鲁科版高考化学一轮复习第9章第55讲有机合成路线的设计课时学案

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官能团转化的合成路线设计
1．烃及其衍生物之间的衍变关系
2．官能团的引入
(1)引入碳卤键的方法
①烃与卤素单质(X2)发生取代反应。
②不饱和烃与卤素单质(X2)或卤化氢(HX)发生加成反应。
③醇与HX发生取代反应。
(2)引入羟基(—OH)的方法
①烯烃与水发生加成反应。
②卤代烃碱性条件下发生水解反应。
③醛或酮与H2发生加成反应。
④酯的水解。
⑤酚钠盐中滴加酸或通入CO2。
(3)引入碳碳双键或碳碳三键的方法
①某些醇或卤代烃的消去反应引入或。
②炔烃与H2、X2或HX发生加成反应引入。
③烷烃裂化生成烯烃引入。
(4)引入—CHO的方法
某些醇的催化氧化(含有—CH2OH结构的醇)。
(5)引入—COOH的方法
①醛被O2或银氨溶液或新制的Cu(OH)2氧化。
②酯在酸性条件下水解。
③苯的同系物(与苯环直接相连的碳原子上至少有一个氢原子)被酸性KMnO4溶液氧化。
3．官能团的消除
(1)通过加成反应消除不饱和键(双键、三键、苯环)。
(2)通过消去、氧化、酯化反应消除羟基。
(3)通过加成或氧化反应消除醛基。
(4)通过水解反应消除酯基、酰胺基、碳卤键。
4．官能团的保护
(1)酚羟基的保护：因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH变为—ONa将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
(3)氨基(—NH2)的保护：如在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH之后，再把—NO2还原为—NH2。防止当酸性KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性)也被氧化。
请设计合理方案用合成 (无机试剂任选，用反应流程图表示，并注明反应条件)。
已知：R—CH===CH2eq \(―――――→,\s\up10(HBr),\s\d8(过氧化物))R—CH2—CH2—Br。
[解析] 可采用逆向推导法：

[答案]

(1)有机合成路线的表示方法
Aeq \(――――――→,\s\up10(反应物),\s\d8(反应条件))Beq \(―――――→,\s\up10(反应物),\s\d8(反应条件))C……―→D
(2)设计有机合成路线一般程序
①分析目标分子和原料分子的结构及其差异。
②根据二者差异联想有机反应或已知信息或题干信息，利用正推或逆推设计合成路线。
③评价设计的合成路线(从步骤少，反应条件温和、便于操作、试剂原料廉价易得、便于提纯、绿色环保评价)优化最佳合成路线。
1．设计用2-苯基乙醇为原料合成的合成路线(其他无机试剂任选)。
[答案]
2．设计用为原料合成的合成路线(其他无机试剂任选)。
[答案]
碳骨架改变的有机合成路线设计
1．链增长的反应
加聚反应；缩聚反应；酯化反应；利用题目信息所给的反应，如卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应等。
(1)醛、酮与HCN加成

(2)醛、酮的羟醛缩合(其中至少一种有α-H)
(3)卤代烃与活泼金属作用
2R—Cl＋2Na―→R—R＋2NaCl
(4)醛或酮与格氏试剂(R′MgX)发生加成反应，所得产物经水解可得醇
(5)苯环上的烷基化反应
2．链缩短的反应
(1)烷烃的裂化反应；
(2)酯类、糖类、蛋白质等的水解反应；
(3)利用题目信息所给的反应，如烯烃、炔烃的氧化反应，羧酸及其盐的脱羧反应等。
3．成环的方法
(1)二元醇脱水成环醚；
(2)二元醇与二元羧酸成环酯；
(3)羟基酸分子间成环酯；
(4)氨基酸分子间成环；
(5)双烯合成：
(2021·湖南选择性考试，T19节选)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：
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)。
[解析] 逆向推导法分析
eq \(――→,\s\up10(题干路线中),\s\d8(D→E))CH3CHOeq \(――→,\s\up10(O2/Cu),\s\d8(△))CH3CH2OHeq \(――→,\s\up10(H2O),\s\d8(催化剂))CH2===CH2。
[答案] CH2===CH2eq \(――→,\s\up10(H2O),\s\d8(催化剂))CH3CH2OHeq \(――→,\s\up10(O2/Cu),\s\d8(△))CH3CHOeq \(――→,\s\up10(DBBA溴化剂),\s\d8(CH2Cl2))BrCH2CHO,

设计有机合成路线的信息处理
(1)根据原料结构和目标分子结构，联想常规有机物转化。
(2)分析悟透题中已知信息及反应原理，迁移到有机合成路线设计中。
(3)结合原料结构和目标产物结构，在题干合成路线中寻找相似的转化反应，进而迁移至有机合成路线的设计中。
根据已知信息设计合成路线
1．已知：
设计以和为原料制备的合成路线流程图________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(无机试剂和乙醇任用)。
[解析] 对比与和的结构简式并根据题给信息可知，需要由转化为，官能团的变化由1个碳碳双键变为2个碳碳双键，联想官能团之间的相互转化，与Br2发生加成反应生成，在NaOH醇溶液中发生消去反应生成，与发生加成反应生成，与H2发生加成反应生成。
[答案] eq \(――→,\s\up10(Br2))eq \(――→,\s\up10(NaOH/乙醇),\s\d8(△))eq \(――→,\s\up10(H2),\s\d8(Ni，△))
2．已知：
化合物是合成抗菌药磺胺甲唑的一种中间体，写出以乙二酸和丙酮()为原料合成该化合物的反应流程图(其他无机及有机试剂任选)。
[解析] 根据已知信息可知生成化合物，需要由与乙二酸二乙酯反应制取，乙二酸二乙酯则需要乙二酸与足量的乙醇反应制取。
[答案] HOOCCOOHeq \(――――――→,\s\up10(CH3CH2OH),\s\d8(浓硫酸/△))
CH3CH2OOCCOOCH2CH3
根据题干合成路线中“部分流程”提供的信息设计合成路线
3．(2021·广东选择性考试，T21节选)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的路线如图(部分反应条件省略，Ph表示—C6H5)：
已知：
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)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] 由目标产物及原料HOCH2CH2Cl分析可知，另一种原料(苯酚的同系物)为，合成时需要在苯环的碳原子上引入2个醚键。结合“已知”反应，在中引入第一个醚键，得到中间产物，引入第二个醚键，则可利用题给路线中反应④的原理，在催化剂的作用下生成，而可以由
[答案]
eq \(――→,\s\up10(催化剂))
4．(2022·潍坊模拟)有机化合物M是一种香料，可由如图方法合成：
请回答下列问题：
(1)D、E、F的结构简式分别为________、________、________。
(2)已知：RC≡CHeq \(――→,\s\up10(Na))RC≡CNa，结合上述信息，写出由苯乙炔()和溴苯制备的合成路线(无机试剂任选)。
[解析] 根据已知①信息可知D为进而确定E为，F为CH3CH2C≡CCH2CH2CH2OH。
[答案] (1)
CH3—CH2—C≡C—CH2—CH2—CH2—OH
5．(2020·全国Ⅲ卷，节选)氧化白藜芦醇W具有抗病毒等作用。下面是利用Heck反应合成W的一种方法：
利用Heck反应，由苯和溴乙烷为原料制备，写出合成路线________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(无机试剂任选)
[答案]
1．(2022·海南等级考，节选)黄酮哌酯是一种解痉药，可通过如图路线合成：
[解析] 应该注意(1)引入酚—OH前不能先氧化—CH3为—COOH。(2)引入酚—OH后，氧化—CH3时要保护酚—OH。
[答案]
2．(2022·湖南选择性考试，T19节选)物质J是一种具有生物活性的化合物。该化合物的合成路线如图：
回答下列问题：
(1)F―→G、G―→H的反应类型分别是________、________；
(2)B的结构简式为________________________________________________________________________；
(3)C―→D反应方程式为____________________________________________________________________________________________________________________；
[解析] 结合A的结构简式和“已知①”可以推出B的结构简式为；结合C的分子式可知C的结构简式为，结合D的分子式和已知②可知D的结构简式为；结合F、H的结构简式和G的分子式可知G的结构简式为。
[答案] (1)取代反应 加成反应
(2)
3．(2021·全国甲卷，T36节选)近年来，以大豆素(化合物C)为主要成分的大豆异黄酮及其衍生物，因具有优良的生理活性而备受关注。大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线如图：
根据上述路线中的相关知识，以丙烯为主要原料，用不超过三步的反应设计合成下图有机物，写出合成路线。
[答案]

课时分层作业(五十五) 有机合成路线的设计
1．请设计以CH2===CHCH3为主要原料(无机试剂任选)制备CH3CH(OH)COOH的合成路线流程图(须注明反应条件)。
[答案]
2．请设计以甲苯为主要原料(无机试剂任选)合成苯甲酸苯甲酯的合成路线图(注明反应条件)。
[答案]
3．已知：，试写出由1,3-丁二烯和乙炔为原料(无机试剂及催化剂任用)合成的合成路线(用结构简式表示有机物，用箭头表示转化关系，箭头上注明试剂和反应条件)。
[答案]
4．伪麻黄碱(D)能够缓解感冒时带来的鼻塞、流鼻涕和打喷嚏症状，其中一种合成路线如图：
[答案]
5．抗抑郁药米那普仑(Milnacipran)中间体H的合成路线如图：
请回答下列问题：
(1)F的结构简式为________________________________________________________________________，
(2)D→E的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________，
(3)结合信息，设计以为原料，合成的路线(无机试剂任选)。
[解析] 根据题意可知：A为，B为，C为F为。
[答案] (1)
(2)
(3)
6．(2022·青岛模拟)一种药物中间体G的合成路线如图：
已知：
Ⅲ.R1CHO＋R2COCH3eq \(――→,\s\up10(NaOH),\s\d8(△))R1CH===CHCOR2
参照上述合成路线，写出由1-溴-2-丁烯和苯酚制备的合成路线。
[解析] 由1-溴-2-丁烯和苯酚仿照合成路线中A→B的转化发生反应，把酚羟基转变为醚键得，再发生已知反应Ⅱ，在加热条件下，使其转变为自身的同分异构体，即可重新生成酚羟基()，侧链上的双键再与水加成引入醇羟基即可得，据此可得合成路线。
[答案]
7．一种抗心律失常的药物氨基酮类化合物的合成路线如图。
已知：
(1)A→B的反应类型为________，其反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)H分子含氧官能团的名称为________，E的一种同分异构体具有反式结构且能发生银镜反应，该同分异构体的结构简式是________，该合成路线中乙二醇的作用是________。
(3)F的结构简式是________；

[解析] 由流程图可知，A的分子式为C3H4O2，且可与乙醇发生酯化反应，可知A中含有羧基与碳碳双键，则A的结构简式为CH2===CHCOOH，B的结构简式为CH2===CHCOOC2H5；B与C发生信息ⅰ中反应，D与B相比增加了4个碳原子，则C为含有4个碳原子的醛；D与E继续发生信息ⅰ中的反应，结合产物结构，可逆推得知E的结构为，D的结构简式为，C的结构简式为CH3—CH2—CH2—CHO；F与乙二醇发生信息ⅱ中反应，结合F的分子式可推断出F的结构简式为；由与甲胺反应得到G，由G发生还原反应及H在H＋作用下水解得到可知，中酯基转化为酰胺基生成G()，G中碳氧双键被还原生成H()，H在H＋作用下，将酮羰基恢复。
(2)H分子中含氧官能团名称为醚键；由分析可知E为，E的同分异构体能发生银镜反应，则含有醛基，具有反式结构，则含有碳碳双键且双键碳上不连有2个H原子，符合要求的E的同分异构体为；G→H过程中，使用还原剂将酰胺基中的碳氧双键还原，使用乙二醇先破坏酮羰基，在后续过程中再将其复原可避免酮羰基被还原剂还原，故乙二醇的作用是保护酮羰基。
(4)由题给两种原料均为链状结构而产物中出现环状结构可知，该过程中发生了成环反应，对比题给反应流程可知，生成F的过程中发生了成环，且F与目标产物具有类似的结构，分析成、断键情况可逆推出由在硼酸、加热条件下成环生成目标产物。再结合信息可逆推出由与发生信息ⅰ中反应得到，由发生催化氧化反应得到，由此得出合成路线。
[答案] (1)取代反应(或酯化反应) CH2===CHCOOH＋C2H5OHeq \(,\s\up10(浓硫酸),\s\d8(△))CH2===CHCOOC2H5＋H2O
(2)醚键 保护酮羰基
(3)
(4)