見微知著 循序漸進——有機合成路線問題解題

摘 要：有機化學是高中化學教學的主要內(nèi)容，而有機合成路線設(shè)計又是高考的必考題型之一，多數(shù)學生認為有機合成路線問題解題難度較大，容易出現(xiàn)思維障礙.教師要培養(yǎng)學生題干信息提取能力、信息解讀能力與思維變通能力，幫助學生循序漸進地解決有機合成路線設(shè)計問題.

關(guān)鍵詞：有機合成；線路問題；解題技巧

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）21-0121-03

收稿日期：2024-04-25

作者簡介：陳立（1979.12—），男，江蘇省蘇州人，本科，中學一級教師，從事化學教學研究.

有機合成路線設(shè)計問題對書寫格式有較高的要求，并且多數(shù)有機合成路線問題以流程圖的方式呈現(xiàn)，學生需要按照要求寫出反應(yīng)物、生成物及目標產(chǎn)物.解決有機合成路線設(shè)計問題，可以通過逆向思考、順向推理和中心突破等方式解決.學生要針對題干給定的內(nèi)容細節(jié)發(fā)散思維，聯(lián)系與之相關(guān)的基礎(chǔ)知識，尋找解題的突破口，實現(xiàn)見微知著.此后，在層次遞進的邏輯推理當中，逐漸明確有機合成的發(fā)展路線，攻克解題難點[1].

1 應(yīng)用思維導(dǎo)圖，合成思維路線

利用思維導(dǎo)圖幫助學生將有機合成路線設(shè)計的相關(guān)知識整合成為層次性、直觀性的知識脈絡(luò)，學生可以通過繪制理解思維導(dǎo)圖，記憶并應(yīng)用所學知識，提高解決有機合成路線問題的能力[2].

例1 （2017天津卷）2-氨基-3-氯苯甲酸（F）是重要的醫(yī)藥中間體，其制備流程圖如下：

請完善以下有機框圖.

解 首先根據(jù)題干繪制出思維導(dǎo)圖，如圖1所示.

通過觀察思維導(dǎo)圖能發(fā)現(xiàn)，在有機反應(yīng)路線圖當中A、C、E三種物質(zhì)以及反應(yīng)條件⑧是未知的，所以從反應(yīng)條件①、②和與A相鄰的兩個結(jié)構(gòu)式切入解題，推斷出物質(zhì)A的結(jié)構(gòu)式：

H3CSO3H

.因為硝基和鐵單質(zhì)和鹽酸的雙重作用下生成消極，由此推斷出物質(zhì)C的結(jié)構(gòu)式：

NH2COOH

.通過觀察路線圖能發(fā)現(xiàn)反應(yīng)條件⑨與反應(yīng)條件③一致，所以能夠推斷出物質(zhì)E為：

ClNHOCH3HO3SCOOH

.在對比物質(zhì)E和物質(zhì)D之后能發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)E的苯環(huán)上有氯原子，所以反應(yīng)條件⑧可能是Cl2/Fe或Cl2/FeCl3.

求解如例1類的題目，利用思維導(dǎo)圖能大大提高解題效率.學生可以在思維導(dǎo)圖中標出題干中的已知信息和未知條件，由細節(jié)信息擴大到未知條件，循序漸進地梳理解題思路，逐漸推斷、完善路線圖.值得注意的是，對于基礎(chǔ)知識薄弱的學生，比如學生無法分辨基團的名字、反應(yīng)條件的特征等，教師要用思維導(dǎo)圖幫助學生回顧、總結(jié)所學知識歸納反應(yīng)類型，不可直接給定學生解題建議或要求學生按照同樣的解題思路完成解題，而是要層次遞進地帶領(lǐng)學生思考、分析，完成有機合成路線解題.

2 尋找反應(yīng)核心，從反應(yīng)的先后順序入手逐一突破

多數(shù)有機合成路線設(shè)計問題當中，碳骨架的轉(zhuǎn)化和建立也成了核心步驟或核心反應(yīng).在明確了核心步驟之后，學生便可以著手思考有機合成路線的主要順序、合成步驟以及中間產(chǎn)物，在循序漸進的推演過程中，最終歸結(jié)為完整的有機合成過程.

例2 含有吡喃萘醌骨架的化合物常具有抗菌、抗病毒等生物活性，一種合成該類化合物的路線如圖2所示.甲苯與溴在FeBr3催化下發(fā)生反應(yīng)，會同時生成對溴甲苯和鄰溴甲苯.依據(jù)由C到D的反應(yīng)信息，請設(shè)計以甲苯為原料選擇性合成鄰溴甲苯的路線.

解析 在該合成路線圖當中，烷基為對位取代基，所以甲苯與溴會在FeBr3的條件下同時發(fā)生反應(yīng)生成對溴甲苯和鄰溴甲苯.在對比甲苯和鄰溴甲苯之后，能夠發(fā)現(xiàn)該合成路線圖的核心為：甲苯和溴在反應(yīng)過程中取代基應(yīng)該如何定位.根據(jù)題干當中給定的條件能推出：決定取代基定位問題的關(guān)鍵反應(yīng)步驟為磺酸基取代，所以中間產(chǎn)物即：CH3SO3H.之后甲苯在經(jīng)過磺化后再合成中間產(chǎn)物，最后設(shè)計中間產(chǎn)物和溴定位取代的路線圖，即生成CH3BrSO3H，最后脫去保護基：磺酸基得出最終的目標產(chǎn)物.所以，本題最終的合成路線圖如圖3所示.

在例2當中，原料和目標產(chǎn)物之間結(jié)構(gòu)并未產(chǎn)生太大的變化，看似是極為簡單的合成反應(yīng)過程，但也需要重視題干當中取代基發(fā)生的定位效應(yīng)，這是設(shè)計該合成路線的核心步驟.在明確該合成路線的核心步驟基礎(chǔ)上，根據(jù)題干當中給定的參考信息，明確該化學反應(yīng)的先后順序，從而設(shè)計出合理、準確的有機合成路線圖.

3 從不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)入手層次遞進分析

解決有機合成路線設(shè)計問題時，要注意在題干當中是否提供了不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu).應(yīng)從有機合成路線當中的不穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)入手，層次遞進地分析反應(yīng)路線圖.首先需要判定在整個化學反應(yīng)當中的核心步驟及碳骨架轉(zhuǎn)化反應(yīng)較大的變化.到整個化學反應(yīng)當中核心步驟之后，尋找要發(fā)生這一核心反應(yīng)所要用到的中間產(chǎn)物.即根據(jù)現(xiàn)有的已知條件，通過加成、消去、取代等方式，結(jié)合未知條件尋找中間產(chǎn)物.在確定中間產(chǎn)物之后，利用題干當中給出的原材料，通過轉(zhuǎn)化官能團，增長、縮短或開環(huán)碳鏈合成中間產(chǎn)物.確定中間產(chǎn)物之后，最終有機合成路線便可完成.此時要注意整個化學反應(yīng)的先后次序，并選擇其中最簡單且效果最優(yōu)的合成路線.

例3 （2023年海南卷18）局部麻醉藥福莫卡因的一種合成路線如圖4所示.

根據(jù)相關(guān)信息，以苯甲醛和含有一兩個碳的有機物為原料，設(shè)計路線合成.

解析 通過對比原材料苯甲醛和目標合成物，兩者之間的結(jié)構(gòu)差異相對較大，并且在整個合成過程當中，碳鏈增長依舊是核心步驟.按照題干當中給定的局部麻醉藥福莫卡因的合成路線圖可以得知：A→B的碳鏈增長，并且A和B與目標產(chǎn)物以及原材料之間的結(jié)構(gòu)十分相似，所以在該合成路線當中，A→B的碳鏈增長步驟為整個反應(yīng)的核心步驟，并且在每次發(fā)生A→B的碳鏈增長反應(yīng)時都會加入一個碳碳雙鍵，但是在目標產(chǎn)物的化學結(jié)構(gòu)當中卻包括兩個碳碳雙鍵，所以必須進行兩次A→B的碳鏈增長反應(yīng).之后再根據(jù)碳原子的數(shù)目設(shè)置合成路線圖的整體思路為：乙醇被催化、氧化成為乙醛、乙酸，乙酸和乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)之后，形成乙酸和乙酯，乙醛在與乙酸、乙酯反應(yīng)之后生成：CH3CH=CHCOOC2H5，苯甲醛會與CH3CH=CHCOOC2H5生成，之后再經(jīng)過水解反應(yīng)之后生成.綜上，最終合成的路線圖如圖5所示.

在解決如例4一類的問題時，要逐一合成路線當中的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比如原料苯甲醛支鏈碳原子的數(shù)目比目標產(chǎn)物要少四個，所以在解決該問題時，要注意合成過程是否只有一兩個碳的有機物.因為在該題目當中，A→B的碳鏈增長反應(yīng)時都會加入一個碳碳雙鍵，但是最終的目標產(chǎn)物又有兩個碳碳雙鍵，所以由此可以推斷出會發(fā)生兩次碳鏈增長反應(yīng)，即苯甲醛先進行一次碳鏈增長反應(yīng).但是根據(jù)題干當中給出的信息A→B，能夠發(fā)現(xiàn)苯甲醛在醛基消失之后很難再發(fā)生增長反應(yīng)，所以就需要先合成CH3CH=CHCOOC2H5，在合成CH3CH=CHCOOC2H5之后再和苯甲醛發(fā)生反應(yīng)，才能夠得出目標產(chǎn)物.

4 結(jié)束語

高中有機合成路線問題主要考查學生的分析能力、推理能力和邏輯思維.一般來說，設(shè)計有機合成路線，主要通過正向推導(dǎo)、逆向推理、正逆結(jié)合的方式完成.在解題時從題干當中提取有效信息，從細節(jié)出發(fā)提煉已知信息，循序漸進地梳理解題思路，根據(jù)題目當中提供的信息完成有機合成路線圖的設(shè)計.

參考文獻：

［1］ 湯亞蘭.有機合成推斷題的突破技巧分析[J].中學化學，2023（12）：36-38.

[2] 曹江梅.高中化學解題中的逆向思維探究[J].數(shù)理化解題研究，2023（19）：140-142.

［責任編輯：季春陽］