05 常考题空5　有机合成路线的设计 （附答案解析）-备战2023年高考化学大题逐空突破系列（全国通用）

常考题空5　有机合成路线的设计

【高考必备知识】

1．有机合成中官能团的转变

(1)官能团的引入

①引入或转化为碳碳双键的三种方法

②引入碳卤键的三种方法

③引入羟基的四种方法

④引入碳氧双键(醛基或羰基)的方法 

⑤引入羧基的2种方法

(2)官能团的消除

①通过加成反应可以消除不饱和键(碳碳双键、碳碳三键、苯环等)

如：CH2==CH2在催化剂作用下与H2发生加成反应

②通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基

如：CH3CH2OH消去生成CH2==CH2，CH3CH2OH被氧化生成CH3CHO

③通过加成或氧化反应等消除醛基

如：CH3CHO被氧化生成CH3COOH，CH3CHO被H2还原生成CH3CH2OH

④通过水解反应消除酯基()、肽键、卤素原子

如：CH3COOC2H5在酸性条件下水解生成CH3COOH和C2H5OH

⑤通过消去反应或水解反应消除卤素原子

如：CH3CH2Br在NaOH醇溶液中发生消去反应生成乙烯和溴化钠，在NaOH水溶液中发生水解反应生成乙醇和溴化钠

(3)官能团的改变

①通过某些化学途径使一个官能团变成两个

a．CH3CH2OHCH2==CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OH

b．CH2==CHCH2CH3CH3CHXCH2CH3CH3CH==CHCH3CH3CHXCHXCH3CH2==CHCH==CH2

②利用官能团的衍生关系进行衍变

如：R—CH2OHR—CHOR—COOH

③通过某些手段改变官能团的位置

如：CH3CHXCHXCH3H2C==CHCH==CH2CH2XCH2CH2CH2X

2．官能团的保护与恢复

(1)碳碳双键：易与卤素单质加成，易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化

方法：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，后再利用消去反应转变为碳碳双键

如：

(2)酚羟基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化

方法①：在氧化其他基团前用碘甲烷(CH3I)先转化为苯甲醚，后用氢碘酸酸化重新转化为酚

   如：

方法②：在氧化其他基团前用NaOH溶液先转化为酚钠，后酸化重新转化为酚

   如：

(3)醛基：易被氧化

方法：在氧化其他基团前可以用乙醇(或乙二醇)加成保护

如：

(4)氨基：易被氧气、臭氧、双氧水、酸性高锰酸钾溶液氧化

方法：在氧化其他基团前可以用醋酸酐将氨基转化为酰胺，然后再水解转化为氨基。

如：

3．有机合成中碳链的增长或缩短

(1)使有机物碳链增长的反应

加聚反应；缩聚反应；酯化反应；利用题目所给信息反应，如卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应……

①乙炔自身加成：2CH≡CHCH2==CH—C≡CH

②卤代烃跟NaCN溶液反应再水解可得到羧酸：CH3CH2BrCH3CH2CNCH3CH2COOH

③卤代烃与炔钠的反应：2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2↑

CH3C≡CNa＋CH3CH2ClCH3C≡CCH2CH3＋NaCl

④卤代烃与活泼金属钠反应：2R—Cl＋2NaR—R+2NaCl

⑤醛与氢氰酸的加成反：

⑥醛、酮与NH3加成反应制备胺：

⑦羟醛缩合：有α­H的醛在稀碱(10% NaOH)溶液中能和另一分子醛相互作用，生成β­羟基醛，称为羟醛缩合

⑧醛、酮与醇加成反应制备半缩醛：

⑨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

⑩苯环与卤代烃反应(傅克反应)：

⑪苯环与酰卤反应：

  ⑫聚合反应

烯烃、炔烃加聚反应：   

缩聚反应：

(2)使有机物碳链缩短的反应  

①脱羧反应：R—COONa＋NaOHR—H＋Na2CO3

②水解反应：酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解

③烃的裂化或裂解反应：C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8

④氧化反应

R—CH==CH2RCOOH＋CO2↑       R1—CH==CH—R2R1CHO+R2CHO

【例题精讲】

类型一、根据已知信息设计合成路线

1．已知：，试写出以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)

2．已知香草醛的结构简式为，还知信息反应：CH3CHO＋CH2OHCH2CH2OH。根据已有知识和题中信息，以香草醛和2-氯丙烷为原料，可合成香草醛缩丙二醇()，写出合戊成流程图(无机试剂任选)

3．已知：，设计由苯甲醇()为原料合成化合物的路线(其他试剂任选)。

4．结合已知反应，设计以乙醇和苯甲醛()为原料(无机试剂任选)，制备的合成路线。已知：

类型二、从题目的转化关系中提取信息设计合成路线

5．化合物F是合成某药物的中间体，其合成路线如下：

参考本题信息，写出以间二甲苯与H2NCH2CH3为原料制备下图有机物的合成线路(无机试剂任选)

6．G是合成某新型药物的中间体，如图是合成G的流程。

已知：乙酸酐的结构简式为。以乙酸酐和为原料，制备的部分流程如下。请结合相关信息和已学知识，将合成路线补充完整(无机试剂任选)。

7．有机物G是合成免疫抑制剂药物霉酚酸的中间体，可由如下路径合成得到：

已知：直接与苯环相连的卤素原子难与NaOH溶液发生取代反应。根据已有知识并结合相关信息，设计以、HCHO为原料制备的合成路线(无机试剂任选)

8．化合物G是重要的药物中间体，以有机物 A为原料制备G，其合成路线如下：

参考上述合成线路，写出以1－丙醇、丙二酸二甲酯(CH3OOCCH2COOCH3)、尿素[CO(NH2)2]为起始原料制备的合成线路(其他试剂任选)

【真题演练】

1．(2022年·浙江卷)某研究小组按下列路线合成药物氯氮平

已知：①       ②

设计以CH2＝CH2和CH3NH2为原料合成的路线(用流程图表示，无机试剂任选)

2．(2022年·广东卷)基于生物质资源开发常见的化工原料，是绿色化学的重要研究方向。以化合物I为原料，可合成丙烯酸V、丙醇VII等化工产品，进而可制备聚丙烯酸丙酯类高分子材料。

选用含二个羧基的化合物作为唯一的含氧有机原料，参考上述信息，制备高分子化合物VIII的单体。写出VIII的单体的合成路线(不用注明反应条件)

3．(2022年·湖南卷)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下：

已知：①＋；②

参照上述合成路线，以和为原料，设计合成的路线(无机试剂任选)

4．(2022年·山东卷)支气管扩张药物特布他林(H)的一种合成路线如下：

已知：Ⅰ．   

Ⅱ．

Ⅲ．

根据上述信息，写出以羟基邻苯二甲酸二乙酯为主要原料制备合成的路线

5．(2022年·海南卷)黄酮哌酯是一种解痉药，可通过如下路线合成：

设计以为原料合成的路线(其他试剂任选)已知：+CO2

6．(2021年·山东卷)一种利胆药物F的合成路线如图：

已知：Ⅰ.+

Ⅱ.

已知：，综合上述信息，写出由和制备的合成路线

7．(2021年·浙江卷)某课题组研制了一种具有较高玻璃化转变温度的聚合物P，合成路线如下：

已知：

以乙烯和丙炔酸为原料，设计化合物()的合成路线(用流程图表示，无机试剂、有机溶剂任选)

8．(2021年·湖南卷)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：

     ②

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)。

【经典模拟】

1．化合物H是一种有机光电材料中间体。实验室由芳香化合物A制备H的一种合成路线如下：

已知：①

②

写出用环戊烷和2－丁炔为原料制备化合物的合成路线(其他试剂任选)

2．PETG是一种新型材料，可回收利用，对环境不构成任何威胁，其结构简式如下：

已知：RCOOR1＋R2OHRCOOR2＋R1OH(R、R1、R2表示烃基)。采用如下图所示的合成路线可合成PETG：

已知：请写出由D及其他必要物质可合成的反应历程

3．高分子化合物I为重要的化工原料。其合成路线如下：

已知：①；②

参照上述合成路线，写出由1，3－丁二烯和乙烯为起始原料制备化合物的合成路线(无机试剂任选)

4．由烃A制备抗结肠炎药物H的一种合成路线如图所示(部分反应略去试剂和条件)：

已知：Ⅰ．     Ⅱ．

已知：易被氧化，苯环上连有烷基时再引入一个取代基，常取代在烷基的邻、对位，而当苯环上连羧基时则取代在间位。写出以A为原料(其他试剂任选)制备化合物的合成路线

5．物质J是一种药物合成的中间体，其合成路线如下(部分条件省略)：

已知：,设计以乙醇为主要原料制备C2H5COCl的合成路线(无机试剂任选)

6．化合物F是合成某种抗肿瘤药物的重要中间体，其合成路线如图：

已知：R—OH＋KHSR—SH＋KOH，参考题干信息，写出以为原料制备的合成路线(无机试剂和有机溶剂自选，合成路线流程图示例见本题题干)

7．有机物M可用于治疗室性早搏、室性心动过速、心室颤动等心血管疾病，其合成路线如图所示：

已知乙烯在催化剂作用下与氧气反应可以生成环氧乙烷()，参照题干的合成路线流程图，写出以邻甲基苯酚()和乙醇为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)

8．磷酸氯喹可用于新型冠状病毒肺炎的治疗，磷酸氯喹可由氯喹和磷酸在一定条件下制得。氯喹J的合成路线如图：

已知：①当苯环有RCOO—、烃基、—X(X表示卤素原子)时，新导入的基团进入原有基团的邻位或对位，原有基团为—COOH、—NO2时，新导入的基团进入原有基团的间位；②苯酚、苯胺()易氧化。设计以为原料制备的合成路线(无机试剂任选)。

9．化合物A是合成雌酮激素的中间体，科学家们采用下列合成路线来制备：

已知：CH3COOHCH3COCl

设计由1，2－二溴乙烷合成CH3COCOCH3的合成路线(其他试剂任选)

10．化合物H是合成药物盐酸沙格雷酯的重要中间体，其合成路线如下：

已知：。化合物是合成抗癌药物美发伦的中间体，请写出以和为原料制备该化合物的合成路线流程图(无机试剂任用)

【常考题空5　有机合成路线的设计】答案

类型一、根据已知信息设计合成路线

1．

解析：和HC≡CH发生加成反应生成和溴单质发生加成反应生成发生水解反应生成

2．

解析：根据信息反应和目标产物可知要合成目标产物，先合成前者为所给试剂。主要是合成后者，根据已有知识可逆向思维：

3．

解析：由苯甲醇为原料制备化合物，可由发生酯化反应得到，可由发生水解反应得到，可由苯甲醛和HCN发生加成反应得到，苯甲醇发生氧化反应生成苯甲醛，其合成路线见答案。

4．

解析：将目标产物水解可得和CH3CH2OH，利用题目信息可知用和CH3CHO在碱性条件下发生已知信息的反应得到，进一步把醛基(—CHO)氧化成—COOH即可生成，即可设计出相应的合成路线。

5．

解析：由原料和产物对比分析，间二甲苯需要先引入硝基，后经过氧化将—CH3转化为—COOH，与SOCl2发生取代反应得到酰氯，然后可以与氨基发生反应脱HCl生成肽键。

6．

解析：参照流程图中A→B→C和D→E可写出合成路线。即乙酸苯酯在氯化铝作用下发生重排，生成 (Ⅰ)，Ⅰ在浓硫酸作用下与乙酸酐反应生成 (Ⅱ)，Ⅱ在钯催化下和H2反应生成 (Ⅲ)，最后Ⅲ在浓硫酸作用下发生消去反应生成目标产物。

7．(先酯化后除去溴原子也可)

解析：分析①：目标有机物与原料的结构及差异

分析②：从表中分析来看，目标有机物中的结构1与结构2在原料1中都存在，因此不需要转变。目标有机物中的结构3和结构4合起来为—CH2OOCH，即为酯类，因此需要用HCOOH与—CH2OH反应得到。分析原料可知，HCOOH可由HCHO经氧化得到。而—CH2OH可由—CH2Cl经水解得到，因此如何引入—CH2Cl是关键，此基团可由—CH3通过氯代得到，但根据已学的知识在苯环上引入一个—CH3无法实现，此时需要应用其他方法。分析有机物G的合成路线，可知D→E引入了—CH2Cl，问题得到解决。目标有机物中没有溴原子，而原料1中有溴原子，因此必须想办法将其去掉。回忆所学知识，没有这方面的讲解，故必须在题中寻找，发现C→D可实现这一转化。分析③：由分析②可知，有3个顺序需要确定，一是引入—CH2Cl，二是除去溴原子，三是酯化反应。从有机物G的合成路线中C→E看，会误认为可以先除去溴原子，再引入—CH2Cl，出现这样的错误是由于没有弄清反应的原理，D物质中—OH的邻、对位已部分被其他基团占据，故再引入—CH2Cl，不会出现大量副产物，而若先除去中溴原子，则得到，此时再引入—CH2Cl，会产生大量的副产物，故应引入—CH2Cl之后再除去溴原子。由题给信息知在引入—CH2Cl之后，可在NaOH溶液中水解(此时苯环上的溴原子不水解)，使—CH2Cl转变为—CH2OH，再进行酯化反应和除去溴原子即可。

8．

解析　参考流程信息知，可将CH3CH2CH2OH转化为CH3CHBrCH3，再与CH3OOCCH2COOCH3发生取代反应生成，接着与尿素发生取代反应得到目标产物，合成路线见答案。

【真题演练】

1．；CH3CH2Cl，

NH3

解析：乙烯首先氧化得到环氧乙烷，乙烯和HCl加成生成CH3CH2Cl，之后NH3和反应生成，再和反应生成，结合信息②和CH3CH2Cl反应得到，具体流程为：；CH3CH2Cl，NH3；

2．

解析：根据化合物Ⅷ的结构简式可知，其单体为，其原料中的含氧有机物只有一种含二个羧基的化合物，原料可以是，发生题干Ⅳ→V的反应得到，还原为，再加成得到，和发生酯化反应得到目标产物，则合成路线为。

3．

解析：结合G→I的转化过程可知，可先将转化为，再使和反应生成，并最终转化为；综上所述，合成路线为：。

4．

解析：由题给信息可知，以4—羟基邻苯二甲酸二乙酯制备的合成步骤为在碳酸钾作用下与phCH2Cl发生取代反应生成发生取代反应生成，发生信息Ⅱ反应生成，在Pd—C做催化剂作用下与氢气反应生成，合成路线为。

5．

解析：已知+CO2，则以为原料合成时，可先将与浓硫酸在加热的条件下发生取代反应生成，再依次与NaOH熔融条件下、HCl反应生成，再与CH3COCl发生取代反应生成，氧化可得到，再与AlCl3反应可得到。

6．   

解析：由和制备过程需要增长碳链，可利用题干中A→B的反应实现，然后利用信息反应I得到目标产物，目标产物中碳碳双键位于端基碳原子上，因此需要与HBr在40℃下发生加成反应生成，和反应生成，根据信息Ⅰ.+得到反应生成，因此合成路线为

7．。

解析：由逆向合成法可知，丙炔酸应与通过酯化反应得到目标化合物，而中的羟基又能通过水解得到，乙烯与Br2加成可得

8．

解析　以乙烯和为原料合成的路线设计过程中，可利用E＋F→G的反应类型实现，因此需先利用乙烯合成，中醛基可通过羟基催化氧化而得，中溴原子可利用D→E的反应类型实现。

【经典模拟】

1．

解析：根据已知②，环己烷需要先转变成环己烯，再与2­丁炔进行加成就可以连接两个碳链，再用Br2与碳链上双键加成即可。

2．HOCH2CH2OHOHC—CHO

解析：根据目标产物，以及题中信息，生成，应是OHCCH2CH(OH)CH(OH)CH2CHO发生消去反应生成，依据＋CH3CHO，应是OHC—CHO与CH3CHO发生，乙二醇氧化产生乙二醛。

3．

解析：由已知可得，1,3­丁二烯与乙烯反应生成，与溴单质加成生成，与HCN取代生成，在酸性条件下水解生成。

4．

解析：C发生信息Ⅰ中的反应生成D，D发生氧化反应生成E，结合C的原子数及相关反应条件可知，A为，B为，C的结构简式为，D为，D氧化生成的E为，E与氢氧化钠溶液反应并酸化得到的F为，由信息Ⅱ可知，F在浓硫酸、浓硝酸加热条件下发生反应生成的G为，G发生还原反应得到抗结肠炎药物H。

5．CH3CH2OHCH3CH2ClCH3CH2CNCH3CH2COOHCH3CH2COCl

6．

7．

8．

9．

10．