高考有機化學推斷與合成路線設計的方法策略

山東 馬靈敏

有機合成路線類的考查題目以其綜合性強、知識容量大的特點，越來越受到高考命題人的青睞。這類試題基于官能團、化學鍵的特點與反應規律來分析和推斷反應類型,書寫同分異構體、結構簡式和相關化學方程式。考查近幾年的高考題可以看出：以常見有機化合物為原料合成具有復雜結構的新型有機化合物的工藝流程題是常見的命題形式。

一、構建碳骨架

碳骨架是有機化合物的結構基礎，進行有機合成時需要考慮碳骨架的形成，有機合成路線中碳骨架的改變主要有碳鏈的增長與碳鏈的減短兩個方面。

1.碳鏈增長的方法

(1)炔烴、烯烴、醛、酮與HCN加成：

(2)醛酮的羥醛縮合(其中至少一種含有α-H)：

2.碳鏈減短的方法

(1)氧化反應，包括烯烴、炔烴的部分氧化，苯的同系物氧化成苯甲酸等。

二、官能團的變化

有機合成路線的設計與選擇，最重要的任務就是有選擇的通過取代、加成、消去、氧化、還原等有機化學反應，引入目標官能團、保護目標官能團、消除不需要的官能團實現有機化合物類別的轉化合成出具有特定性質的有機化合物。

1.引入官能團

官能團引入方法鹵素原子①烷烴的鹵代反應;②不飽和烴與HX、X2的加成;③苯及其同系物的取代、酚的取代;④醇與氫鹵酸(HX)的取代羥基①烯烴與水加成;②醛、酮與氫氣加成;③鹵代烴在堿性條件下水解;④酯的水解碳碳雙鍵①某些醇或鹵代烴的消去;②炔烴不完全加成;③烷烴裂化碳氧雙鍵①醇的催化氧化;②連在同一個碳上的兩個羥基脫水;③含碳碳三鍵的物質與水加成羧基①醛基氧化;②苯的同系物(與苯環直接相連的碳原子上連有氫原子);③酯、肽、蛋白質、羧酸鹽的水解

2.消除官能團

①通過加成反應消除不飽和鍵(雙鍵、三鍵、苯環)。

②通過消去、氧化或酯化反應等消除羥基。

③通過加成或氧化反應等消除醛基。

④通過水解反應消除酯基、肽鍵、鹵素原子。

3.轉變官能團

可根據合成需要(或題目中所給衍變途徑的信息)，進行有機物官能團的衍變，以使中間產物向產物遞進。有以下三種方式：

①利用官能團的衍生關系進行衍變，如：

②通過某種化學途徑使一個官能團變為兩個，如：

③通過化學反應改變官能團的位置，如：

4.有機合成中常見官能團的保護

含有多個官能團的有機物在進行反應時，某些目標官能團應該保留，但合成路線中化學反應可能會受到影響。此時需要將該官能團保護起來，先將其轉化為不受該反應影響的其他官能團，反應后再轉化復原。

(1)羥基的保護

此時，可以先將羥基轉化為醚鍵，使醇轉化為在一般反應條件下比較穩定的醚。待相關合成反應結束后，再在一定條件下脫除起保護作用的基團(保護基)，恢復羥基。

(2)酚羥基的保護

因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH反應，把—OH變為—ONa(或—OCH3)將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉變為—OH。

(3)碳碳雙鍵的保護

碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與HCl等的加成反應將其保護起來，待氧化后再利用消去反應轉變為碳碳雙鍵。

(4)氨基(—NH2)的保護

三、有機合成路線的分析方法

1.有機合成路線的設計一般有正向合成與逆向合成兩種方法:

(1)正推法。即從某種原料分子開始，對比目標分子與原料分子的結構(碳骨架及官能團)，對該原料分子進行碳骨架的構建和官能團的引入(或者官能團的轉化)，從而設計出合理的合成路線。如利用乙烯為原料合成乙酸乙酯：

2.常見的有機合成路線

(1)一元合成路線

(2)二元合成路線

(3)芳香化合物合成路線

命題角度1 利用物質轉化關系，正逆結合解題

【例1】(2021·河北卷節選)丁苯酞(NBP)是我國擁有完全自主知識產權的化學藥物，臨床上用于治療缺血性腦卒中等疾病。ZJM-289是一種NBP開環體(HPBA)衍生物。在體內外可經酶促或化學轉變成NBP和其他活性成分，其合成路線如下：

已知信息：

(R1=芳基)

回答下列問題：

(3)HPBA的結構簡式為____________。通常酯化反應需在酸催化、加熱條件下進行，對比HPBA和NBP的結構，說明常溫下HPBA不穩定、易轉化為NBP的主要原因：

_____________________________________。

(2)AgNO3反應生成的AgBr難溶于水，使平衡正向移動促進反應進行

(4)

命題角度2 依據特征反應、性質解題

【例2】手性過渡金屬配合物催化的不對稱合成反應具有高效、高對映選擇性的特點，是有機合成化學研究的前沿和熱點。近年來，我國科學家在手性螺環配合物催化的不對稱合成研究及應用方面取得了舉世矚目的成就。某螺環二酚類手性螺環配體(K)的合成路線如下：

已知如下信息：

回答下列問題：

(1)化合物A是一種重要的化工產品，常用于醫院等公共場所的消毒，可與FeCl3溶液發生顯色反應，其結構簡式為________；反應①的反應類型為________。

(2)化合物C可發生銀鏡反應，其名稱為________，化合物C的結構簡式為________、D的結構簡式為________、G的結構簡式為________、J的結構簡式為________。

(3)C的一種同分異構體可與FeCl3溶液發生顯色反應，其核磁共振氫譜有4組峰，峰面積比為3∶2∶2∶1，該同分異構體的結構簡式為________。

(4)反應⑤的反應條件為________。

(4)液溴、FeBr3