高考化学答题技巧之有机合成与推断 题型三 有机合成路线的设计(解析版)Word（37页）

题型三 有机合成路线的设计 表达方式 A B ――→ C…… →D 总体思路 根据目标分子与原料分子的差异构建碳骨架和实现官能团转化 设计关键 信息及框图流程的运用 常用 方法 正向合成法 从某种原料分子开始，对比目标分子与原料分子的结构(碳骨架 及官能团)，对该原料分子进行碳骨架的构建和官能团的引入(或 者官能团的转化)，从而设计出合理的合成路线，其思维程序为 逆向合成法 从目标分子着手，分析目标分子的结构，然后由目标分子逆推出 原料分子，并进行合成路线的设计，其思维程序为 正逆双向合成 采用正推和逆推相结合的方法，是解决合成路线题的最实用的方 合成路线设计是近几年高考对及有机化学基础重要考查形式，且为必考的重点难点，属于热点 问题，以有机化合物的性质与结构知识为考查的载体，设计合成路线有利于培养学生的思维能力、 分析问题的能力等，能更全面地考查考生的综合素质和能力。体现“科学态度与社会责任”的化学 核心素养。掌握常见有机化合物的性质与结构是答题的关键，注意基础知识的理解掌握和灵活运用。 法 法，其思维程序为 一、有机物之间的转化 1．直线型转化：(与同一物质反应) 醇 醛 羧酸 乙烯 乙醛 乙酸 炔烃 烯烃 烷烃 2．交叉型转化 二、官能团的引入 1．引入或转化为碳碳双键的三种方法 醇的消去反应引入 CH3CH2OH⃗ 浓硫酸 170 ° C CH2==CH2↑＋H2O 卤代烃的消去反应引入 CH3CH2Br＋NaOH⃗ 乙醇 Δ CH2==CH2↑＋NaBr＋H2O 炔烃与H2、HX、X2 的不 完全加成反应 CH≡CH＋H2⃗ Ni Δ CH2==CH2，CH≡CH＋Br2 CHBr==CHBr 淀粉 葡萄糖 麦芽糖 蛋白质 氨基酸 二肽 醇 醇 羧酸 醛 卤代烃 烯烃 醇 CH≡CH＋HCl⃗ 催化剂 Δ CH2==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＋Cl2⃗ 光照HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃) CH3 Cl CH3＋Cl2 HCl ＋ FeCl3 ， CH3＋ CH2Cl Cl2 光照 HCl ＋ 不饱和烃与卤素单质、 卤化氢的加成反应 CH2==CHCH3＋Br2 CH2Br—CHBrCH3 CH≡CH＋HCl⃗ 催化剂CH2==CHCl CH2==CHCH3＋HBr⃗ 催化剂CH3—CHBrCH3 醇与氢卤酸的取代反应 R—OH＋HX⃗ Δ R—X＋H2O 3．引入羟基的四种方法 烯烃与水加成生成醇 CH2==CH2＋H2O ⃗ 催化剂 加热、加压CH3CH2—OH 卤代烃的碱性水解成醇 CH3CH2—Br＋NaOH⃗ 水 Δ CH3CH2—OH＋NaBr 醛或酮与氢气加成生成醇 C H2 O CH3 H＋ 催化剂 CH3CH2 OH C O H2 CH3 CH3 ＋ CH OH CH3 CH3 催化剂 酯水解生成醇 CH3COOCH2CH3＋H2O CH3COOH＋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＋O2⃗ Cu Δ 2CH3CH2CHO＋2H2O 2CH3—CH—CH3 OH + O2 r 2CH3—C—CH3+ O 2H2O Cu 连在同一个碳上的两个羟 基脱水 CH3 C O H OH CH3 C H OH —H2O 含碳碳三键的物质与水加 成 C CH CH3 ＋H2O 催化剂 CH3 CH3 C O 5．引入羧基的2 种方法 醛基氧化 2CH3CHO＋O2⃗ 催化剂 Δ 2CH3COOH 酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解 CH3COOCH2CH3＋H2O CH3COOH＋CH3CH2OH 三、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 四、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 a．CH3CH2OH CH2==CH2 CH2XCH2X CH2OHCH2OH b ． CH2==CHCH2CH3 CH3CHXCH2CH3 CH3CH==CHCH3 CH3CHXCHXCH3 CH2==CHCH==CH2 2．利用官能团的衍生关系进行衍变 如：R—CH2OH R—CHO R—COOH 3．通过某些手段改变官能团的位置 如：CH3CHXCHXCH3 H2C==CHCH==CH2 CH2XCH2CH2CH2X 五、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：HOCH2CH CHCH2OH HCl HOCH2CH2CHClCH2OH KMnO4/H+ Cl CH CH2COOH COOH j NaOH/醇 k 酸化 CHCOOH CHCOOH 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： OH OCH3 CH3I HI OH 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： OH ONa NaOH溶液 H+ OH 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：R C H O C2H5OH HCl R C H OC2H5 OC2H5 H+/H2O R C H O 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： NH2 NHCOCH3 (CH3CO)2O NH2 OH- /H2O 六、有机合成中碳链的增长或缩短 1．使有机物碳链增长的反应 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)乙炔自身加成：2CH≡CH CH2==CH—C≡CH (2) 卤代烃跟NaCN 溶液反应再水解可得到羧酸：CH3CH2Br⃗ Na CN CH3CH2CN⃗ H 2O CH3CH2COOH (3)卤代烃与炔钠的反应：2CH3C≡CH＋2Na⃗ 液氨2CH3C≡CNa＋H2↑ CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl CH3C≡CCH2CH3＋NaCl (4)卤代烃与活泼金属钠反应：2R—Cl＋2Na R—R+2NaCl (5)⑤醛与氢氰酸的加成反： C O CH3 H＋H CN C OH CH3 H CN (6)醛、酮与NH3加成反应制备胺：CH3CHO ＋NH3 催化剂 CH3 CH OH NH2 (7)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 2RCH2CHO NaOH 稀 溶液 R CH2CH C R CHO R CH2CH CH R CHO OH H2O (8)醛、酮与醇加成反应制备半缩醛：CH3CHO ＋ 催化剂 CH3 CH OH CH3OH OCH3 (9)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 R2 H R1 C O ＋R2MgX H R1 C OMgX 水解 R2 H R1 C OH (10)苯环与卤代烃反应(傅克反应)： ＋R Cl AlCl3 R ＋HCl (11)苯环与酰卤反应： ＋ R Cl AlCl3 ＋HCl C O R C O (12)聚合反应 烯烃、炔烃加聚反应： CH2 CH2 CH2 催化剂 n n CH2 CH 催化剂 n n CH CH CH 缩 聚 反 应 ： ＋ 催化剂 (2n 1)H2O ＋ OH CH2 CH2 HO C O C O OH HO C O C O HO O CH2 CH2 n n O H n 催化剂 (n 1)H2O ＋ O CH3 CH n H C O OH O CH3 CH H C O OH n 2．使有机物碳链缩短的反应 (1)脱羧反应：R—COONa＋NaOH⃗ CaO Δ R—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：C16H34⃗ 高温C8H18＋C8H16；C8H18⃗ 高温C4H10＋C4H8 (4)氧化反应 CH2CH3 COOH KMnO4(H+) R—CH==CH2⃗ KMnO4 H + RCOOH＋CO2↑ R1—CH==CH—R2 ⃗ O3 Zn/ H2O R1CHO+R2CHO 七、依据有机反应条件进行推断 1． 这是烷烃和烷基中的氢被取代的反应条件。如：①烷烃的取代；芳香烃或芳香族化合物侧 链烷基的取代；③不饱和烃中烷基的取代。 2． 这是乙醇脱水生成乙烯的反应条件。 3． 或 为不饱和键加氢反应的条件，包括：-C=C-、=C=O、-C≡C-的加成。 4． 是①醇消去H2O 生成烯烃或炔烃；②醇分子间脱水生成醚的反应；③酯化反应的反应条 件。 5． 是①卤代烃水解生成醇；②酯类水解反应的条件。 6． 是卤代烃消去HX 生成不饱和烃的反应条件。 7． 是①酯类水解(包括油脂的酸性水解)；②糖类的水解 8． 或 是醇氧化的条件。 9． 或 是不饱和烃加成反应的条件。 10． 是苯的同系物侧链氧化的反应条件(侧链烃基被氧化成-COOH)。 11．显色现象：苯酚遇FeCl3溶液显紫色；与新制Cu(OH)2悬浊液反应的现象：1、沉淀溶解，出现深 蓝色溶液则有多羟基存在；2、沉淀溶解，出现蓝色溶液则有羧基存在；3、加热后有红色沉淀出现则有醛 基存在。 八、常用的合成路线 有机合成往往要经过多步反应才能完成，因此确定有机合成的途径和路线时，要进行合理选择。 1．一元合成路线 R—CH=CH2 卤代烃 一元醇 一元醛 一元羧酸 酯 2．二元合成路线 CH2 CH2 CH2X—CH2X CH2OH—CH2OH HOOC—COOH 链酯、环酯、聚酯 3．芳香化合物的合成路线 ① ② 芳香酯 注意： 与Cl2反应时条件不同所得产物不同，光照时，只取代侧链甲基上的氢原子，生成 ；而Fe 作催化剂时，取代苯环上甲基邻、对位上的氢原子，生成 。 1．(2023•浙江省1 月选考) 已知： ① ② 设计以D( )为原料合成E( )的路线(用流程图表示，无机试剂任选)___。 【答案】 【解析】1，3-丙二醇与HBr 发生取代反应生成1，3-二溴丙烷，1，3-二溴丙烷与NaCN 发生取代反应 生成 ， 发生水解生成戊二酸，戊二酸分子内脱水生成 ，合成路线为： 。 2．(2023•海南卷)局部麻醉药福莫卡因的一种合成路线如下： 结合上图合成路线的相关信息。以苯甲醛和一两个碳的有机物为原料，设计路线合成 _______。 【答案】 【解析】乙醇分别催化氧化为乙醛、乙酸，乙酸与乙醇发生酯化反应生成乙酸乙酯，乙醛 乙酸乙酯反 应生成CH3CH=CHCOOC2H5；苯甲醛与CH3CH=CHCOOC2H5反应生成 ，再水解生成 ， 合 成 路 线 为 ： 。 3．(2023•湖南卷)含有吡喃萘醌骨架的化合物常具有抗菌、抗病毒等生物活性，一种合成该类化合物 的路线如下(部分反应条件已简化)： 甲苯与溴在FeBr3催化下发生反应，会同时生成对溴甲苯和邻溴甲苯，依据由C 到D 的反应信息，设 计以甲苯为原料选择性合成邻溴甲苯的路线_______(无机试剂任选)。 【答案】 【解析】甲苯和溴在FeBr3的条件下生成对溴甲苯和邻溴甲苯，因题目中欲合成邻溴甲苯，因此需要 对甲基的对位进行处理，利用题目中流程所示的步骤将甲苯与硫酸反应生成对甲基苯磺酸，再将对甲基苯 磺酸与溴反应生成 ，再将 中的磺酸基水解得到目标化合物，具体的合成流程为： 。 4．(2023•浙江省6 月选考)某研究小组按下列路线合成胃动力药依托比利。 已知： 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 ，催化剂作用下 与氢气发生还原反应生成 ；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 ，合成路线为 。 5．(2022 年·浙江卷)某研究小组按下列路线合成药物氯氮平 已知：① ② 设计以CH2＝CH2和CH3NH2为原料合成 的路线(用流程图表示，无机试剂 任选) 【答案】 ； CH3CH2Cl， NH3 【解析】乙烯首先氧化得到环氧乙烷 ，乙烯和HCl 加成生成CH3CH2Cl，之后NH3和 反应生 成 ，再和 反应生成 ，结合信息②和CH3CH2Cl 反应得到 ，具体流程为： ； CH3CH2Cl，NH3 。 6．(2022 年·广东卷)基于生物质资源开发常见的化工原料，是绿色化学的重要研究方向。以化合物I 为原料，可合成丙烯酸V、丙醇VII 等化工产品，进而可制备聚丙烯酸丙酯类高分子材料。 选用含二个羧基的化合物作为唯一的含氧有机原料，参考上述信息，制备高分子化合物VIII 的单体。 写出VIII 的单体的合成路线(不用注明反应条件) 【答案】 【解析】根据化合物Ⅷ的结构简式可知，其单体为 ，其原料中的含氧有机物 只有一种含二个羧基的化合物，原料可以是 ， 发生题 干Ⅳ→V 的反应得到 ， 还原为 ，再加成得到 ， 和 发生酯化反应得到目标产物，则合成路线为 。 7．(2022 年·湖南卷)物质J 是一种具有生物活性的化合物。该化合物的合成路线如下： 已知：① ＋ ；② 参照上述合成路线，以 和 为原料，设计合成 的路线(无机试剂任选) 【答案】 【解析】结合G→I 的转化过程可知，可先将 转化为 ，再使 和 反应生成 ，并最终转化为 ；综上所述，合成路线为： 。 8．(2022 年·山东卷)支气管扩张药物特布他林(H)的一种合成路线如下： 已知：Ⅰ． Ⅱ． Ⅲ． 根据上述信息，写出以 羟基邻苯二甲酸二乙酯为主要原料制备合成 的路线 【答案】 【解析】由题给信息可知，以4—羟基邻苯二甲酸二乙酯制备 的合成步骤为在碳酸钾 作用下 与phCH2Cl 发生取代反应生成发生取代反应生成 ， 发生信息Ⅱ反应生成 ， 在Pd—C 做催化剂 作用下与氢气反应生成 ，合成路线为 。 9．(2022 年·海南卷)黄酮哌酯是一种解痉药，可通过如下路线合成： 设计以 为原料合成 的路线(其他试剂任选)已知： +CO2 【答案】 【解析】已知 +CO2，则以 为原料合成 时，可 先将 与浓硫酸在加热的条件下发生取代反应生成 ， 再依次与NaOH 熔融条 件下、HCl 反应生成 ， 再与CH3COCl 发生取代反应生成 ， 氧化可得到 ， 再与AlCl3反应可得到 。 10．(2021 年·山东卷)一种利胆药物F 的合成路线如图： 已知：Ⅰ. + . Ⅱ 已知： 综合上述信息，写出由 和 制备 的合成路线 【答案】 【解析】由 和 制备 过程需要增长碳链，可利用题干中 A→B 的反应实现，然后利用信息反应I 得到目标产物，目标产物中碳碳双键位于端基碳原子上，因此需要 与HBr 在40℃下发生加成反应生成 ， 和 反应 生成 ，根据信息Ⅰ. + 得到 反应生成 ，因此合成路线为 。 11．(2021 年·浙江卷)某课题组研制了一种具有较高玻璃化转变温度的聚合物P，合成路线如下： 已知： 以乙烯和丙炔酸为原料，设计化合物( )的合成路线(用流程图表示，无机试剂、 有机溶剂任选) 【答案】 。 【解析】由逆向合成法可知，丙炔酸应与 通过酯化反应得到目标化合物，而 中的羟基又能通过 水解得到，乙烯与Br2加成可得 。 12．(2021 年·湖南卷)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 该化合物的路线如图： 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)。 【答案】 【解析】以乙烯和 为原料合成 的路线设计过程中，可利用E＋F→G 的反应类型实 现，因此需先利用乙烯合成 ， 中醛基可通过羟基催化氧化而得， 中溴原子 可利用D→E 的反应类型实现。 1．(2024·陕西宝鸡市高考模拟监测节选)帕罗维德(Paxlovid)是一种有效的新冠病毒抑制剂，可以在病 毒感染早期有效干预抑制病毒复制。下图是合成帕罗韦德的重要中间体之一(I)的合成路线。 (6)结合以上流程，设计以乙炔和乙醇为原料制备 的合成路线 (无机试剂任选)。 【答案】(6)CH3CH2OH CH3CHO+CH≡CH CH3CHOHC≡CCHOHCH3 CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3 【解析】(6)乙醇氧化为乙醛，乙醛和乙炔发生A 生成B 的反应得到CH3CHOHC≡CCHOHCH3，在和 氢气加成得到饱和醇CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3，故流程为：CH3CH2OH CH3CHO+CH≡CH CH3CHOHC≡CCHOHCH3 CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3。 2．(2024·河南新乡高三一模节选)化合物F 是合成某药物的中间体，其合成路线如下： (6)设计以乙烯和 为原料制备治疗类风湿关节炎药物中间体 的合成路 线流程图。(无机试剂和有机溶剂任用，合成路线流程图示例见本题题干) 。 【答案】(6) 【解析】(5)对比D 和E 的结构简式可知D→E 的反应类型为D 中的一个氢原子被溴原子取代，反应类 型为取代反应；(6)由题给有机物的转化关系可知，以乙烯和 为原料制备 的步骤如下：在催化剂作用下乙烯发生