高考有機(jī)化學(xué)推斷與合成路線設(shè)計(jì)的方法策略

山東 馬靈敏

有機(jī)合成路線類的考查題目以其綜合性強(qiáng)、知識(shí)容量大的特點(diǎn)，越來(lái)越受到高考命題人的青睞。這類試題基于官能團(tuán)、化學(xué)鍵的特點(diǎn)與反應(yīng)規(guī)律來(lái)分析和推斷反應(yīng)類型,書寫同分異構(gòu)體、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式和相關(guān)化學(xué)方程式。考查近幾年的高考題可以看出：以常見有機(jī)化合物為原料合成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的新型有機(jī)化合物的工藝流程題是常見的命題形式。

一、構(gòu)建碳骨架

碳骨架是有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，進(jìn)行有機(jī)合成時(shí)需要考慮碳骨架的形成，有機(jī)合成路線中碳骨架的改變主要有碳鏈的增長(zhǎng)與碳鏈的減短兩個(gè)方面。

1.碳鏈增長(zhǎng)的方法

(1)炔烴、烯烴、醛、酮與HCN加成：

(2)醛酮的羥醛縮合(其中至少一種含有α-H)：

2.碳鏈減短的方法

(1)氧化反應(yīng)，包括烯烴、炔烴的部分氧化，苯的同系物氧化成苯甲酸等。

二、官能團(tuán)的變化

有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)與選擇，最重要的任務(wù)就是有選擇的通過(guò)取代、加成、消去、氧化、還原等有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，引入目標(biāo)官能團(tuán)、保護(hù)目標(biāo)官能團(tuán)、消除不需要的官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)有機(jī)化合物類別的轉(zhuǎn)化合成出具有特定性質(zhì)的有機(jī)化合物。

1.引入官能團(tuán)

官能團(tuán)引入方法鹵素原子①烷烴的鹵代反應(yīng);②不飽和烴與HX、X2的加成;③苯及其同系物的取代、酚的取代;④醇與氫鹵酸(HX)的取代羥基①烯烴與水加成;②醛、酮與氫氣加成;③鹵代烴在堿性條件下水解;④酯的水解碳碳雙鍵①某些醇或鹵代烴的消去;②炔烴不完全加成;③烷烴裂化碳氧雙鍵①醇的催化氧化;②連在同一個(gè)碳上的兩個(gè)羥基脫水;③含碳碳三鍵的物質(zhì)與水加成羧基①醛基氧化;②苯的同系物(與苯環(huán)直接相連的碳原子上連有氫原子);③酯、肽、蛋白質(zhì)、羧酸鹽的水解

2.消除官能團(tuán)

①通過(guò)加成反應(yīng)消除不飽和鍵(雙鍵、三鍵、苯環(huán))。

②通過(guò)消去、氧化或酯化反應(yīng)等消除羥基。

③通過(guò)加成或氧化反應(yīng)等消除醛基。

④通過(guò)水解反應(yīng)消除酯基、肽鍵、鹵素原子。

3.轉(zhuǎn)變官能團(tuán)

可根據(jù)合成需要(或題目中所給衍變途徑的信息)，進(jìn)行有機(jī)物官能團(tuán)的衍變，以使中間產(chǎn)物向產(chǎn)物遞進(jìn)。有以下三種方式：

①利用官能團(tuán)的衍生關(guān)系進(jìn)行衍變，如：

②通過(guò)某種化學(xué)途徑使一個(gè)官能團(tuán)變?yōu)閮蓚€(gè)，如：

③通過(guò)化學(xué)反應(yīng)改變官能團(tuán)的位置，如：

4.有機(jī)合成中常見官能團(tuán)的保護(hù)

含有多個(gè)官能團(tuán)的有機(jī)物在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，某些目標(biāo)官能團(tuán)應(yīng)該保留，但合成路線中化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)受到影響。此時(shí)需要將該官能團(tuán)保護(hù)起來(lái)，先將其轉(zhuǎn)化為不受該反應(yīng)影響的其他官能團(tuán)，反應(yīng)后再轉(zhuǎn)化復(fù)原。

(1)羥基的保護(hù)

此時(shí)，可以先將羥基轉(zhuǎn)化為醚鍵，使醇轉(zhuǎn)化為在一般反應(yīng)條件下比較穩(wěn)定的醚。待相關(guān)合成反應(yīng)結(jié)束后，再在一定條件下脫除起保護(hù)作用的基團(tuán)(保護(hù)基)，恢復(fù)羥基。

(2)酚羥基的保護(hù)

因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團(tuán)前可以先使其與NaOH反應(yīng)，把—OH變?yōu)椤狾Na(或—OCH3)將其保護(hù)起來(lái)，待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H。

(3)碳碳雙鍵的保護(hù)

碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團(tuán)前可以利用其與HCl等的加成反應(yīng)將其保護(hù)起來(lái)，待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。

(4)氨基(—NH2)的保護(hù)

三、有機(jī)合成路線的分析方法

1.有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)一般有正向合成與逆向合成兩種方法:

(1)正推法。即從某種原料分子開始，對(duì)比目標(biāo)分子與原料分子的結(jié)構(gòu)(碳骨架及官能團(tuán))，對(duì)該原料分子進(jìn)行碳骨架的構(gòu)建和官能團(tuán)的引入(或者官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化)，從而設(shè)計(jì)出合理的合成路線。如利用乙烯為原料合成乙酸乙酯：

2.常見的有機(jī)合成路線

(1)一元合成路線

(2)二元合成路線

(3)芳香化合物合成路線

命題角度1 利用物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，正逆結(jié)合解題

【例1】(2021·河北卷節(jié)選)丁苯酞(NBP)是我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的化學(xué)藥物，臨床上用于治療缺血性腦卒中等疾病。ZJM-289是一種NBP開環(huán)體(HPBA)衍生物。在體內(nèi)外可經(jīng)酶促或化學(xué)轉(zhuǎn)變成NBP和其他活性成分，其合成路線如下：

已知信息：

(R1=芳基)

回答下列問(wèn)題：

(3)HPBA的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為____________。通常酯化反應(yīng)需在酸催化、加熱條件下進(jìn)行，對(duì)比HPBA和NBP的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明常溫下HPBA不穩(wěn)定、易轉(zhuǎn)化為NBP的主要原因：

_____________________________________。

(2)AgNO3反應(yīng)生成的AgBr難溶于水，使平衡正向移動(dòng)促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行

(4)

命題角度2 依據(jù)特征反應(yīng)、性質(zhì)解題

【例2】手性過(guò)渡金屬配合物催化的不對(duì)稱合成反應(yīng)具有高效、高對(duì)映選擇性的特點(diǎn)，是有機(jī)合成化學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家在手性螺環(huán)配合物催化的不對(duì)稱合成研究及應(yīng)用方面取得了舉世矚目的成就。某螺環(huán)二酚類手性螺環(huán)配體(K)的合成路線如下：

已知如下信息：

回答下列問(wèn)題：

(1)化合物A是一種重要的化工產(chǎn)品，常用于醫(yī)院等公共場(chǎng)所的消毒，可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________；反應(yīng)①的反應(yīng)類型為________。

(2)化合物C可發(fā)生銀鏡反應(yīng)，其名稱為________，化合物C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________、D的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________、G的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________、J的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________。

(3)C的一種同分異構(gòu)體可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)，其核磁共振氫譜有4組峰，峰面積比為3∶2∶2∶1，該同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________。

(4)反應(yīng)⑤的反應(yīng)條件為________。

(4)液溴、FeBr3