大单元五　第十五章　第58讲　有机合成与有机合成路线的设计

第58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)有机合成中碳骨架的构建1.碳链的增长当原料分子中的碳原子数少于目标分子中的碳原子数时，可以通过引入含碳原子的官能团等方式使碳链增长。(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合成丙烯酸甲酯。②乙醛与格氏试剂CH3CH2MgBr合成2⁃丁醇CH3CHO。③羟醛缩合反应(以乙醛为例)CH3CHO+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。3.成环反应(1)第尔斯⁃阿尔德反应，如：+‖；。(2)成环醚，如：。(3)成环状酯，如：+H2O。1.[2024·浙江1月选考，21(5)改编]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1.官能团的转化(1)用衍变关系引入官能团，如：卤代烃伯醇(R—CH2OH)醛(R—CHO)羧酸(R—COOH)。(2)通过不同反应，增加官能团的个数，如：CH3CH2OHCH2=CH2HOCH2CH2OH。(3)通过不同反应，改变官能团的位置，如：CH3CH2CH2OHCH3CH=CH2。2.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，以乙烯的转化过程为例，列出实现官能团引入的方法。官能团引入方法碳卤键①乙烯与HX、X2(X代表卤素原子，下同)的加成；②乙醇与氢卤酸(HX)的取代羟基①乙烯与水的加成；②乙醛与氢气的加成；③CH3CH2X在碱性条件下的水解；④乙酸在LiAlH4作用下的还原醛基乙醇在铜或银催化条件下的氧化反应羧基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氢氧化铜氧化，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=CH25.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=CHCH2OHHOCH2CH2CHClCH2OHHOOC—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.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7.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)考点二分析有机合成流程，模仿设计合成路线1.合成路线的分析方法把合成分子划成小碎片，寻找这些碎片的来源：碳原子数以及碳链；官能团的连接以及性质。再用顺推法或逆推法分析，将这些碎片联系起来。AB目标产物如：合成路线流程图示例：CH3CH2ClCH3CH2OHCH3COOCH2CH32.合成路线的设计步骤设计反应步骤，信息来源三个方面：(1)常规衍生关系的合成路线。(2)从题中合成路线中获取信息。(3)同时注意反应的先后顺序，引入官能团的先后顺序，主要考虑不同试剂对不同官能团的相互影响，避免产生更多的副产物，导致目标产物产率降低。例[2022·海南，18(7)]黄酮哌酯是一种解痉药，可通过如下路线合成：设计以为原料合成的路线(其他试剂任选)。已知：+CO2。[思路分析]第一步：结构对比对比原料及产物的结构简式可知，引入羧基、羟基和酮羰基，由流程图与题中所给相关信息设计初步方案：根据反应根据氧化反应第二步：路线整合由此可得合成路线：1.[2024·浙江6月选考，21(5)]某研究小组按下列路线合成抗炎镇痛药“消炎痛”(部分反应条件已简化)。已知：吲哚⁃2⁃甲酸()是一种医药中间体，设计以和CH3CHO为原料合成吲哚⁃2⁃甲酸的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。答案解析乙醛与HCN加成得到，被催化氧化为，酸性水解得到，与反应得到，与HCl反应得到，具体合成路线见答案。2.[2022·浙江6月选考，31(4)]某研究小组按下列路线合成药物氯氮平。已知：①；②设计以CH2和CH3NH2为原料合成的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。答案；CH2=CH2CH3CH2Cl，NH3解析乙烯首先氧化得到环氧乙烷()，乙烯和HCl加成生成CH3CH2Cl，之后NH3和反应生成，再和CH3NH2反应生成，结合信息②和CH3CH2Cl反应得到，具体流程见答案。3.[2024·湖南，17(6)]化合物H是一种具有生物活性的苯并呋喃衍生物，合成路线如下(部分条件忽略，溶剂未写出)：依据以上流程信息，结合所学知识，设计以和Cl2CHOCH3为原料合成的路线(HCN等无机试剂任选)。答案解析和Cl2CHOCH3在TiCl4的作用下发生类似反应⑥的反应得到，与HCN加成得到，酸性水解得到，再发生缩聚反应得到，具体合成路线见答案。课时精练[分值：50分]1.(5分)[2021·浙江6月选考，31(6)]以乙烯和丙炔酸为原料，设计如图化合物的合成路线(用流程图表示，无机试剂、有机溶剂任选)。答案解析由逆向合成法可知，丙炔酸应与通过酯化反应得到目标化合物，而中的羟基又能通过水解得到，乙烯与Br2加成可得。2.(6分)(2024·丽水、湖州、衢州高三下学期教学质量检测)已知：设计以苯甲醇和CH3NO2为原料，合成的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。答案3.(6分)化合物G是重要的药物中间体，以有机物A为原料制备G，其合成路线如下：参考上述合成路线，写出以1⁃丙醇、丙二酸二甲酯(CH3OOCCH2COOCH3)、尿素[CO(NH2)2]为起始原料制备的合成路线(其他试剂任选)。答案解析参考流程信息知，可将CH3CH2CH2OH转化为CH3CHBrCH3，再与CH3OOCCH2COOCH3发生取代反应生成，接着与尿素发生取代反应得到目标产物。4.(6分)沙罗特美是一种长效平喘药，其合成的部分路线如图：请写出以、、CH3NO2为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。答案解析根据已知的流程图可推知，若要制备，则需使与(CH3)2C(OCH3)2发生取代反应得到，再与CH3NO2反应得到，再利用羟基的消去反应引入碳碳双键，将碳碳双键与硝基通过加氢最终还原生成氨基，再与NH3反应得到目标产物，合成路线见答案。5.(12分)(2024·宁波十校高三模拟)化合物J是一种用于降血脂的药物，其合成路线如图：已知：①结构与苯相似；②R—ClR—NH—NH2(R代表烃基)。请回答：(1)化合物I含有的官能团名称是。(2)反应⑤为取代反应，产物中有HBr，则F的结构简式是。(3)化合物A的分子式为C7H10N2，写出反应①的化学方程式：。(4)设计以氯苯为原料合成物质K()的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。答案(1)羟基、氨基(2)(3)(或)(4)解析化合物A的分子式为C7H10N2，A与HCl在一定条件下反应生成B()，可推知A为，与H2N—NH2发生类似已知②的反应生成C()，C与在加热条件下反应生成D，D与过氧化物在加热条件下反应生成E，E与F在一定条件下反应生成G，结合G的结构简式，反应⑤为取代反应，产物中有HBr，则F的结构简式是，G在硫酸作用下反应生成H，H与I()反应生成J。6.(15分)(2025·嘉兴高三一模)某研究小组按下列路线合成治疗原发性高血压的药物替米沙坦。已知：①；②；③化合物F能发生银镜反应。请回答：(1)化合物I的官能团名称是。(2)化合物F的结构简式是。(3)下列说法不正确的是(填字母)。A.N—H给出H+的能力：A<BB.G→H过程中只涉及加成反应、消去反应C.H→J过程中K2CO3的作用是增大H和J的接触面积，使反应充分进行D.替米沙坦的分子式为C33H30N4O2(4)已知反应中化合物B和C的物质的量之比为3∶1，写出B+C→D的化学方程式：。(5)已知硝基在Fe/HCl的条件下能被转化为氨基，苯胺易被氧化，设计以、CH4为原料合成化合物L的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。答案(1)酯基、碳溴键(2)(3)C(4)(5)解析A到B发生取代反应，可以得到B的结构简式为，B到D发生已知①的反应，D的结构简式为，根据D和F的分子式，且F可以发生银镜反应，可以得出F的结构简式为，F通过硝化反应得到G，根据G的分子式和最后产物的结构简式可知G的结构简式为，G到H发生已知②的反应，得到H的结构简式为，H到J发生取代反应，—NH—上H原子被取代得到J，J的结构简式为，J在酸性条件下发生水解反应得到K，对比J和K的分子式可知K的结构简式为，K与L反应得到目标产物。(3)B的结构简式为，是吸电子基，使得N—H极性增强，易给出H