题型三有机合成路线的设计

题型三有机合成路线的设计合成路线设计是近几年高考对合成路线设计是近几年高考对及有机化学基础重要考查形式，且为必考的重点难点，属于热点问题，以有机化合物的性质与结构知识为考查的载体，设计合成路线有利于培养学生的思维能力、分析问题的能力等，能更全面地考查考生的综合素质和能力。体现“科学态度与社会责任”的化学核心素养。掌握常见有机化合物的性质与结构是答题的关键，注意基础知识的理解掌握和灵活运用。表达方式Aeq\f(反应物,反应条件)Beq\o(→,\s\up9(反应物),\s\do3(反应条件))C……→D总体思路根据目标分子与原料分子的差异构建碳骨架和实现官能团转化设计关键信息及框图流程的运用常用方法正向合成法从某种原料分子开始，对比目标分子与原料分子的结构(碳骨架及官能团)，对该原料分子进行碳骨架的构建和官能团的引入(或者官能团的转化)，从而设计出合理的合成路线，其思维程序为逆向合成法从目标分子着手，分析目标分子的结构，然后由目标分子逆推出原料分子，并进行合成路线的设计，其思维程序为正逆双向合成法采用正推和逆推相结合的方法，是解决合成路线题的最实用的方法，其思维程序为一、有机物之间的转化1．直线型转化：(与同一物质反应)醇醛羧酸乙烯乙醛乙酸炔烃烯烃烷烃2．交叉型转化淀粉葡萄糖麦芽糖蛋白质氨基酸淀粉葡萄糖麦芽糖蛋白质氨基酸二肽醇酯羧酸醛卤代烃烯烃醇二、官能团的引入1．引入或转化为碳碳双键的三种方法醇的消去反应引入CH3CH2OHCH2CH2↑＋H2O卤代烃的消去反应引入CH3CH2Br＋NaOHCH2CH2↑＋NaBr＋H2O炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应CH≡CH＋H2CH2CH2，CH≡CH＋Br2CHBrCHBrCH≡CH＋HClCH2CHCl2．引入碳卤键的三种方法烷烃、苯及其同系物与卤素单质发生取代反应CH3CH3＋Cl2HCl＋CH3CH2Cl(还有其他的卤代烃)，不饱和烃与卤素单质、卤化氢的加成反应CH2CHCH3＋Br2CH2Br—CHBrCH3CH≡CH＋HClCH2CHClCH2CHCH3＋HBrCH3—CHBrCH3醇与氢卤酸的取代反应R—OH＋HXR—X＋H2O3．引入羟基的四种方法烯烃与水加成生成醇CH2CH2＋H2OCH3CH2—OH卤代烃的碱性水解成醇CH3CH2—Br＋NaOHCH3CH2—OH＋NaBr醛或酮与氢气加成生成醇酯水解生成醇CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH4．引入碳氧双键(醛基或羰基)的方法醇的催化氧化生成醛(酮)2CH3CH2CH2OH＋O22CH3CH2CHO＋2H2O连在同一个碳上的两个羟基脱水含碳碳三键的物质与水加成5．引入羧基的2种方法醛基氧化2CH3CHO＋O22CH3COOH酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解CH3COOCH2CH3＋H2OCH3COOH＋CH3CH2OH三、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：CH2CH2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CH2CH2，CH3CH2OH被氧化生成CH3CHO3．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CH3CH2OH4．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C2H5OH5．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四、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．CH3CH2OHCH2CH2CH2XCH2XCH2OHCH2OHb．CH2CHCH2CH3CH3CHXCH2CH3CH3CHCHCH3CH3CHXCHXCH3CH2CHCHCH22．利用官能团的衍生关系进行衍变如：R—CH2OHR—CHOR—COOH3．通过某些手段改变官能团的位置如：CH3CHXCHXCH3H2CCHCHCH2CH2XCH2CH2CH2X五、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：六、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≡CHCH2CH—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)=5\*GB3⑤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—CHCH2RCOOH＋CO2↑R1—CHCH—R2R1CHO+R2CHO七、依据有机反应条件进行推断1．这是烷烃和烷基中的氢被取代的反应条件。如：①烷烃的取代；芳香烃或芳香族化合物侧链烷基的取代；③不饱和烃中烷基的取代。2．这是乙醇脱水生成乙烯的反应条件。3．或为不饱和键加氢反应的条件，包括：C=C、=C=O、C≡C的加成。4．是①醇消去H2O生成烯烃或炔烃；②醇分子间脱水生成醚的反应；③酯化反应的反应条件。5．是①卤代烃水解生成醇；②酯类水解反应的条件。6．是卤代烃消去HX生成不饱和烃的反应条件。7．是①酯类水解(包括油脂的酸性水解)；②糖类的水解8．或是醇氧化的条件。9．或是不饱和烃加成反应的条件。10．是苯的同系物侧链氧化的反应条件(侧链烃基被氧化成COOH)。11．显色现象：苯酚遇FeCl3溶液显紫色；与新制Cu(OH)2悬浊液反应的现象：1、沉淀溶解，出现深蓝色溶液则有多羟基存在；2、沉淀溶解，出现蓝色溶液则有羧基存在；3、加热后有红色沉淀出现则有醛基存在。八、常用的合成路线有机合成往往要经过多步反应才能完成，因此确定有机合成的途径和路线时，要进行合理选择。1．一元合成路线R—CH=CH2卤代烃一元醇一元醛一元羧酸酯2．二元合成路线CH2CH2CH2X—CH2XCH2OH—CH2OHHOOC—COOH链酯、环酯、聚酯3．芳香化合物的合成路线①②芳香酯注意：与Cl2反应时条件不同所得产物不同，光照时，只取代侧链甲基上的氢原子，生成；而Fe作催化剂时，取代苯环上甲基邻、对位上的氢原子，生成。1．(2023•浙江省1月选考)已知：①②设计以D()为原料合成E()的路线(用流程图表示，无机试剂任选)___。【答案】【解析】1，3丙二醇与HBr发生取代反应生成1，3二溴丙烷，1，3二溴丙烷与NaCN发生取代反应生成，发生水解生成戊二酸，戊二酸分子内脱水生成，合成路线为：。2．(2023•海南卷)局部麻醉药福莫卡因的一种合成路线如下：结合上图合成路线的相关信息。以苯甲醛和一两个碳的有机物为原料，设计路线合成_______。【答案】【解析】乙醇分别催化氧化为乙醛、乙酸，乙酸与乙醇发生酯化反应生成乙酸乙酯，乙醛乙酸乙酯反应生成CH3CH=CHCOOC2H5；苯甲醛与CH3CH=CHCOOC2H5反应生成，再水解生成，合成路线为：。3．(2023•湖南卷)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，一种合成该类化合物的路线如下(部分反应条件已简化)：甲苯与溴在FeBr3催化下发生反应，会同时生成对溴甲苯和邻溴甲苯，依据由C到D的反应信息，设计以甲苯为原料选择性合成邻溴甲苯的路线_______(无机试剂任选)。【答案】【解析】甲苯和溴在FeBr3的条件下生成对溴甲苯和邻溴甲苯，因题目中欲合成邻溴甲苯，因此需要对甲基的对位进行处理，利用题目中流程所示的步骤将甲苯与硫酸反应生成对甲基苯磺酸，再将对甲基苯磺酸与溴反应生成，再将中的磺酸基水解得到目标化合物，具体的合成流程为：。4．(2023•浙江省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：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。5．(2022年·浙江卷)某研究小组按下列路线合成药物氯氮平已知：①②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)【答案】；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。6．(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)【答案】【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。7．(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)【答案】【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：。8．(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【答案】【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。9．(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【答案】【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。10．(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【答案】【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。11．(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)【答案】。【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。12．(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)。【答案】【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。1．(2024·陕西宝鸡市高考模拟监测节选)帕罗维德(Paxlovid)是一种有效的新冠病毒抑制剂，可以在病毒感染早期有效干预抑制病毒复制。下图是合成帕罗韦德的重要中间体之一(I)的合成路线。(6)结合以上流程，设计以乙炔和乙醇为原料制备的合成路线(无机试剂任选)。【答案】(6)CH3CH2OHCH3CHO+CH≡CHCH3CHOHC≡CCHOHCH3CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3【解析】(6)乙醇氧化为乙醛，乙醛和乙炔发生A生成B的反应得到CH3CHOHC≡CCHOHCH3，在和氢气加成得到饱和醇CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3，故流程为：CH3CH2OHCH3CHO+CH≡CHCH3CHOHC≡CCHOHCH3CH3CHOHCH2CH2CHOHCH3。2．(2024·河南新乡高三一模节选)化合物F是合成某药物的中间体，其合成路线如下：(6)设计以乙烯和为原料制备治疗类风湿关节炎药物中间体的合成路线流程图。(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】(6)【解析】(5)对比D和E的结构简式可知D→E的反应类型为D中的一个氢原子被溴原子取代，反应类型为取代反应；(6)由题给有机物的转化关系可知，以乙烯和为原料制备的步骤如下：在催化剂作用下乙烯发生催化氧化反应生成乙醛，在催化剂作用下乙醛与溴化氢发生取代反应生成，在催化剂作用下与反应生成，故合成路线为：。3．(2024·吉林省吉林市高三第二次模拟节选)某药物成分I具有抗炎、抗病毒、抗氧化等生物活性，其合成路线如下：已知：＋R3－CHO＋(6)参照上述流程，设计以HCHO和(R基自己确定)为原料合成的路线如下：则X的结构简式为，Y的结构简式为，Z的结构简式为。【答案】(6)(Z中的乙氧基的乙基，也可以是其他烃基，合理即可。)【解析】(6)结合题干中B到C的反应，可知HCHO经过后得到，继续催化氧化得到，已知：＋R3－CHO＋，由要得到，可推知R2为乙基，则Z可以为(Z中的乙氧基的乙基，也可以是其他烃基，合理即可)。4．(2024·江苏省南京市、盐城市高三第一次模拟考试节选)匹唑派(G)是一种新型精神类药品，其合成路线之一如下：(5)已知：写出以苯为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和流程中的有机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。【答案】(5)【解析】(5)根据流程图可知，D→E→F可形成类似的结构，D中含有氨基，可用苯先与浓硫酸和浓硝酸反应，生成硝基苯，再用Fe和HCl还原，将硝基苯转化为苯胺，按照D→E的反应条件，让苯胺与反应，生成，再按照E→F的反应条件，使转化为，反应流程图为：。5．(2024·江苏徐州高三期中节选)化合物F是制备汉防已甲素的重要中间体，一种合成路线如下：(5)已知：(R、代表烃基或H，代表烃基)。写出以、CH3NO2和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任选，合成路线流程图示例见本题题干)。【答案】(5)或【解析】(5)反应物中的醛基需要利用题中流程的第一步转化为硝基，进而利用图中所给流程的第二步转化为氨基得到中间产物①，所给原料与氯气发生1，4加成，再与氢气发生加成可生成②，①与②在(5)所给条件下可以发生取代并成环，得到产物，故流程为；也可让所给原料与氯气发生1，4加成生成，直接与①发生取代反应，成环后在于氢气加成，故流程为。6．(2024·湖南省湘东九校高三联考节选)苯巴比妥是一种巴比妥类的镇静剂及安眠药，其合成路线如下所示(部分试剂和产物已略去)：已知：i．ii．(7)参照上述合成路线和信息，设计以CH3CH2OH、CH2(COOH)2、CO(NH2)2为原料，以及必要的有机溶剂、无机溶剂合成的路线。【答案】(7)【解析】(5)①苯巴比妥中含有苯环，水溶性不好，不适宜做静脉注射液，成为钠盐后极性变大，更易溶解，因此苯巴比妥钠比苯巴比妥更适用于静脉注射；②苯巴比妥钠中含有酰胺基，容易水解变质，因此苯巴比妥钠的水溶液易变质，需制成粉针剂保存。(6)物质酸性越强，电离程度越大，越不易以分子形态存在，卤素原子与硝基均为吸电子基团，会使巴比妥类药物酸性增强，烷烃基为推电子基团，减弱酸性，分子态药物更多，所以选烷烃基。(7)CH2(COOH)2与CH3CH2OH在浓硫酸作催化剂时加热发生酯化反应产生CH2(COOCH2CH3)2；CH3CH2OH与HBr混合加热发生取代反应产生CH3CH2Br，CH2(COOCH2CH3)2与CH3CH2Br在KOC(CH3)3及CH3CH2Br作用下发生取代反应，产物再与CO(NH2)2在CH3CH2ONa作用下反应，合成路线为：。7．(2024·江浙高中(县中)发展共同体高三联考节选)莫西赛利(化合物K)是一种治疗脑血管疾病的药物，可改善脑梗塞或脑出血后遗症等症状。以下为其合成路线之一。(5)研究小组在实验室用苯胺()和乙烯为原料合成。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】(5)【解析】(5)参考合成路线H→I，反应生成；参考合成路线I→J，反应生成苯酚；乙烯与溴化氢加成生成溴乙烷，溴乙烷与苯酚反应生成目标产物。8．(2024·江苏镇江高三期中节选)某研究小组按下列路线合成药物利培酮。已知：①②(5)设计以、和为原料合成的路线(用流程图表示，其它无机试剂任选)。【答案】(5)【解析】(5)与NH3反应生成，与HCl发生取代反应生成，与CH3CN/NaNH2反应生成

，在酸溶液中发生水解生成，故合成路线为

。9．(2024·浙江省Z20名校联盟高三联考节选)利伐沙班是一种新型抗凝血药物，其合成路线如下：已知：(5)利用以上合成路线中的信息，设计以苯和乙烯为原料合成的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。【答案】(5)【解析】(5)第一步，苯在浓硫酸、浓硝酸加热条件下生成硝基苯；第二步，硝基苯与Fe/HCl反应生成；第三步，乙烯与溴水发生加成反应生成；第四步，与发生流程图F到G的反应，生成；流程图为。10．(2024·浙江省稽阳联谊学校高三联考节选)某研究小组按下列路线合成第三代抗癫痫药瑞替加滨二盐酸盐。已知：(6)设计以为原料分4步合成药物的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。【答案】(6)【解析】(6)先将加氢还原，将硝基还原为氨基，生成；再将在光照下取代生成，在氢氧化钠的水溶液中水解异构生成；最后将与反应生成；流程图如下：。11．(2023·湖南郴州市高三一模节选)化合物H是一种用于合成γ－分泌调节剂的药物中间体，其合成路线流程图如图：

(7)已知：

(R代表烃基，R'代表烃基或H)。请写出以

、

和(CH3)2SO4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】(7)【解析】(7)以

、

和(CH3)2SO4为原料制备

，首先分析合成对象与原料间的关系。结合上述合成路线中D到E的变化，可以逆推出合成该有机物所需要的两种反应物分别为

和

；结合B到C的反应，可以由

逆推到

，再结合A到B的反应，推到原料

；结合学过的醇与氢卤酸反应，可以发现原料

与氢溴酸反应即可得到

，合成路线为

。12．(2024·广西南宁高三教学质量调研节选)化合物H是一种抗过敏药物，其合成路线如图：已知：。(7)参照上述合成路线，设计以和为原料合成的路线(无机试剂任选)：。【答案】(7)【解析】(7)CH3CH(OH)CH3与HBr发生取代反应生成CH3CHBrCH3，发生催化氧化生成，与两分子CH3CHBrCH3发生类似于B到D的取代反应生成，合成路线为。13．(2024·浙江省嘉兴市高三联考节选)有机物H是一种新型大环芳酰胺的合成原料，可通过以下方法合成(部分反应条件已省略)。(5)凯夫拉()材料广泛应用于防弹衣、坦克等兵器的生产。利用以上合成线路及已知信息，设计由苯胺()、(CH3CO)2O、为原料制备凯夫拉的合成路线(用流程图表示，无机试剂任选)。【答案】(5)【解析】(5)苯胺()与(CH3CO)2O发生取代反应生成，与浓硝酸在浓硫酸催化下对位取代硝基得到，酰胺基酸性下水解得到，NO2与氢气发生还原反应生成NH2得到，与发生缩聚反应得到，合成路线为。14．(2024·浙江省台州市高三第一次教学质量评估节选)某研究小组以对甲基苯乙酮制备解热镇痛消炎药洛索洛芬钠的中间体H，其合成路线如下：已知：①②(5)研究小组以与乙醇为原料(无机试剂任选)合成。请设计合成路