“有機合成”解題思維體系的構(gòu)建

陳 飛(特級教師) 夏 歡

（河南省盧氏縣第一高級中學(xué)）

有機合成是高中化學(xué)的核心知識之一，這部分知識的邏輯性和規(guī)律性較強，能夠很好地發(fā)展學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)，能夠考查學(xué)生思維的發(fā)散性、嚴密性和靈活性.試題中的物質(zhì)推斷是學(xué)生需要突破的難點，怎樣快速準確找出物質(zhì)官能團之間的變化關(guān)系，是解題的關(guān)鍵.

1 建設(shè)一條主線——物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系線

有機物的合成，大多數(shù)不是一步反應(yīng)就能完成的，往往需要沿著一條主線進行多步反應(yīng).比如下列合成路線常常在有機合成中出現(xiàn).

1.1 一元合成路線

1.2 二元合成路線

1.3 芳香化合物合成路線

2 思考一個關(guān)鍵——碳骨架的構(gòu)建

有機物的學(xué)習(xí)，碳原子骨架的建構(gòu)是一個關(guān)鍵，掌握了碳原子的變化規(guī)律，就能更好地理解有機物種類繁多的原因，從而順利解答各類推斷試題.

2.1 同分異構(gòu)現(xiàn)象引起的碳骨架變化

化合物具有相同的分子式但具有不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象.同分異構(gòu)現(xiàn)象的常見類型如下.

1)碳鏈異構(gòu).碳鏈骨架不同，如

2)位置異構(gòu).官能團的位置不同，如

3)官能團異構(gòu).官能團種類不同，常見的情況列入表1.

表1

4)限定條件同分異構(gòu)體的書寫

解題時要看清所限范圍，分析已知幾個同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)特點，對比聯(lián)想找出規(guī)律進行補寫，同時要注意碳的四價原則和官能團存在位置的要求.

a)芳香化合物的同分異構(gòu)體：烷基的類別與個數(shù)，即碳鏈異構(gòu).若苯環(huán)上連有2個取代基，其結(jié)構(gòu)有鄰、間、對3種.若苯環(huán)上連有3個相同的取代基，其結(jié)構(gòu)有3種.若苯環(huán)上連有—X、—X、—Y3個取代基，其結(jié)構(gòu)有6種.若苯環(huán)上連有—X、—Y、—Z3個不同的取代基，其結(jié)構(gòu)有10種.

b)具有官能團的有機物一般的書寫順序為：碳鏈異構(gòu)→官能團位置異構(gòu)→官能團類別異構(gòu).書寫要思維嚴謹，有序進行.如書寫酯類物質(zhì)的同分異構(gòu)體時，可采用分碳法，即用逐一增加某酸中碳原子數(shù)而減少某醇中碳原子數(shù)的方法進行分析.如C8H8O2含苯環(huán)的屬于酯類的同分異構(gòu)體：甲酸某酯有某酯 為苯甲酸某酯為

2.2 分子中碳原子的增加和減少引起的碳骨架變化

1)增長碳鏈.例如

2)縮短碳鏈.例如

3 歸納一種方法——推理思考法

有機合成路線試題的解題方法最常用的是推理思考法，可以用正推法，也可以用逆推法，或者正、逆結(jié)合推導(dǎo)法.

3.1 正推法

從某種原料分子開始，對比目標分子與原料分子結(jié)構(gòu)中的碳骨架及官能團，對該原料分子進行碳骨架的構(gòu)建和官能團的引入或者官能團的轉(zhuǎn)化，從而設(shè)計出合理的合成路線，其思維程序如圖1所示.

圖1

如以乙烯為原料合成乙酸乙酯，可采用正推法(如圖2).

圖2

3.2 逆推法

從目標分子著手，分析目標分子的結(jié)構(gòu)，然后由目標分子逆推出原料分子，并進行合成路線的設(shè)計，其思維程序如圖3所示.

圖3

圖4

設(shè)計合成路線時，要選擇反應(yīng)步驟少、試劑成本低、操作簡單、毒性小、污染小、副產(chǎn)物少的路線，如圖5所示.

圖5

3.3 正、逆雙向結(jié)合法

采用正推和逆推相結(jié)合的方法，是解決合成路線題最實用的方法，其思維程序如圖6所示.

圖6

如果一道試題已經(jīng)給出合成路線，推導(dǎo)時要仔細比較每一步反應(yīng)物與生成物之間發(fā)生變化的地方，結(jié)合題給反應(yīng)條件分析一步反應(yīng)的一點點變化，就能判斷變化的官能團和反應(yīng)的類型，從而解答好整道試題.

4 用好一組信息——題給已知信息

在教材上學(xué)習(xí)到的知識很有限，不能完全滿足有機合成需要，在設(shè)計有機合成路線時往往涉及我們沒有學(xué)過的知識，這時試題就會以已知的形式給出一組相關(guān)信息，以便于我們運用和解答.常見的有機新信息主要有以下幾種.

2)羥醛縮合反應(yīng).有α-H的醛在稀堿(10%NaOH)溶液中能和另一種醛相互作用，生成β-羥基醛，稱為羥醛縮合反應(yīng).例如

3)雙烯合成反應(yīng).例如，1，3-丁二烯與乙烯發(fā)生環(huán)化加成反應(yīng)得到環(huán)己烯：

這是著名的雙烯合成，也是合成六元環(huán)的首選方法.

4)烯烴被O3氧化，再經(jīng)過鋅與水處理得到醛或酮.例如

5)烯烴或芳香化合物被高錳酸鉀氧化.

RCH＝CHR′(R、R′代 表H或 烴 基)與 堿 性KMnO4溶液共熱后酸化，發(fā)生雙鍵斷裂生成羧酸，通過該反應(yīng)可推斷碳碳雙鍵的位置(R代表烴基)被酸性KMnO4溶液氧化生成苯環(huán)側(cè)鏈可以引入羧基，此反應(yīng)可縮短碳鏈.

6)醛、酮的加成反應(yīng)(加長碳鏈，—CN水解得—COOH).例如

7)醛或酮與格氏試劑(R′MgX)發(fā)生加成反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)水解可得醇.例如

8)酯交換反應(yīng).例如

9)苯甲酰氯和苯發(fā)生的取代反應(yīng).例如

5 做好一道試題——高考有機化學(xué)基礎(chǔ)試題

高考化學(xué)試題中對有機化學(xué)基礎(chǔ)的考查題型比較固定，試題賦分為15分，通常是以生產(chǎn)、生活中陌生有機物的合成為載體考查有機化學(xué)的核心知識，考查內(nèi)容幾乎涵蓋了有機化學(xué)的所有重點知識，如有機物的命名、官能團、分子式、結(jié)構(gòu)簡式、同分異構(gòu)體、有機反應(yīng)類型、有機反應(yīng)方程式、利用原料進行有機化合物合成路線設(shè)計等.側(cè)重考查學(xué)生整合化學(xué)信息的能力、綜合思維能力、知識的遷移運用能力等.只要復(fù)習(xí)時抓好上述幾點內(nèi)容，舉一反三，靈活運用，做好這類題是完全有可能的.下面以2021年全國乙卷第36題為例進行分析.

例鹵沙唑侖W是一種抗失眠藥物，在醫(yī)藥工業(yè)中的一種合成方法如圖7所示.

圖7

回答下列問題：

(1)A的化學(xué)名稱是_________.

(2)寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式_________.

(3)D具有的官能團名稱是_________.(不考慮苯環(huán))

(4)反應(yīng)④中，Y的結(jié)構(gòu)簡式為________.

(5)反應(yīng)⑤的反應(yīng)類型是_________.

(6)C的同分異構(gòu)體中，含有苯環(huán)并能發(fā)生銀鏡反應(yīng)的化合物共有_________種.

(7)寫出W的結(jié)構(gòu)簡式_________.

解析

答案(1)2-氟甲苯(或鄰氟甲苯).

NaCl＋H2O.

(3)氨基、羰基、鹵素原子(溴原子、氟原子).

(5)取代反應(yīng).

(6)10.

總之，高考中有機綜合題主要以有機物的推斷和合成路線為載體，考查有機化學(xué)的核心知識.題型結(jié)構(gòu)合理，命題保持穩(wěn)定.側(cè)重有機物衍變過程中碳架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及有機物官能團的衍變.特別是近些年有機試題考查知識高于課標要求和教材內(nèi)容，題目中常常給出提示信息，利用新信息和已有知識適當(dāng)遷移，解決新情境問題，這也是2022年全國高考有機化學(xué)的命題趨勢.