高考復習“有機物的轉化與合成”的策略

江蘇

王建華

有機物的轉化與合成是高考化學試題的熱點。在《普通高中化學課程標準》(2017年版)中提到：“認識有機合成的關鍵是碳骨架的構建和官能團的轉化，了解設計有機合成路線的一般方法。體會有機合成在創(chuàng)造新物質(zhì)、提高人類生活質(zhì)量及促進社會發(fā)展方面的重要貢獻?！惫P者從探尋、設計、優(yōu)化官能團及碳骨架變化的路徑三方面進行研究和歸納，供師生參考，希望對高考復習有機物的轉化與合成有所幫助。

一、探尋官能團及碳骨架變化的路徑

【模型建構1】仔細觀察下面的基礎有機反應流程圖,體會每一步官能團變化。

常見官能團的特征反應及其反應條件見下圖：

基于以上的知識網(wǎng)絡，常見官能團引入的一般方法總結如下：

引入碳碳雙鍵：鹵代烴消去；醇羥基消去

引入鹵原子：碳碳雙鍵加成；醇羥基取代

引入羥基：鹵代烴的水解；醛或酮與H2的加成

引入醛基或羰基：醇羥基被氧化

引入羧基：醛基被氧化

引入酯基：酸與醇的酯化

引入醚鍵：醇羥基之間的脫水反應

【例1】請在下列聚甲基乙烯酸羥乙酯的合成路線中找出各步轉化中的“官能團”或“碳骨架”的變化。

【解析】第①步，碳碳雙鍵被加成，引入鹵原子；第②步，鹵代烴發(fā)生水解反應，鹵原子被取代，引入羥基；第③步，醇發(fā)生催化氧化，羥基被氧化為醛基；第④步，醛基發(fā)生催化氧化，醛基被氧化為羧基；第⑤步，醇發(fā)生消去反應，生成碳碳雙鍵；第⑥步，酸與醇發(fā)生酯化反應，引入酯基；第⑦步，碳碳雙鍵發(fā)生加聚反應，生成聚合物?？梢杂孟聢D來表示有機物間的轉化關系：

二、設計官能團及碳骨架變化的路徑

【答案】

【解析】

【設計思路】大多數(shù)有機合成采用的方法為逆推法，從目標產(chǎn)物出發(fā)，利用信息，運用引入常見官能團的一般方法，逐步逆推到基礎原料?？捎孟聢D表示：

三、優(yōu)化官能團及碳骨架變化的路徑

【解析】方法一

那這里在引入醛基、羧基的同時，也會氧化碳碳雙鍵，所以在氧化醇羥基的同時要保護好碳碳雙鍵，因此對方法一要進行優(yōu)化。

方法二

【例3】已知：①當苯環(huán)已有一個“—CH3”時，新引入的取代基一般在原有取代基的鄰位或?qū)ξ?；當苯環(huán)已有一個“—COOH”時，新引入的取代基一般在原有取代基的間位。

【解析】

在以上兩種方法中，方法二可行。方法一在引入酯基的步驟中，酯化反應的條件是濃硫酸，因為濃硫酸是強氧化劑，據(jù)信息可知，—NH2也同時被氧化，所以方法一不行。所以在有多種合成路線時，一定要優(yōu)化合成路線。

【點評】優(yōu)化設計路徑時，往往就會涉及到官能團的保護或多條路線的選擇，若是涉及到官能團保護的，特別要注意以下三點：一是基團保護過程中，不影響分子的其他部位；二是形成的保護基在后續(xù)合成過程中保持穩(wěn)定；三是保護基脫除過程中不影響分子的其他部位。高中化學常見基團的保護方法見下表：

基團名稱常見保護方法碳碳雙鍵與鹵化氫加成醇羥基與醛(酮)形成縮醛(縮酮);將其轉化為醚或酯酚羥基與CH3I形成醚;將其轉化為鹽(如酚鈉)羰基(醛或酮)與二元醇形成縮醛或縮酮氨基與酰氯或酸酐形成酰胺

若是涉及多條路線選擇的，一定要仔細分析每一步的反應，是不是只發(fā)生了我們臆想的官能團的變化，防止出現(xiàn)其他官能團也跟著變化了。

在充分考慮到官能團的保護和多條路線的選擇兩種情況后，還必須要考慮的是步驟盡量少而不繁瑣，這樣設計出來的合成路線就會更加的優(yōu)化和合理。

綜上所述，在設計有機物的轉化與合成時，大多采用逆合成方法，要充分利用好已知信息，把握好每一步的官能團及碳骨架變化，同時要考慮是否會影響其他官能團及碳骨架，最后要優(yōu)化合成路線。