切斷法在高中化學有機合成中的應用

摘 要：有機合成既是高中化學選擇性必修3《有機化學基礎》的難點，也是高考有機化學推斷題的重要考點.無論是全國卷還是新高考省份試卷中，有機合成推斷都屬必考題型.切斷法可將復雜的有機物分子轉化成特征片段進行分析，提高解題效率.

關鍵詞：切斷法；有機合成；有機推斷

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）31-0139-04

收稿日期：2024-08-05

作者簡介：張書（1985.2—），男，碩士，中學高級教師，從事高中化學教學研究；

趙祁紅（1974.1—），女，本科，中學正高級教師，從事高中化學教學研究.

有機合成題綜合性很強，既需要熟練掌握有機物的基本性質，也需要了解常見分析方法.常見分析方法包括逆合成分析和合成子理論，但每一種方法的熟練應用都離不開有機物中化學鍵的切斷.本文以近三年高考題為例，講述切斷法在有機合成試題中的應用.

1 切斷法概述

切斷法最早由美國化學家科里（E.J.Corey）提出，可以把一個完整的有機物拆成幾個小的合成子，再對合成子進行分析看是否需要重復切斷，從而找到易于取得的起始原料，設計出經濟、高效和環保的合成路線^[1].

分析步驟依次為：

（1）辨認并確定目標分子中有哪些官能團.

（2）思考在哪里切斷，用哪些已知可靠反應進行切斷.

（3）切斷化學鍵找出合成子.

（4）把合成子轉變為常見小分子.

（5）寫出有機合成路線.

例1 尋找合適的原料一步合成.

解析 首先分析該有機物官能團為酯基，可以在C—O鍵處切斷，有a、b兩處切斷的選擇，分別得到兩種合成子.再把合成子轉化為常見小分子原料，可得到用于合成目標物的原料有三種，如圖1所示.

根據圖中的三種原料，可以設計出合成目標物的路線也會有三種，如圖2所示.最終再以綠色合成思想為指導，兼顧經濟成本和轉化率即可得到最優合成路線.

2 切斷法在有機合成中的應用

2.1 切斷法用于有機合成路線設計

例2 （2023年6月浙江卷節選）某研究小組按下列路線合成胃動力藥伊托必利，如圖3所示.

解析 先找出目標物中官能團為酰胺基，可考慮在C—N鍵之間切斷.結合圖3中最后生成的伊托必利的過程就是生成酰胺基，可推出需要的反應物一種為酰氯，另一種為胺類，得到合成該藥物的中間產物為苯甲胺和苯甲酰氯.再由圖3中D的醛基和羥胺反應生成E（苯甲醛肟的衍生物）

已知：COHHNH-H2OHCN，現有藥物N-芐基苯甲酰胺（），選用苯甲醛為原料，設計該藥物合成路線（無機試劑任選）

后用氫氣還原可得氨基，故可考慮中間產物苯甲胺由苯甲醛肟用氫氣還原得到，故苯甲胺的制備原料為苯甲醛肟.再把苯甲醛肟中的C=N鍵切斷，即可得苯甲醛肟的制備原料苯甲醛和羥胺.根據圖3知酰氯可由羧基和SOCl2反應得到，故把苯甲酰氯中C-Cl鍵切斷可得其制備原料為苯甲酸和SOCl2，而苯甲酸直接由原料苯甲醛氧化制得，分析過程如圖4所示.

本題合成路線如圖5所示.

2.2 切斷法用于推斷有機物結構

例3 （2023年北京卷節選）化合物P是合成抗病毒藥物普拉那韋的原料，其合成路線如圖6所示.

已知：，依據D→E的原理，L和M反應得到了P.則M的結構簡式是.

解析 根據題目中的有機合路線中D→E的變化可先把E分子切斷成兩個合成子a和b，根據結構對照，合成子b由原料2-戊酮提供.另一合成子由D提供，用D的分子式算出其不飽和度Ω=5，再根據合成子b得其結構中含有苯環，苯環不飽和度為4，故分子D的側鏈含有1個不飽和度，對照合成子結構可知D為苯甲醛，如圖7所示.最后得出D和2-戊酮在NaOH堿性水溶液中發生了羰基α位的C-H鍵與另一分子的羰基的加成反應.

由于L和M生成P的原理與D→E的原理相同，那么產物中應含有結構片段，結合題目已知的酮式結構和烯醇互變的信息，先把產物P通過互變異構轉化為圖8中X.

再結合圖6，L和M生成P的時候脫去了H2O分子，故應在X中碳碳雙鍵出加成H2O得到圖8中Y.最后結合D→E反應的信息，應在Y中羥基α碳和羰基α碳之間的碳碳鍵進行切斷，得到原料L和M的結構.故L和M生成Y的反應，即圖8分子L中圈出基團的C-H鍵對 分子M中圈出的羰基進行加成，和D→E的原理完全相同，到此推斷出M的結構.

2.3 切斷法用于分析反應機理

例4 （2021全國乙卷改編）鹵沙唑侖W是一種抗失眠藥物，在醫藥工業中有如下合成方法，合成路線分析過程中需要用到如下信息：

請分析反應的機理.

解析 先對產物和反應物結構進行對比，將圖11中產物分子圈出的碳原子的CN鍵和C—O鍵切斷，得到兩個合成片段.和原料對照可知片段a應來自原料2，片段b來自原料1，故產物應是原料2中N原子和O原子進攻原料1丙酮中羰基碳原子得到.

按照上述分析過程，反應機理為丙酮羰基在酸性條件下質子化，然后氨基對羰基進行親核加成.再進行質子轉移，此時分子內未質子化的羥基對質子化以后的羥基進行親核取代，得出的反應機理如圖12所示^[2].

3 歸納總結

綜上所述，有機合成問題主要包括依據產物推反應物、反應物推產物、已知反應物和產物推反應過程三種情況.本文通過具體的例題對切斷法如何高效解決上述問題進行了說明，讓有機合成問題的解決變得有策略、有方法，進而全面提升學生有機化學解題能力.

參考文獻：

［1］唐敏.淺談切斷法中羰基化合物的極性轉換[J].廣東化工，2013（23）：97-98.

[2] 邢其毅，裴偉偉，徐秋瑞，等.基礎有機化學（下）[M].第4版.北京：北京大學出版社，2017.

［責任編輯：季春陽］