中间体K，其流程如图： 已知：（R表示烃基，X表示卤素原子）。 回答下列问题： （1）B所含官能团名称是 。 （2）H→I的反应类型是 。 （3）K的结构简式为 。 （4）已知E、F与新制氢氧化铜悬浊液共热都产生砖红色沉淀，写出反应F→G的化学方程式： 。 （5）M与I为同分异构体，符合下列条件的M的结构有 种（不考虑立体异构）；其中核磁共振氢谱显示只有3组峰，且峰面积之比为的结构简式为 。 ①分子中含有三个甲基；②能与足量的碳酸氢钠溶液反应生成标准状况下的气体44.8L。 （6）参照上述合成路线，设计以乙醇和为原料制备2，2-二乙基丙二酸（结构简式：）的合成路线 （无机试剂任选）。 【答案】（1）碳碳双键、溴原子 （2）酯化反应 （3） （4） （5）3 （6） 【解析】由A的分子式以及A与溴单质反应生成B，则A→B发生1、4加成，则A为1，3−丁二烯；由B与氢气发生加成反应生成C，则C为；由D的分子式C3H6，以及与氧气发生氧化反应生成E可知D为，E为；结合F的相对分子质量可知F为HOCH2CH2CHO；F与氧气在Cu作催化剂下发生催化氧化生成G，结合G的分子式可知G的结构简式为OHCCH2CHO；G与银氨溶液反应在酸化得到分子式为HOOCCH2COOH，则H的结构简式为HOOCCH2COOH；H与乙醇在浓硫酸的作用下发生酯化反应生成分子式为C7H12O4的I，I的结构简式为CH3CH2OOCCH2COOCH2CH3；I与C反应生成J；J再酸化、加热、脱去二氧化碳的到K为；据此分析解题。 （1）由B的结构式可知，B中所含官能团有碳碳双键以及溴原子，故答案为：碳碳双键、溴原子。 （2）据分析可知，H与乙醇在浓硫酸的作用下发生酯化反应生成分子式为C7H12O4的I，故答案为酯化反应。 （3）已知：，又J为，J再酸化、加热、脱去二氧化碳的到K为，故答案为。 （4）F为HOCH2CH2CHO，G为OHCCH2CHO，反应F→G的化学方程式为，故答案为。 （5）I的结构简式为CH3CH2OOCCH2COOCH2CH3，①分子中含有三个甲基；②能与足量的碳酸氢钠溶液反应生成标准状况下的气体44.8L，说明含有2个羧基，满足的M有          ，共3种，其中核磁共振氢谱显示只有3组峰，且峰面积之比为的结构简式为，故答案为3；。 （6）由I和C生成J的反应设计以乙醇和为原料制备2，2-二乙基丙二酸（结构简式：）的合成路线为 ，故答案为。 1．1-溴丙烯能发生如图所示的4个不同反应。其中产物只含有一种官能团的反应是（　　） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 【答案】D 【解析】由结构可知，有机物中含C===C和—Br。①为加聚反应，产物中含有—Br一种官能团；②为氧化反应，产物中含有—COOH和—Br两种官能团；③为水解反应，产物中含有C==C和—OH两种官能团；④为加成反应，产物中含有—Br一种官能团；则产物含有一种官能团的反应为①④。 2．1,4-环己二醇()是生产某些液晶材料和药物的原料，现以环己烷()为基础原料，使用逆合成分析法设计它的合成路线如下。下列说法正确的是（ ） A．有机物X、Y、M均为卤代烃 B．有机物X和Y可能为同分异构体，也可能为同种物质 C．反应①为取代反应，反应⑥为加成反应 D．合成过程涉及取代反应、加成反应、消去反应 【答案】D 【解析】环己烷与氯气发生取代反应生成，发生消去反应生成，可与溴发生加成反应生成，再发生消去反应生成，与溴发生1,4-加成生成，与氢气发生加成反应生成，发生水解反应生成。 3．已知： 参照上述合成路线，以和化合物B为原料(无机试剂任选)，设计制备的合成路线。 【答案】　 + 【解析】由A＋B―→C的原理是B中两酯基之间的碳原子取代A中的溴原子，构成四元环，因而应先将转化成卤代烃，之后完全类比C→D→E的变化即可。 4．沙罗特美是一种长效平喘药，其合成的部分路线如图： 请写出以、、CH3NO2为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。 【答案】　 【解析】　根据已知的流程图A→E的转化过程可推知，若要制备，则需将与(CH3)2C(OCH3)2发生取代反应得到，再与CH3NO2反应得到，再利用羟基的消去反应引入碳碳双键，将碳碳双键与硝基通过加氢最终还原生成氨基，合成路线见答案。 5. 化合物F是合成心脏病治疗药法西多曲的中间体，其合成路线流程图如图： （1）C中含氧官能团的名称为________和________。 （2）A→B的反应类型为____________。 （3）写出同时满足下列条件的B的一种同分异构体的结构简式：________________________。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应，不能发生银镜反应； ②苯环上有4个取代基，分子中只有4种不同化学环境的氢原子。 （4）请写出以H2C==CH2、H2C(COOC2H5)2、为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任选，合成路线流程图示例见本题题干)。 【答案】（1）醚键　酯基 （2）取代反应 （3）(或) （4） 【解析】（1）C的结构简式为，其中含氧官能团的名称为醚键、酯基。 （2） 反应中A中的羟基变为B中的醚键，则A→B的反应类型为取代反应。 （3）能与FeCl3溶液发生显色反应，不能发生银镜反应，因此B的同分异构体含有酚羟基，不含醛基，B的分子式为C8H6O3，不饱和度为6，苯环的不饱和度为4，剩下2个不饱和度为碳碳三键，且苯环上有4个取代基，分子中只有4种不同化学环境的氢，分子中共有6个氢原子，则该分子结构对称，符合条件的结构简式为或。(4)以H2C==CH2、H2C(COOC2H5)2、为原料制备，根据F的合成路线可知，H2C==CH2和氯气发生加成反应生成1,2-二氯乙烷，发生水解反应经酸化后再和1,2-二氯乙烷发生取代反应，再经氧化反应、取代反应生成目标产物，其合成路线见答案。 6．高聚物G是一种合成纤维，由A与E为原料制备J和G的一种合成路线如下： 已知：①酯能被LiAlH4还原为醇； ②。 回答下列问题： （1）A的结构简式为________，B生成C的反应条件为________。 （2）H的名称是________，J中含有的官能团名称为过氧键和________。 （3）D生成H和I生成J的反应类型分别为_____________________、________。 （4）写出反应F＋D→G的化学方程式：_____________________________________________________。 （5）芳香族化合物M是C的同分异构体，符合下列要求的M有________种(不考虑立体异构)。 ①与碳酸钠溶液反应产生气体 ②只有1种官能团 ③苯环上有2个取代基 其中核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢，峰面积之比为1∶1∶1∶2的结构简式为_____________。 （6）参照上述合成路线，写出用为原料制备化合物的合成路线(其他无机试剂任选)。 【答案】（1）　浓硫酸、加热 （2）邻苯二甲醛(或1,2-苯二甲醛)　醚键 （3）氧化反应　取代反应 （4） （5）12　 （6） 【解析】由有机物的转化关系可知，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应生成B()；在浓硫酸作用下，B与甲醇共热发生酯化反应生成C()；C与LiAlH4发生还原反应生成D()；在铜作催化剂条件下，D与氧气共热发生催化氧化反应生成H()，H与过氧化氢反应生成I()；I与甲醇发生取代反应生成J；E与KCN发生取代反应后，酸化得到F，在催化剂作用下，F与D共热发生缩聚反应生成。(5)C的结构简式为，由C的同分异构体M符合的条件可知，M的取代基可能为2个—CH2COOH或—COOH、—CH2CH2COOH或—COOH、—CH(CH3)COOH或—CH3、—CH(COOH)2，每组取代基在苯环上都有邻、间、对3种位置关系，则符合条件的同分异构体共有3×4＝12种。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第五章 有机化合物的合成与研究 5.1 有机合成初步 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．认识常见官能团的结构和特征反应，了解有机合成的概念及一般过程。 2．了解设计有机合成路线的一般方法，认识有机合成中官能团的引入、转化及碳骨架构建方法。 3．能运用逆合成分析法设计优化简单的有机合成路线。 重点：有机合成中官能团的引入、转化及碳骨架构建方法。 难点：设计简单的有机合成路线。 一、有机合成的一般过程 1．有机合成 （1）概念：有机合成是利用化学方法将简单的有机物或无机物制成比较复杂的有机物的过程。其过程是通过有机反应使原料分子的化学键发生断裂，形成新的化学键，得到第一个中间体（中间产物）；再进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最终得到目标产物。如下图所示： （2）途径：通过官能团的引入、转化与碳骨架的构建来实现。 2．碳骨架的构建 （1）增长碳链：加聚反应、缩聚反应；酯化反应；利用题目所给信息反应，如卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应…… ①卤代烃的取代反应 a.溴乙烷与氰化钠的反应：CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr，CH3CH2CNCH3CH2COOH。 b.溴乙烷与丙炔钠的反应：CH3CH2Br＋NaC≡CCH3―→CH3CH2C≡CCH3＋NaBr。 ②醛、酮的加成反应 a.丙酮与HCN的反应：＋HCN。 b.乙醛与HCN的反应：CH3CHO＋HCN。 c.羟醛缩合(以乙醛为例)：CH3CHO＋CH3CHO。 ③羟醛缩合：有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。 ④醛、酮与醇加成反应制备半缩醛： ⑤醛或酮与格氏试剂(R′MgX)发生加成反应，所得产物经水解可得醇： 【温馨提示】此外，还有烯烃、炔烃加聚反应、苯环与卤代烃反应如：、 苯环与酰卤反应如：等。 （2）缩短碳链 ①脱羧反应：R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3 ②水解反应：酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解 ③烃的裂化或裂解反应：C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8 ④氧化反应： R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑ R1—CH==CH—R2R1CHO+R2CHO ⑤脱羧反应：如无水醋酸钠与氢氧化钠的反应CH3COONa＋NaOHCH4↑＋Na2CO3。 【温馨提示】成环反应 ①二元醇成环，如HOCH2CH2OH＋H2O。 ②羟基酸酯化成环：＋H2O。 ③氨基酸成环：H2NCH2CH2COOH―→＋H2O。 ④二元羧酸成环：HOOCCH2CH2COOH＋H2O。 ⑤利用题目所给信息成环，如常给信息二烯烃与单烯烃的聚合成环：＋。 3．官能团的引入及转化 （1）官能团的引入 官能团 引入方法 碳卤键 ①烃、酚的取代；②不饱和烃与HX、X2加成；③醇与氢卤酸（HX）取代 羟基 ①烯烃与水加成；②醛、酮与氢气加成；③卤代烃在碱性条件下水解；④酯的水解；⑤葡萄糖发酵产生乙醇 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 碳氧双键 ①醇的催化氧化；②连在同一个碳上的两个羟基脱水；③低聚糖和多糖水解可引入醛基；④含碳碳三键的物质与水加成 羧基 ①醛基氧化；②酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 【温馨提示】①引入或转化为碳碳双键的三种方法 醇的消去反应引入 CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O 卤代烃的消去反应引入 CH3CH2Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O 炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应 CH≡CH＋H2CH2==CH2，CH≡CH＋Br2CHBr==CHBr CH≡CH＋HClCH2==CHCl ②引入碳卤键的三种方法 烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应 CH3CH3＋Cl2HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃) , 不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应 CH2==CHCH3＋Br2CH2Br—CHBrCH3 CH≡CH＋HClCH2==CHCl CH2==CHCH3＋HBrCH3—CHBrCH3 醇与氢卤酸的取代反应 R—OH＋HXR—X＋H2O ③引入羟基的四种方法 烯烃与水加成生成醇 CH2==CH2＋H2OCH3CH2—OH 卤代烃的碱性水解成醇 CH3CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr 醛或酮与氢气加成生成醇 酯水解生成醇 CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH ④引入碳氧双键(醛基或羰基)的方法 醇的催化氧化生成醛(酮) 2CH3CH2CH2OH＋O22CH3CH2CHO＋2H2O 连在同一个碳上的两个羟基脱水 含碳碳三键的物质与水加成 ⑤引入羧基的2种方法 醛基氧化 2CH3CHO＋O22CH3COOH 酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH （2）官能团的消除 ①通过加成反应消除不饱和键（双键、三键、苯环）； ②通过消去、氧化、酯化消除羟基； ③通过加成或氧化消除醛基； ④通过水解反应消除酯基、酰胺基、碳卤键。 （3）官能团的转化 ①通过某些化学途径使一个官能团变成两个 a．CH3CH2OHCH2==CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OH b．CH2==CHCH2CH3CH3CHXCH2CH3CH3CH==CHCH3CH3CHXCHXCH3CH2==CHCH==CH2 ②利用官能团的衍生关系进行衍变 如：R—CH2OHR—CHOR—COOH ③通过某些手段改变官能团的位置 如：CH3CHXCHXCH3H2C==CHCH==CH2CH2XCH2CH2CH2X 4．官能团的保护与恢复 （1）碳碳双键：易与卤素单质加成，易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法：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，后再利用消去反应转变为碳碳双键 如： （2）酚羟基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法①：在氧化其他基团前用碘甲烷(CH3I)先转化为苯甲醚，后用氢碘酸酸化重新转化为酚 如： 方法②：在氧化其他基团前用NaOH溶液先转化为酚钠，后酸化重新转化为酚 如： （3）醛基：易被氧化 方法：在氧化其他基团前可以用乙醇(或乙二醇)加成保护 如： （4）氨基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化 方法：在氧化其他基团前可以用醋酸酐将氨基转化为酰胺，然后再水解转化为氨基。 如： 【温馨提示】有机合成与官能团的主要性质 官能团 主要化学性质 烷烃 ①在光照下发生卤代反应；②不能使酸性KMnO4溶液褪色；③高温分解 不饱和烃 烯烃 ①跟X2、H2、HX、H2O等发生加成反应；②加聚；③易被氧化，可使酸性KMnO4溶液褪色 炔烃 ①跟X2、H2、HX、H2O等发生加成反应；②易被氧化，可使酸性KMnO4溶液褪色；③加聚 苯 ①取代——硝化反应、磺化反应、卤代反应(Fe或Fe3＋作催化剂)；②与H2发生加成反应 苯的同系物 ①取代反应；②使酸性KMnO4溶液褪色 卤代烃 —X ①与NaOH溶液共热发生取代反应；②与NaOH醇溶液共热发生消去反应 醇 —OH ①跟活泼金属Na等反应产生H2；②消去反应，加热时，分子内脱水生成烯烃；③催化氧化；④与羧酸及无机含氧酸发生酯化(取代)反应 酚 —OH ①弱酸性；②遇浓溴水生成白色沉淀；③遇FeCl3溶液呈紫色 醛 ①与H2加成为醇；②被氧化剂(如O2、[Ag(NH3)2]＋、Cu(OH)2等)氧化为羧酸 羧酸 ①酸的通性；②酯化反应 酯 发生水解反应，生成羧酸(盐)和醇 二、逆合成分析法 1．基本思路 在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标分子的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。当得到几条不同的合成路线时，就需要通过优选确定最佳合成路线。 2．一般程序 三、合成路线设计与优化 1．设计与优化原则 （1）合成步骤较少，副反应少，反应产率高。 （2）原料、溶剂和催化剂尽可能廉价、易得、低毒，污染排放少。 （3）反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯。 2．实例分析 （1）请设计合理方案，以苯甲醇()为主要原料合成(无机试剂及有机溶剂任用)。 已知：①；②R—CNR—COOH。 【答案】　 【解析】将目标分子拆解成两个，结合已知信息，苯甲醛先与HCN加成，再在酸性条件下水解，即可得到。 （2）苯乙酸乙酯()是一种常见的合成香料。请设计合理方案，以苯甲醛和乙醇为主要原料(无机试剂及有机溶剂任用)合成苯乙酸乙酯。 已知：①R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr； ②R—CNR—COOH。 【答案】 3．有机合成题常用解题方法 （1）顺推法：以有机物的结构、性质和实验现象为主线，采用正向思维，得出正确结论。 （2）逆推法：以有机物结构、性质和实验现象为主线，采用逆向思维，得出正确结论 （3）夹击法：从反应物和生成物同时出发，以有机物的结构、性质为主线，推出中间过渡产物，从而解决过程问题并得出正确结论。 （4）分层推理法：依据题意，分层推理，综合结果，得出正确推论。 【温馨提示】在有机推断中思路要开阔，打破定势。应该考虑到某有机物可能不止一种官能团，或者只有一种单不止一个官能团。要从链状结构想到环状结构等。突破口也有可能不止一个，更多的是多种突破口的融合，这样疑难问题就可迎刃而解了。 1．以丙烯为基础原料，可制备离子导体材料中有机溶剂的单体丙烯酸丁酯，其合成路线如下： 下列判断错误的是（ ） A．反应①是一个碳链增长的反应 B．反应②是还原反应，可以通过加成的方式实现 C．反应③需要的条件是浓硫酸和加热 D．该合成工艺的原子利用率为100% 2．在有机合成中，常会发生官能团的消除或增加，下列反应过程中反应类型及产物不合理的是（ ） A．乙烯→乙二醇：CH2==CH2 B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2OH C．1-溴丁烷→1-丁炔：CH3(CH2)2CH2BrCH3CH2CH==CH2 CH3CH2C≡CH D．乙烯→乙炔：CH2==CH2CH≡CH 3．以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图，则下列说法正确的是（　　） A．A的结构简式是 B．①②的反应类型分别是取代反应、消去反应 C．反应②③的条件分别是浓硫酸加热、光照 D．酸性KMnO4溶液褪色可证明已完全转化为 4．W()是一种姜黄素类似物，以香兰素()和环己烯()为原料，设计合成W的路线(无机及两个碳以下的有机试剂任选)。 已知：＋ 5.丹参醇是存在于中药丹参中的一种天然产物。合成丹参醇的部分路线如下： 已知： （1）C中含氧官能团名称为________________________________（写两种）。 （2）E生成丹参醇可以通过　　　　　　反应和　　　　　　反应实现（填反应类型）。 （3）B的结构简式为： _________________________________________________。 （4）的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：________________________________________________________。 ①分子中含有苯环，能与FeCl3溶液发生显色反应，不能发生银镜反应； ②碱性条件水解生成两种产物，酸化后分子中均只有2种不同化学环境的氢。 （5）写出以和为原料制备的合成路线流程图　　　　　　（无机试剂和乙醇任用，合成路线流程图示例见本题题干）。 ►问题一 有机合成中碳骨架的构建 【典例1】构建碳骨架反应是有机合成中的重要知识，其中第尔斯-阿尔德反应在合成碳环这一领域有着举足轻重的地位，其模型为，则下列判断正确的是（ ） A．合成的原料为和 B．合成的原料为和 C．合成的原料为和 D．合成的原料只能为和 【变式1-1】下列合成路线不合理的是（ ） A．用乙醇合成正丁醇： CH3CH2OHCH3CHOCH3CH(OH)CH2CHOCH3CH==CHCHOCH3CH2CH2CH2OH B．用二甲基二氯硅烷合成硅橡胶： (CH3)2SiCl2(CH3)2Si(OH)2硅橡胶 C．用乙烯合成1,4-二氧杂环己烷()： CH2==CH2CH2BrCH2BrHOCH2CH2OH D．用1,3-丁二烯合成2-氯-1,3-丁二烯： CH2==CH—CH==CH2CH2ClCHClCH==CH2CH2==CClCH==CH2 【变式1-2】格林尼亚试剂简称“格氏试剂”，它是卤代烃与金属镁在无水乙醚中作用得到的，如：CH3CH2Br＋MgCH3CH2MgBr，它可与醛、酮等羰基化合物发生加成反应： ＋R—MgX―→，所得产物经水解可得醇。今欲通过上述反应合成2-丙醇，选用的有机原料正确的一组是（ ） A．氯乙烷和甲醛 B．氯乙烷和丙醛 C．一氯甲烷和丙酮 D．一氯甲烷和乙醛 ►问题二 有机合成中增长碳链的方法 【典例2】食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下： 苯酚　　　　　　苯氧乙酸　　　　　　　　　菠萝酯 下列叙述错误的是（ ） A. 步骤(1)产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验 B. B. 苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应 C. 苯氧乙酸和菠萝酯均可与NaOH溶液发生反应 D. 步骤(2)产物中残留的烯丙醇可用溴水检验 【变式2-1】多组分反应可将多个原料分子一次性组合生成目标分子。我国科学家利用多组分反应合成了一种亲水亲脂分子车用于输送药物分子。下列说法正确的是（ ） A．该分子车含有四个肽键 B．是亲水基团 C．该分子车含酰胺官能团 D．该反应原子利用率可达100% 【变式2-2】染料中间体DSD酸的结构可表示为。请选用甲苯和其他合适的试剂设计合理方案合成DSD酸。 已知： ①； ②； 　　　　　　　　　　(弱碱性，苯胺易被氧化) ③ 1,2-二苯乙烯 ►问题三 有机合成中缩短碳链的方法 【典例3】 已知酸性：>H2CO3>，综合考虑反应物的转化率和原料成本等因素，将转变为的最佳方法是（ ） A. 与稀H2SO4共热后，加入足量NaOH溶液 B. 与稀H2SO4共热后，加入足量Na2CO3溶液 C. 与足量的NaOH溶液共热后，再加入适量H2SO4 D. 与足量的NaOH溶液共热后，再通入足量CO2 【变式3-1】有机物Q的合成路线如图所示，下列相关说法错误的是（ ） A．N可以直接合成高分子 B．O生成P的反应类型为加成反应 C．P可以在Cu的催化作用下发生氧化反应 D．Q分子存在属于芳香族化合物的同分异构体 【变式3-2】某药物中间体合成路线如下（部分产物已略去），下列说法正确的是（　　） A. 步骤①的反应类型是加成反应 B. A的结构简式为 C. B中含有酯基、醛基 D. 在NaOH醇溶液中加热，E可以发生消去反应 ►问题四 有机合成中官能团的引入与转化 【典例4】乙醇在与浓硫酸混合共热的反应过程中，受反应条件的影响，可发生两类不同类型的反应： 1,4-二氧六环是一种常见的溶剂。它可以通过下图所示的合成路线制得： 其中A可能是（ ） A. 乙烯 B. 乙醇 C. 乙二醇 D. 乙酸 【变式4-1】4－溴甲基－1－环己烯的一种合成路线如下： 下列说法正确的是（　　） A.化合物W、X、Y、Z中均有一个手性碳原子 B.①、②、③的反应类型依次为加成反应、还原反应和取代反应 C.由化合物Z一步制备化合物Y的转化条件是NaOH醇溶液，加热 D.化合物Y先经酸性高锰酸钾溶液氧化，再与乙醇在浓硫酸催化下酯化可制得化合物X 【变式4-2】有机物甲的分子式为C7H7NO2，可以通过如图路线合成(分离方法和其他产物已省略)。下列说法不正确的是（ ） 戊(C9H9O3N)甲 A．甲的结构简式为，可发生取代反应、加成反应 B．步骤Ⅰ反应的化学方程式为＋＋HCl C．步骤Ⅱ在苯环上引入醛基，步骤Ⅳ的反应类型是取代反应 D．步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲过程中的目的是保护氨基不被氧化 ►问题五 有机合成中官能团的消除与保护 【典例5】在有机合成中，常会将官能团消除或增加，下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是（　　） A．乙烯→乙二醇：CH2===CH2CH2Br—CH2BrHO—CH2—CH2—OH B．溴乙烷→乙醇：CH3CH2BrCH2===CH2CH3CH2OH C．1－溴丁烷→1－丁炔：CH3（CH2）2CH2BrCH3CH2CH===CH2 CH3CH2C≡CH D．乙烯→乙炔：CH2===CH2CH2Br—CH2BrCH≡CH 【变式5-1】沙丁胺醇有明显的支气管舒张作用，临床上主要用于治疗喘息型支气管炎、支气管哮喘等，其中一条通用的合成路线如下： 已知：①R—OHROOCCH3＋CH3COOH ② 设计D→E的目的是________________。 【变式5-2】重要的有机合成中间体W是一种多环化合物，以下为W的一种合成路线(部分反应条件已简化)： 已知：(ⅰ)＋＋R1OH (ⅱ)2CH3CHO 结合D→E的反应过程，说明由B→C这步转化的作用是________。 ►问题六 有机合成路线的设计与优化综合应用 【典例6】以溴乙烷为原料制备1,2-二溴乙烷，下列方案中最合理的是（ ） A．CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2CH2BrCH2Br B．CH3CH2BrCH2BrCH2Br C．CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br D．CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br 【变式6-1】合成丹参醇的部分路线如下： 写出以和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)。 【变式6-2】某研究小组按下列路线合成胃动力药依托比利。 已知：－CH==N－ 研究小组在实验室用苯甲醛为原料合成药物N-苄基苯甲酰胺()利用以上合成线路中的相关信息，设计该合成路线(用流程图表示，无机试剂任选)。 1．下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是（ ） A．卤代烃的水解 B．有机物RCN在酸性条件下水解 C．醛的氧化 D．烯烃的氧化 2．关于由―→的说法正确的是（ ） A．为有机分子碳链增长的过程 B．第1步反应需引入碳碳双键 C．该过程需通过两步反应完成 D．该过程不可能发生加成反应 3. 在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是（ ） A. 酚钠与卤代烃作用合成酚醚：＋ ＋NaBr B. 乙烷与氯气在光照下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl C. 萘与浓硫酸制备萘磺酸：＋HO—SO3H ＋H2O D. 乙烯水化制乙醇：CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH 4．某分子式为C10H20O2的酯，在一定条件下可发生如下图的转化过程： 则符合上述条件的酯的结构可有（　 　） A. 2种 B. 4种 C. 6种 D. 8种 5. 以溴乙烷为原料制备乙二醇，下列方案最合理的是（ ） A. CH3CH2BrCH3CH2OHCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 B. CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 C. CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br乙二醇 D. CH3CH2BrCH2==CH2CH2BrCH2Br乙二醇 6．以CH2==CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计CH2==CHCOOH的合成路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为)，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条)： ________________________________________________________________________。 7．抗疟疾药物阿莫地喹的合成路线如下图。 回答下列问题： （1）A中含氧官能团的名称为 和 。 （2）由A生成C的反应类型为 。 （3）D的结构简式为 。 （4）多聚甲醛可以用甲醛代替，则H、I和甲醛反应生成J的方程式为 。 （5）H的同分异构体中，含羧基、苯环，不含氨基（）的有 种（不考虑立体异构）。 （6）抗癌药物乐伐替尼中间体的合成路线如下图（部分反应条件已略去），其中M和N的结构简式分别为 和 。 8．以烯烃A、D为原料合成某药物中间体K，其流程如图： 已知：（R表示烃基，X表示卤素原子）。 回答下列问题： （1）B所含官能团名称是 。 （2）H→I的反应类型是 。 （3）K的结构简式为 。 （4）已知E、F与新制氢氧化铜悬浊液共热都产生砖红色沉淀，写出反应F→G的化学方程式： 。 （5）M与I为同分异构体，符合下列条件的M的结构有 种（不考虑立体异构）；其中核磁共振氢谱显示只有3组峰，且峰面积之比为的结构简式为 。 ①分子中含有三个甲基；②能与足量的碳酸氢钠溶液反应生成标准状况下的气体44.8L。 （6）参照上述合成路线，设计以乙醇和为原料制备2，2-二乙基丙二酸（结构简式：）的合成路线 （无机试剂任选）。 1．1-溴丙烯能发生如图所示的4个不同反应。其中产物只含有一种官能团的反应是（　　） A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 2．1,4-环己二醇()是生产某些液晶材料和药物的原料，现以环己烷()为基础原料，使用逆合成分析法设计它的合成路线如下。下列说法正确的是（ ） A．有机物X、Y、M均为卤代烃 B．有机物X和Y可能为同分异构体，也可能为同种物质 C．反应①为取代反应，反应⑥为加成反应 D．合成过程涉及取代反应、加成反应、消去反应 3．已知： 参照上述合成路线，以和化合物B为原料(无机试剂任选)，设计制备的合成路线。 4．沙罗特美是一种长效平喘药，其合成的部分路线如图： 请写出以、、CH3NO2为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。 5. 化合物F是合成心脏病治疗药法西多曲的中间体，其合成路线流程图如图： （1）C中含氧官能团的名称为________和________。 （2）A→B的反应类型为____________。 （3）写出同时满足下列条件的B的一种同分异构体的结构简式：________________________。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应，不能发生银镜反应； ②苯环上有4个取代基，分子中只有4种不同化学环境的氢原子。 （4）请写出以H2C==CH2、H2C(COOC2H5)2、为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任选，合成路线流程图示例见本题题干)。 6．高聚物G是一种合成纤维，由A与E为原料制备J和G的一种合成路线如下： 已知：①酯能被LiAlH4还原为醇； ②。 回答下列问题： （1）A的结构简式为________，B生成C的反应条件为________。 （2）H的名称是________，J中含有的官能团名称为过氧键和________。 （3）D生成H和I生成J的反应类型分别为_____________________、________。 （4）写出反应F＋D→G的化学方程式：_____________________________________________________。 （5）芳香族化合物M是C的同分异构体，符合下列要求的M有________种(不考虑立体异构)。 ①与碳酸钠溶液反应产生气体 ②只有1种官能团 ③苯环上有2个取代基 其中核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢，峰面积之比为1∶1∶1∶2的结构简式为_____________。 （6）参照上述合成路线，写出用为原料制备化合物的合成路线(其他无机试剂任选)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$