第五節(jié)有機合成

基礎課時16有機合成

學習目標1.認識有機合成的關鍵是碳骨架的構建和官能團的轉化。掌握官能團的引入和轉化的一些技巧。2.

理解逆合成分析法在有機合成中的應用,了解設計有機合成路線的一般方法，知道“綠色合成”原則，體會有機合成

在創(chuàng)造新物質、提高人類生活質量及促進社會發(fā)展方面的重要貢獻。

一、有機合成的主要任務

(一)知識梳理

1.有機合成的意義

使用相對簡單易得的原料，通過有機化學反應來構建碳骨架和引入官能團，合成具有特定結構和性質的

目標分子。

2.構建碳骨架

⑴碳鏈增長

①煥煌與HCN先加成后水解生成度酸

HCN,CH2=CHCNH,°,H,CH?=CHCOC)H

CH=CH催化劑丙烯睛△丙烯酸

②醛與HCN先加成后還原生成胺

ROHROH

R\/

CC

C=C)/\H,/\

/HCNHCNHCH,NH,

H催化劑羥基月青催化劑氨基醇

③羥醛縮合反應生成烯醛

oOH

aII催化劑IBa催化劑

CH—C—CHCHO

CH3CHO+H—c—CH32-A-

H

Ba

CH3—CH=CHCHO+H2O--

⑵碳鏈的縮短

氧化反應等可以使煌分子鏈縮短。如烯燒、快煌及芳香煌的側鏈被酸性高鎰酸鉀溶液氧化，生成碳鏈縮

短的較酸或酮。

R'R'

\=CH-R

KMn()iC=O

-

R，PFR"+R—COOH

KMnO,

------------------------?

ROCHHRCOOH

KMnC),

R'C^COOH

⑶碳鏈的成環(huán)

共鈍二烯煌與含有碳碳雙鍵的化合物發(fā)生加成反應，得到環(huán)加成產物。1,3-丁二烯與丙烯酸反應的化學

方程式為

COOH

COOHA

十/

3.引入官能團

有選擇地通過取代、加成、消去、氧化、還原等有機化學反應，可以實現(xiàn)有機化合物類別的轉化，并引

入目標官能團。

4.官能團的保護

含有多個官能團的有機物在進行反應時，非目標官能團也可能受到影響。此時需要將該官能團保護起來,

先將其轉化為不受該反應影響的其他官能團,反應后再轉化復原。例如，羥基的保護方法：

引入合成脫除

保護基反應保護基

R-OHR—O—R'*??--R〃一0-R'筆R〃—OH

合成反應影響羥基，無法直接轉化

（二）互動探究

食品添加劑中的防腐劑G可由有機物A經多步反應制得:

OH（兒匕OCHOHOH

（）（CHCOOCH2cH3

CH3CH2s%KMnO./HCOOHKI/H+COOH

ABD-------->EG

【問題討論】

OHOH

—CH20H

直接氧化得到

問題1根據以上信息判斷,能否將M?若不能，如何得到?

OHONaONa

CHO新制Cu(OH)z

CH?OH氫氧化鈉溶液CH2OH

提示不能；、△

ONaOH

COONaHCOOH

問題2根據上述轉化流程中B-D可知KMnO4（H+）溶液氧化甲基引入了竣基（一COOH）。請你結合具體反

應,說明還有哪些反應可以引入較基。

催化劑

提示①醛的氧化反應：2CH3CHO+O2一了f2CH3COOH；

②酯的水解：

催化劑COOH

十七0加熱+CH3OH；

③酰胺的水解:

△

RCONH2+H2O+HCI->RCOOH+NH^L

問題3以上合成過程設計A-B和D-E的目的是什么？

提示保護官能團酚羥基。

【探究歸納】

1.常見官能團的引入

官能團常見引入方法

碳碳

鹵代煌、醇的消去或煥煌的不完全加成

雙鍵

烷煌、苯及苯的同系物、醇（酚）的取代或烯煌（煥

碳鹵鍵

粒）的加成

烯煌、煥煌與水的加成或鹵代煌、酯的水解或醛

羥基

的還原

醛基煥煌的水化或烯煌的氧化或醇的催化氧化

烯煌、塊煌及芳香煌的側鏈被酸性高鎰酸鉀溶液

竣基

氧化或酯、含一CN化合物的水解

2.有機合成中常見官能團的保護

被保護的

常用保護方法

官能團

用氫氧化鈉溶液先轉化為酚鈉,后酸化恢復為

酚羥基

酚

先用鹽酸轉化為錢鹽，后加氫氧化鈉溶液重新

氨基

轉化為氨基

可先與氯化氫通過加成反應轉化為氯代物，后

碳碳雙鍵用氫氧化鈉醇溶液通過消去反應恢復為碳碳雙

鍵

醛基可以先還原為醇，再氧化為醛

I對點訓練

1.（2024?江蘇泰州中學高二月考）在有機合成中，常需將官能團消除或增加，下列合成路線合理的是（）

二二/—xH*/水/二

CH2cl―下一《尸C'HzOH

濃硫酸NaOH水溶液

------?5n2------------>

140c->

B.CH3cH20H°CHz^CHzCICH2CH2CIHOCH2CH2OH

HCNH+/水

--A-------?

催化劑=

C.CHmCHCH2JCHCN△CH2CHCOOH

羲二°則「7NaOH水溶液

D.o03cd

31

答案C

解析\=/CH：t到CH<1,是苯環(huán)側鏈甲基中的H被取代，光照條件下和氯氣反應才能實現(xiàn)，合

成路線不合理,A不符合題意;乙醇發(fā)生消去反應生成乙烯需控制溫度為170℃,140℃時會生成乙醛，合成路

線不合理,B不符合題意;乙快和HCN發(fā)生加成反應可生成丙烯睛，丙烯睛中的氟基容易發(fā)生水解生成竣基，故

乙快先加成后水解可得到丙烯酸，合成路線合理,C符合題意;該合成路線中的第二步和最后一步都涉及鹵代

煌的消去反應，應在加熱條件下與氫氧化鈉的醇溶液反應,加熱條件下與氫氧化鈉水溶液反應發(fā)生的是氯原

子的取代反應，該合成路線不合理,D不符合題意。

2.合成重要化合物H,設計路線如下:

回回

以HCHO、化合物M、°為原料合成化合物E。

可得,()和CH3coeH2COOCH2cH3反應生成可再轉化為

H2()/A

二、有機合成路線的設計與實施

（一）知識梳理

1.有機合成路線確定的要素

有機合成路線的確定，需要在掌握碳置架構建和官能團轉化基本方法的基礎上，進行合理的設計與選擇,

以較低的成本和較高的產率，通過簡便而對環(huán)境友好的操作得到目標產物。

2.有機合成的過程（正合成分析法）

|副產物|［副產物］

3.逆合成分析法

⑴基本思路

［目標化合物］=?［中間體］=＞［中間體卜。［基礎原料）

⑵實例——合成乙二酸二乙酯

①思維過程

②合成路線

3-^CH,C1CH20H—C00H

III

CH2=CH2CH2clCH2OHCOOH

CHCHOHI

*Lri3cri.7Unj~

COOC2H5

COOC2H5

③化學方程式依次為

催化劑

-------------A

a.CHz—CH2+H2O△，力口壓CH3cH2(JH；

CH,=CH2+C12^CH2—CH,

b_________________°____c^；

HO

CH—CH+2NaOH—2CH—CH.,

I2I9△II

cClClOHOH

+2NaCI；

CH2—CH,+2(%-COOH+2H2O

dOHOHCOOH.

催化劑

COOH+2CH3CH2OH—C()(X：2H-

cCOOHCOOC,H；i小

e______________________________________：___+2H2O。

4.合成路線設計遵循的原則

5.有機合成的發(fā)展

⑴發(fā)展過程

維爾施泰特通過十余步反應合成顛茄酮，

20|-

總產率僅有

世0.75%

紀一

初）-十兒年后，羅賓遜改進了合成思路，僅

用3步反應便完成合成，總產率達90%

伍德沃德與多位化學家合作，成功合成

20-了一系列結構復雜的天然產物，促進了

世有機合成技術和有機反應理論的發(fā)展

紀_

中

科里提出了系統(tǒng)化的逆合成概念,開始

后

期1利用計算機來輔助設計合成路線,讓合

成路線的設計逐步成為有嚴密思維邏輯

的科學過程，使有機合成進入了新的發(fā)

展階段

⑵發(fā)展的作用

可以通過人工手段合成天然產物，設計合成新物質;為生物、醫(yī)學、材料等領域的研究和相關工業(yè)生產

提供物質基礎;促進了人類健康水平和社會發(fā)展進步。

（二）互動探究

Glivec（甲磺酸伊馬替尼）在治療慢性粒細胞白血病和胃腸道間質瘤上效果顯著,其一種合成路線如圖所示。

已知:①A為甲苯（

②一NH2+一C=N—>—NH

【問題討論】

問題1指出由F生成G的反應類型。

提示還原反應。

問題2若B-C發(fā)生的是加成反應，寫出B-C的化學方程式。

提示

人/f^NH—C=NH

HNUI/=\

問題3以CH3cH2。乩I和NH,為原料制備^J,設計合成路線（無

機試劑與有機溶劑任選）。

提示

H/N

CH3cH20H—CHCHON，

3\

NH—C=NH」

NH2

()

A/\/NH—C=NH

HNN

乙醇被催化氧化生成乙醛，與反應生成\與NH?反應

生成目標產物。

【探究歸納】

1.常見有機物的轉化

［烘煌:

|也加成反應

?烯燒，c=c<=i

H2加成反應

［烷煌）加成消去加成

反應反應反應

消去鹵代

加成反應X,

反應［鹵代修一Xf

HX取代水解（或取代）反應

/N「水解（或取代）反應

弓醇［OHF研

還原||氧化反應反機

I醛一CHO)酯

氧化反應釐（或水取解代）

竣酸一COOH反應

2.有機合成的分析方法

⑴正合成法

此法是采用正向思維方法，從已知原料入手,找出合成所需要的直接或間接的中間產物，逐步推向待合成

有機物，其思維程序是原料一中間產物—產品。

⑵逆合成法

此法是采用逆向思維方法，從產品的組成、結構、性質入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產物,

逐步推向已知原料，其思維程序是產品―中間產物一原料。

⑶綜合比較法

此法是采用綜合思維的方法，將正向或逆向推導出的幾種合成途徑進行比較，從而得到最佳的合成路線。

L3寸思川練

3.以1-氯丙烷為原料制備1,2-丙二醇的路徑如下所示：

CH2—CH—CHtCH2—CH—CH3

Sci2IISil

=C1C1H（）（）H（）H

CH3cH2cH2cl醇CH2CHCH3—*

對應的反應類型先后順序為)

A.消去、水解、加成B.消去、加成、水解

C.加成、水解、消去D.水解、加成、消去

答案B

解析由化學鍵的不飽和度變化得知，第一步為消去反應，第二步為加成反應，第三步為取代（或水解）反應。

4.（2024?云南曲靖民族中學高二期末）實驗室合成乙酰苯胺的路線如下（反應條件略去）:

濃H2so

—CHjCOOHO

O①O^NOz②O^NHz③NH—C—CH-

下列說法錯誤的是)

A.反應①完成后，可通過堿洗和水洗除去混合酸

B.為使反應更充分，反應②中需加入過量酸

C.乙酰苯胺的結構中含有酰胺鍵，可發(fā)生水解反應

D.上述合成路線中的反應有兩種反應類型

答案B

解析苯的硝化反應中濃硫酸作催化劑，反應后硫酸和剩余的硝酸可用氫氧化鈉中和后通過分液分離得到硝

基苯,A正確;苯胺具有堿性，若反應②中加入過量的酸會消耗部分苯胺，從而降低了苯胺的產率,B錯誤;乙酰苯

胺中的酰胺鍵在強酸催化或強堿性條件下能發(fā)生水解反應,C正確;合成路線中的反應①、③均為取代反應,

反應②為還原反應,D正確。

H,CH=CH—

5.染料中間體DSD酸的結構可表示為SO3HHO3So請選用甲苯和其他合適

的試劑，并設計合理方案合成DSD酸（本合成過程反應條件可不寫）。

NaClO

---------?

解析甲苯發(fā)生硝化反應在甲基對位引入硝基，發(fā)生磺化反應在甲基鄰位引入一SO3H生成

CH。2CH=CH-Hp^N（）

32

S5H，發(fā)生已知③反應原理生成,（）HSO：jH，然后將硝基還原為氨

「『CH.：濃硝酸NaCK)

基，故流程為濃硫酸，△?

CH=CH^尸Nt%

Fe、HCl、H()

SO：,H?SOH

SO3H3SO3H

H3C()

H（CH（））

6.W(HOOH）是一種姜黃素類似物，以香蘭素（和環(huán)己烯

0）為原料，設計合成W的路線（無機及兩個碳以下的有機試劑任選）。

答案

解析）為原料合成

和環(huán)己酮發(fā)生題給已知的反應得到W,環(huán)己烯和水發(fā)

生加成反應生成環(huán)己醇,環(huán)己醇發(fā)生氧化反應生成環(huán)己酮。

課后鞏固訓練

A級合格過關練

選擇題只有1個選項符合題意

（一）官能團的引入

1.由2-澳丙烷為主要原料制取1,2-二丙醇CH3cH（OH）CH20H時，經過的反應類型為（）

A.取代一消去一加成B.加成一消去一取代

C.消去—加成—取代D.消去—取代—加成

答案C

CH3—CH—CH3

醇

'--Na-O-H-/Ar

解析以2,臭丙烷為原料制取1,2-丙二醇時的反應流程為Br△CH2=CH-CH3一

CH.—CH—CH3CH2—CH—CH3

NaOH水溶液

BrBr△―"°HOH，發(fā)生的反應為消去—加成一取代。

2.下列常見的有機反應類型中,能在有機物的分子中引入羥基的是（）

①酯化反應②取代反應③消去反應④加成反應

A.①②B.③④

C.??D.②②

答案D

解析酯化反應的規(guī)律是竣酸脫去羥基,醇脫去氫原子，生成酯基，則酯化反應不能引入羥基，①不符合題意;取

代反應可引入羥基，例如鹵代煌水解、酯的水解是取代反應，都能引入羥基,②符合題意;消去反應是消除羥基,

不會引入羥基，③不符合題意;加成反應可引入羥基，如乙烯水化制取乙醇,④符合題意。

3.（2024?湖北十一校高二聯(lián)考）在有取代基的苯環(huán)上發(fā)生取代反應，取代基有定位效應，煌基、羥基、鹵原子均

為鄰對位定位基，羥基的定位效應強于鹵原子,硝基為間位定位基。若苯環(huán)上連有不同定位效應的取代基，則

以鄰對位取代基為主。下列事實和定位效應不相符合的是)

A.與濃硝酸和濃硫酸的混合物在加熱作用下，生成

OH

OH

B,苯酚與濱水反應生成

CH,

'Br

C.由合成NO?，需要先引入硝基,再引入碳澳鍵

D.苯與足量液澳在FeBn催化下直接合成

答案D

解析甲基是煌基的一種，屬于鄰對位定位基，硝基屬于間位定位基,硝化生成

OH

合理,A正確;羥基屬于鄰對位定位基，定位效應羥基強于鹵原子，苯酚（）與溪水發(fā)生取代反應生成

OH

BrIBr

Br,B正確;由合成N。？，先引入硝基，硝基是間位定位基，甲基為鄰對位定位基,

再引入溪原子,C正確;苯的溪代反應，先生成一溪代物，溪原子為鄰對位定位基，因此，不可直接生成

Br

,D錯誤。

（二）碳鏈的變化

4,已知鹵代煌可與金屬鈉反應,生成碳鏈較長的煌:R—X+2Na+R'—X―"R—R'+2NaX?，F(xiàn)有CH3CH2Br和

CH3cHBrCK的混合物，使其與金屬鈉反應，不可能生成的煌是（）

A.己烷B.正丁烷

C.2,3-二甲基丁烷D2甲基丁烷

答案A

解析CH3CH2Br與金屬鈉以物質的量之比為1:1發(fā)生反應能夠生成正丁烷和溪化鈉;CHsCHBrCHs與金屬鈉

以物質的量之比為1：1發(fā)生反應能夠生成2,3-二甲基丁烷和漠化鈉;CH3cH2Br、CHsCHBrCHs與金屬鈉以物

質的量之比為1：1發(fā)生反應能夠生成2-甲基丁烷和浸化鈉。

5.（2024?寧夏石嘴山市第三中學高二期中）鹵代煌與金屬鎂在無水乙醛中反應，可得格氏試劑RMgX,它可與醛、

RR

II

—9=0—C—OMgX水解一y—0H

酮等鍛基化合物加成，所得產物經水解可得醇：I+RMgX—*I-I，其中:R

OH

表示煌基,X表示鹵原子。這是某些復雜醇的合成方法之一，現(xiàn)欲合成CH3，（已知:酮是兩個

O

II

始基與跋基相連的有機物,最簡單的酮是丙酮：H<—c—CH,）,可選用的醛或酮與格氏試劑是（）

CH3

I

A.HCHO與CH3cH2cHMgX

B.CH3cH2cH0與CH3cH2MgX

C.CH3CHO與CH3cH2MgX

O

_ll_

D.H,C—C—CH3與CH3cH2MgX

答案D

CH3CH3cHzcHCH20H

II

解析HCHO與CH3cH2cHMgX合成后所得產物：CH，,A錯誤;CH3cH2CHO與CH3cHzMgX

CH3cHzcHCH2cH3

合成后所得產物為°H,B錯誤;CH3CHO與CH3cH2MgX合成后所得產物為

CH3

I

CH3cHeH2cH3OCH3CCH,CH3

IIII

°H,C錯誤；H（—C—CH,與CH3cH2MgX合成后所得產物為（）H,D正確。

（二）有機合成路線的設計與實施

6.下列關于有機合成的幾種說法中不正確的是（）

A.有機合成的關鍵是目標化合物分子碳骨架的構建和官能團的引入

B.設計有機合成路線的方法有正推法和逆推法

C.逆推法設計合成路線時往往先推出一些中間產物，然后逐步推出原料分子

D.綠色合成思想只要求所有原料都轉化為目標化合物

答案D

解析有機合成使用相對簡單易得的原料，通過有機化學反應來構建碳骨架和引入官能團，即有機合成的關

鍵是目標化合物分子中碳骨架的構建和官能團的引入,A正確;設計有機合成路線的方法有正推法:從簡單、

易得的原料出發(fā)，比較原料分子和產物分子在碳骨架和官能團等方面的異同，再有目的地選擇每一步的轉化

反應;還可以從目標化合物出發(fā)進行逆合成分析，即逆推法:從目標化合物出發(fā)依次倒推，最后確定最適宜的基

礎原料和合成路線,B正確;逆推法設計合成路線時往往從目標化合物出發(fā)先推出一些中間產物，然后逐步推

出原料分子,C正確;綠色合成思想要求有機合成的原子經濟性，即在有機合成過程中應最大限度地利用每個

原子，達到零排放，綠色合成思想還包括原料的綠色化和試劑、催化劑的無公害化等,D錯誤。

7.根據下面合成路線判斷煌A為（）

NaOH的水溶液濃H’SO,

△,一HOCHCH

A（煌類）一"BQ22—2

A.1-丁烯B.l,3-T二烯

C乙煥D.乙烯

答案D

解析由最后的產物是醛，結合最后一步的反應條件可知,最后一步反應是醇發(fā)生分子間脫水，所以C為

HOCH2cH20H,再結合B中有Br,B轉化為C的條件是氫氧化鈉的水溶液、加熱，可知B為BrCH2cHzBr,則A是

乙烯。

8.以澳乙烷為原料制備乙二醇,下列方案最合理的是

NaOH的水溶液

170c=

A.CH3CH2Br△CH3cH20H°CH2CH2―>CHzBrCHzBr一*乙二醇

Br,水解

B.CH3CH2Br—*CH2BrCH2Br一*乙二醇

=>

C.CH3CH2Br△CH2CH2->CH3cH?Br-CH2BrCH2Br-*乙二醇

NaOH的乙醇溶液0._

-----------------------------?Br2水解

=

D.CH3cH2Br△CH2CH2—*CH2BrCH2Br->乙二醇

答案D

解析A項與D項相比，步驟多一步，且在乙醇發(fā)生消去反應時，容易發(fā)生分子間脫水、氧化反應等副反應;B

項步驟最少，但取代反應不會停留在“CHzBrCKBr”階段，副產物多，分離困難，原料浪費;C項比D項多一步取代

反應,顯然不合理;D項相對步驟少才桑作簡單，副產物少，較合理。

9.不飽和煌在化學工業(yè)、生物學、醫(yī)學等領域都有重要的應用。芳香族化合物A是一種基本化工原料，可以

從煤和石油中得到。A、B、C、D的轉化關系如圖所示：

C

(C8H9Br)

A

(C8H10)

（l）A屬于（填“飽和燒”或“不飽和睡”）o

（2）A-B的反應條件是o除了B之外，該反應還可能生成一種B的同分異構體，寫出該物質的結構

簡式：。

（3）D鄰苯二甲酸二乙酯（O）是一種增塑劑。請用A和乙醇為原料（無機試劑任選），經兩步反應

反應試劑反應試劑

（合成路線的表示方式為甲反應條件’乙反應條件A目標產物）

合成D。寫出該有機合成路線圖。

答案（1）不飽和煌

Br已

胃Br

CH"/

⑵光照Br

00

一此OH[PYr'od

OH濃硫酸、加熱_

0[酸性高鎰酸鉀y

（3）—O乙醇"6

解析（1兌8出0不符合通式C"H2n+：2,故屬于不飽和燒。⑵A至!JB的反應屬于苯環(huán)側鏈上的取代，故條件為光照;

占

\[p/

Br；（3）D的結構為3，可

取代反應副反應多，故可能其中一個甲基上的氫全部被取代，故為

O

"'OH

以被酸性高鎰酸鉀直接氧化為竣酸，酸和醇進行取代反應生成酯，故文

酸性高鎰酸鉀\

?0

0

rr's

濃硫酸、加熱

乙醇“6。

B級素養(yǎng)培優(yōu)練

選擇題有1個或2個選項符合題意

10.某藥物中間體合成路線如圖（部分產物已略去），下列說法正確的是