新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 专题23　有机合成路线的设计（含解析）

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1．有机合成中官能团的转变
(1)官能团的引入(或转化)
(2)官能团的消除
①消除双键：加成反应、氧化反应。
②消除羟基：消去反应、氧化反应、酯化反应、取代反应。
③消除醛基：还原反应、氧化反应。
(3)官能团的保护
2.增长碳链或缩短碳链的常见方法
(1)增长碳链
①2CH≡CH―→CH2==CH—C≡CH
②2R—Cleq \(――→,\s\up7(Na))R—R＋2NaCl
③CH3CHOeq \(―――――→,\s\up7(CH3CH2MgBr),\s\d5(H＋/H2O))
④R—Cleq \(――→,\s\up7(HCN))R—CNeq \(――→,\s\up7(H＋),\s\d5(H2O))R—COOH
⑤CH3CHOeq \(――→,\s\up7(HCN))eq \(――→,\s\up7(H＋),\s\d5(H2O))
⑥nCH2==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))CH2—CH2；
nCH2==CH—CH==CH2eq \(――→,\s\up7(催化剂))
CH2—CH==CH—CH2
⑦2CH3CHOeq \(―――――→,\s\up7(NaOH稀溶液))
⑧＋R—Cleq \(――→,\s\up7(AlCl3))＋HCl
⑨＋eq \(――→,\s\up7(AlCl3))＋HCl
⑩＋neq \(――→,\s\up7(H＋),\s\d5(△))＋(n－1)H2O
(2)缩短碳链
①＋NaOHeq \(――→,\s\up7(CaO),\s\d5(△))RH＋Na2CO3
②R1—CH==CH—R2eq \(―――→,\s\up7(O3),\s\d5(Zn/H2O))R1CHO＋R2CHO
3．常见有机物转化应用举例
(1)
(2)
(3)
(4)CH3CHOeq \(―――――→,\s\up7(NaOH稀溶液))
eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))
4．有机合成路线设计的几种常见类型
根据目标分子与原料分子在碳骨架和官能团两方面变化的特点，我们将合成路线的设计分以下情况：
(1)以熟悉官能团的转化为主型
如：以CH2==CHCH3为主要原料(无机试剂任用)设计CH3CH(OH)COOH的合成路线流程图(注明反应条件)。
CH2==CHCH3eq \(――→,\s\up7(Cl2))eq \(――――→,\s\up7(NaOH/H2O),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(O2/Cu),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(O2),\s\d5(催化剂))eq \(――→,\s\up7(H2/Ni),\s\d5(△))
(2)以分子骨架变化为主型
如：以苯甲醛和乙醇为原料设计苯乙酸乙酯()的合成路线流程图(注明反应条件)。
提示：R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr。
eq \(―――――→,\s\up7(H2),\s\d5(催化剂，△))eq \(――→,\s\up7(HBr))
eq \(――→,\s\up7(NaCN))eq \(―――→,\s\up7(H2O，H＋),\s\d5(△))eq \(―――――→,\s\up7(CH3CH2OH),\s\d5(浓硫酸，△))
(3)陌生官能团兼有骨架显著变化型(常为考查的重点)
要注意模仿题干中的变化，找到相似点，完成陌生官能团及骨架的变化。
如：模仿
eq \(―――→,\s\up7(CH3NO2))eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))
香兰素 A
eq \(――→,\s\up7(H2))eq \(―――→,\s\up7(Zn-Hg),\s\d5(HCl))
B C
eq \(――――→,\s\up7(一定条件))
D 多巴胺
设计以苯甲醇、硝基甲烷为主要原料制备苯乙胺()的合成路线流程图。
关键是找到原流程中与新合成路线中的相似点。(碳骨架的变化、官能团的变化；硝基引入及转化为氨基的过程)
eq \(――→,\s\up7(O2/Cu),\s\d5(△))eq \(―――→,\s\up7(CH3NO2))
eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(H2))eq \(――→,\s\up7(Zn-Hg),\s\d5(HCl))
1．[2021·广东，21(6)]天然产物Ⅴ具有抗疟活性，某研究小组以化合物Ⅰ为原料合成Ⅴ及其衍生物Ⅵ的路线如下(部分反应条件省略，Ph表示—C6H5)：
根据上述信息，写出以苯酚的一种同系物及HOCH2CH2Cl为原料合成的路线(不需注明反应条件)。
答案 eq \(――――――→,\s\up7(HOCH2CH2Cl),\s\d5(一定条件))eq \(――――→,\s\up7(NaOH溶液),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(催化剂))
解析 根据题给已知条件，对甲基苯酚与HOCH2CH2Cl反应能得到，之后发生水解反应得，观察题中反应可知得到目标产物需要利用反应④，所以合成的路线为eq \(――――――→,\s\up7(HOCH2CH2Cl),\s\d5(一定条件))eq \(――――→,\s\up7(NaOH溶液),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(催化剂))。
2．[2022·河北，18(6)]舍曲林(Sertraline)是一种选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，用于治疗抑郁症，其合成路线之一如下：
已知：
(ⅰ)手性碳原子是指连有四个不同原子或原子团的碳原子
(ⅱ)eq \(―――――――――→,\s\up7(1NH2R′),\s\d5(2H2，Pd/C或NaBH4))
(ⅲ)＋eq \(――→,\s\up7(碱))
W是一种姜黄素类似物，以香兰素()和环己烯()为原料，设计合成W的路线__________(无机及两个碳以下的有机试剂任选)。
答案
解析 根据题给信息(ⅲ)，目标物质W可由2个与1个合成，故设计合成路线见答案。
3．[2022·江苏，15(5)]化合物G可用于药用多肽的结构修饰，其人工合成路线如下：
已知：eq \(―――――→,\s\up7(1R″MgBr),\s\d5(2H3O＋))(R和R′表示烃基或氢，R″表示烃基)；
＋eq \(――→,\s\up7(NaOH),\s\d5(△))
写出以和CH3MgBr为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)__________。
答案
解析 根据已知的第一个反应可知，与CH3MgBr反应生成，再被氧化为，根据已知的第二个反应可知，可以转化为，根据流程图中D→E的反应可知，和NH2OH反应生成。
4．[2021·湖南，19(6)]叶酸拮抗剂Alimta(M)是一种多靶向性抗癌药物。以苯和丁二酸酐为原料合成该化合物的路线如图：
②
参照上述合成路线，以乙烯和为原料，设计合成的路线(其他试剂任选)。
答案
解析 以乙烯和为原料合成的路线设计过程中，可利用E＋F→G的反应类型实现，因此需先利用乙烯合成，中醛基可通过羟基催化氧化而得，中溴原子可利用D→E的反应类型实现。
考向一 根据已知信息设计合成路线
1．已知：＋eq \(―――→,\s\up7(稀NaOH),\s\d5(△))(R1、R2为烃基或氢)。根据已有知识并结合相关信息，写出以CH3CHO为原料制备CH3COCOCOOH的合成路线流程图(无机试剂任用)。
合成路线流程图示例如下：CH3CH2Breq \(―――――→,\s\up7(NaOH水溶液),\s\d5(△))CH3CH2OHeq \(―――――→,\s\up7(CH3COOH),\s\d5(浓硫酸，△))CH3COOCH2CH3。
答案 CH3CHOeq \(―――→,\s\up7(稀NaOH),\s\d5(△))CH3CH==CHCHOeq \(――→,\s\up7([O]))CH3CH==CHCOOHeq \(――→,\s\up7(溴水))eq \(―――――――→,\s\up7(①NaOH水溶液/△),\s\d5(②H＋))eq \(――→,\s\up7(Cu/O2),\s\d5(△))
解析 根据已有知识并结合相关信息，CH3CHO在稀氢氧化钠溶液中加热得到CH3CH==CHCHO，CH3CH==CHCHO氧化得到CH3CH==CHCOOH，CH3CH==CHCOOH与溴水发生加成反应生成CH3CHBrCHBrCOOH，CH3CHBrCHBrCOOH在氢氧化钠的水溶液中加热发生水解反应后酸化得到CH3CH(OH)CH(OH)COOH，CH3CH(OH)CH(OH)COOH在铜的催化、加热条件下与氧气反应生成CH3COCOCOOH。
2．已知：eq \(――→,\s\up7(HCN),\s\d5(催化剂))eq \(――→,\s\up7(NH3))eq \(―――→,\s\up7(H＋/H2O))，设计由苯甲醇()为原料合成化合物的路线(其他试剂任选)。
答案 eq \(――→,\s\up7(O2/Cu),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(HCN),\s\d5(催化剂))eq \(―――→,\s\up7(H＋/H2O))eq \(――→,\s\up7(浓硫酸),\s\d5(△))
解析 由苯甲醇为原料合成化合物，可由发生酯化反应得到，可由发生水解反应得到，可由苯甲醛和HCN发生加成反应得到，苯甲醇发生氧化反应生成苯甲醛，其合成路线见答案。
考向二 从有机转化关系中提取信息设计合成路线
3．化合物G是重要的药物中间体，以有机物 A为原料制备G，其合成路线如下：
参考上述合成线路，写出以1-丙醇、丙二酸二甲酯(CH3OOCCH2COOCH3)、尿素[CO(NH2)2]为起始原料制备的合成线路(其他试剂任选)。
答案
解析 参考流程信息知，可将CH3CH2CH2OH转化为CH3CHBrCH3，再与CH3OOCCH2COOCH3发生取代反应生成，接着与尿素发生取代反应得到目标产物，合成路线见答案。
专题强化练
1．研究表明，磷酸氯喹对治疗新冠肺炎具有一定疗效，一种由芳香烃(A)制备磷酸氯喹(I)的合成路线如下：
已知：①eq \(―――→,\s\up7(Fe/HCl))
②和苯酚相似，具有酸性
设计以(对羟基苄基氯)、CH3CH2OH为主要原料制备的合成路线(无机试剂任选，合成路线流程图示例如题)。
答案
eq \(――→,\s\up7(POCl3))eq \(―――――→,\s\up7(NaOH水溶液),\s\d5(△))eq \(―――――――→,\s\up7(酸性KMnO4溶液))eq \(―――――→,\s\up7(CH3CH2OH),\s\d5(浓硫酸，△))
2．化合物A是合成雌酮激素的中间体，科学家们采用下列合成路线来制备：
已知：CH3COOHeq \(――→,\s\up7(SOCl2))CH3COCl
设计由1,2-二溴乙烷合成CH3COCOCH3的合成路线(其他试剂任选)。
答案
3．磷酸氯喹可用于新型冠状病毒肺炎的治疗，磷酸氯喹可由氯喹和磷酸在一定条件下制得。氯喹J的合成路线如图：
已知：①当苯环有RCOO—、烃基、—X(X表示卤素原子)时，新导入的基团进入原有基团的邻位或对位，原有基团为—COOH、—NO2时，新导入的基团进入原有基团的间位；
②苯酚、苯胺()易氧化。
设计以为原料制备的合成路线(无机试剂任选)。
答案 eq \(――――――――→,\s\up7(浓HNO3、浓H2SO4),\s\d5(△))eq \(―――――――→,\s\up7(酸性KMnO4溶液),\s\d5(△))eq \(――→,\s\up7(Fe),\s\d5(NH4Cl))
4．化合物F是合成某种抗肿瘤药物的重要中间体，其合成路线如图：
已知：R—OH＋KHSeq \(――――→,\s\up7(一定条件))R—SH＋KOH，参考题干信息，写出以为原料制备的合成路线(无机试剂和有机溶剂自选，合成路线流程图示例见本题题干)。
答案
5．有机物M可用于治疗室性早搏、室性心动过速、心室颤动等心血管疾病，其合成路线如图所示：
已知乙烯在催化剂作用下与氧气反应可以生成环氧乙烷()，参照题干的合成路线流程图，写出以邻甲基苯酚()和乙醇为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)。
答案
6．物质J是一种药物合成的中间体，其合成路线如下(部分条件省略)：
已知：RXeq \(――→,\s\up7(NaCN))RCNeq \(――→,\s\up7(H＋))RCOOH。
设计以乙醇为主要原料制备C2H5COCl的合成路线(无机试剂任选)。
答案 CH3CH2OHeq \(――→,\s\up7(HCl))CH3CH2Cleq \(――→,\s\up7(NaCN))CH3CH2CNeq \(――→,\s\up7(H＋))CH3CH2COOHeq \(――→,\s\up7(SOCl2))CH3CH2COCl
7．已知：＋RXeq \(――→,\s\up7(DMF))＋HX(R为烃基，X为卤素原子)。2-氨基苯乙醚()可用作燃料、香料、医药中间体。请设计以苯酚和乙醇为起始原料制备2-氨基苯乙醚的合成路线(无机试剂任选)。
答案
解析 2-氨基苯乙醚()结构中的—NH2，可由硝基还原得到，而苯环上的CH3CH2O —可由苯酚与CH3CH2Br发生取代反应得到，而乙醇与HBr发生取代反应可以得到CH3CH2Br。
8．G是药物合成的中间体，其部分合成路线如下：
已知：RCHO＋CH3COR1eq \(――→,\s\up7(OH－),\s\d5(△))RCH==CHCOR1＋H2O。以环己醇和为原料，设计合成的路线。
答案
解析 分析目标产物和原料，结合已知信息羟醛缩合反应可知，将环己醇氧化为环己酮，再发生羟醛缩合反应，最后将酮重新还原为醇即可。官能团的引入(或转化)
—OH
＋H2O；R—X＋NaOH水溶液；R—CHO＋H2；RCOR′＋H2；R—COOR′＋H2O；多糖水解
—X
烷烃＋X2；烯(炔)烃＋X2(或HX)；R—OH＋HX
R—OH和R—X的消去；炔烃不完全加成
—CHO
某些醇氧化；烯烃氧化；炔烃水化；糖类水解
—COOH
R—CHO＋O2；苯的同系物(与苯相连的碳上至少有一个氢)被强氧化剂氧化；羧酸盐酸化；R—COOR′＋H2O(酸性条件下)
—COOR
酯化反应
被保护的
官能团
被保护的官
能团的性质
保护方法
酚羟基
易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化
①用NaOH溶液先转化为苯酚钠，后酸化重新转化为苯酚：
eq \(,\s\up7(NaOH溶液),\s\d5(H＋))；
②用碘甲烷先转化为苯甲醚，后用氢碘酸酸化重新转化为苯酚：
eq \(,\s\up7(CH3I),\s\d5(HI))
氨基
易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化
先用盐酸转化为盐，后用NaOH溶液重新转化为氨基
碳碳双键
易与卤素单质加成，易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化
用氯化氢先通过加成反应转化为氯代物，后用NaOH醇溶液通过消去反应重新转化为碳碳双键
醛基
易被氧化
乙醇(或乙二醇)加成保护：eq \(―――――→,\s\up7(CH3CH2OH))eq \(――――→,\s\up7(H＋/H2O))