第15章　第65讲　有机合成与有机合成路线的设计

第65讲有机合成与有机合成路线的设计

[复习目标]1.知道有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化。2.掌握碳骨架构建和官能团引入、转

化的一般方法。3.体会有机合成在创造新物质、提高生活质量及促进社会发展等方面的重要贡献。

考点一有机合成中碳骨架的构建与官能团的转化

(一)改变碳骨架的常用方法

1.碳链的增长

(1)卤代烃的取代反应

①CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH(生成羧酸)。

②CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2CH2NH2(生成胺)。

(2)醛、酮的加成反应

①丙酮与HCN合成甲基丙烯酸甲酯

。

②乙醛与格氏试剂CH3CH2MgBr合成2⁃丁醇

CH3CHO。

2.碳链的缩短

(1)氧化反应可以使烃分子链缩短，如烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性KMnO4溶液氧化，生成碳链缩

短的羧酸或酮。

(2)脱羧反应

无水醋酸钠与氢氧化钠的反应：CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3。

1.请将下列合成路线补充完整。

2.已知：①，②。请以和CH2==CHCHO为原料制备，

写出制备的合成路线流程图(无机试剂任用)。

答案

3.已知：。

设计以和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和乙醇任用)。

答案

解析对比与和的结构简式并根据题给信息可知，需要由转化为，官能

团的变化由1个碳碳双键变为2个碳碳双键，联想官能团之间的相互转化，与Br2发生加成反应生成

，在NaOH醇溶液中发生消去反应生成，与发生加成反应生成，

与H2发生加成反应生成。

(二)官能团的引入与转化

有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应，可以实现有机化合物类别的转化，并

引入目标官能团。请仔细观察下图，列出实现下列转化的途径。

(1)在碳链上引入卤素原子：①乙烯和HX的加成反应；②乙醇与浓的HX的取代反应。

(2)在碳链上引入羟基：①乙烯和水的加成反应；②CH3CH2X在NaOH水溶液中的取代反应；③乙醛与

氢气的加成反应；④乙酸在LiAlH4作用下的还原反应。

(3)在碳链上引入醛基：乙醇在铜或银催化条件下的氧化反应。

(4)在碳链上引入羧基：①乙醇被酸性高锰酸钾溶液氧化；②乙醛被银氨溶液或新制Cu(OH)2溶液氧化，

酸化。

注意：上述转化过程以乙烯举例，但每一步转化均代表一类物质(官能团)的转化关系，如碳链上引入

卤素原子可以通过烯烃(碳碳双键)与HX加成或醇(醇羟基)与浓HX取代反应来制备。

4.请用合成反应流程图表示出下列最合理的合成路线。

(1)将乙醇转化成乙二醇(改变官能团的数目)。

(2)将1⁃丙醇转化成2⁃丙醇(改变官能团的位置)。

答案(1)CH3CH2OHCH2==CH2。

(2)CH3CH2CH2OHCH3CH==CH2。

5.请设计以乙烯为主要原料合成乙二酸二乙酯(无机试剂任用)的合成路线流程图。

答案

(三)官能团的保护问题

1.碳碳双键：在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反

应转变为碳碳双键。

HOCH2CH==CHCH2OHHOCH2CH2CHClCH2OH

HOOC—CH==CH—COOH。

2.酚羟基：在氧化其他基团前可以用NaOH溶液或CH3I保护。

。

3.醛基(或酮羰基)：在氧化其他基团前可以用乙醇(或乙二醇)加成保护。

(1)。

(2)。

4.氨基：在氧化其他基团前可以用醋酸酐将氨基转化为酰胺，然后再水解转化为氨基。

。

5.醇羟基、羧基可以成酯保护。

6.现有以下转化：

上述流程中设计C→D的目的是。

答案保护(酚)羟基

解析酚羟基容易被氧化，因此C→D的目的是为了防止D→E时酚羟基被SeO2氧化。

7.观察分析下列有机合成路线，回答问题。

设置①②两步的目的分别是。

答案①保护酚羟基，②保护氨基，防止第③步中酚羟基、氨基被NaClO氧化

8.观察合成绿原酸的流程片段，解答下列问题。

设计K→L步骤的目的是，写出该步骤的化学方程式：。

答案保护特定羟基(或使特定位置的羟基发生反应)

9.以CH2==CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计CH2==CHCOOH的合成路线流程图(已知

CH2==CH2可被氧气催化氧化为)，通过此题的解答，总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2

条)：。

答案CH2==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONa

CH2==CHCOOH；选择合适的反应条件、要注意官能团的保护

考点二分析题干流程图，模仿设计合成路线

纵观近年的高考试题，有机合成路线的设计都是研究题给流程图，用给定原料合成目标产物。

解答该类试题的一般思路：先对比原料和产物的结构，通常用逆合成分析法从合成产物的分子结构入

手，分析官能团发生什么改变，碳原子个数是否发生变化，结合课本学过的知识，模仿题目流程中碳

骨架及官能团改变时成键的规律与连接方式等，逐步分析直到和原料完美对接。

类型一依据信息和题干流程图，设计完整的合成路线

例1(2025·湖南邵阳模拟)如图为某抗菌药中间体H的合成路线。

已知：①

②

③

回答下列问题：

(1)化合物C的结构简式是。

(2)化合物E分子中共有个sp2杂化的碳原子。

(3)请写出F→G的化学方程式：。

(4)乙酰乙酸乙酯()是一种重要的有机合成试剂，参照上述信息，设计以乙醇为原料合成乙酰

乙酸乙酯的合成路线(无机试剂任选)。

[思路引导]

答案(1)(2)2(3)

(4)

[变式训练]

1.[2025·安徽，18(7)]有机化合物C和F是制造特种工程塑料的两种重要单体，均可以苯为起始原料按

下列路线合成(部分反应步骤和条件略去)：

已知酮可以被过氧酸(如间氯过氧苯甲酸，MCPBA)氧化为酯：

参照题干合成路线，写出以苯为主要原料制备苯甲酸苯酯()的合成路线(其他

试剂任选)。

答案

解析运用逆合成分析法，结合题干中反应类型，倒推中间产物，确定合成路线：

由发生类似已知氧化反应得到，可

由发生类似E→F的反应得到，可由和CCl4、无水

AlCl3发生类似D→E的反应得到。

2.[2025·山东，19(6)]麻醉药布比卡因(I)的两条合成路线如下：

已知：Ⅰ.R1NH2

Ⅱ.R1NHR2

以、、为主要原料合成。利用上述信息补全合成路线。

答案

解析和发生类似已知Ⅰ的取代反应得到，与

先发生类似已知Ⅱ的取代反应生成，再发生类似G→H的

加成反应，得到。

3.[2023·广东，20(5)改编]室温下可见光催化合成技术，对于人工模仿自然界、发展有机合成新方法意

义重大。一种基于CO、碘代烃类等，合成化合物ⅶ的路线如下(加料顺序、反应条件略)：

以苯、乙烯和CO为含碳原料，利用反应③和⑤的原理，合成化合物ⅷ。

答案

类型二给出合成路线的部分信息，补全合成路线或分析其中的部分步骤等

例2贝诺酯俗称扑炎痛，是一种新型的消炎、解热、镇痛、治疗风湿病的药物，其合成路线如图所示。

已知：苯环上有羧基时，引入的硝基取代间位上的氢原子。

回答下列问题：

(1)B的结构简式为。

(2)E中官能团的名称是。

(3)G→H的反应类型是；E和I反应的化学方程式为。

(4)某药物中间体的合成路线如下(部分反应条件已略去)，其中J和K的结构简式分别为

和。

答案(1)(2)(酚)羟基、酰胺基

(3)取代反应+

(4)

解析(4)由已知信息“苯环上有羧基时，引入的硝基取代间位上的氢原子”可知，苯环上需要先引入硝基，

再引入羧基，最后将硝基还原为氨基，因此合成路线如下：

[变式训练]

4.[2025·黑吉辽蒙，19(6)]含呋喃骨架的芳香化合物在环境化学和材料化学领域具有重要价值。一种含

呋喃骨架的芳香化合物合成路线如下：

参考上述路线，设计如下转化。X和Y的结构简式分别为和。

答案

解析由生成X的反应条件可知，第一步反应为卤代烃的消去反应，反应物中的2个Br所连碳原子的邻位

碳原子上均有H，消去后即得X()。X→Y的反应条件与G→H的相同，故

X→Y发生类似G→H的溴代反应；根据最终产物中的位置可推断Y中—Br的位置，则Y的结

构简式为。

5.[2024·广西，18(6)]化合物H是合成某姜黄素类天然产物的中间体，其合成路线如下。

上述路线中用保护酚羟基，某同学用乙酸酐()代替，设计了如下更简

短的合成路线，由J推出K的结构简式为。

该设计路线中A→J的转化(填“合理”或“不合理”)，理由是。

答案不合理I→J时加入NaOH溶液，会使酯基发生水解，生成—ONa，后续加

入时，不能转化为—OOCCH3

6.[2024·重庆，18(7)]氘代药物M可用于治疗迟发性运动障碍。M的合成路线Ⅰ如下所示(部分试剂及反

应条件略)。

已知：

为了减少G的用量，利用上述合成路线Ⅰ中的相关试剂，并以F为原料，设计M的合成路线Ⅱ。假定

每一步反应的产率均为a，合成路线Ⅰ和Ⅱ中1molF均生成a3molM，理论上G的用量最少的合成路

线Ⅱ为(涉及合成路线Ⅰ中的化合物用对应字母表示)。

答案

解析每一步反应的产率均为a，1molF均生成a3molM，说明F生成M分三步进行，F中醛基可与G发

生副反应导致G用量多，则可选择先使F发生已知反应成环，进一步与L发生反应，最后与G发生取代反

应，合成路线见答案。

课时精练

[分值：100分]

——同分异构体有机合成路线的设计

1.(12分)[2025·重庆，18(5)(6)]我国原创用于治疗结直肠癌的新药Z已成功登陆海外市场。Z的一种合成路

线如下(部分试剂及反应条件略)。

(5)G(C10H10O2)的同分异构体同时满足下列条件的有种。

(i)存在基团和环外2个π键

(ii)不含—OH基团和sp杂化碳原子

其中，核磁共振氢谱显示五组峰(峰面积比为3∶2∶2∶2∶1)的同分异构体的结构简式为。

(6)Q的一种合成路线：

已知：

根据已知信息，由R和T生成W的化学方程式为。

答案(5)10

(6)

解析(5)G的分子式为C10H10O2，不饱和度为6，存在和2个环外π键，说明分子中除了

苯环外还存在2个双键结构，不含—OH与sp杂化的碳原子，说明不含有羟基、羧基、碳碳三键，则苯环

的支链可以属于醛或酮，则有、、

、—CH2—CH(CHO)2、—CH2—O—CH==CHCHO、；

属于酯的有、—CH2—COO—CH==CH2、—CH2—OOC—CH==CH2、

，共10种。核磁共振氢谱峰面积比为3∶2∶2∶2∶1，则分子中有1个甲基，满足

条件的结构简式为。(6)由已知信息的反应可知，T的结构简式为HN==CHNH2，

R中既含有氨基，又含有羧基，由X的结构以及已知信息的反应，可推断出R中氨基和羧基处于邻位，R

的结构为，则由R和T生成W的化学方程式为+HN==CHNH2

NH3↑+H2O+。

2.(10分)[2025·甘肃，18(6)]毛兰菲是一种具有抗肿瘤活性的天然菲类化合物，可按如图路线合成(部分试剂

省略)：

毛兰菲的一种同分异构体I具有抗氧化和抗炎活性，可由多取代苯甲醛J出发，经多步合成得到(如图)。已

知J的1H⁃NMR谱图显示四组峰，峰面积比为1∶1∶2∶6。J和I的结构简式为，。

答案

解析结合题干合成路线中的物质变化及反应条件，由多取代苯甲醛J的分子式及核磁共振氢谱特点，结

合逆推可知J为。I为

的同分异构体，由的结构并结合题干中

G→H→毛兰菲的转化可推知I为。

3.(10分)[2025·江苏，15(4)(5)]G是一种四环素类药物合成中间体，其合成路线如下：

(4)写出同时满足下列条件的G的一种同分异构体的结构简式：。

①含有3种不同化学环境的氢原子；②碱性条件下水解后酸化，生成X和Y两种有机产物，n(X)∶n(Y)=2∶

1，X的相对分子质量为60，Y含苯环且能与FeCl3溶液发生显色反应。

(5)写出以和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和两碳以下

的有机试剂任用，合成路线示例见本题题干)。

答案(4)(或)

(5)

解析(4)G的分子式为C14H17O4Cl，不饱和度为6，其同分异构体(记作G')在碱性条件下水解后酸化，生成

两种有机物X和Y，且n(X)∶n(Y)=2∶1，说明G'中存在两个酯基；Y中含有苯环且能与FeCl3溶液发生显

色反应，说明Y中含有酚羟基，则X中应含有羧基；结合X的相对分子质量为60可知，X为CH3COOH；

G'中只有三种不同化学环境的H原子，故G'结构对称，结合剩余碳原子数知，苯环上的另一个含碳取代基

只能是—C(CH3)3，因此G'的结构简式为或。(5)

根据目标产物的结构可知该高分子的单体为和。

可由水解得到，可由与反应(仿

照合成路线中A和B的反应)后还原(仿照合成路线中F→G的反应)得到，可由发生取代反应

得到，据此写出合成路线。

4.(16分)(2025·西宁模拟)有机物M具有抗微生物、抗氧化等作用，其合成路线如下。

已知：Ph3P为三苯基膦，R为烃基。

回答下列问题：

(1)E的同分异构体分子中苯环上有3个取代基，且其中两个为HCOO—的有种(不含立体异构)，

其中核磁共振氢谱有5组峰，且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式为。

(2)以、CH3CHO、为原料，制备设计的一种合成路线：

XY，其中X、Y

的结构简式分别为、。

答案(1)12、

(2)

解析(1)E的结构为，除苯环外还含有5个碳、4个氧、2个不饱和度，其同分异构体中

苯环上有3个取代基，且其中两个为HCOO—，则符合条件的同分异构体中另一个取代基为丙基或异丙基，

同分异构体结构中2个HCOO—位置关系有、、，另一个

取代基的位置有2+3+1=6种，则同分异构体结构共有6×2=12种；峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1，则结构

中含2个甲基，且结构对称，结构简式为、。(2)

发生催化氧化反应生成X，则X为，与乙醛发生反应生成Y，

结合产品结构，推断Y的结构为。

5.(16分)(2025·河北衡水一模)化合物H是一种有机材料中间体。实验室中由芳香族化合物A制备H的一种

合成路线如下：

已知：①RCHO+R1CHO；

②RCHO+R1CH2CHO+H2O；

③。

回答下列问题：

(1)E与氢气发生加成反应生成化合物Y，Y有多种同分异构体，其中符合下列条件的同分异构体有

种，其中核磁共振氢谱为四组峰，峰面积之比为6∶2∶1∶1的结构简式为。

①分子中含有苯环

②能水解且能发生银镜反应

(2)参照上述合成路线，设计以丙烯为原料合成化合物的路线如下(部分反应条件已略去)。

其中M和N的结构简式为和。

答案(1)14、

(2)CH3C≡CH

解析(1)E()加氢得Y()，Y的同分异构体需含苯环、能水解且

能发生银镜反应(即含—OOCH甲酸酯基)。苯环可以是三取代的，如拆成2个—CH3，1个—OOCH，共6

种；苯环也可以是二取代的，如拆成1个—CH3和1个—CH2OOCH，或拆成1个—CH2CH3和1个—OOCH，

共有6种；苯环还可以是一取代的，取代基可以是—CH2CH2OOCH或—CH(CH3)OOCH，共有2种，故满

足条件的同分异构体共有14种。其中核磁共振氢谱为四组峰，峰面积之比为6∶2∶1∶1，说明有四种不

同化学环境的氢原子，则其结构简式为和。(2)CH3CH==CH2先与Br2发生加成反

应得M(CH3CHBrCH2Br)，再发生消去反应得N(CH3C≡CH)，最后与CH3CH==CH2加成成环得产物。

6.(14分)(2025·山东滨州模拟)化合物I(德克司他丙酚)具有显著的镇静效果。其合成路线如下(部分条件忽略)。

已知：R—NH2R'—CH2—NH—R。

回答下列问题：

(1)M是B的同分异构体，同时符合下列条件的M共有种(不考虑立体异构)。

①含硝基，但不含甲基

②属于芳香族化合物

③既能发生银镜反应又能发生水解反应

(2)合成路线中，需对羧基进行保护的原因是。

(3)依据以上流程信息，写出以苯胺和为原料合成的路线。

答案(1)12

(2)羧基会与C→D反应中的试剂铁反应，从而影响官能团的转化

(3)

解析(1)符合条件的M的结构如下：苯环上含—NO2、—CH2CH2OOCH的二取代苯有3种，苯环上含—

CH2NO2、—CH2OOCH的二取代苯有3种，苯环上含—CH2CH2NO2、—OOCH的二取代苯有3种，苯环上

含、、的一取代苯有3种，由于不

存在甲基，则苯环上的取代基最多为2个，因此符合条件的M共有12种。(2)C→D过程中使用的Fe会与

C中的羧基反应，影响后续反应，故需对羧基进行保护。(3)类比D→H的合成流程，由苯胺和制备

的路线见答案。

7.(22分)(2025·四川，19)H的盐酸盐是一种镇吐药物，H的合成路线之一如下(略去部分试剂和条件)。

已知：