見微知著 循序漸進——有機合成路線問題解題

摘 要：有機化學是高中化學教學的主要內容，而有機合成路線設計又是高考的必考題型之一，多數學生認為有機合成路線問題解題難度較大，容易出現思維障礙.教師要培養學生題干信息提取能力、信息解讀能力與思維變通能力，幫助學生循序漸進地解決有機合成路線設計問題.

關鍵詞：有機合成；線路問題；解題技巧

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）21-0121-03

收稿日期：2024-04-25

作者簡介：陳立（1979.12—），男，江蘇省蘇州人，本科，中學一級教師，從事化學教學研究.

有機合成路線設計問題對書寫格式有較高的要求，并且多數有機合成路線問題以流程圖的方式呈現，學生需要按照要求寫出反應物、生成物及目標產物.解決有機合成路線設計問題，可以通過逆向思考、順向推理和中心突破等方式解決.學生要針對題干給定的內容細節發散思維，聯系與之相關的基礎知識，尋找解題的突破口，實現見微知著.此后，在層次遞進的邏輯推理當中，逐漸明確有機合成的發展路線，攻克解題難點[1].

1 應用思維導圖，合成思維路線

利用思維導圖幫助學生將有機合成路線設計的相關知識整合成為層次性、直觀性的知識脈絡，學生可以通過繪制理解思維導圖，記憶并應用所學知識，提高解決有機合成路線問題的能力[2].

例1 （2017天津卷）2-氨基-3-氯苯甲酸（F）是重要的醫藥中間體，其制備流程圖如下：

請完善以下有機框圖.

解 首先根據題干繪制出思維導圖，如圖1所示.

通過觀察思維導圖能發現，在有機反應路線圖當中A、C、E三種物質以及反應條件⑧是未知的，所以從反應條件①、②和與A相鄰的兩個結構式切入解題，推斷出物質A的結構式：

H3CSO3H

.因為硝基和鐵單質和鹽酸的雙重作用下生成消極，由此推斷出物質C的結構式：

NH2COOH

.通過觀察路線圖能發現反應條件⑨與反應條件③一致，所以能夠推斷出物質E為：

ClNHOCH3HO3SCOOH

.在對比物質E和物質D之后能發現，物質E的苯環上有氯原子，所以反應條件⑧可能是Cl2/Fe或Cl2/FeCl3.

求解如例1類的題目，利用思維導圖能大大提高解題效率.學生可以在思維導圖中標出題干中的已知信息和未知條件，由細節信息擴大到未知條件，循序漸進地梳理解題思路，逐漸推斷、完善路線圖.值得注意的是，對于基礎知識薄弱的學生，比如學生無法分辨基團的名字、反應條件的特征等，教師要用思維導圖幫助學生回顧、總結所學知識歸納反應類型，不可直接給定學生解題建議或要求學生按照同樣的解題思路完成解題，而是要層次遞進地帶領學生思考、分析，完成有機合成路線解題.

2 尋找反應核心，從反應的先后順序入手逐一突破

多數有機合成路線設計問題當中，碳骨架的轉化和建立也成了核心步驟或核心反應.在明確了核心步驟之后，學生便可以著手思考有機合成路線的主要順序、合成步驟以及中間產物，在循序漸進的推演過程中，最終歸結為完整的有機合成過程.

例2 含有吡喃萘醌骨架的化合物常具有抗菌、抗病毒等生物活性，一種合成該類化合物的路線如圖2所示.甲苯與溴在FeBr3催化下發生反應，會同時生成對溴甲苯和鄰溴甲苯.依據由C到D的反應信息，請設計以甲苯為原料選擇性合成鄰溴甲苯的路線.

解析 在該合成路線圖當中，烷基為對位取代基，所以甲苯與溴會在FeBr3的條件下同時發生反應生成對溴甲苯和鄰溴甲苯.在對比甲苯和鄰溴甲苯之后，能夠發現該合成路線圖的核心為：甲苯和溴在反應過程中取代基應該如何定位.根據題干當中給定的條件能推出：決定取代基定位問題的關鍵反應步驟為磺酸基取代，所以中間產物即：CH3SO3H.之后甲苯在經過磺化后再合成中間產物，最后設計中間產物和溴定位取代的路線圖，即生成CH3BrSO3H，最后脫去保護基：磺酸基得出最終的目標產物.所以，本題最終的合成路線圖如圖3所示.

在例2當中，原料和目標產物之間結構并未產生太大的變化，看似是極為簡單的合成反應過程，但也需要重視題干當中取代基發生的定位效應，這是設計該合成路線的核心步驟.在明確該合成路線的核心步驟基礎上，根據題干當中給定的參考信息，明確該化學反應的先后順序，從而設計出合理、準確的有機合成路線圖.

3 從不穩定結構入手層次遞進分析

解決有機合成路線設計問題時，要注意在題干當中是否提供了不穩定的結構.應從有機合成路線當中的不穩定分子結構入手，層次遞進地分析反應路線圖.首先需要判定在整個化學反應當中的核心步驟及碳骨架轉化反應較大的變化.到整個化學反應當中核心步驟之后，尋找要發生這一核心反應所要用到的中間產物.即根據現有的已知條件，通過加成、消去、取代等方式，結合未知條件尋找中間產物.在確定中間產物之后，利用題干當中給出的原材料，通過轉化官能團，增長、縮短或開環碳鏈合成中間產物.確定中間產物之后，最終有機合成路線便可完成.此時要注意整個化學反應的先后次序，并選擇其中最簡單且效果最優的合成路線.

例3 （2023年海南卷18）局部麻醉藥福莫卡因的一種合成路線如圖4所示.

根據相關信息，以苯甲醛和含有一兩個碳的有機物為原料，設計路線合成.

解析 通過對比原材料苯甲醛和目標合成物，兩者之間的結構差異相對較大，并且在整個合成過程當中，碳鏈增長依舊是核心步驟.按照題干當中給定的局部麻醉藥福莫卡因的合成路線圖可以得知：A→B的碳鏈增長，并且A和B與目標產物以及原材料之間的結構十分相似，所以在該合成路線當中，A→B的碳鏈增長步驟為整個反應的核心步驟，并且在每次發生A→B的碳鏈增長反應時都會加入一個碳碳雙鍵，但是在目標產物的化學結構當中卻包括兩個碳碳雙鍵，所以必須進行兩次A→B的碳鏈增長反應.之后再根據碳原子的數目設置合成路線圖的整體思路為：乙醇被催化、氧化成為乙醛、乙酸，乙酸和乙醇發生酯化反應之后，形成乙酸和乙酯，乙醛在與乙酸、乙酯反應之后生成：CH3CH=CHCOOC2H5，苯甲醛會與CH3CH=CHCOOC2H5生成，之后再經過水解反應之后生成.綜上，最終合成的路線圖如圖5所示.

在解決如例4一類的問題時，要逐一合成路線當中的不穩定結構，比如原料苯甲醛支鏈碳原子的數目比目標產物要少四個，所以在解決該問題時，要注意合成過程是否只有一兩個碳的有機物.因為在該題目當中，A→B的碳鏈增長反應時都會加入一個碳碳雙鍵，但是最終的目標產物又有兩個碳碳雙鍵，所以由此可以推斷出會發生兩次碳鏈增長反應，即苯甲醛先進行一次碳鏈增長反應.但是根據題干當中給出的信息A→B，能夠發現苯甲醛在醛基消失之后很難再發生增長反應，所以就需要先合成CH3CH=CHCOOC2H5，在合成CH3CH=CHCOOC2H5之后再和苯甲醛發生反應，才能夠得出目標產物.

4 結束語

高中有機合成路線問題主要考查學生的分析能力、推理能力和邏輯思維.一般來說，設計有機合成路線，主要通過正向推導、逆向推理、正逆結合的方式完成.在解題時從題干當中提取有效信息，從細節出發提煉已知信息，循序漸進地梳理解題思路，根據題目當中提供的信息完成有機合成路線圖的設計.

參考文獻：

［1］ 湯亞蘭.有機合成推斷題的突破技巧分析[J].中學化學，2023（12）：36-38.

[2] 曹江梅.高中化學解題中的逆向思維探究[J].數理化解題研究，2023（19）：140-142.

［責任編輯：季春陽］