高考化学一轮复习 讲义大单元五　第十五章　第62讲　有机合成与有机合成路线的设计（广东版）

第62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.[2024·广东，20(6)]以2⁃溴丙烷为唯一有机原料，合成CH3COOCH(CH①最后一步反应的化学方程式为(注明反应条件)。②第一步反应的化学方程式为(写一个即可，注明反应条件)。答案①②(或)解析与NaOH水溶液在加热条件下反应得到；与NaOH醇溶液在加热条件下反应得到CH3CHCH2，CH3CHCH2被酸性高锰酸钾溶液氧化为CH3COOH，和CH3COOH在浓硫酸作催化剂、加热的条件下发生酯化反应生成CH3COOCH(CH3)2。2.(2025·汕头高三一模)化合物A()可以由丙酮()或异丁烯()为原料合成。基于你设计的合成路线，回答下列问题：(1)由丙酮为原料第一步反应的有机产物为。(2)由异丁烯为原料涉及醛转化为酸的反应的化学方程式为。答案(1)(2)+O2解析(1)由丙酮为原料，先让与HCN发生加成反应，生成，让其发生水解反应，生成，发生消去反应后生成，最终与H2发生加成反应生成A()，故由丙酮为原料第一步反应的有机产物是。(2)由异丁烯为原料，先让与HBr发生加成反应生成，发生水解反应生成，发生氧化反应生成，再次氧化生成产物，故最后一步反应的化学方程式为+O2。3.(2025·阳江高三上阶段练习)以化合物Ⅱ()为唯一有机原料，合成化合物()。基于你设计的合成路线，回答下列问题：(1)最后一步的化学方程式为(注明反应条件)。(2)相关步骤涉及氧化反应，其有机反应物为(写结构简式)。(3)若相关步骤涉及卤代烃制醇反应，其化学方程式为(注明反应条件)。答案(1)HOCH2CH(CH3)OH+2CH3COOH+2H2O(2)CH2CHCH3(3)BrCH2CHBrCH3+2NaOHHOCH2CH(OH)CH3+2NaBr解析以CH3COCH3为唯一有机原料合成化合物，可由CH3COOH和HOCH2CH(CH3)OH发生酯化反应得到，HOCH2CH(CH3)OH可由BrCH2CHBrCH3发生水解反应得到，BrCH2CHBrCH3可由CH2CHCH3和溴发生加成反应得到，CH2CHCH3可由CH3CH(OH)CH3发生消去反应得到，丙酮和氢气发生加成反应生成CH3CH(OH)CH3，CH2CHCH3被酸性高锰酸钾溶液氧化生成CO2和CH3COOH，合成路线为(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.(2025·广东高三上阶段练习)化合物H是一种药物合成中间体，其合成路线如下：以甲苯和乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)为原料，利用反应⑥和⑦的原理，合成化合物M()。基于你设计的合成路线，回答下列问题：(1)第一步，引入溴，其反应的化学方程式为(注明反应条件)。(2)第二步，进行(填具体反应类型)，其反应的化学方程式为(注明反应条件)。(3)第三步，相关步骤涉及酯基的水解，得到的醇的结构简式为。答案(1)+Br2+HBr(2)取代反应++HBr(3)C2H5OH解析结合反应⑥⑦可知，在碱性条件下水解，再经酸化得到M和乙醇；可由和在C2H5ONa/C2H5OH条件下发生取代反应得到，反应的化学方程式为++HBr；由甲苯与Br2发生取代反应得到，反应的化学方程式为+Br2+HBr。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。HOCH2CHCHCH2OHHOCH2CH2CHClCH2OHHOOC—CHCH—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CH2CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计CH2CHCOOH的合成路线流程图(已知CH2CH2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CH2CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2CHCOONaCH2CHCOOH；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如图为某抗菌药中间体H的合成路线。已知：①②③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.[2022·广东，21(6)]基于生物质资源开发常见的化工原料，是绿色化学的重要研究方向。以化合物Ⅰ为原料，可合成丙烯酸Ⅴ、丙醇Ⅶ等化工产品，进而可制备聚丙烯酸丙酯类高分子材料。选用含二个羧基的化合物作为唯一的含氧有机原料，参考上述信息，制备高分子化合物Ⅷ的单体。写出Ⅷ的单体的合成路线(不用注明反应条件)。答案解析根据化合物Ⅷ的结构简式可知，其单体为，其原料中的含氧有机物只有一种且是含二个羧基的化合物，原料可以是，发生题干Ⅳ→Ⅴ的反应得到，还原为，再加成得到，和发生酯化反应得到目标产物。2.[2023·广东，20(5)]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。基于你设计的合成路线，回答下列问题：(a)最后一步反应中，有机反应物为(写结构简式)。(b)相关步骤涉及到烯烃制醇反应，其化学方程式为。(c)从苯出发，第一步的化学方程式为(注明反应条件)。答案(a)和CH3CH2OH(b)CH2CH2+H2OCH3CH2OH(c)+Br2+HBr解析乙烯与水在催化剂、加热、加压条件下合成乙醇，乙烯氧化生成环氧乙烷，苯在FeBr3催化作用下与溴反应生成溴苯，溴苯与环氧乙烷反应生成，再发生反应④生成，最后根据反应⑤的原理，与乙醇、CO合成化合物ⅷ。3.[2021·广东，21(6)]天然产物Ⅴ具有抗疟活性，某研究小组以化合物Ⅰ为原料合成Ⅴ及其衍生物Ⅵ的路线如下(部分反应条件省略，Ph表示—C6H5)：根据上述信息，写出以苯酚的一种同系物及HOCH2CH2Cl为原料合成的路线：(不需注明反应条件)。答案解析根据题给已知条件，对甲苯酚与HOCH2CH2Cl反应能得到，之后发生水解反应得，观察题中反应可知得到目标产物需要利用反应④，所以合成的路线为。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·广东，20(5)(6)]我国科学家最近在光⁃酶催化合成中获得重大突破，光⁃酶协同可实现基于三组分反应的有机合成，其中的一个反应如下(反应条件略，Ph—代表苯基C6H5—)。(5)已知：羧酸在一定条件下，可发生类似于丙酮的α⁃H取代反应。根据上述信息，分三步合成化合物Ⅱ。①第一步，引入溴：其反应的化学方程式为。②第二步，进行(填具体反应类型)：其反应的化学方程式为(注明反应条件)。③第三步，合成Ⅱ：②中得到的含溴有机物与1a、2a反应。(6)参考上述三组分反应，直接合成化合物Ⅲ，需要以1a、(填结构简式)和3a为反应物。答案(5)①CH3COOH+Br2CH2BrCOOH+HBr②取代反应(酯化反应)CH2BrCOOH+CH3OHCH2BrCOOCH3+H2O(6)解析(5)将4a中最右侧的一个甲基改成甲氧基(—OCH3)即为化合物Ⅱ，对应原料中的变为(记作3a')即可，对3a'进行逆合成分析：其中的酯基可由与甲醇反应产生，根据羧酸可发生类似丙酮的α⁃H取代反应知，可由乙酸发生取代反应得到。①第一步为取代反应，化学方程式为+Br2+HBr；②第二步为酯化反应，化学方程式为+CH3OH+H2O。(6)如图，虚线框中结构分别来自1a、3a，结合已知反应中2a的碳碳双键发生加成反应知，化合物Ⅲ中间的结构应来自(提示：与1，3⁃丁二烯的1，4⁃加成反应类似)。5.(2025·广东高三上开学考试)成环反应在有机合成中意义重大。有如下两个成环反应(反应条件略，Ph—代表苯基—C6H5)：反应一反应二反应一属于羟醛缩合反应。已知：+R″COOH。根据上述信息，分四步合成化合物f。①第一步，丙酮和甲醛发生羟醛缩合反应的化学方程式为(不写反应条件)。②第二步，酸性KMnO4溶液氧化第一步反应所得产物。③第三步，第二步所得有机产物与H2发生还原反应。④第四步，通过酯化反应成环得到化合物f，写出该反应的化学方程式：(写出反应条件)。答案+HCHO→+H2O+2H2O解析根据反应一的羟醛缩合反应的原理，(酮)羰基邻位碳原子上的H与醛基先发生加成反应、再发生消去反应，故丙酮()和甲醛(HCHO)发生羟醛缩合生成，利用已知信息，碳碳双键被酸性高锰酸钾溶液氧化断裂，被氧化为，与H2发生还原反应生成，化合物f结构为，由2分子发生酯化反应得到。6.(2025·中山模拟预测)有机化合物K作为高活性农用杀菌剂，其合成路线如图。已知：ⅰ.RCOOHRCOCl。ⅱ.。B与F合成G过程如下。已知：L和M的结构简式分别为、。答案解析根据已知信息RCOOHRCOCl，A(C8H7ClO2，含羧基结构)与COCl2反应，A中羧基转化为酰氯，生成B，可知A为。由D(C7H6O2)与乙醇反应的条件为浓硫酸和加热，可知该反应为酯化反应，D中有羧基，故D为，与乙醇反应生成E()，E与CH3COOC2H5、C2H5ONa反应，依据已知信息ⅱ，生成F()，B与F反应生成L()，异构化为M()，再脱去HCl生成G，G反应生成I()，I与J()反应脱水生成K()。课时精练[分值：50分]——同分异构体有机合成路线的设计1.(12分)(2025·湛江高三上月考)以下两个有机反应(无机产物略)在药物合成中具有重要意义：反应一反应二回答下列问题：(1)化合物b的化学名称为；化合物c的官能团名称是。(2)化合物a的芳香族同分异构体中，能与新制的Cu(OH)2共热生成砖红色沉淀的共有种，这些同分异构体中，核磁共振氢谱吸收峰数目最少的化合物吸收峰面积之比为。(3)以化合物b、c和2⁃丙醇为有机原料可两步合成化合物，无机试剂任选，基于你设计的合成路线回答。①第一步是2⁃丙醇加热被O2氧化，需要一种中学常见金属单质作催化剂，该金属单质是(任写一种)。②写出第二步反应的化学方程式：(注明反应条件)。答案(1)甲醛氨基(2)43∶2∶2∶1(3)①Cu(或Ag)②+HCHO+CH3NH2+H2O解析(2)根据题意，其同分异构体含醛基，苯环侧链有两种连法：一是连—CH2CHO，仅1种；二是连—CH3和—CHO，有3种，故其同分异构体共4种。吸收峰数目少，说明该有机物对称性好，应是—CH3和—CHO连在苯环对位，吸收峰面积比为3∶2∶2∶1。(3)已有化合物b、c，容易分析出化合物a中的苯环换成甲基即可通过反应一得到目标产物，第一步是2⁃丙醇转化为丙酮。2.(8分)(2025·惠州高三上月考)仙鹤草是一种有收敛止血、解毒、补虚等功效的中药。其成分之一的仙鹤草内酯类似物具有广阔的药物研发前景。其中合成仙鹤草内酯的部分路线如下：(1)化合物ⅱ有多种同分异构体，试写出满足溴原子直接与苯环相连，遇FeCl3溶液呈紫色，且核磁共振氢谱图有3组峰的一种同分异构体的结构简式：。(2)化合物ⅰ可由X和一种非极性分子反应合成，该反应原子利用率为100%，该非极性分子是空气的重要组成成分，请写出X的结构简式：。(3)以对溴甲苯()和环氧乙烷()为原料，利用上述反应ⅰ→ⅲ的原理合成，基于你的合成路线，回答下列问题：①该路线涉及醇转化为烯的消去反应，写出该步反应中有机反应物的结构简式：。②最后一步的化学方程式为。答案(1)(或)(2)(3)①②n解析(2)已知化合物ⅰ可由X和一种非极性分子反应合成，该反应原子利用率为100%，且非极性分子是空气的重要组成成分，空气重要组成成分中的非极性分子为O2或N2，观察化合物ⅰ的结构，可知该非极性分子为O2，从原子利用率为100%以及有机反应类型来看，该反应为加成反应，则X为。(3)以对溴甲苯()和环氧乙烷()为原料，合成的流程为。3.(8分)(2025·江门一模)磷酸氯喹用于治疗疟疾、风湿等疾病。化合物Ⅳ是合成磷酸氯喹的一种中间体，可用如下路线合成：(1)化合物Ⅳ中的酯基在酸性条件下水解得到化合物Ⅴ，符合以下条件的Ⅴ的同分异构体共有种。a.结构中含萘环()b.萘环上连有基团—ONO2(2)根据上述信息，分三步合成化合物a()。①第一步：苯胺与HC(OC2H5)3反应，生成两种产物，其反应的化学方程式为。②第二步：CH2(COOC2H5)2与第一步的含氮产物反应，此步骤生成一种可循环利用的物质，该物质是。③第三步：第二步含碳碳双键的产物发生分解反应，得到化合物a。(3)当CH2(COOC2H5)2的其中一个酯基换成羰基时，也能发生类似化合物Ⅱ到Ⅳ的转化。参考上述反应，合成化合物b()，需要以化合物Ⅰ、HC(OC2H5)3和答案(1)14(2)①2+HC(OC2H5)3→+3C2H5OH②(3)解析(1)化合物Ⅳ中的酯基在酸性条件下水解得到化合物Ⅴ，则Ⅴ的结构简式为，Ⅴ的同分异构体结构中含有萘环，萘环上连有基团—ONO2，说明Ⅴ的同分异构体分子中含有氯原子，同分异构体的结构可以视作和分子中萘环上的氢原子被氯原子取代所得的结构，共有14种。(2)由题给信息可知，分三步合成化合物a的合成路线为①由合成a的合成路线可知，第一步反应为苯胺与HC(OC2H5)3发生反应生成和乙醇，反应的化学方程式为2+HC(OC2H5)3→+3C2H5OH。②由合成a的合成路线可知，第二步反应为与CH2(COOC2H5)2先发生加成反应，后发生消去反应生成和可以循环使用的。(3)由题给信息可知，合成b的反应为与HC(OC2H5)3先发生取代反应，后发生消去反应生成，与先发生加成反应，后发生消去反应生成，石蜡油作用下在270~280℃条件下转化为。4.(6分)(2025·广东模拟预测)有机物Ⅷ是一种人工合成激素，它的一种合成路线如图所示(部分反应条件略)。已知：①；②—OCH3作取代基时，读作甲氧基，Ph—代表苯基。回答下列问题：(1)写出Ⅲ的同分异构体中同时满足下列条件的结构简式：(任写一种)。①含结构，但不含手性碳原子；②能发生水解反应，能与新制的Cu(OH)2反应产生砖红色沉淀；③能与FeCl3溶液发生显色反应；④核磁共振氢谱显示有7组峰且峰面积比为6∶2∶2∶2∶2∶1∶1。(2)参照上述合成路线，设计以Ph—CHO和Ph—CH2MgBr为主要原料制备的合成路线[其他试剂(需要用到的酸可选稀硫酸，需要用到的碱可用KOH溶液)任选]。①第一步反应的反应类型为。②最后一步反应的化学方程式为。答案(1)(或、、、，任写一种)(2)①加成反应②+H2SO4→+MgBr2+MgSO4解析(1)根据所给条件②可知，含有；根据条件③可知，含有酚羟基；再结合条件①和④，可得该有机物的结构简式可能为、、、、，共5种。(2)根据题目已知信息可得该有机物的合成路线为，第一步反应为加成反应，最后一步反应的化学方程式为+H2SO4→+MgBr2+MgSO4。5.(8分)(2025·深圳高三上期中)某药物中间体F的一种合成路线如图：已知：EtONa为乙