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有机合成路线的设计
【方法与技巧】
一、有机合成中官能团的转变
1．官能团的引入：引入官能团的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原等
(1)引入碳碳双键的反应有
醇的消去反应 CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O
卤代烃的消去反应 CH3CH2Br＋NaOHCH2===CH2↑＋NaBr＋H2O
炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应 HC≡CH＋H2CH2==CH2，HC≡CH＋Br2CHBr==CHBr HC≡CH＋HClCH2==CHCl
(2)引入碳卤键(卤素原子)的反应有
①烷烃和芳香烃的卤代反应
乙烷的光照取代 CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl
环己烷的光照取代
苯环的取代
甲苯的侧链光照取代
丙烯上的甲基在500℃～600℃取代
②不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应
丙烯与溴的加成
丙烯与溴化氢的加成
乙炔与溴的加成 HC≡CH＋Br2CHBr==CHBrCHBr==CHBr＋Br2CHBr2－CHBr2
乙炔与溴化氢的加成 HC≡CH＋HClCH2==CHCl
③醇与浓氢卤酸的取代反应：R－OH＋HXR－X＋H2O
(3)引入羟基(－OH)生成醇的反应有
烯烃与水的反应 CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH
卤代烃的水解反应 R－X＋NaOHR－OH＋NaX
醛或酮的还原反应
酯水解生成醇
(4)引入碳氧双键(醛基或羰基)的反应有
醇的催化氧化生成醛(酮) 2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋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)引入羧基的反应有
醛被氧化成酸 2CH3CHO＋O22CH3COOH
醇被强氧化剂氧化 CH3CH2OHCH3COOH＋H2O
酯在酸性条件下水解
含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化
羧酸盐酸化 CH3COONH4＋HClCH3COOH＋NH4Cl
2．官能团的消除
(1)通过加成反应可以消除不饱和键(碳碳双键、碳碳三键、苯环等)
如：CH2==CH2在催化剂作用下与H2发生加成反应
(2)通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基
如：CH3CH2OH消去生成CH2==CH2，CH3CH2OH被氧化生成CH3CHO
(3)通过加成或氧化反应等消除醛基
如：CH3CHO被氧化生成CH3COOH，CH3CHO被H2还原生成CH3CH2OH
(4)通过水解反应消除酯基()、肽键、卤素原子
如：CH3COOC2H5在酸性条件下水解生成CH3COOH和C2H5OH
(5)通过消去反应或水解反应消除卤素原子
如：CH3CH2Br在NaOH醇溶液中发生消去反应生成乙烯和溴化钠，在NaOH水溶液中发生水解反应生成乙醇和溴化钠
3．官能团的改变
(1)通过某些化学途径使一个官能团变成两个
①CH3CH2OHCH2==CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OH
②CH2==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NaOH溶液先转化为酚钠，后酸化重新转化为酚
如：
方法②：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：
(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：
二、有机合成中的碳骨架的构建
1．使有机物碳链增长的反应
(1)炔烃与HCN加成反应
(2)醛、酮与HCN加成反应
,
(3)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
(4)醛、酮与格氏试剂反应 (R1、R2为烃基或氢原子)
(5)卤代烃与NaCN的反应：CH3CH2Cl＋NaCNCH3CH2CN(丙腈)＋NaCl
CH3CH2CNCH3CH2COOH
(6)卤代烃与炔钠的反应：2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2
CH3C≡CNa＋CH3CH2ClCH3C≡CCH2CH3＋NaCl
(7)苯环与卤代烃反应：
(8)苯环与酰卤反应：
(9)卤代烃和钠反应：2R－Cl＋2NaR－R+2NaCl
(10)乙炔自身加成：2CH≡CHCH2==CH－C≡CH
(11)醛、酮与NH3加成反应制备胺：
(12)醛、酮与醇加成反应制备半缩醛：
2．使有机物碳链缩短的反应
(1)烯烃与酸性高锰酸钾溶液反应
(2)炔烃与酸性高锰酸钾溶液反应：
(3)芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化：
(4)脱羧反应：
(5)烃的裂化或裂解反应：C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8
(6)水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解
3．使有机物碳链的成环的反应
(1)第尔斯－阿尔德反应：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(三键)的化合物在一定条件下发生第尔斯－阿尔德反应(Diels－Alder reaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架
；；
(2)羟基酸酸的酯化成环——以“乳酸”为例
两分子乳酸酯化成环状
一分子乳酸酯化成环状
(3)多元羧酸与多元醇的酯化成环：
(4)氨基酸的成环：
(5)形成环醚：
4．使有机物碳链的开环的反应
环酯水解开环
环烯烃氧化开环
5．苯环上的定位效应
(1)邻、对位定位基：当苯环上已有下列基团时，烷烃基(－R)、－OH、－NH2、－OR、－NHCOR、－OOCR或－X(Cl、Br、I)，新引入的取代基一般在原有取代基的邻位或对位。
(2)间位定位基：当苯环上已有下列基团时，－NO2、－CHO、－COOH、－CN、－COR、－CF3，新引入的取代基一般在原有取代基的间位
如：
三、有机合成路线的设计答题思路
1．解决有机合成题的基本步骤
(1)要正确判断合成的有机物属于何种有机物，它带有什么官能团，它和哪些知识、信息有关，它所在的位置的特点等
(2)根据现有原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段，或寻找官能团的引入、转换、保护方法，或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变，尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。
(3)将正向思维和逆向思维、纵向思维和横向思维相结合，选择出最佳合成方案
2．熟知常见有机物的转化路径
(1)一元转化路径
(2)二元转化路径
(3)芳香合成路径
【课时精练】
题型突破1．结合已知信息和目标产物的官能团寻找合成路径
1．已知：。根据以上信息，写出用环戊烷和2 丁炔为原料制备化合物的合成路线(其他试剂任选)
2．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
3．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＋NaCNR—CN＋NaBr；②R—CNR—COOH
　
4．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
5．已知：。写出以邻硝基甲苯()和乙醇为原料制备邻氨基苯甲酸乙酯()的合成路线
　
6．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
　
7．已知：(R为烃基，X为卤素原子)。2－氨基苯乙醚()可用作燃料、香料、医药中间体。请设计以苯酚和乙醇为起始原料制备2-氨基苯乙醚的合成路线(无机试剂任选)
　
8．已知：(R、R'为烃基或氢)。根据已有知识并结合相关信息，写出以CH3CHO为原料制备CH3COCOCOOH的合成路线流程图(无机试剂任用)
题型突破2．从有机物的合成路线图中分析、提取信息设计路线
9．一种药物中间体(H)的合成路线如下：
已知：①同一碳原子上连两个羟基不稳定，发生反应：R—CHO＋H2O
②R—CHO＋R1—CH2COOHR—CH==CHR1＋H2O＋CO2↑
参照上述合成路线，设计由和CH3COOH制备的合成路线(无机试剂任选)
10．聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种性能优异的热塑性高分子材料。PBT的一种合成路线如图所示：
根据以上信息，写出以2－甲基－1－3－丁二烯为原料制备的合成路线(其他试剂任选)
11．化合物G是合成某强效镇痛药的关键中间体，其合成路线如下：
根据以上信息，写出以及BrCH2COOC2H5为原料合成的路线(其他试剂任选)
12．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)
13．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
14．叶酸拮抗剂Alimta(M)是一种多靶向性抗癌药物。以苯和丁二酸酐为原料合成该化合物的路线如下：
已知：①；②
参照上述合成路线，以乙烯和为原料，设计合成的路线(其他试剂任选)
15．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)
【高考真题演练】
1．(2024·安徽卷)化合物1是一种药物中间体，可由下列路线合成(Ph代表苯基，部分反应条件略去)：
已知：(i)
(ii)RMgX易与含活泼氢化合物(HY)反应：HY代表H2O、ROH、RNH2、RC≡CH等
参照上述合成路线，设计以和不超过3个碳的有机物为原料，制备一种光刻胶单体的合成路线(其他试剂任选)
2．(2024·江苏卷)F是合成含松柏基化合物的中间体，其合成路线如下：
已知：HSCH2CH2SH与HOCH2CH2OH性质相似。写出以、、HSCH2CH2SH和HCHO为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用，合成路线示例见本题题干)
3．(2024·浙江1月)某研究小组通过下列路线合成镇静药物氯硝西泮。
已知：
(5)聚乳酸()是一种可降解高分子，可通过化合物X()开环聚合得到，设计以乙炔为原料合成X的路线 (用流程图表示，无机试剂任选)。
4．(2024·浙江6月)某研究小组按下列路线合成抗炎镇痛药“消炎痛”(部分反应条件已简化)。
已知：
吗吲哚－2－甲酸()是一种医药中间体，设计以和CH3CHO为原料合成
吲哚－2－甲酸的路线(用流程图表示，无机试剂任选)___________________________
5．(2024·贵州卷)氨磺必利是一种多巴胺拮抗剂。以下为其合成路线之一(部分试剂和条件已略去)
化合物是合成药物艾瑞昔布的原料之一。参照上述合成路线，设计以为原料合成的路线(无机试剂任选)
6．(2024·湖南卷)化合物H是一种具有生物活性的苯并呋喃衍生物，合成路线如下(部分条件忽略，溶剂未写出)
依据以上流程信息，结合所学知识，设计以和Cl2CHOCH3为原料合成的路线(HCN等无机试剂任选)
7．(2024·上海卷)瑞格列奈的制备过程如下
以和CH3MgBr为主要原料合成
8．(2024·重庆卷)氘代药物M可用于治疗迟发性运动障碍。M的合成路线I如下所示(部分试剂及反应条件略)。
已知：
为了减少G的用量，利用上述合成路线I中的相关试剂，并以F为原料，设计M的合成路线Ⅱ．假定每一步
反应的产率均为a，合成路线I和Ⅱ中1 mol F均生成a3 mol M，理论上G的用量最少的合成路线Ⅱ为_______(涉及合成路线I中的化合物用对应字母表示)
9．(2024·海南卷)消炎镇痛药F的一种合成路线如下：
以至多3个碳的有机物为原料(无机试剂任选)，设计合成的路线_______
已知：
【有机合成路线的设计】答案
【课时精练】
1．
2．
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。
3．
4．CH2==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONa
CH2==CHCOOH
5．
6．
7．
解析：2－氨基苯乙醚()结构中的—NH2，可由硝基还原得到，而苯环上的CH3CH2O—可由苯酚与CH3CH2Br发生取代反应得到，而乙醇与HBr发生取代反应可以得到CH3CH2Br。
8．CH3CHOCH3CH==CHCHOCH3CH==CHCOOH
解析：根据已有知识并结合相关信息，CH3CHO在稀氢氧化钠溶液中加热得到CH3CH==CHCHO，CH3CH==CHCHO氧化得到CH3CH==CHCOOH，CH3CH==CHCOOH与溴水发生加成反应生成CH3CHBrCHBrCOOH，CH3CHBrCHBrCOOH在氢氧化钠的水溶液中加热发生水解反应后酸化得到CH3CH(OH)CH(OH)COOH，CH3CH(OH)CH(OH)COOH在铜的催化、加热条件下与氧气反应生成CH3COCOCOOH。
9．
10．
11．
12．
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。
13．
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。
14．
15．
【高考真题演练】
1．
解析：结合题给合成路线可知，首先将，转化为而后在无水醚条件下与Mg作用生成，结合已知ⅰ可知，还需原料，据此写出合成路线
2．
解析：参考E→F的反应，E中有类似HOCH2CH2OH的结构，HOCH2CH2OH可与丙酮反应形成F中的五元结构(脱去虚线框内的2个H原子和1个O原子)，反应为＋H2O。则目标分子中右侧的部分结构来自原料与HSCH2CH2SH的反应，反应为。目标分子左侧的部分结构来自原料发生水解反应后得到，再氧化即可。目标分子中间的部分结构可由类似A→B的反应合成。注意中也含有酮羰基，遇到HCHO也会发生反应：
＋H2O，因此必须先与HSCH2CH2SH发生反应，以保护其中的酮羰基。因此总合成路线为
3．CH≡CH CH3CHO
解析：本题可采用逆推法，可由发生分子间酯化反应生成，可由水解得到，可由CH3CHO与HCN加成得到，而乙炔与H2O发生加成反应可生成CH3CHO，故合成路线为 CH≡CH CH3CHO。
4．
解析：乙醛与HCN加成得到酸性条件下水解得到反应得到被 O2氧化为与反应得到HCl反应得到
5．
解析：根据有机转化关系图中的已知信息可知为原料合成的合成路线可设计为：
6．
解析：与HCN加成得到和Cl2CHOCH3在TiCl4的作用下发生类似反应⑥的反应得到 发生缩聚反应得到。
7．
解析：为 与的缩聚产物，根据逆合成法分析，由发生氧化反应得到，根据A→B→C的反应知，可由与CH3MgBr反应后再水解得到
8．FM
解析：每一步反应的产率均为a，1 mol F均生成a3 mol M，说明F生成M分三步进行，F中醛基可与G发生副反应导致G用量多，则可选择先使F发生已知反应成环，进一步与L发生反应，最后与G发生取代，具体路线如下：FM。
9．
解析：由题给信息可知，以至多3个碳的有机物为原料合成的合成步骤为：氢氧化钠作用下乙醛与甲醛反应生成(HOCH2)3CCHO，(HOCH2)3CCHO与氢气在一定条件下反应生成C(CH2OH)4，C(CH2OH)4与溴化氢发生取代反应生成C(CH2Br)4；浓硫酸作用下HOOCCH2COOH与乙醇共热发生酯化反应生成C2H5OOCCH2COOC2H5，乙醇钠作用下C2H5OOCCH2COOC2H5与C(CH2Br)4反应生成，在氢氧化钠溶液中发生水解反应后，经盐酸酸化、共热发生脱羧反应生成，合成路线为
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