高考复习“有机物的转化与合成”的策略

江苏

王建华

有机物的转化与合成是高考化学试题的热点。在《普通高中化学课程标准》(2017年版)中提到：“认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化，了解设计有机合成路线的一般方法。体会有机合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。”笔者从探寻、设计、优化官能团及碳骨架变化的路径三方面进行研究和归纳，供师生参考，希望对高考复习有机物的转化与合成有所帮助。

一、探寻官能团及碳骨架变化的路径

【模型建构1】仔细观察下面的基础有机反应流程图,体会每一步官能团变化。

常见官能团的特征反应及其反应条件见下图：

基于以上的知识网络，常见官能团引入的一般方法总结如下：

引入碳碳双键：卤代烃消去；醇羟基消去

引入卤原子：碳碳双键加成；醇羟基取代

引入羟基：卤代烃的水解；醛或酮与H2的加成

引入醛基或羰基：醇羟基被氧化

引入羧基：醛基被氧化

引入酯基：酸与醇的酯化

引入醚键：醇羟基之间的脱水反应

【例1】请在下列聚甲基乙烯酸羟乙酯的合成路线中找出各步转化中的“官能团”或“碳骨架”的变化。

【解析】第①步，碳碳双键被加成，引入卤原子；第②步，卤代烃发生水解反应，卤原子被取代，引入羟基；第③步，醇发生催化氧化，羟基被氧化为醛基；第④步，醛基发生催化氧化，醛基被氧化为羧基；第⑤步，醇发生消去反应，生成碳碳双键；第⑥步，酸与醇发生酯化反应，引入酯基；第⑦步，碳碳双键发生加聚反应，生成聚合物。可以用下图来表示有机物间的转化关系：

二、设计官能团及碳骨架变化的路径

【答案】

【解析】

【设计思路】大多数有机合成采用的方法为逆推法，从目标产物出发，利用信息，运用引入常见官能团的一般方法，逐步逆推到基础原料。可用下图表示：

三、优化官能团及碳骨架变化的路径

【解析】方法一

那这里在引入醛基、羧基的同时，也会氧化碳碳双键，所以在氧化醇羟基的同时要保护好碳碳双键，因此对方法一要进行优化。

方法二

【例3】已知：①当苯环已有一个“—CH3”时，新引入的取代基一般在原有取代基的邻位或对位；当苯环已有一个“—COOH”时，新引入的取代基一般在原有取代基的间位。

【解析】

在以上两种方法中，方法二可行。方法一在引入酯基的步骤中，酯化反应的条件是浓硫酸，因为浓硫酸是强氧化剂，据信息可知，—NH2也同时被氧化，所以方法一不行。所以在有多种合成路线时，一定要优化合成路线。

【点评】优化设计路径时，往往就会涉及到官能团的保护或多条路线的选择，若是涉及到官能团保护的，特别要注意以下三点：一是基团保护过程中，不影响分子的其他部位；二是形成的保护基在后续合成过程中保持稳定；三是保护基脱除过程中不影响分子的其他部位。高中化学常见基团的保护方法见下表：

基团名称常见保护方法碳碳双键与卤化氢加成醇羟基与醛(酮)形成缩醛(缩酮);将其转化为醚或酯酚羟基与CH3I形成醚;将其转化为盐(如酚钠)羰基(醛或酮)与二元醇形成缩醛或缩酮氨基与酰氯或酸酐形成酰胺

若是涉及多条路线选择的，一定要仔细分析每一步的反应，是不是只发生了我们臆想的官能团的变化，防止出现其他官能团也跟着变化了。

在充分考虑到官能团的保护和多条路线的选择两种情况后，还必须要考虑的是步骤尽量少而不繁琐，这样设计出来的合成路线就会更加的优化和合理。

综上所述，在设计有机物的转化与合成时，大多采用逆合成方法，要充分利用好已知信息，把握好每一步的官能团及碳骨架变化，同时要考虑是否会影响其他官能团及碳骨架，最后要优化合成路线。