張新中

摘要：針對(duì)現(xiàn)有資料上介紹的一些有關(guān)有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)方法難以被中學(xué)生掌握的情況，介紹了一種有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的新方法——“三步”法。結(jié)合具體實(shí)例，闡述了運(yùn)用該法進(jìn)行有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的步驟、關(guān)鍵點(diǎn)，中學(xué)生該如何利用所學(xué)知識(shí)和題給信息在“三步”內(nèi)實(shí)現(xiàn)原料到目標(biāo)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化。該方法便于被中學(xué)生理解掌握，且能取得比較好的效果。

關(guān)鍵詞：有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)；三步法；教學(xué)研討

文章編號(hào)：1005–6629（2016）3–0082–06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

有機(jī)合成是指利用簡(jiǎn)單、易得的原料，通過有機(jī)反應(yīng)，生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)物的過程。其遵循的原則有：起始原料要價(jià)廉、易得、低毒性、低污染；合成線路要簡(jiǎn)捷，易于分離、產(chǎn)率較高；條件適宜，操作簡(jiǎn)便，能耗低，易于實(shí)現(xiàn)[1]。

有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)一直是江蘇高考的熱點(diǎn)，近年來，高考新課標(biāo)卷、山東卷、天津卷中也增加了此考點(diǎn)，相信此考點(diǎn)未來必將成為全國(guó)高考的熱點(diǎn)，所以中學(xué)生一定要掌握合成路線設(shè)計(jì)的方法。一般資料上介紹的方法有正向合成、逆向合成[2]等，然而對(duì)于中學(xué)生來說，這些方法卻難以掌握，主要原因有：一是中學(xué)生有機(jī)化學(xué)知識(shí)還不夠全面，因此不能確定何時(shí)采用何種方法；二是即使知道方法，由于對(duì)有機(jī)反應(yīng)的掌握與理解不夠充分、深刻，不能順藤摸瓜，難以找準(zhǔn)合成路線。如何迅速準(zhǔn)確地完成有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)仍然是學(xué)生的難點(diǎn)，從歷次試卷分析來看，此考點(diǎn)學(xué)生丟分都比較多。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出“三步”法完成合成路線設(shè)計(jì)，收到了比較好的效果。

1.1 析結(jié)構(gòu)，找差異

分析目標(biāo)有機(jī)物和所給基礎(chǔ)原料的結(jié)構(gòu)，并逐一列出，然后進(jìn)行對(duì)比[3]，找出目標(biāo)有機(jī)物和所給基礎(chǔ)原料之間的差異。具體做法如表所示：

1.2 據(jù)信息，推變化

針對(duì)目標(biāo)有機(jī)物中的基團(tuán)，利用題給信息和已學(xué)知識(shí)，逐一分析用何種方法實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)化。先由結(jié)構(gòu)1找出上一步反應(yīng)的中間體，然后分析用哪種基礎(chǔ)原料如何獲得這種中間體；然后由結(jié)構(gòu)2找出上一步反應(yīng)的中間體，然后分析用哪種基礎(chǔ)原料如何獲得這種中間體；依此類推，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有機(jī)物中的所有基團(tuán)的合成。

1.3 排順序，定路線

由于目標(biāo)有機(jī)物中有多個(gè)基團(tuán)的合成，因此必然有先后順序，此時(shí)應(yīng)根據(jù)基團(tuán)合成的條件以及反應(yīng)條件對(duì)其他基團(tuán)的影響和有機(jī)合成遵循的原則，排出最合理的合成順序，最后形成一條合理的合成路線。

例1 莫沙朵林是一種鎮(zhèn)痛藥，它的合成路線如下[4]：

分析1：目標(biāo)有機(jī)物與原料的結(jié)構(gòu)及差異，如下表。

分析2：要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)1：六元環(huán)，已學(xué)知識(shí)中沒有，題目中好象也沒有，此時(shí)需要考生認(rèn)真分析莫沙朵林的合成路線，從中尋找有用的信息，最終發(fā)現(xiàn)D→E可以成環(huán)，即兩個(gè)共

要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)2：五元環(huán)，莫沙朵林的合成路線中B→C好象符合，但卻與結(jié)構(gòu)3不符合，在沒有其他信息的情況下，此時(shí)可先放一下，以后再來合成。

分析3：由于合成目標(biāo)有機(jī)物中結(jié)構(gòu)1的同時(shí)合成了結(jié)構(gòu)4，合成結(jié)構(gòu)3的同時(shí)合成了結(jié)構(gòu)2，故只要確定結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)3的合成順序即可。結(jié)構(gòu)1的合成需要通過消去反應(yīng)形成碳碳雙鍵，結(jié)構(gòu)3的合成需要氧化，而碳碳雙鍵也易被氧化，故應(yīng)先合成結(jié)構(gòu)3，然后再合成結(jié)構(gòu)1。但由于消去Br原子的反應(yīng)需要在堿性溶液中進(jìn)行，而酯基易水解，故酯基的形成應(yīng)在消去后進(jìn)行。根據(jù)以上分析，可以順利得到如下合成路線：

分析1：目標(biāo)有機(jī)物與原料的結(jié)構(gòu)及差異，如下表。

分析2：要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)1，可在鹽酸阿立必利的合成路線中找到信息：D→E，可知需要用-NH2和-COCl合成得到，后者在原料2中存在，前者由已知信息可知需由-NO2得到，進(jìn)而根據(jù)已學(xué)知識(shí)或鹽酸阿立必利的合成路線中E→F確定。

要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)2，由表格中的結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)應(yīng)由原料1與原料3發(fā)生酯化反應(yīng)得到。

目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)3和4與原料1中完全相同，不需要轉(zhuǎn)變。

分析3：由分析2可知，只要確定目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的合成順序即可。由鹽酸阿立必利的合成路線中C→D可知，酯化反應(yīng)時(shí)會(huì)使肽鍵斷開，故應(yīng)先合成結(jié)構(gòu)2，再合成結(jié)構(gòu)1；又由于-NO2轉(zhuǎn)變成-NH2的條件是酸性，而結(jié)構(gòu)2（酯基）會(huì)發(fā)生水解，從而降低其產(chǎn)率并引入雜質(zhì)，故在合成結(jié)構(gòu)2之前，應(yīng)先合成-NH2，從而得到如下合理的合成路線：

例3 化合物F是一種抗心肌缺血藥物的中間體，可以通過以下方法合成[9]：

分析1：目標(biāo)有機(jī)物與原料的結(jié)構(gòu)及差異，如下表。

分析2：要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)1，聯(lián)系已學(xué)知識(shí)可知，由兩個(gè)醇羥基脫水即可得到，而原料中恰好有兩個(gè)羥基。由于兩個(gè)羥基在同一物質(zhì)中，故它們?cè)谛纬擅焰I的同時(shí)，形成了環(huán)，從而得到了目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)3。

要得到目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)2，由已知可得，需由-CH2CN轉(zhuǎn)化而來，但已知中的-CH2CN在已學(xué)知識(shí)中沒有出現(xiàn)過，此時(shí)應(yīng)在題目中尋找，從化合物F的合成路線中發(fā)現(xiàn)：C→D可以實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化。

要消除原料中的雙鍵，只要用加成反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)。

分析3：由分析2可知，需要考慮的合成順序有：成醚、成環(huán)，消除碳碳雙鍵，引入-CH2NH2。從題中的合成路線看，引入-CH2CN，需先引入-Cl，且-OH不能變化，否則無法成醚，又注意到-CH2CN應(yīng)該在原料的第2個(gè)碳原子上，故此Cl原子應(yīng)該在原料的碳碳雙鍵位置，則可知應(yīng)用HCl進(jìn)行加成。此時(shí)既消除了碳碳雙鍵，又可以引入Cl原子，然后經(jīng)過一系列步驟，可以實(shí)現(xiàn)引入-CH2NH2。成醚、成環(huán)的條件是濃硫酸、加熱，由于-CN在酸性條件下會(huì)發(fā)生水解，故成醚、成環(huán)應(yīng)在引入-CH2CN之前。因而合理的合成路線為：

3 牛刀小試

有機(jī)物G是合成免疫抑制劑藥物霉酚酸的中間體，可由如下路徑合成得到[11，12]：

（1）有機(jī)物A中的含氧官能團(tuán)的名稱為 。

（2）由B轉(zhuǎn)化為C的反應(yīng)類型為 。

（3）反應(yīng)⑥除了得到有機(jī)物G外還得到HBr，試劑X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 。

（4）步驟④可得到副產(chǎn)品有機(jī)物J，有機(jī)物J和有機(jī)物E互為同分異構(gòu)體，寫出有機(jī)物J的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： （任寫一種）。

（5）D的一種同分異構(gòu)體滿足下列條件：

Ⅰ.可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)，且能夠與NaHCO3反應(yīng)產(chǎn)生CO2；

Ⅱ.是芳香族化合物，且核磁共振氫譜圖顯示分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫。寫出該同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： 。

（6）已知：直接與苯環(huán)相連的鹵素原子難以與NaOH水溶液發(fā)生取代反應(yīng)。根據(jù)已有知識(shí)并結(jié)

[解析]解答有機(jī)推斷題時(shí)，深入審題是解題的關(guān)鍵[13]。

（4）步驟④反應(yīng)的原理是在-OH所連碳原子的鄰位碳上引入一個(gè)氯甲基，而鄰位碳有兩個(gè)，故在另一個(gè)鄰位碳上也可以引入一個(gè)氯甲基。

（5）可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)，且能夠與NaHCO3反應(yīng)產(chǎn)生CO2，說明分子中含有-CHO和-COOH，它們的不飽和度都為1；是芳香族化合物，說明分子中含有苯環(huán)。由于D中除去苯環(huán)外，不飽和度為2，C原子數(shù)為2，O原子數(shù)為4，故D的同分異構(gòu)體中，除了-CHO和-COOH外，還剩余1個(gè)O原子，可能插在C-C鍵之間，也可能插在C-H鍵之間。由于分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫，-CHO和-COOH中各有1種氫，故苯環(huán)上只能有2種氫，因此-CHO和-COOH必處于苯環(huán)的對(duì)位：

（6）分析1：目標(biāo)有機(jī)物與原料的結(jié)構(gòu)及差異，如下表。

分析2：從表中分析來看，目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)1與結(jié)構(gòu)2在原料1中都存在，因此不需要轉(zhuǎn)變。

目標(biāo)有機(jī)物中的結(jié)構(gòu)3和4合起來為-CH2OOCH，即為甲酸酯類，因此，需要用HCOOH與-CH2OH反應(yīng)得到。分析原料可知，HCOOH可由HCHO氧化得到。而-CH2OH應(yīng)該由-CH2Cl水解得到，因此如何引入此基團(tuán)是關(guān)鍵。此基團(tuán)可由-CH3氯代得到，但在苯環(huán)上引入一個(gè)-CH3則無法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)需要應(yīng)用其他方法。分析有機(jī)物G的合成路線，可知D→E可引入-CH2Cl，問題得到解決。

目標(biāo)有機(jī)物中沒有Br原子，而原料1中有兩個(gè)Br原子，因此必須想辦法將其去掉?；貞浰鶎W(xué)知識(shí)，沒有這方面的知識(shí)，故必須在題中尋找，發(fā)現(xiàn)C→D可實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化。

分析3：由分析2可知，有3個(gè)順序需要確定：一是引入-CH2Cl，二是去溴，三是酯化反應(yīng)。從有機(jī)物G的合成路線中D→E看，好像可以先去溴，再引入-CH2Cl，出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤是沒有弄清反應(yīng)的原理，該路線中-OH的鄰、對(duì)位已經(jīng)被其他基團(tuán)占據(jù)，故再引入-CH2Cl，不會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物，而

參與反應(yīng)，此時(shí)會(huì)有雜質(zhì)生成，故去溴化應(yīng)該在引入-CH2Cl之后進(jìn)行。由題給信息可知在引入-CH2Cl之后，可以在NaOH水溶液中水解（此時(shí)苯環(huán)上的Br不水解），使其轉(zhuǎn)變?yōu)?CH2OH。以后先去溴再酯化，還是先酯化再去溴（G的合成路線中C→D可說明）都合理。

[答案]（1）（酚）羥基、酯基（2）取代反應(yīng)

由以上例題可知，“三步”法完成有機(jī)合成的路線設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)分析目標(biāo)有機(jī)物和原料的結(jié)構(gòu)差異以及實(shí)現(xiàn)這些差異的轉(zhuǎn)變，其次考慮反應(yīng)的條件對(duì)其它基團(tuán)的影響，從而確定合理的合成路線。只要認(rèn)真對(duì)比、分析合理、考慮全面，就可以快速、順利地完成有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)。

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