切斷法在高中化學(xué)有機(jī)合成中的應(yīng)用

摘 要：有機(jī)合成既是高中化學(xué)選擇性必修3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的難點(diǎn)，也是高考有機(jī)化學(xué)推斷題的重要考點(diǎn).無(wú)論是全國(guó)卷還是新高考省份試卷中，有機(jī)合成推斷都屬必考題型.切斷法可將復(fù)雜的有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化成特征片段進(jìn)行分析，提高解題效率.

關(guān)鍵詞：切斷法；有機(jī)合成；有機(jī)推斷

中圖分類號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）31-0139-04

收稿日期：2024-08-05

作者簡(jiǎn)介：張書(shū)（1985.2—），男，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究；

趙祁紅（1974.1—），女，本科，中學(xué)正高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

有機(jī)合成題綜合性很強(qiáng)，既需要熟練掌握有機(jī)物的基本性質(zhì)，也需要了解常見(jiàn)分析方法.常見(jiàn)分析方法包括逆合成分析和合成子理論，但每一種方法的熟練應(yīng)用都離不開(kāi)有機(jī)物中化學(xué)鍵的切斷.本文以近三年高考題為例，講述切斷法在有機(jī)合成試題中的應(yīng)用.

1 切斷法概述

切斷法最早由美國(guó)化學(xué)家科里（E.J.Corey）提出，可以把一個(gè)完整的有機(jī)物拆成幾個(gè)小的合成子，再對(duì)合成子進(jìn)行分析看是否需要重復(fù)切斷，從而找到易于取得的起始原料，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的合成路線^[1].

分析步驟依次為：

（1）辨認(rèn)并確定目標(biāo)分子中有哪些官能團(tuán).

（2）思考在哪里切斷，用哪些已知可靠反應(yīng)進(jìn)行切斷.

（3）切斷化學(xué)鍵找出合成子.

（4）把合成子轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?jiàn)小分子.

（5）寫(xiě)出有機(jī)合成路線.

例1 尋找合適的原料一步合成.

解析 首先分析該有機(jī)物官能團(tuán)為酯基，可以在C—O鍵處切斷，有a、b兩處切斷的選擇，分別得到兩種合成子.再把合成子轉(zhuǎn)化為常見(jiàn)小分子原料，可得到用于合成目標(biāo)物的原料有三種，如圖1所示.

根據(jù)圖中的三種原料，可以設(shè)計(jì)出合成目標(biāo)物的路線也會(huì)有三種，如圖2所示.最終再以綠色合成思想為指導(dǎo)，兼顧經(jīng)濟(jì)成本和轉(zhuǎn)化率即可得到最優(yōu)合成路線.

2 切斷法在有機(jī)合成中的應(yīng)用

2.1 切斷法用于有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)

例2 （2023年6月浙江卷節(jié)選）某研究小組按下列路線合成胃動(dòng)力藥伊托必利，如圖3所示.

解析 先找出目標(biāo)物中官能團(tuán)為酰胺基，可考慮在C—N鍵之間切斷.結(jié)合圖3中最后生成的伊托必利的過(guò)程就是生成酰胺基，可推出需要的反應(yīng)物一種為酰氯，另一種為胺類，得到合成該藥物的中間產(chǎn)物為苯甲胺和苯甲酰氯.再由圖3中D的醛基和羥胺反應(yīng)生成E（苯甲醛肟的衍生物）

已知：COHHNH-H2OHCN，現(xiàn)有藥物N-芐基苯甲酰胺（），選用苯甲醛為原料，設(shè)計(jì)該藥物合成路線（無(wú)機(jī)試劑任選）

后用氫氣還原可得氨基，故可考慮中間產(chǎn)物苯甲胺由苯甲醛肟用氫氣還原得到，故苯甲胺的制備原料為苯甲醛肟.再把苯甲醛肟中的C=N鍵切斷，即可得苯甲醛肟的制備原料苯甲醛和羥胺.根據(jù)圖3知酰氯可由羧基和SOCl2反應(yīng)得到，故把苯甲酰氯中C-Cl鍵切斷可得其制備原料為苯甲酸和SOCl2，而苯甲酸直接由原料苯甲醛氧化制得，分析過(guò)程如圖4所示.

本題合成路線如圖5所示.

2.2 切斷法用于推斷有機(jī)物結(jié)構(gòu)

例3 （2023年北京卷節(jié)選）化合物P是合成抗病毒藥物普拉那韋的原料，其合成路線如圖6所示.

已知：，依據(jù)D→E的原理，L和M反應(yīng)得到了P.則M的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是.

解析 根據(jù)題目中的有機(jī)合路線中D→E的變化可先把E分子切斷成兩個(gè)合成子a和b，根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)照，合成子b由原料2-戊酮提供.另一合成子由D提供，用D的分子式算出其不飽和度Ω=5，再根據(jù)合成子b得其結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，苯環(huán)不飽和度為4，故分子D的側(cè)鏈含有1個(gè)不飽和度，對(duì)照合成子結(jié)構(gòu)可知D為苯甲醛，如圖7所示.最后得出D和2-戊酮在NaOH堿性水溶液中發(fā)生了羰基α位的C-H鍵與另一分子的羰基的加成反應(yīng).

由于L和M生成P的原理與D→E的原理相同，那么產(chǎn)物中應(yīng)含有結(jié)構(gòu)片段，結(jié)合題目已知的酮式結(jié)構(gòu)和烯醇互變的信息，先把產(chǎn)物P通過(guò)互變異構(gòu)轉(zhuǎn)化為圖8中X.

再結(jié)合圖6，L和M生成P的時(shí)候脫去了H2O分子，故應(yīng)在X中碳碳雙鍵出加成H2O得到圖8中Y.最后結(jié)合D→E反應(yīng)的信息，應(yīng)在Y中羥基α碳和羰基α碳之間的碳碳鍵進(jìn)行切斷，得到原料L和M的結(jié)構(gòu).故L和M生成Y的反應(yīng)，即圖8分子L中圈出基團(tuán)的C-H鍵對(duì) 分子M中圈出的羰基進(jìn)行加成，和D→E的原理完全相同，到此推斷出M的結(jié)構(gòu).

2.3 切斷法用于分析反應(yīng)機(jī)理

例4 （2021全國(guó)乙卷改編）鹵沙唑侖W是一種抗失眠藥物，在醫(yī)藥工業(yè)中有如下合成方法，合成路線分析過(guò)程中需要用到如下信息：

請(qǐng)分析反應(yīng)的機(jī)理.

解析 先對(duì)產(chǎn)物和反應(yīng)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，將圖11中產(chǎn)物分子圈出的碳原子的CN鍵和C—O鍵切斷，得到兩個(gè)合成片段.和原料對(duì)照可知片段a應(yīng)來(lái)自原料2，片段b來(lái)自原料1，故產(chǎn)物應(yīng)是原料2中N原子和O原子進(jìn)攻原料1丙酮中羰基碳原子得到.

按照上述分析過(guò)程，反應(yīng)機(jī)理為丙酮羰基在酸性條件下質(zhì)子化，然后氨基對(duì)羰基進(jìn)行親核加成.再進(jìn)行質(zhì)子轉(zhuǎn)移，此時(shí)分子內(nèi)未質(zhì)子化的羥基對(duì)質(zhì)子化以后的羥基進(jìn)行親核取代，得出的反應(yīng)機(jī)理如圖12所示^[2].

3 歸納總結(jié)

綜上所述，有機(jī)合成問(wèn)題主要包括依據(jù)產(chǎn)物推反應(yīng)物、反應(yīng)物推產(chǎn)物、已知反應(yīng)物和產(chǎn)物推反應(yīng)過(guò)程三種情況.本文通過(guò)具體的例題對(duì)切斷法如何高效解決上述問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，讓有機(jī)合成問(wèn)題的解決變得有策略、有方法，進(jìn)而全面提升學(xué)生有機(jī)化學(xué)解題能力.

參考文獻(xiàn)：

［1］唐敏.淺談切斷法中羰基化合物的極性轉(zhuǎn)換[J].廣東化工，2013（23）：97-98.

[2] 邢其毅，裴偉偉，徐秋瑞，等.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)（下）[M].第4版.北京：北京大學(xué)出版社，2017.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］