案例法在羧酸类化合物合成教学中的应用

1、案例法在羧酸类化合物合成教学中的应用【摘要】在以苯為原料合成3-苯基丙酸的设计过程中，汇总了氧化法、水解法、羧基化法、复原法等共计11种合成路线，涉及到烯烃的合成、炔烃的合成、卤代烃的合成、格氏试剂的合成、醇的合成、醛的合成、酮的合成、不饱和酸的合成、酯的合成，涵盖了氧化反应、复原反应、加成反应、取代反应、缩合反应、消除反应等六大反应类型，能够以点带面，形成一个比较系统化的知识网络，到达训练学生发散性思维和多角度分析解决问题的目的。【关键词】案例教学法；羧酸合成；有机合成设计【Abstract】Intheprocessofsynthesizing3-phenylpropionicacidwit

2、hbenzeneasrawmaterial，11kindsofsyntheticroutesweresynthesized，suchasoxidationmethod，hydrolysismethod，carboxylationmethodandreductionmethod，involvingthesynthesisofolefins，thesynthesisofalkynes，thesynthesisofhalohydrocarbon，thesynthesisofGrignardreagents，thesynthesisofalcohols，thesynthesisofaldehydes，

3、thesynthesisofketones，thesynthesisofunsaturatedacids，thesynthesisofesters.Sixtypesofreactionwereusedinthisprocess，includingtheoxidationreaction，thereductionreaction，theadditionreaction，thesubstitutionreaction，thecondensationreaction，theeliminationreaction，topointtothesurface，theformationofamoresyste

4、maticknowledgeofthenetwork，totrainstudentstodivergentthinkingandmulti-angleanalysistosolvetheproblem.【Keywords】Caseteachingmethod；Carboxylicacidsynthesis；Organicsynthesisdesign0引言羧酸RCOOH是分子内含有羧基的化合物，其本身结构比较稳定，所以广泛存在于自然界中，是生物体的重要代谢产物，也是重要的有机合成中间体及原料【1】。羧酸从合成方法上来说，可通过氧化法，水解法，羧基化等方法来进行制备，该类化合物的合成教学如果仅仅

5、从方法上讲解，学生印象不深，也很难理解并加以运用到合成设计中2-3。案例教学能够激发学生兴趣，提高学生分析问题、解决问题的能力，实现理论知识的稳固与提升，在实际教学过程中合理加以运用能够起到事半功倍的教学效果4-7。本文以苯制备3-苯基丙酸为例，系统阐述案例法在羧酸类化合物合成教学中的应用。以苯为原料制备3-苯基丙酸，从题目本身来看，原料与产物之间差异三个碳原子，明显属于扩链反应，其合成难度不大，大局部学生都能合成出来，之所以选择这个题目作为案例法教学的经典案例，是因为以苯为原料进行扩链的合成方法有很多，重点在于一题多解，培养学生发散性思维和多角度分析和解决问题的能力。1氧化法羧酸具有较高的氧

6、化态，伯醇及醛的氧化是沿用已久的合成羧酸的重要方法，烯炔的氧化，既可用于它们的结构测定，亦是羧酸的合成方法，芳烃的侧链氧化是合成芳酸的主要方法，环酮的裂解氧化适用于合成二元羧酸，甲基酮醇的卤仿反应是将乙酰基转变成羧基的有效方法。本案例中，通过醇图11的氧化、醛图12的氧化，以及烯烃图13和炔烃图14的断键氧化均可得到羧酸，不可无视的是，利用卤仿反应图15也是合成羧酸不错的选择。从合成操作上分析，这几种氧化反应均为官能团转换，即通过官能团的转换来实现目标化合物的合成。由于起始原料为苯，合成3-苯基丙酸所需的3-苯基丙醇、3-苯基丙醛、4-苯基-1-丁烯、4-苯基-1-丁炔和4-苯基-2-丁酮那么

7、需要进一步的逆合成分析，从而涉及到醇的合成、醛的合成、烯烃的合成、炔烃的合成以及甲基酮的合成，可进一步引导学生复习稳固相关内容。五个中间体中，3-苯基丙醛可由3-苯基丙醇氧化得到，4-苯基-1-丁烯和4-苯基-2-丁酮均可由4-苯基-1-丁炔复原或水解得到，进一步对3-苯基丙醇和4-苯基-1-丁炔进行逆合成分析，均可落脚到卤代烃苄基卤或1-苯基-2-卤乙烷如图2上，距离原料已经非常接近，稍加处理即可完成。需要说明的是，由原料苯制备3-苯基丙醇、3-苯基丙醛再到3-苯基丙酸是做加法即扩链，而由原料苯制备4-苯基-1-丁烯、4-苯基-1-丁炔和4-苯基-2-丁酮再到3-苯基丙酸是先做加法再做减法即

8、先扩链再缩链，属于合成技巧的灵活运用。2水解法羧酸衍生物如酰氯、酸酐、酯图31、酰胺均能水解成羧酸，水解的过程是水分子对这些化合物进行亲核取代而进行的。与上述四种衍生物相比，腈图32的水解反应更为常用，另外，利用活泼亚甲基化合物丙二酸二乙酯图13和乙酰乙酸乙酯图34也可以制备羧酸。羧酸衍生物一般由羧酸来制备，常规酸由羧酸衍生物制备价值不大，该案例中，可运用官能团添加，在3-苯基丙酸乙酯结构中增加羰基，变成1，3-二羰基化合物，继而考虑利用酯缩合的方法来进行制备如图41。在水解反应制备羧酸的路线中，氰基水解是最常用的，利用卤代烃与NaCN或KCN的亲核取代反应，可轻松引入该官能团如图42。活泼亚

9、甲基化合物丙二酸二乙酯如图43和乙酰乙酸乙酯如图44制备取代乙酸那么是该类化合物的经典应用。经逆合成分析，可落脚到苄基卤与丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯的亲核取代上。3羧基化法有机金属化合物可借羧化反应的方法引入羧基，这是合成羧酸的另一类重要方法。最为常用的要数格氏试剂。与前面几种合成方法一样，同样涉及到中间体1-苯基-2-卤乙烷的合成，对于卤代烃的合成，同样有很多路线可以选择，由2-苯基乙醇进行亲核取代或者由苯乙烯进行亲电加成均可。4复原法除了上述氧化法、水解法和羧基化法之外，3-苯基丙酸還可以通过3-苯基丙烯酸的加氢复原进行制备，3-苯基丙烯酸为，-不饱和酸，可通过Knoverenagel缩合

10、图61或醛与HCN的亲核加成图62来制备。5结论综上所述，在以苯为原料合成3-苯基丙酸的设计过程中，汇总了氧化法、水解法、羧基化法、复原法等共计11种合成路线，涉及到烯烃的合成、炔烃的合成、卤代烃的合成、格氏试剂的合成、醇的合成、醛的合成、酮的合成、不饱和酸的合成、酯的合成，涵盖了氧化反应、复原反应、加成反应、取代反应、缩合反应、消除反应等六大反应类型，能够以点带面，形成一个比较系统化的知识网络，到达训练学生发散性思维和多角度分析解决问题的目的，属于一个比较典型的合成案例。【参考文献】【1】徐雅琴，黄长干，主编.有机化学M.北京：中国农业出版社，2021，7.【2】汤小芳，刘显民，顾焰波，等.PBL教学法在有机化学教学中的应用J.广东化工，2021，4211：263-264.【3】梁静，高宏峰，赵炜.案例教学法在有机合成设计课程中的应用探索J.化工高等教育，2021，303：63-68.【4】刘长军.案例法教学设计三例J.化学教学，202110