高考有機化學中“合成路線設計”類試題的解題策略

摘要：本文討論了有機合成的主要任務，詳細介紹了增長碳鏈、縮短碳鏈、成環反應和開環反應的常見方法和實例，闡述了在高考有機化學“合成路線設計”類試題的解題策略，包括倒推法和碳鏈比較法，以期通過典型例題分析，幫助學生掌握有機合成的基本思路和方法.

關鍵詞：有機合成；倒推法；高考化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2025）07-0137-03

在高考化學中，“合成路線設計”類題目綜合考查了學生對有機反應知識的掌握和應用能力.這類題目要求學生具備分析目標產物結構、選擇合適反應類型和設計合理合成路線的能力.因此，熟悉有機合成的基本方法和解題策略，對提升學生的解題能力具有重要意義.

1有機合成的主要任務

有機合成路線設計的關鍵在于構建目標化合物的碳骨架（增長碳鏈或縮短碳鏈，成環或開環）和官能團轉化.

1.1碳骨架的構建

1.1.1增長碳鏈

在有機化學中，增加目標化合物中碳鏈長度是一種常見的合成策略.通過選擇具有反應性的官能團和催化劑，可實現碳鏈的延長.常見方法有格氏試劑反應、烯烴的加成反應等.例如，目標化合物為C6H5CH2CH2OH（苯乙醇），其苯乙基由苯環和乙基組成.通過格氏試劑生成乙基化合物C6H6CH2CH2Br，利用親電加成反應在氯化鋁催化下與乙烯反應生成苯乙醇，完成碳鏈增長.反應方程式示例：

C6H5CH2Br+CH3MgBrC6H5CH2CH2MgBr（格氏試劑反應）

C6H5CH2CH2MgBr+CO2

C6H5CH2CH2COOMgBr（加成反應）

C6H5CH2CH2COOMgBr+H2O

C6H5CH2CH2OH（水解）

合成過程中關鍵在于反應條件的選擇，如反應時間、溫度以及催化劑等.

1.1.2縮短碳鏈

縮短碳鏈通過去除碳原子或環化反應實現，常用方法包括氧化還原、斷鏈反應等[1].例如，目標分子C6H5CH2OH（苯甲醇）可通過氧化去除多余碳原子.使用高錳酸鉀（KMnO4）將苯乙醇氧化為苯甲醛.

反應方程式示例：

C6H5CH2OH+KMnO4C6H5CHO+其他副產物（氧化）

合成中的關鍵是選擇合適的氧化劑以及控制氧化的反應條件，以確保不發生過度氧化.

1.1.3成環反應

成環反應通過化學反應形成環狀結構，用于天然產物和藥物化學的合成.常見成環反應包括芳香化、烯烴環化和自由基反應.以四氫呋喃（C4H8O）為例，可通過環氧化物的加氫還原生成.

反應方程式示例：

C2H4O+H2C4H8O（還原環化）

在設計成環反應時，需要關注環的大小、立體效應以及反應的條件，以確保產物的選擇性和反應的效率.

1.1.4開環反應

開環反應通過斷裂環狀結構生成線性化合物.環氧化物的開環生成醇類或醛類，需控制反應條件避免副產物生成.例如，環氧乙烷（C2H4O）在NaOH存在下開環生成乙醇.

反應方程式示例：

C2H4O+NaOHC2H5OH+NaOH

開環反應常用于合成分子中的關鍵官能團，因此必須謹慎選擇合適的反應條件.

1.2官能團的引入

在合成中，引入官能團是關鍵，通過特定反應賦予目標分子所需化學性質.常見官能團包括羧基（—COOH）、氨基（—NH2）、鹵素（—X）等.以合成C6H5CH2OH（苯甲醇）為例，溴苯（C6H5Br）通過親核取代反應與氫氧化鈉生成苯甲醇.

反應方程式示例：

C6H5Br+NaOHC6H5OH+NaBr（親核取代）

在進行官能團的引入時，要選擇合適的試劑和條件，以確保所需官能團的高效引入和選擇性反應.

2高考有機化學中“合成路線設計”類試題的解題策略

2.1倒推法：從目標產物出發，確定核心反應與關鍵步驟

在有機合成路線設計中，首先應從目標產物出發，與已知原料進行對比，找出結構上的差異和變化.通過分析目標產物所含的官能團、碳鏈長度和取代基位置等，倒推需要的中間體和反應類型，并確定合成過程中關鍵的官能團引入或轉化步驟，以及需要的反應類型（如取代、加成、消去、氧化、還原等）.然后，根據已有的化學反應知識，設計出可行的合成路線[2].

例1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1所示（部分反應條件已簡化）.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，設計以甲苯為原料選擇性合成鄰溴甲苯的路線（無機試劑任選）.

解題分析

（1）比較原料與目標產物.原料：甲苯（C6H5CH3）；目標產物：鄰溴甲苯（C6H4BrCH3）.通過結構對比，發現需要在甲苯的鄰位引入溴原子.

（2）問題關鍵.直接用甲苯與溴在FeBr3催化下反應，會得到鄰、對溴甲苯的混合物，無法實現選擇性合成鄰溴甲苯.因此，需要找到一種方法，能夠引導溴只進入甲苯的鄰位.

（3）倒推核心反應.觀察由C到D的反應信息，推測可能涉及中間基團的引入和脫除，以達到定位和選擇性的目的.

（4）引入磺酸基實現定位.

步驟一：磺化甲苯

甲苯在濃硫酸作用下發生磺化反應，主要生成對甲苯磺酸（甲基是鄰、對位定位基，但對位位阻較小，產物以對位為主）.

C6H5CH3+H2SO4C6H4（SO3H）CH3+H2O

步驟二：溴化反應

將得到的對甲苯磺酸與溴在FeBr3催化下反應.由于磺酸基是強的吸電子基，具有強的鄰位阻礙作用，引導溴只進入鄰位，生成鄰溴對甲苯磺酸.

C6H4（SO3H）CH3+Br2FeBr3C6H3Br（SO3H）CH3+HBr

步驟三：脫磺化

將鄰溴對甲苯磺酸在高溫下與水蒸氣共熱，脫去磺酸基，得到目標產物.

2.2碳鏈比較法：分析碳骨架，合理選擇碳鏈延長方法

當目標產物的碳骨架比原料長時，需要考慮如何延長碳鏈.通過比較原料和產物的碳原子數，確定需要增加的碳數.常用的碳鏈延長方法包括：Grignard反應、Wittig反應、羥醛縮合、Knoevenagel縮合等.在設計合成路線時，要選擇適當的反應，以實現碳鏈的延長和官能團的引入.

例2物質J是一種具有生物活性的化合物，其合成路線如圖2所示.

已知：

①RCHO+[Ph3P+CH2R′]Br-堿RCHCHR′;

②RCOOH羥酸多聚鱗聚（RCO）2酐O.

參照上述合成路線，以CH3OH和OCH3為原料，設計合成OCH3的路線（無機試劑任選）.

解題分析

（1）分析原料與目標產物.原料：甲醇CH3OH和甲醛HCHO或甲酸甲酯等含有一個碳的有機物；目標產物：含有一定長度碳鏈的酮類化合物OCH3.

（2）碳鏈比較.原料總碳數為1或2個碳；目標產物的碳數需要達到指定數目.

（3）確定碳鏈延長策略.

使用Wittig反應實現碳碳雙鍵的形成，延長碳鏈.需要先制備磷葉立德，與醛類化合物反應.

步驟一：甲醇氧化為甲醛

CH3OH|O|HCHO+H2O

步驟二：制備磷葉立德

將溴代甲烷與三苯基膦反應，生成甲基三苯基膦溴化物，然后與堿作用，形成磷葉立德.

CH3Br+PPh3[Ph3P+CH3]Br-

[Ph3P+CH3]Br-+堿Ph3PCH2

步驟三：Wittig反應

磷葉立德與甲醛反應，生成乙烯.

Ph3PCH2+HCHOCH2CH2+Ph3PO

步驟四：進一步反應

將乙烯進行氧化，得到乙二醛或乙醇，再通過氧化或其他反應得到所需的酮類化合物.

3結束語

通過對有機合成中碳骨架構建和官能團引入方法的深入分析，以及對高考“合成路線設計”類試題的解題策略的探討，能夠了解到有機合成的核心在于合理設計反應步驟，巧妙構建目標分子.在實際應用中，靈活運用倒推法、碳鏈比較法等方法，結合具體反應條件的選擇，可以有效地設計出合理的合成路線.

參考文獻：

［1］ 鐘輝生，張萬程.高考有機化學綜合試題復習與命制探索[J].中學化學教學參考，2023（10）：62-68.

[2] 陳立.見微知著 循序漸進：有機合成路線問題解題[J].數理化解題研究，2024（21）：121-123.

［責任編輯：季春陽］