第十二章 多步骤有机合成路线设计

有机合成路线的分析与设计一、有机合成中官能团的衍变1、官能团的引入(或转化)方法(1)引入或转化为碳碳双键的三种方法①醇的消去反应引入②卤代烃的消去反应引入③炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应(2)引入卤素原子的三种方法①烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应②不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应③醇与氢卤酸的取代反应(3)引入羟基的四种方法①烯烃与水加成生成醇②卤代烃的碱性水解成醇③醛或酮与氢气加成生成醇④酯水解生成醇(4)引入醛基(或羰基)的方法①醇的催化氧化(5)引入羧基的四种方法①醛被氧化成酸②酯在酸性条件下水解③含侧链的芳香烃被强氧化剂氧化④醇被强氧化剂氧化2、官能团的保护：有机合成过程中，为了避免有些官能团发生变化，必须采取措施保护官能团，待反应完成后再使其复原。

有时在引入多官能团时，需要选择恰当的顺序保护特定官能团被保护的官能团被保护的官能团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醛基易被氧化3、官能团的消除(1)通过加成消除不饱和键双键或三键(2)通过加成或氧化等消除醛基(—CHO)(3)通过消去、氧化、与氢卤酸取代或酯化反应等消除羟基(—OH)(4)通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子三、有机合成中碳骨架的衍变1、使有机物碳链增长的反应①乙炔自身加成②卤代烃与NaCN的反应③卤代烃与炔钠的反应④卤代烃和钠反应⑤醛、酮与氢氰酸的加成反应⑥醛、酮与格氏试剂反应⑦羟醛缩合反应⑧烯烃、炔烃加聚反应⑨苯环与卤代烃反应(傅克反应)⑩苯环与酰卤反应⑪缩聚反应2、使有机物碳链缩短的反应①脱羧反应②氧化反应③水解反应④烃的裂化或裂解反应3、使有机物碳链的成环的反应①二烯烃成环反应(双烯合成)②羟基酸酸的酯化成环③多元羧酸与多元醇的酯化成环④氨基酸的成环⑤二元羧酸与二氨基化合物成环⑥形成环醚4、使有机物碳链的开环的反应①环酯水解开环②环烯烃氧化开环四、有机合成路线的设计与分析1、常见有机物的转化关系2、有机合成路线设计思路3、常见的有机合成路线 (1)一元化合物合成路线：R —CH===CH 2−→−HX R —CH 2—CH 2X ∆−−−→−溶液NaOH R —CH 2—CH 2OH []−→−O R —CH 2—CHO []−→−OR —CH 2—COOH −−−−→−∆醇、浓硫酸、酯 (2)二元化合物合成路线CH 2===CH 2−→−2X CH 2X —CH 2X ∆−−−→−溶液NaOH HOH 2C —CH 2OH []−→−O OHC —CHO []−→−O HOOC —COOH −−−→−一定条件链酯、环酯、聚酯(3)芳香化合物合成路线 ①∆−−−→−溶液NaOH②光照−→−2Cl ∆−−−→−溶液NaOH −−−−→−∆醇、浓硫酸、芳香酯4、有机合成的分析方法(1)正向合成分析法： (2)逆向合成分析法： (3)正、逆合成分析：(4)逆合成分析法设计有机合成路线的思维程序(5)逆向合成分析法应用例析：利用“逆合成分析法”分析由乙烯合成草酸二乙酯的过程逆合成分析思路，概括如下 具体步骤如下5、解决有机合成题的基本步骤第一步：要正确判断合成的有机物属于何种有机物，它带有什么官能团，它和哪些知识、信息有关，它所在的位置的特点等第二步：根据现有原料、信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段，或寻找官能团的引入、转换、保护方法，或设法将各片段(小分子化合物)拼接衍变，尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。

有机合成线路的分析与设计一、必备知识1．有机合成中官能团的转变(1)官能团的引入(或转化)＋H2O；R—X＋H2O；R—CHO＋H2；RCOR′＋H2；R—COOR′＋H2O；多糖水解烷烃＋X；烯(炔)烃＋X或HX；R—OH＋HX—CHO(2)官能团的消除①通过加成反应可以消除或—C≡C—如CH2===CH2在催化剂作用下与H2发生加成反应。

②通过消去、氧化或酯化反应可消除—OH如CH3CH2OH消去生成CH2===CH2，CH3CH2OH氧化生成CH3CHO。

③通过加成(还原)或氧化反应可消除—CHO如CH3CHO氧化生成CH3COOH，CH3CHO加H2还原生成CH3CH2OH。

④通过水解反应可消除如CH3COOC2H5在酸性条件下水解生成CH3COOH和C2H5OH。

⑤通过消去反应或水解反应消除卤素原子如CH3CH2Br在NaOH醇溶液中发生消去反应生成乙烯和溴化钠，在NaOH水溶液中发生水解反应生成乙醇和溴化钠。

(3)官能团的保护①用NaOH溶液先转化为酚钠，后酸化重新转化为酚：②用碘甲烷先转化为苯甲醚，后用氢碘酸酸化重新转化为酚：乙醇(或乙二醇)加成保护：2.有机合成中的重要反应(2)Diels-AlderCH3CH===CH2＋H2＋CO――→一定条件3．常见有机物转化应用举例(1)(2)(3)(4)芳香化合物合成路线二、有机合成路线的设计1、表达方式：合成路线图 A ――――→反应物反应条件B ――――→反应物反应条件C……―→D2、思维途径(1)总体思路：根据目标分子与原料分子的差异构建碳骨架和实现官能团转化 (2)设计关键：信息及框图流程的运用 (3)具体过程①首先确定要合成的有机物属于何种类型，以及题中所给的条件与所要合成的有机物之间的关系。

②以题中要求最终物质为起点，考虑这一有机物如何从另一有机物甲经过一步反应制得。

若甲不是所给已知原料，需再进一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步反应制得，过程中需要利用给定(或隐藏)信息，一直推导到题目给定的原料为终点。

“有机合成路线的设计”一、借用各类有机物之间的相互转化关系进行有机顺合成线路的设计：1）从石油（C 8H 18）出发的顺合成图2）从天然气(甲烷)出发的顺合成图 3）、从粮食（淀粉）出发的顺合成图4）、从甲苯出发的顺合成图5）、(1)一元合成路线：RCH ＝CH 2→一卤代烃→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯(2)二元合成路线：RCH ＝CH 2→二卤代烃→二元醇→二元醛→二元羧酸→酯(链酯、环酯、聚酯) 。

(3)【归纳】有机顺合成策略：借助各种有机物之间的相互转化关系从原料开始，利用发散性思维顺向而行完成有机顺合成路线的设计；符合绿色环保意识 二、有机逆合成 1、知识准备（1）、官能团的引入法①羟基的引入——从不同反应类型分析；②卤原子的引入——从加成到取代、从引一个卤原子到引2个卤原子有序分析； ③C=C 双键的引入——从消去到加成有序分析； ④羰基的引入——从醇的氧化分析；⑤羧基的引入——从醛的氧化到酯、肽键的水解； （2）官能团的消除法 ①经从加成反应消除不饱和键②经取代、消去、酯化、氧化等反应消去－OH ③经加成或氧化反应消除－CHO ④经水解反应消去酯基。

⑤经过水解、消去反应消去－X（3）、碳骨架的增减法——引导学生分析下列所给材料，判定在合成信息中比较常见的增减方法：大多通过高温或氧化缩短碳骨架；通过加成增长碳骨架； (1)增长碳链的方法：①不饱和化合物间的加成、聚合(如乙烯→聚乙烯)、不饱和烃与HCN 的加成后水解等。

②酯化反应(如乙酸与乙醇转化为乙酸乙酯等)。

CH 3③有机合成题中碳链的增长，也有可能以信息给出，此类问题中应高度重视反应物与产物中的碳原子数的比较及连接位置关系等。

例1：溴乙烷跟氰化钠反应后再水解可以得到丙酸：CH3CH2Br NaCN CH3CH2CN H2O CH3CH2COOH例2：已知格氏试剂的合成方法是：（Grignard试剂）。

格氏试剂是有机合成中用途很广的一种试剂，可用来合成烷烃、烯烃、醇、醛、酮、羧酸等一系列化合物。

有机合成路线设计【考纲要求】1.在碳链和碳环上引入、转换或消除除官能团2.根据题目提供信息，增长或缩短有机物碳链3.以合成产物为目标，准确、规范表达有机合成的路线图【重点、难点】有机合成路线设计 【高考考查】 II 卷第2题；（分值4-5分） 【活动过程】活动一：通过有机合成进一步掌握有机物（官能团）之间的相互转化例1. 请写出以乙醇、为原料，合成的合成流程图(无机试剂任用)。

例2．由1－溴丙烷（CH 3CH 2CH 2Br ）和必要的试剂制取合成丙酮（CH 3C CH 3O ）。

已知：通过上述合成流程图的分析，核心整合： 1.官能团引入和消除？2.官能团衍变（醇醛酸、一个变多个、位置变化）？活动二：有机合成路线设计中反应顺序的选择例3．已知：①CH 3KMnO 4/H +②一元取代苯进行苯环上的取代反应时，若原有基团为－CH 3，新进入基团在其邻、对位，若原有基团为－COOH 时，新进入基团则在其间位。

OH OHOOOO③苯环上的卤原子在碱溶液下不易水解请写出以CH 3为原料制备COOH的合成路线图（无机试剂及有机溶剂任用）。

例4．已知：①CH②一元取代苯进行苯环上的取代反应时，若原有基团为－CH 3、－X(卤素原子)，新进入基团在其邻、对位，若原有基团为－NO 2、－COOH 时，新进入基团则在其间位。

请写出以CH 3和乙醇为原料合成COOCH 2CH 32Cl的合成路线（无机试剂及有机溶剂任用）。

通过上述合成流程图的分析，整合反应顺序选择的解题策略：有机合成步骤1：对比原料与目标产物的结构，寻找变化碳架变化官能团变化步骤2：确定合成顺序步骤3：准确表达结构简式准确反应条件准确试题特征有两处及以上出现官能团（或碳架）的变化解题步骤活动三：应用巩固有机合成路线设计中反应顺序选择的解题策略例5 已知：尝试设计以和X为原料制备的合成路线（无机试剂和有机溶剂任用）。

例6．已知：①NO2Fe/HClNH2(弱碱性，易被氧化)②CH3---------------→酸性KMnO4溶液△COOH------------→浓HNO3浓H2SO4，△COOHNO223请以甲苯和(CH3CO)2O为原料制备COOH3，写出相应的合成路线流程图（无机试剂及有机溶剂任用）。

高中化学合成路线图教案教学内容：高中化学合成路线图教学目标：1. 了解化学合成路线图的基本概念和组成要素。

2. 掌握化学合成路线图的绘制方法和解读技巧。

3. 能够根据化学合成路线图分析合成反应的机理和路径。

4. 提高学生的实验设计和实验操作能力。

教学重点和难点：重点：化学合成路线图的基本概念、绘制方法和解读技巧。

难点：根据化学合成路线图分析合成反应的机理和路径。

教学准备：1. 讲义材料：包括化学合成路线图的概念、组成要素、绘制方法和解读技巧。

2. 实验材料：包括不同化合物的化学结构、反应条件和产物信息。

3. 实验器材：包括玻璃仪器、溶剂和试剂等。

4. PPT演示：包括化学合成路线图的案例分析和示范。

教学步骤：一、导入引入1. 利用日常生活中的实例引入化学合成路线图的概念，让学生了解它的重要性和应用价值。

2. 展示化学合成路线图的示例，并提出相关问题引导学生思考。

二、知识讲解1. 介绍化学合成路线图的基本概念和组成要素，包括起始物质、中间体、过渡态和产物等。

2. 解释化学合成路线图的绘制方法和解读技巧，包括符号表示、序列排列和反应路径等。

三、案例分析1. 展示一个化学合成路线图的实例，并详细解读其中的合成反应机理和路径。

2. 要求学生根据所学知识分析这个合成路线图的合成过程，并提出相关问题进行讨论。

四、实验设计1. 提供几个化合物的结构信息和反应条件，让学生设计一个实验流程图并进行实验操作。

2. 引导学生根据实验结果分析合成反应的机理和路径，并总结经验教训。

五、课堂互动1. 鼓励学生提出问题和分享经验，促进思维交流和成果分享。

2. 组织小组讨论和展示，促进合作学习和团队合作。

六、总结反思1. 回顾本节课的重点内容和重要知识，巩固学生的学习成果和理解水平。

2. 总结学生在实验设计和解读化学合成路线图中的表现和提高空间，提出下节课的学习要求和建议。

七、作业布置1. 布置相关阅读材料和实验报告，要求学生深化理解和拓展思考。

有机合成路线设计的五大策略在有机合成化学领域，设计合成路线是一个至关重要的步骤，它直接影响到合成化合物的效率和可行性。

一个好的合成路线能够在尽可能短的时间内以最高的产率合成目标化合物，从而节省时间和资源。

本文将介绍有机合成路线设计的五大策略，帮助化学家更好地规划和优化合成路线。

策略一：反向规划在设计有机合成路线时，应该从目标化合物出发，逆向思维地考虑如何从简单的起始材料出发逐步合成目标化合物。

这种反向规划方法有利于确定合成路径上的关键中间体和合适的反应条件，节省合成的步骤和原料的使用，以提高合成效率。

策略二：功能团转化在设计有机合成路线时，可以利用功能团转化的策略，通过在分子中引入适当的官能团，将其在适当的条件下转化为目标官能团，从而实现目标化合物的合成。

这种策略可以帮助化学家设计出高效的合成路径，减少中间体的合成步骤。

策略三：立体控制合成化学中，分子的立体结构对其性质和活性有着重要的影响。

在合成路线设计中，应该注重立体控制，选择合适的合成方法和反应条件，控制产物的立体构型，以获得所需的产物构型和优异的化学活性。

策略四：保护基团策略有机合成中常用的保护基团策略是一种重要的合成策略，通过引入可移除的保护基团来保护分子中的特定官能团，以防止在反应中受到破坏。

这种策略可以帮助化学家在合成过程中有效地保护目标官能团，实现有机合成的顺利进行。

策略五：反应优化在合成路线设计中，应该注重反应条件的选择和优化，包括反应溶剂、温度、反应时间、催化剂等因素的调节，以提高反应的效率和选择性。

通过合适的反应优化，可以缩短合成路线，减少副产物的生成，提高产率和纯度，从而实现高效合成目标化合物。

综上所述，有机合成路线设计是一个复杂而关键的工作，需要化学家综合考虑各种因素并灵活运用不同的策略。

通过反向规划、功能团转化、立体控制、保护基团策略和反应优化等五大策略的应用，可以帮助化学家设计出高效、可行的有机合成路线，实现复杂有机分子的合成，推动有机化学领域的发展与进步。

有机合成路线设计 【考试要求】1、掌握烃（烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃）及其衍生物（卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯）的组成、结构特点和主要性质。

2、能利用不同类型有机化合物之间的转化关系设计合理路线合成简单有机化合物。

【命题趋势】根据已经学过的有机反应以及题目给出的信息进行有机化合物的合成路线设计。

【要点梳理】1．有机合成的原则：（1）起始原料要廉价易得，低毒性、低污染。

（2）应尽量选择步骤最少的合成路线。

（3）原子经济性高，具有较高产率。

（4）有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。

2．表达方式：合成路线图 3．有机合成方法：多以逆推为主，其思维途径是（1）首先确定要合成的有机物属于何种类型，以及题中所给的条件与所要合成的有机物之间的关系。

（2）以题中要求最终物质为起点，考虑这一有机物如何从另一有机物甲经过一步反应制得。

若甲不是所给已知原料，需再进一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步反应制得，过程中需要利用给定（或隐藏）信息，一直推导到题目给定得原料为终点。

（3）在合成某产物时，可能会产生多种不同方法和途径，应当在兼顾原料省、产率高的前提下选择最合理、最简单的方法和途径。

4．有机合成中官能团引入与转化的常见方法A B C 反应物反应条件反应物 反应条件 ……D基引入双键例1．化合物H是合成药物盐酸沙格雷酯的重要中间体，其合成路线如下：已知：。

化合物是合成抗癌药物美发伦的中间体，请写出以和为原料制备该化合物的合成路线流程图(无机试剂任用)。

合成路线流程图示例如下：【答案】：1．敌草胺是一种除草剂。

它的合成路线如下：已知：，写出以苯酚和乙醇为原料制备的合成路线流程图（无机试剂任用）。

合成路线流程图例如下：2．常见氨基酸中唯一不属于α－氨基酸的是脯氨酸。

它的合成路线如下：HOOCCH 2CH 2CHCOOH NH 2C 2H 5OOCCH 2CH 2CHCOOHNH 2N H COOH N HCOOH·C 6(OH)Cl 5乙醇、浓硫酸KBH 4、H 2O脯氨酸25 ℃A BCD五氯酚分离氨水①N HCOOH ②③④C分离已知：R －NO 2Fe 、HClR －NH 2，写出以甲苯和乙醇为原料制备CH 3NCH 2CH 3CH 2CH 3的合成路线流程图（无机试剂任选）。

§13—7 有机合成路线 一、碳胳的生成1.增长碳链 ⑴ 任意增长⑵ 增加一个C炔烃R C C HC C N aNaR'XC C R'芳烃（付-克反应）ArHAr CORR 卤代烃2RX RXR-R LiR 2CuLi R-R'Na(武尔慈反应)CuI R'X 羟醛缩合2RCH 2CHORCH 2CH-CHCHOOH -OHRRCHO R 2CO RCOLH 2OR'MgXH 2O R'MgX RCHOHR 2C-OHR-C-OHR'R'R'R'格氏试剂和羰基的反应RCH=O R'CH=P(C 6H 5)3+RXCN-RCOOH 2NH 2Witting 反应R 2C=O R'CH=P(C 6H 5)32C=CHR'+⑶ 增加二个C乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯2.缩短碳链G 为吸电子基3.形成叁键HCNRCHO(CH 3)RCOOHRCH OHCNRMgX C H 2H 2C O+H 2ORCH 2CH 2OHRCH=CHR'[O]RCOOH R'COOHRCH=CR'R''O 3RCHO R'R''C=O+Zn/H 2O+Ar-RArCOOHRCONH 2霍夫曼降解反应Br 2+Na OHRNH 2RCHCOOH H 2SO RCHOOH+CO 2 △RCHCOOH G +2G RCOCH 3甲基酮CHX 3+RCH-CH-R'-R-C RCX 2-CX 2-R'X X CR'CR'4.形成双键二、形成碳环的反应1.小环的合成⑴ 分子内的烷基化X=卤代物或磺酸盐离子。

Y=-CN 、-COR 、-COOR⑵ 卡宾对烯的加成⑶ [2+2]环加成R-C=CHR'R-CH-CH 2OHRCH-CH 2X -R-C=CHR'X YHOH 分子内亲核取代YX -+X -+XYHOH 分子内亲核取代YCH 2+C H HCC H 2R++R C C R`H 2R C CR`H H +R C C R`H 2液氨R C CR`H H2.普通环(五、六元环) ⑴ 付-克酰基化⑵ 狄克曼反应(分子内酯缩合)⑶ 分子内羟酸缩合。