河北 錢(qián)明安 韓萬(wàn)中

衍化、拼接和切斷是有機(jī)合成的靈魂

有機(jī)合成使人類(lèi)在舊的自然界旁又建立起一個(gè)新的自然界，大大地改變了社會(huì)上物質(zhì)及商品的面貌，使人類(lèi)的生活發(fā)生了巨大的革命。

——[美] 伍德沃德

有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)的“頂置”內(nèi)容，集中體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)的思維方法和應(yīng)用價(jià)值。有機(jī)合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)是近幾年來(lái)全國(guó)Ⅰ卷[選修5：有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)]的特色,它既能考查學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)觀的掌握情況，又能考查學(xué)生篩選、整合和應(yīng)用信息的能力，還突出了化學(xué)的應(yīng)用性和時(shí)代性。在一輪復(fù)習(xí)時(shí)，我們要從有機(jī)結(jié)構(gòu)(包括官能團(tuán))出發(fā)把握有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，把握物質(zhì)轉(zhuǎn)化本質(zhì)與原理，培養(yǎng)學(xué)生的合成思維；通過(guò)對(duì)合成路線(xiàn)各步驟的分析，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維。

近幾年全國(guó)Ⅰ卷對(duì)有機(jī)合成的考查統(tǒng)計(jì)如下表所示：

年份題號(hào)合成有機(jī)物的結(jié)構(gòu)考查角度能力要求201438 NH苯環(huán)側(cè)鏈的引入，反應(yīng)條件的選擇，官能團(tuán)的衍化，鏈的增長(zhǎng)調(diào)用已知信息解決問(wèn)題2015381，3?丁二烯碳鏈的增長(zhǎng)，基本官能團(tuán)的衍化提取題設(shè)有機(jī)合成路線(xiàn)中的信息解決問(wèn)題201638對(duì)苯二甲酸脂環(huán)的合成，苯環(huán)的形成提取題設(shè)有機(jī)合成路線(xiàn)中的信息解決問(wèn)題201736脂環(huán)的合成，基本官能團(tuán)的衍化調(diào)用已知信息解決問(wèn)題

實(shí)踐證明，學(xué)生解答此類(lèi)問(wèn)題的得分率較低，主要原因如下：(1)已學(xué)的典型代表物的性質(zhì)不能順利遷移到目標(biāo)分子合成中；(2)不能從原料分子和目標(biāo)分子找到突破口，不能靈活地將逆合成和正合成兩種方法相結(jié)合使用；(3)不能有效篩選、整合和內(nèi)化題給已知信息或從合成路線(xiàn)中獲取相似信息。

為了提高復(fù)習(xí)的針對(duì)性，筆者以典型合成題為例，讓學(xué)生了解常見(jiàn)的合成方法，形成科學(xué)的解題策略和正確的解題思路。

一、碳架結(jié)構(gòu)不變，主要進(jìn)行官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)的衍化

分析：常言說(shuō)得好“舊的不去新的不來(lái)”，可以在起始原料分子上引入兩個(gè)鹵素原子，暫時(shí)“消滅”碳碳雙鍵，再依次經(jīng)過(guò)水解、氧化、消去等官能團(tuán)的衍變，既“重生”了碳碳雙鍵，又“超生”了羧基。

反思：此類(lèi)有機(jī)合成問(wèn)題碳架結(jié)構(gòu)不變，主要是碳碳雙鍵、鹵素原子及含氧官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化，尤其是引入含氧官能團(tuán)往往要渡過(guò)“鹵代”這座橋梁。熟練掌握羥基、醛基、羧基、氯原子、酯基等官能團(tuán)的引入、消除和轉(zhuǎn)化方法是有機(jī)合成路線(xiàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

上述合成路線(xiàn)中第一步反應(yīng)的目的是________。補(bǔ)充的合成路線(xiàn)為_(kāi)_______。

分析：本題的實(shí)質(zhì)就是將反 - 2 - 己烯醛和H2的加成使碳碳雙鍵“吃飽”，但醛基在H2面前也不會(huì)“坐懷不亂”，所以在“喂”飽碳碳雙鍵之前需要將醛基保護(hù)起來(lái)，這就是上述合成路線(xiàn)中第一步反應(yīng)的目的所在。下一步就是催化加氫反應(yīng)，最后一步將題目所給已知信息進(jìn)行遷移，將醛基釋放出來(lái)，從而合成目標(biāo)化合物。

反思：設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線(xiàn)時(shí)要考慮有機(jī)反應(yīng)的復(fù)雜性。在有些反應(yīng)中，使某個(gè)官能團(tuán)參加反應(yīng)時(shí)會(huì)有其他的官能團(tuán)受到影響，這樣就需要對(duì)官能團(tuán)進(jìn)行保護(hù)，使之暫時(shí)“鈍化”。

總結(jié)：常見(jiàn)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化衍化信息如下，

二、碳架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單改變，“拼接”分子，正向合成分析

例3(2016全國(guó)Ⅰ，38節(jié)選)秸稈(含多糖物質(zhì))的綜合應(yīng)用具有重要的意義。下面是以秸稈為原料合成聚酯類(lèi)高分子化合物的路線(xiàn)：

參照上述合成路線(xiàn)，以(反，反) - 2，4 - 己二烯和C2H4為原料(無(wú)機(jī)試劑任選)，設(shè)計(jì)制備對(duì)苯二甲酸的合成路線(xiàn)：

。

錯(cuò)解2：25%的實(shí)驗(yàn)組學(xué)生把(反，反) - 2，4 - 己二烯直接氧化為酸，完全不考慮對(duì)碳碳雙鍵的影響，出現(xiàn)思維漏洞。

反思：由于原料是鏈狀結(jié)構(gòu)，目標(biāo)化合物是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，很多學(xué)生產(chǎn)生思維障礙。正向合成的核心工程是拼接縫合，找準(zhǔn)斷鍵和成鍵位置，領(lǐng)會(huì)“拼接縫合”的本質(zhì)和機(jī)理非常重要。

總結(jié)：常見(jiàn)的“拼接”信息：

三、碳架結(jié)構(gòu)顯著改變，“切斷”化學(xué)鍵，逆合成分析

例4(2017石家莊二模)黃酮(G)是一種很強(qiáng)的氧化劑，同時(shí)可以降低人體膽固醇水平，它的一種合成路線(xiàn)如下：

A B C

D

E

F

G

分析：本題采用逆向合成分析要比正向合成分析較易入手。對(duì)比目標(biāo)產(chǎn)物分子和有機(jī)原料分子的碳架結(jié)構(gòu)，目標(biāo)產(chǎn)物顯然為拼接而成的，但拼接點(diǎn)是在叔碳原子的左邊的C-C鍵還是右邊的C-C鍵，不甚明朗。有不少學(xué)生想當(dāng)然認(rèn)為發(fā)生在右邊的C-C鍵上，結(jié)果深陷其中不能自拔。

逆向合成分析法的核心工程就是切斷，但前提需要明了其合成原理，找到其合成點(diǎn)再行切斷。合成原理不一定是教材所學(xué)，很多的情況是從題目中流程信息遷移過(guò)來(lái)的。尋求、篩選流程相似信息，可以發(fā)現(xiàn)D→E屬于碳鏈的拼接反應(yīng)，兩個(gè)有機(jī)分子拼接原理也是沒(méi)學(xué)過(guò)的，通過(guò)對(duì)比原料和產(chǎn)物基團(tuán)的不變點(diǎn)和變化點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)拼接原理，即

反思：逆向合成就是對(duì)目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)鍵切斷，得到較簡(jiǎn)單的中間體分子，再根據(jù)官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系倒推逼近原料。切斷時(shí)要觀察、對(duì)比目標(biāo)產(chǎn)物與給定原料的結(jié)構(gòu)，找準(zhǔn)碳鏈上特殊的連接處；切斷依據(jù)要統(tǒng)籌運(yùn)用已學(xué)過(guò)的典型有機(jī)物的性質(zhì)、借用題設(shè)流程獲取相似信息以及篩選、調(diào)用題設(shè)所給已知信息。培養(yǎng)信息的加工獲取能力尤為重要。

四、碳架結(jié)構(gòu)顯著改變，正向和逆向兩頭夾擊，兼顧“切斷”和“拼接”

河北省清河中學(xué))