“有機合成”解題思維體系的構建

陳 飛(特級教師) 夏 歡

（河南省盧氏縣第一高級中學）

有機合成是高中化學的核心知識之一，這部分知識的邏輯性和規律性較強，能夠很好地發展學生的“宏觀辨識與微觀探析”核心素養，能夠考查學生思維的發散性、嚴密性和靈活性.試題中的物質推斷是學生需要突破的難點，怎樣快速準確找出物質官能團之間的變化關系，是解題的關鍵.

1 建設一條主線——物質的轉化關系線

有機物的合成，大多數不是一步反應就能完成的，往往需要沿著一條主線進行多步反應.比如下列合成路線常常在有機合成中出現.

1.1 一元合成路線

1.2 二元合成路線

1.3 芳香化合物合成路線

2 思考一個關鍵——碳骨架的構建

有機物的學習，碳原子骨架的建構是一個關鍵，掌握了碳原子的變化規律，就能更好地理解有機物種類繁多的原因，從而順利解答各類推斷試題.

2.1 同分異構現象引起的碳骨架變化

化合物具有相同的分子式但具有不同結構的現象稱為同分異構現象.同分異構現象的常見類型如下.

1)碳鏈異構.碳鏈骨架不同，如

2)位置異構.官能團的位置不同，如

3)官能團異構.官能團種類不同，常見的情況列入表1.

表1

4)限定條件同分異構體的書寫

解題時要看清所限范圍，分析已知幾個同分異構體的結構特點，對比聯想找出規律進行補寫，同時要注意碳的四價原則和官能團存在位置的要求.

a)芳香化合物的同分異構體：烷基的類別與個數，即碳鏈異構.若苯環上連有2個取代基，其結構有鄰、間、對3種.若苯環上連有3個相同的取代基，其結構有3種.若苯環上連有—X、—X、—Y3個取代基，其結構有6種.若苯環上連有—X、—Y、—Z3個不同的取代基，其結構有10種.

b)具有官能團的有機物一般的書寫順序為：碳鏈異構→官能團位置異構→官能團類別異構.書寫要思維嚴謹，有序進行.如書寫酯類物質的同分異構體時，可采用分碳法，即用逐一增加某酸中碳原子數而減少某醇中碳原子數的方法進行分析.如C8H8O2含苯環的屬于酯類的同分異構體：甲酸某酯有某酯 為苯甲酸某酯為

2.2 分子中碳原子的增加和減少引起的碳骨架變化

1)增長碳鏈.例如

2)縮短碳鏈.例如

3 歸納一種方法——推理思考法

有機合成路線試題的解題方法最常用的是推理思考法，可以用正推法，也可以用逆推法，或者正、逆結合推導法.

3.1 正推法

從某種原料分子開始，對比目標分子與原料分子結構中的碳骨架及官能團，對該原料分子進行碳骨架的構建和官能團的引入或者官能團的轉化，從而設計出合理的合成路線，其思維程序如圖1所示.

圖1

如以乙烯為原料合成乙酸乙酯，可采用正推法(如圖2).

圖2

3.2 逆推法

從目標分子著手，分析目標分子的結構，然后由目標分子逆推出原料分子，并進行合成路線的設計，其思維程序如圖3所示.

圖3

圖4

設計合成路線時，要選擇反應步驟少、試劑成本低、操作簡單、毒性小、污染小、副產物少的路線，如圖5所示.

圖5

3.3 正、逆雙向結合法

采用正推和逆推相結合的方法，是解決合成路線題最實用的方法，其思維程序如圖6所示.

圖6

如果一道試題已經給出合成路線，推導時要仔細比較每一步反應物與生成物之間發生變化的地方，結合題給反應條件分析一步反應的一點點變化，就能判斷變化的官能團和反應的類型，從而解答好整道試題.

4 用好一組信息——題給已知信息

在教材上學習到的知識很有限，不能完全滿足有機合成需要，在設計有機合成路線時往往涉及我們沒有學過的知識，這時試題就會以已知的形式給出一組相關信息，以便于我們運用和解答.常見的有機新信息主要有以下幾種.

2)羥醛縮合反應.有α-H的醛在稀堿(10%NaOH)溶液中能和另一種醛相互作用，生成β-羥基醛，稱為羥醛縮合反應.例如

3)雙烯合成反應.例如，1，3-丁二烯與乙烯發生環化加成反應得到環己烯：

這是著名的雙烯合成，也是合成六元環的首選方法.

4)烯烴被O3氧化，再經過鋅與水處理得到醛或酮.例如

5)烯烴或芳香化合物被高錳酸鉀氧化.

RCH＝CHR′(R、R′代 表H或 烴 基)與 堿 性KMnO4溶液共熱后酸化，發生雙鍵斷裂生成羧酸，通過該反應可推斷碳碳雙鍵的位置(R代表烴基)被酸性KMnO4溶液氧化生成苯環側鏈可以引入羧基，此反應可縮短碳鏈.

6)醛、酮的加成反應(加長碳鏈，—CN水解得—COOH).例如

7)醛或酮與格氏試劑(R′MgX)發生加成反應，所得產物經水解可得醇.例如

8)酯交換反應.例如

9)苯甲酰氯和苯發生的取代反應.例如

5 做好一道試題——高考有機化學基礎試題

高考化學試題中對有機化學基礎的考查題型比較固定，試題賦分為15分，通常是以生產、生活中陌生有機物的合成為載體考查有機化學的核心知識，考查內容幾乎涵蓋了有機化學的所有重點知識，如有機物的命名、官能團、分子式、結構簡式、同分異構體、有機反應類型、有機反應方程式、利用原料進行有機化合物合成路線設計等.側重考查學生整合化學信息的能力、綜合思維能力、知識的遷移運用能力等.只要復習時抓好上述幾點內容，舉一反三，靈活運用，做好這類題是完全有可能的.下面以2021年全國乙卷第36題為例進行分析.

例鹵沙唑侖W是一種抗失眠藥物，在醫藥工業中的一種合成方法如圖7所示.

圖7

回答下列問題：

(1)A的化學名稱是_________.

(2)寫出反應③的化學方程式_________.

(3)D具有的官能團名稱是_________.(不考慮苯環)

(4)反應④中，Y的結構簡式為________.

(5)反應⑤的反應類型是_________.

(6)C的同分異構體中，含有苯環并能發生銀鏡反應的化合物共有_________種.

(7)寫出W的結構簡式_________.

解析

答案(1)2-氟甲苯(或鄰氟甲苯).

NaCl＋H2O.

(3)氨基、羰基、鹵素原子(溴原子、氟原子).

(5)取代反應.

(6)10.

總之，高考中有機綜合題主要以有機物的推斷和合成路線為載體，考查有機化學的核心知識.題型結構合理，命題保持穩定.側重有機物衍變過程中碳架結構的構建及有機物官能團的衍變.特別是近些年有機試題考查知識高于課標要求和教材內容，題目中常常給出提示信息，利用新信息和已有知識適當遷移，解決新情境問題，這也是2022年全國高考有機化學的命題趨勢.