2027届高考化学一轮复习讲义：9.3 有机合成

这是一份2027届高考化学一轮复习讲义：9.3 有机合成，共15页。
1.碳链的增长
(1)卤代烃的取代反应
①溴乙烷与氰化钠的反应:CH3CH2Br+NaCN――→CH3CH2CN+NaBr,CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②溴乙烷与丙炔钠的反应:CH3CH2Br+NaC≡CCH3――→CH3CH2C≡CCH3+NaBr。
(2)醛、酮的加成反应
①丙酮与HCN的反应:+HCN。
②乙醛与HCN的反应:CH3CHO+HCN。
③羟醛缩合(以乙醛为例):CH3CHO+CH3CHO。
2.碳链的缩短
(1)与酸性KMnO4溶液的氧化反应
①烯烃、炔烃的反应
如。
②苯的同系物的反应
如。
(2)脱羧反应
无水醋酸钠与氢氧化钠的反应:CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3。
3.成环反应
4.苯环上引入碳链
小题对点过
(1)下列说法正确的是 。
①乙酸与乙醇的酯化反应,可以使碳链减短
②裂化石油制取汽油,可以使碳链减短
③乙烯的聚合反应,可以使碳链减短
④烯烃与酸性KMnO4溶液的反应,可以使碳链减短
⑤卤代烃与NaCN的取代反应,可以使碳链减短
⑥环氧乙烷开环聚合,可以使碳链减短
(2)某同学设计了如下4个反应,其中不可以实现碳链增长的是 。
①CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热
②CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热
③CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热
④乙烯和H2O的加成反应
答案 (1)②④ (2)②③④
解析 (2)①中反应为CH3CH2CH2CH2Br+NaCNCH3CH2CH2CH2CN+NaBr,可增加一个碳原子;其余可实现官能团的转化,但碳链长度不变。
1.已知卤代烃可与金属钠反应,生成碳链较长的烃:R—X+2Na+R'—X――→R—R'+2NaX。现有CH3CH2Br和CH3CHBrCH3的混合物,使其与金属钠反应,不可能生成的烃是( )
A.己烷B.正丁烷
C.2,3-二甲基丁烷D.2-甲基丁烷
答案 A
解析 CH3CH2Br与金属钠以物质的量之比为1∶1发生反应能够生成正丁烷和溴化钠;CH3CHBrCH3与金属钠以物质的量之比为1∶1发生反应能够生成2,3-二甲基丁烷和溴化钠;CH3CH2Br、CH3CHBrCH3与金属钠以物质的量之比为1∶1∶2发生反应能够生成2-甲基丁烷和溴化钠。
2.构建碳骨架反应是有机合成中的重要知识,其中第尔斯-阿尔德反应在合成碳环这一领域有着举足轻重的地位,其模型为+,则下列判断正确的是( )
A.合成的原料为和
B.合成的原料为和
C.合成的原料为和
D.合成的原料只能为和
答案 B
解析 合成的原料为和,A错误;中含有2个碳碳双键,合成的原料可以是和CH≡CH,也可以是和,C错误;和发生第尔斯-阿尔德反应也生成,D错误。
3.阅读教材“资料卡片”,了解羟醛缩合的原理,思考下列问题:
(1)由苯甲醛和乙醛制取的过程为
。
(2)由甲醛和乙醛制取的过程为
。
答案 (1)+CH3CHO+H2O
(2)3HCHO+CH3CHO
考点二 官能团的引入与转化
1.官能团的引入
有选择地通过取代、加成、消去、氧化、还原等有机化学反应,可以实现有机化合物类别的转化,并引入目标官能团。
各类官能团的引入方法
小题对点过
(1)下列说法错误的是 。
①可发生催化氧化反应引入羧基
②CH3CH2Br可发生取代反应引入羟基
③与CH2==CH2可发生加成反应引入环
④烷烃取代反应,不能引入—OH
⑤如果以乙烯为原料,经过加成反应、取代反应可制得乙二醇
⑥可发生消去反应引入碳碳双键
(2)由溴乙烷转化成乙酸乙酯并标注反应类型。
。
(3)由怎样转变为?
。
答案 (1)①
(2)CH3CH2—BrCH3CH2—OHCH3—CHOCH3—COOHCH3—COOCH2CH3。
(3)。
2.官能团的保护与恢复
(1)碳碳双键: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,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
HOCH2CH==CHCH2OHHOCH2CH2CHClCH2OH
HOOC—CH==CH—COOH。
(2)酚羟基:在氧化其他基团前可以用NaOH溶液或CH3I保护。
。
(3)醛基(或酮羰基):在氧化其他基团前可以用乙醇(或乙二醇)加成保护。
①。
②。
(4)氨基: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。
。
(5)醇羟基、羧基可以成酯保护。
小题对点过
(1)将直接氧化能得到吗?若不能,如何才能得到 。
(2)某种药物中间体的合成路线如下,其中②的目的是
。
答案 (1)不能。因酚羟基易被氧化,所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应,把—OH转变为—ONa保护起来,待氧化其他基团后再酸化将其转变为—OH。设计流程如下:
(2)②是为了保护氨基,使其不被氧化
3.官能团的消除
(1)通过加成反应消除不饱和键(双键、三键)。
(2)通过消去、氧化、酯化反应消除羟基。
(3)通过加成或氧化反应消除醛基。
(4)通过水解反应消除酯基、肽键、碳卤键。
1.在有机合成中,常会引入官能团或将官能团消除,下列相关过程中反应类型及相关产物不合理的是( )
A.乙烯――→乙二醇:CH2==CH2
B.溴乙烷――→乙醇:CH3CH2BrCH2==CH2CH3CH2OH
C.1-溴丁烷――→1-丁炔:CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH==CH2CH3CH2C≡CH
D.乙烯――→乙炔:CH2==CH2CH≡CH
答案 B
解析 B项,由溴乙烷→乙醇,只需溴乙烷在碱性条件下水解即可,路线不合理,且由溴乙烷→乙烯发生消去反应。
2.下列反应中,不可能在有机物中引入羧基的是( )
A.卤代烃的水解
B.有机物RCN在酸性条件下水解
C.醛的氧化
D.烯烃的氧化
答案 A
解析 卤代烃水解引入了羟基,RCN水解生成RCOOH,RCHO被氧化生成RCOOH,烯烃如RCH==CHR被氧化后可以生成RCOOH。
3.设计方案以CH2==CHCH2OH为原料制备
CH2==CHCOOH。
答案 如需氧化含碳碳双键的分子中的羟基时,先让碳碳双键与HX发生加成反应,氧化后再发生消去反应生成碳碳双键,制备流程如下:
CH2==CHCH2OHCH2Cl—CH2CH2OHCH2Cl—CH2COOHCH2==CHCOOH
4.沙丁胺醇有明显的支气管舒张作用,临床上主要用于治疗喘息型支气管炎、支气管哮喘等,其中一条通用的合成路线如下:
C9H9O2ClCC13H14O5EC13H13OBrFC24H29NO5H
已知:①R—OHROOCCH3+CH3COOH;
②R—X+――→+HX。
设计D→E的目的是 。
答案 保护酚羟基
解析 根据已知①结合E的分子式可知E的结构简式:;再根据I、J的结构知,设计D→E的目的是保护酚羟基。
5.重要的有机合成中间体W是一种多环化合物,以下为W的一种合成路线(部分反应条件已简化):
已知:(ⅰ)++R1OH
(ⅱ)2CH3CHO
结合D→E的反应过程,说明由B→C这步转化的作用是 。
答案 保护酮羰基
解析 由结构简式可知,A、E中都含有酮羰基,则B→C转化的作用是保护酮羰基。
考点三 有机合成路线的设计与实施
1.有机合成的基本思路
2.有机合成路线的分析方法
3.正确解答有机合成的关键
(1)熟练掌握常见官能团的性质特点。
(2)用好已知新信息。
(3)注意有机合成反应顺序的选择,官能团的转化和保护。
小题对点过
(1)请用流程图表示出最合理的合成路线。
①将乙醇转化成乙二醇(改变官能团的数目)。
②将1-丙醇转化成2-丙醇(改变官能团的位置)。
(2)以CH2==CHCH2OH为主要原料(其他无机试剂任选)设计合成CH2==CHCOOH的路线流程图(已知CH2==CH2可被氧气催化氧化为),通过此题的解答,总结设计有机合成路线需注意的情况(至少写2条): 。
答案 (1)①CH3CH2OHCH2==CH2
②CH3CH2CH2OHCH3CH==CH2
(2)CH2==CHCH2OHCH3CHClCH2OHCH3CHClCOOHCH2==CHCOONaCH2==CHCOOH 设计有机合成路线时要选择合适的反应条件、并注意官能团的保护
解析 (2)以CH2==CHCH2OH为主要原料合成CH2==CHCOOH,CH2==CHCH2OH可先和HCl发生加成反应,保护碳碳双键,再利用强氧化剂将醇羟基氧化为羧基,最后结合卤代烃的消去引入碳碳双键。
1.请设计合理方案,以苯甲醇()为主要原料合成(无机试剂及有机溶剂任用)。
已知:①;
②R—CNR—COOH。
答案
解析 将目标分子拆解成两个,结合已知信息,苯甲醛先与HCN加成,再在酸性条件下水解,即可得到。
2.W()是一种姜黄素类似物,以香兰素()和环己烯()为原料,设计合成W的路线(无机及两个碳以下的有机试剂任选)。
已知:+
。
答案
解析 以香兰素()和环己烯()为原料合成
,和环己酮发生题给已知的反应得到W,环己烯和水发生加成反应生成环己醇,环己醇发生氧化反应生成环己酮。
3.合成丹参醇的部分路线如下:
写出以和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选)。
答案
4.已知:①;
②。
根据上述信息,写出以苯酚的一种同系物及HOCH2CH2Cl为原料合成的路线: (不需注明反应条件)。
答案
解析 由目标产物及原料HOCH2CH2Cl分析可知,另一种原料(苯酚的同系物)为,合成时需要在苯环的碳原子上引入2个醚键。结合“已知”反应,在中引入第一个醚键,得到中间产物,引入第二个醚键,则可利用题给路线中反应④的原理,在催化剂作用下生成,而可以由水解得到,因此合成路线为
1.(2024·浙江6月选考)丙烯可发生如下转化(反应条件略):
下列说法不正确的是( )
A.产物M有2种且互为同分异构体(不考虑立体异构)
B.H+可提高Y→Z转化的反应速率
C.Y→Z过程中,a处碳氧键比b处更易断裂
D.Y→P是缩聚反应,该工艺有利于减轻温室效应
答案 D
解析 丙烯与HOCl发生加成反应得到M,M有CH3-CHCl-CH2OH和CH3-CHOH-CH2Cl两种可能的结构,在Ca(OH)2环境下脱去HCl生成物质Y(),Y在H+环境水解引入羟基再脱H+得到主产物Z;Y与CO2可发生反应得到物质P()。A. 据分析,产物M有2种且互为同分异构体(不考虑立体异构),A正确;B. 据分析,H+促进Y中醚键的水解,后又脱离,使Z成为主产物,故其可提高Y→Z转化的反应速率,B正确;C.从题干部分可看出,是a处碳氧键断裂,故a处碳氧键比b处更易断裂,C正确;D.Y→P是CO2与Y发生加聚反应,没有小分子生成,不是缩聚反应,该工艺有利于消耗CO2,减轻温室效应,D错误。
2.(2025·八省联考河南卷)CO2的资源化利用有利于实现“碳中和”。一种功能性聚碳酸酯高分子材料G可由如下反应制备。
下列说法错误的是( )
A.x=m+n
B.反应的原子利用率为100%
C.G在酸性或碱性条件下均能降解
D.E与F均能使溴的四氯化碳溶液褪色
答案 D
解析 A.根据CO2的个数守恒,有x=m+n,A正确;B.该反应为环氧基和碳氧双键打开的加成聚合,原子利用率为100%,B正确;C.G为聚碳酸酯,在酸性或碱性条件下都能水解,C正确;D.E为饱和结构,不能使溴的四氯化碳溶液褪色,F中有碳碳双键,可以使溴的四氯化碳褪色,D错误。
3.(2024·新课标卷)四氟咯草胺(化合物G)是一种新型除草剂,可有效控制稻田杂草。G的一条合成路线如下(略去部分试剂和条件,忽略立体化学)。
已知反应Ⅰ:ROH
ROSO2CH3+(C2H5)3N·HCl
已知反应Ⅱ:+――→+R4OH,R1为烃基或H,R、R2、R3、R4为烃基
回答下列问题:
(1)反应①的反应类型为 ;加入K2CO3的作用是 。
(2)D分子中采用sp3杂化的碳原子数是 。
(3)对照已知反应Ⅰ,反应③不使用(C2H5)3N也能进行,原因是 。
(4)E中含氧官能团名称是 。
(5)F的结构简式是 ;反应⑤分两步进行,第一步产物的分子式为C15H18F3NO4,其结构简式是 。
(6)G中手性碳原子是 (写出标号)。
(7)化合物H是B的同分异构体,具有苯环结构,核磁共振氢谱中显示为四组峰,且可以发生已知反应Ⅱ。则H的可能结构是 。
答案 (1)取代反应 消耗反应生成的HBr,促进反应正向进行 (2)5 (3)D分子中有叔氨基 (4)酯基
(5)
(6)3、4
(7)、
解析 (1)由A和C的结构简式结合B的分子式可知,B的结构简式为,反应①中,A中的C—Br σ键断裂形成C—N σ键,反应类型为取代反应;加入K2CO3是为了消耗反应产生的HBr,促进反应向右进行。(2)由C的结构简式结合D的分子式可知,D的结构简式为,有“*”标记的5个饱和碳原子,故D分子中采取sp3杂化的碳原子数是5。(3)根据已知反应可知,(C2H5)3N的作用是结合HCl分子,促进反应正向进行,由(2)中分析知,D的结构简式为,D分子中含有叔氨基,可代替(C2H5)3N结合HCl分子。(4)由题图知,E中的含氧官能团为酯基。(5)由已知反应Ⅱ,结合F的分子式,以及G的结构简式可知,F的结构简式为;由第一步产物的分子式为C15H18F3NO4可知,该分子的不饱和度为6,结合E的结构简式可知,该产物比E少了一个苯环和一个饱和碳原子,故第一步产物的结构简式为。(6)手性碳原子是指与四个各不相同的原子或基团相连的碳原子,故G中的手性碳原子为3、4。(7)B的分子式为C8H11N,不饱和度为4,H能发生反应Ⅱ,说明H中含有—NH2或—NH—,有苯环结构且不饱和度为4,故还含有两个饱和碳原子,该分子中有四种氢,由于N原子上含一种氢,且含有苯环,故该分子中两个甲基在苯环两侧对称分布,则H可能的结构为、。
基础落实
1.苯乙酸乙酯()是一种常见的合成香料。请设计合理方案,以苯甲醛和乙醇为主要原料(无机试剂及有机溶剂任用)合成苯乙酸乙酯。
已知:①R—Br+NaCN――→R—CN+NaBr;
②R—CNR—COOH。
答案
2.以环戊烷和烃Q为原料经四步反应制备化合物,写出有关物质的结构简式(其他无机试剂任选)。
Q: ;中间产物①: ;中间产物②: ;中间产物③: 。
答案 CH3—C≡C—CH3
解析 环戊烷与氯气在光照条件下生成,与NaOH的乙醇溶液共热,发生消去反应得到环戊烯、NaCl和H2O。环戊烯与2-丁炔发生反应生成,与溴发生加成反应生成。
3.酮基布洛芬片是用于治疗各种关节炎、强直性脊柱炎引起的关节肿痛以及痛经、牙痛、术后痛和癌性痛等的非处方药。其合成路线如图所示:
以乙烷和碳酸二甲酯()为原料(无机试剂任选),设计制备异丁酸的一种合成路线。
答案 CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2CN
解析 异丁酸的结构简式为,原料为乙烷,则反应过程中碳原子数增加;原料中有,可根据题干过程逆推,参照E到F和F转化为酮基布洛芬的步骤可得出CH3CH2CN,合成路线见答案。
4.已知:
参照上述合成路线,以和化合物B为原料(无机试剂任选),设计制备的合成路线。
答案
解析 由A+B――→C的原理是B中两酯基之间的碳原子取代A中的溴原子,构成四元环,因而应先将转化成卤代烃,之后完全类比C→D→E的变化即可。
5.有机物G()是一种调香香精,也可用作抗氧化剂,工业合成路线之一如下:
――→CDEFG
已知:ⅰ.RCOOR1;
ⅱ 。
已知A转化为B的原理与F转化为G的原理相似,请写出由A制备的路线(其他试剂任选)。
答案
6.沙罗特美是一种长效平喘药,其合成的部分路线如图:
请写出以、、CH3NO2为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用,合成路线流程图示例见本题题干)。
答案
解析 根据已知的流程图A→E的转化过程可推知,若要制备,则需将与(CH3)2C(OCH3)2发生取代反应得到,再与CH3NO2反应得到,再利用羟基的消去反应引入碳碳双键,将碳碳双键与硝基通过加氢最终还原生成氨基,合成路线见答案。
能力提升
7.化合物F是合成某种抗肿瘤药物的重要中间体,其合成路线如下:
写出以CH3CH2CHO和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用,合成路线流程图示例见本题题干)。
答案 CH3CH2CHOCH3CH2CH2OHCH3CH2CH2Br
8.(2023·浙江6月选考)某研究小组按下列路线合成胃动力药依托比利。
已知:—CH==N—。
研究小组在实验室用苯甲醛为原料合成药物N-苄基苯甲酰胺()利用以上合成线路中的相关信息,设计该合成路线(用流程图表示,无机试剂任选)。
答案
解析 由题给信息可知,用苯甲醛为原料合成药物N-苄基苯甲酰胺的合成步骤为与NH2OH反应生成,催化剂作用下与氢气发生还原反应生成;催化剂作用下,与氧气发生催化氧化反应生成,与SOCl2发生取代反应生成,与发生取代反应生成,合成路线为
。
9.(2024·黑吉辽卷)特戈拉赞(化合物K)是抑制胃酸分泌的药物,其合成路线如下:
已知:
Ⅰ.Bn为,咪唑为;
Ⅱ.和不稳定,能分别快速异构化为和。
回答下列问题:
(1)B中含氧官能团只有醛基,其结构简式为 。
(2)G中含氧官能团的名称为
和 。
(3)J→K的反应类型为 。
(4)D的同分异构体中,与D官能团完全相同,且水解生成丙二酸的有 种(不考虑立体异构)。
(5)E→F转化可能分三步:①E分子内的咪唑环与羧基反应生成X;②X快速异构化为Y;③Y与(CH3CO)2O反应生成F。第③步化学方程式为
。
(6)苯环具有与咪唑环类似的性质。参考E→X的转化,设计化合物 Ⅰ 的合成路线如下(部分反应条件已略去)。其中M和N的结构简式为 和 。
答案 (1) (2)羧基 (酚)羟基 (3)取代反应 (4)6 (5)+(CH3CO)2O――→+CH3COOH (6)
解析 B中含有2个氧原子,其含氧官能团只有醛基,则B中含有2个醛基,结合C的结构分析知B的结构简式为。比较F、G的分子式知,F中酯基水解、酸化后得到的G为。(1)由上述分析可知,B的结构简式为。(2)G为,其中含氧官能团的名称为羧基、(酚)羟基。(3)J→K的过程中—Bn转变为—H,结合反应条件可知,该反应为取代反应。(4)D为,其同分异构体与D官能团完全相同,则含有两个酯基,且水解生成丙二酸,则其结构简式可表示为R2OOCCH2COOR1,R1和R2的碳原子数目之和为5,则可以为—CH3和—C4H9(—CH2CH2CH2CH3、、、),有4种;或—C2H5和—C3H7(—CH2CH2CH3、),有2种,故总共有6种符合条件的同分异构体。(5)第①步E分子内的咪唑环与羧基反应生成的X为,由已知Ⅱ知快速异构化得到的Y为,与(CH3CO)2O发生取代反应生成和CH3COOH,则第③步化学方程式为+(CH3CO)2O――→+CH3COOH。(6)氧化得到的M为,中羧基与苯环发生E→F中第①步反应得到的N为,中碳氧双键发生加成反应得到。
形成环烃
+2Na――→+2NaCl,取代反应
成环醚
+H2O,取代反应
双烯合成
六元环
,加成反应
成环酯
++2H2O
氨基酸
成环
+H2O
芳香烃的烷基化
+R—Cl+HCl
芳香烃的酰基化
++HCl
官能团
引入方法
碳卤键
①烃、酚的取代;
②不饱和烃与HX、X2(X代表卤素原子,下同)的加成;
③醇与氢卤酸(HX)的取代
羟基
①烯烃与水的加成;
②醛、酮与氢气的加成;
③卤代烃在碱性条件下的水解;
④酯的水解;
⑤葡萄糖发酵产生乙醇
碳碳双键
①某些醇或卤代烃的消去;
②炔烃不完全加成;
③烷烃的裂化
碳氧双键
①醇的催化氧化;
②连在同一个碳上的两个羟基脱水;
③低聚糖或多糖水解可引入醛基;
④含碳碳三键的物质与水的加成
羧基
①醛基的氧化;
②酯、酰胺、肽、蛋白质、羧酸盐的水解
苯环上引入不
同的官能团
①卤代:X2和FeX3;
②硝化:浓硝酸和浓硫酸共热;
③烃基氧化;
④先卤代后水解
方法
流程
逆合成分析法
目标产物→中间产物→原料
正合成分析法
原料→中间产物→目标产物
综合比较法
原料→中间产物←目标产物