2025年大学《应用化学》专业题库- 有机合成路线的设计与优化

2025年大学《应用化学》专业题库——有机合成路线的设计与优化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、试用逆合成分析方法，推导目标分子A的合成策略。目标分子A的结构如下：```CH3|CH3-C-CH=CH2|CH3```请列出至少三步关键逆合成拆分，并说明每步拆分的思路和可能采用的合成方法。二、设计一条合成路线，制备化合物B。要求起始原料为溴乙烷和丙烷，至少经过三步有机转化，每步需说明所用的主要试剂和反应条件。```CH3|CH3-C-CH2-CH2-CH3```三、比较以下两条合成路线（以化合物C为目标）的优劣：路线一：1.CH3-CH2-Br+NaOH/醇→CH2=CH-CH2-Br2.CH2=CH-CH2-Br+Na→CH2=CH-CH33.CH2=CH-CH3+Br2/光照→CH3-CHBr-CH2-Br4.CH3-CHBr-CH2-Br+NaOH/水→CH3-CHBr-CH2-OH5.CH3-CHBr-CH2-OH+SOCl2→CH3-CHBr-CH2-Cl6.CH3-CHBr-CH2-Cl+NaNH2/氨→CH3-CH=CH2路线二：1.CH3-CH2-Br+NaNH2/液氨→CH3-CH2-NH22.CH3-CH2-NH2+CH3COCl→CH3-CH2-NH-CH3COOH3.CH3-CH2-NH-CH3COOH+PBr3→CH3-CH2-NH-CH2Br4.CH3-CH2-NH-CH2Br+NaOH/水→CH3-CH2-NH25.CH3-CH2-NH2+Br2/催化剂→CH3-CHBr-CH2-NH26.CH3-CHBr-CH2-NH2+HBr→CH3-CHBr-CH2-Br7.CH3-CHBr-CH2-Br+KOH/醇→CH3-CH=CH2请从产率、步骤数、操作复杂性、试剂成本及环境影响等方面进行分析，并说明你认为哪条路线更优，为什么。四、化合物D是一种重要的医药中间体。请设计一条从环己烯出发，经过不超过五步有机反应（可使用必要的无机试剂和有机溶剂）制备化合物D的合成路线。```OH/\CH2CH2/\CH2CH2/\COOHBr```要求在路线中明确指出每步反应的类型和所用主要试剂。五、某合成路线如下：1.CH3-CH2-CH2-Br+K2CO3/醇→CH3-CH=CH22.CH3-CH=CH2+HBr→CH3-CHBr-CH33.CH3-CHBr-CH3+NaOH/水→CH3-CH2-CH2-OH4.CH3-CH2-CH2-OH+P2O5→CH3-CH2-CH2-Cl5.CH3-CH2-CH2-Cl+NaCN→CH3-CH2-CH2-CN该路线在最终得到目标产物CH3-CH2-CH2-CN之前，产生了副产物CH3-CH2-CH2-OH。请分析这个副产物是如何产生的，并提出至少两种改进该合成路线的方法，以减少或消除该副产物的生成，使目标产物的产率提高。六、请简要说明在有机合成路线设计中，评价一个路线优劣时通常需要考虑哪些关键因素？并举例说明其中一两个因素的重要性。试卷答案一、关键逆合成拆分及合成方法：1.拆分：目标分子A中间有一个连续的三个碳的烷基链（-C(CH3)CH=CH2），其逆合成可以是将其拆分为一个更简单的烯烃和一个溴代烷。考虑到最终要连接到丙烷骨架上，可以拆分为CH3CH=CH2和BrCH2CH3。合成方法：CH3CH=CH2可由CH3CH2Br通过消除反应制得；BrCH2CH3可由丙烷与溴发生自由基取代反应得到。2.拆分：目标分子A中CH3-C-CH=CH2部分，可以看作是CH3-CH=CH2与-CH2CH3基团通过C-C键连接。逆合成可以断开此C-C键。合成方法：需要从CH3-CH=CH2出发，再连接上-CH2CH3。连接方式可以是CH3-CH=CH2与BrCH2CH3发生偶联反应（如使用格氏试剂或沃尔夫-凯里反应等）。3.拆分：最终目标分子是CH3-CH=CH2。此分子可以通过CH3-CH2Br的消除反应得到。合成方法：从溴乙烷出发，通过消除反应制备丙烯。二、合成路线：1.CH3-CH2-Br+KNa/醇→CH2=CH-CH2-Br(消除反应，制备丙烯溴)试剂：KNa(或KOH/醇),醇2.CH2=CH-CH2-Br+Na→CH2=CH-CH3(消除反应，制备丙烯)试剂：Na,液氨或乙醇3.CH2=CH-CH3+Br2/光照→CH3-CHBr-CH2-Br(自由基取代反应，制备1,2-二溴丙烷)试剂：Br2,光照三、路线比较：*路线一分析：*步骤：共6步。*反应类型：消除、自由基取代、亲核取代、氧化、酰基化、还原。*试剂：NaOH/醇,Na,Br2/光照,NaOH/水,SOCl2,NaNH2/氨。*优缺点：涉及自由基取代（步骤3），可能产生多溴代副产物，分离困难；步骤较多；试剂使用种类多，操作可能复杂。原子经济性不高（尤其步骤3）。*路线二分析：*步骤：共7步。*反应类型：亲核取代、酰基化、亲核取代、消除（酰胺水解）、取代（亲核加成）、取代（亲核取代）、取代（亲核加成）。*试剂：NaNH2/液氨,CH3COCl,PBr3,NaOH/水,Br2/催化剂,HBr,KOH/醇。*优缺点：所有关键碳-碳键形成和断裂步骤均为亲核反应，反应选择性通常较好；步骤稍多；使用PBr3(步骤3)和Br2(步骤5)可能对环境有影响；试剂种类多。*路线选择：路线一更优。虽然路线二避免了自由基反应，但路线一的步骤数更少（6步vs7步），且关键步骤是常见的消除和取代反应，操作上可能更直接。路线一的缺点是副产物可能多，但可以通过控制反应条件（如溴化步骤）尽量减少。相比之下，路线二的复杂性（多步消除和加成）可能引入更多选择性控制上的挑战。选择路线一的主要理由是产率潜力可能更高且步骤更少。四、合成路线：环己烯→(1.KOH/醇,消除)→环己三烯→(2.HBr,加成)→2-溴环己烯→(3.PBr3,醰氧基溴化)→2-溴-5-溴代环己酮→(4.KOH/醇,消除)→2-环己烯-1-酮五、副产物分析：副产物CH3-CH2-CH2-OH是在第一步反应CH3-CH2-CH2-Br+K2CO3/醇→CH3-CH=CH2中产生的。该反应是溴乙烷在碱性条件下发生的E2消除反应，但同时可能发生SN2亲核取代反应，生成乙醇（CH3-CH2-CH2-OH）。由于K2CO3是较弱的碱，且反应条件（醇）更适合SN2反应，因此产生了较多的SN2副产物。优化方法：1.使用更强的碱进行消除：采用如NaOEt（乙醇钠）或NaNH2（氨基钠）等更强的碱，在无水条件下（如乙醚或THF）进行反应，可以极大地促进E2消除反应，抑制SN2亲核取代反应，从而提高丙烯的产率。2.改变反应介质或条件：选择对SN2反应更不利的溶剂或反应条件，例如使用非极性或弱极性溶剂（如烷烃），或者降低温度，以减少副反应的发生。六、评价合成路线优劣的关键因素：*产率（Yield）：总产率的高低是衡量路线效率最直接的指标。*步骤数（NumberofSteps）：步骤越少，总产率越高（因为每步都有损失），操作时间越短，成本越低。*原子经济性（AtomEconomy）：反应物原子有多少转化成了目标产物，原子浪费越少越好，符合绿色化学理念。*反应条件：条件是否温和、易控，对设备要求如何，是否需要特殊试剂或苛刻条件（高温高压等）。*操作复杂性：反应是否易于操作、分离和纯化，对技术人员要求如何。*成本：起始原料、试剂、溶剂、能耗以及废物处理等带来的总成本。*选择性：反应是否只生成目标产物，副反应和异构体生成是否在可接受范围内。*环境影响：反应过程中是否产生有害废物，对环境是否友好。举例说明：产率的重要性：假设有两条合成路线A和B，都用于合成同一目标产物。*路线A