衍化、拼接和切斷是有機合成的靈魂

河北 錢明安 韓萬中

衍化、拼接和切斷是有機合成的靈魂

有機合成使人類在舊的自然界旁又建立起一個新的自然界，大大地改變了社會上物質及商品的面貌，使人類的生活發生了巨大的革命。

——[美] 伍德沃德

有機合成是有機化學的“頂置”內容，集中體現了有機化學的思維方法和應用價值。有機合成路線的設計是近幾年來全國Ⅰ卷[選修5：有機化學基礎]的特色,它既能考查學生對有機化學基礎的結構觀的掌握情況，又能考查學生篩選、整合和應用信息的能力，還突出了化學的應用性和時代性。在一輪復習時，我們要從有機結構(包括官能團)出發把握有機物之間的轉化關系，把握物質轉化本質與原理，培養學生的合成思維；通過對合成路線各步驟的分析，培養學生的設計思維。

近幾年全國Ⅰ卷對有機合成的考查統計如下表所示：

年份題號合成有機物的結構考查角度能力要求201438 NH苯環側鏈的引入，反應條件的選擇，官能團的衍化，鏈的增長調用已知信息解決問題2015381，3?丁二烯碳鏈的增長，基本官能團的衍化提取題設有機合成路線中的信息解決問題201638對苯二甲酸脂環的合成，苯環的形成提取題設有機合成路線中的信息解決問題201736脂環的合成，基本官能團的衍化調用已知信息解決問題

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

為了提高復習的針對性，筆者以典型合成題為例，讓學生了解常見的合成方法，形成科學的解題策略和正確的解題思路。

一、碳架結構不變，主要進行官能團或結構的衍化

分析：常言說得好“舊的不去新的不來”，可以在起始原料分子上引入兩個鹵素原子，暫時“消滅”碳碳雙鍵，再依次經過水解、氧化、消去等官能團的衍變，既“重生”了碳碳雙鍵，又“超生”了羧基。

反思：此類有機合成問題碳架結構不變，主要是碳碳雙鍵、鹵素原子及含氧官能團之間的轉化，尤其是引入含氧官能團往往要渡過“鹵代”這座橋梁。熟練掌握羥基、醛基、羧基、氯原子、酯基等官能團的引入、消除和轉化方法是有機合成路線設計的基礎。

上述合成路線中第一步反應的目的是________。補充的合成路線為________。

分析：本題的實質就是將反 - 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“坐懷不亂”，所以在“喂”飽碳碳雙鍵之前需要將醛基保護起來，這就是上述合成路線中第一步反應的目的所在。下一步就是催化加氫反應，最后一步將題目所給已知信息進行遷移，將醛基釋放出來，從而合成目標化合物。

反思：設計有機合成路線時要考慮有機反應的復雜性。在有些反應中，使某個官能團參加反應時會有其他的官能團受到影響，這樣就需要對官能團進行保護，使之暫時“鈍化”。

總結：常見官能團的轉化衍化信息如下，

二、碳架結構簡單改變，“拼接”分子，正向合成分析

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

參照上述合成路線，以(反，反) - 2，4 - 己二烯和C2H4為原料(無機試劑任選)，設計制備對苯二甲酸的合成路線：

。

錯解2：25%的實驗組學生把(反，反) - 2，4 - 己二烯直接氧化為酸，完全不考慮對碳碳雙鍵的影響，出現思維漏洞。

反思：由于原料是鏈狀結構，目標化合物是環狀結構，很多學生產生思維障礙。正向合成的核心工程是拼接縫合，找準斷鍵和成鍵位置，領會“拼接縫合”的本質和機理非常重要。

總結：常見的“拼接”信息：

三、碳架結構顯著改變，“切斷”化學鍵，逆合成分析

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

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。對比目標產物分子和有機原料分子的碳架結構，目標產物顯然為拼接而成的，但拼接點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。有不少學生想當然認為發生在右邊的C-C鍵上，結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，找到其合成點再行切斷。合成原理不一定是教材所學，很多的情況是從題目中流程信息遷移過來的。尋求、篩選流程相似信息，可以發現D→E屬于碳鏈的拼接反應，兩個有機分子拼接原理也是沒學過的，通過對比原料和產物基團的不變點和變化點，可以發現拼接原理，即

反思：逆向合成就是對目標分子結構進行化學鍵切斷，得到較簡單的中間體分子，再根據官能團之間的轉化關系倒推逼近原料。切斷時要觀察、對比目標產物與給定原料的結構，找準碳鏈上特殊的連接處；切斷依據要統籌運用已學過的典型有機物的性質、借用題設流程獲取相似信息以及篩選、調用題設所給已知信息。培養信息的加工獲取能力尤為重要。

四、碳架結構顯著改變，正向和逆向兩頭夾擊，兼顧“切斷”和“拼接”

河北省清河中學)