第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物
第1节 有机化合物的合成
基础课时17 有机合成的关键
——碳骨架的构建和官能团的引入
学 习 任 务 1.知道寻找原料与合成目标分子之间的关系与差异。培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.掌握构建目标分子骨架，官能团的引入、转化或消除方法。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3.体会有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
必备知识
一、有机合成的基本程序
1．有机合成的基本流程
2．合成路线的核心
合成路线设计的核心在于构建目标化合物分子的碳骨架和引入所必需的官能团。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)运用化学手段人类可以合成自然界中不存在的有机物。 (√)
(2)有机合成是指利用简单、易得的原料，通过有机反应，生成具有特定结构和功能的有机物。 (√)
二、碳骨架的构建
1．碳链的增长
(1)卤代烃的取代反应
①卤代烃与NaCN的反应
CH3CH2Cl＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaCl，
CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②卤代烃与炔钠的反应
2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2，
CH3C≡CNa＋CH3CH2Cl―→CH3C≡CCH2CH3＋NaCl。
(2)醛、酮与氢氰酸的加成反应
(3)羟醛缩合反应
是不是所有的醛、酮都能发生羟醛缩合反应？具有怎样结构的醛、酮才能发生羟醛缩合反应？
提示：并不是所有的醛、酮都能发生羟醛缩合反应，只有含有α H的醛、酮才能发生羟醛缩合反应。
2．碳链的减短
(1)氧化反应
①烯、炔烃的氧化反应
CH3CH===CH2CH3COOH＋CO2↑。
②芳香烃侧链的氧化反应
(2)脱羧反应
CH3COONa＋NaOHNa2CO3＋CH4↑。
(3)水解反应
主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。
(4)烃的裂化或裂解反应
C16H34C8H18＋C8H16；C8H18C4H10＋C4H8。
3．成环
(1)二烯烃的成环反应
(2)形成环酯
(3)氨基酸缩合
(4)形成环醚
4．开环
(1)环酯水解开环
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)多元醇与多元羧酸发生取代反应可形成链状或环状有机化合物。 (√)
(2)加聚反应可以使有机物碳链增长，取代反应不能。 (×)
赫克反应、根岸偶联反应和铃木反应已成为化学家们制造复杂化学分子的“精致工具”，在科研、医药和电子等领域已经广泛应用。下面反应的反应产物就是由铃木反应合成出来的一种联苯的衍生物：
请问此过程碳骨架的建立是通过什么反应类型实现的？反应产物如果和酸性高锰酸钾溶液反应碳骨架是否改变？
提示：通过反应形式可知反应类型为取代反应，产物如果和酸性高锰酸钾溶液反应醛基变为羧基，碳原子数和官能团位置都没有改变，所以碳骨架没有改变。
三、官能团的引入与转化
1．官能团的引入
(1)在碳链上引入卤原子的途径
①不饱和烃与卤素单质或卤化氢的加成反应
②烷烃、苯及其同系物与卤素单质的取代反应
③烯烃、羧酸的α H取代反应
④醇与氢卤酸的取代反应
CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O。
(2)在碳链上引入羟基的途径
①烯烃与水，醛、酮与氢气或HCN的加成反应
②卤代烃、酯的水解反应
(3)引入碳碳双键的途径
①卤代烃或醇的消去反应
CH3CH2CH2Br＋NaOHCH3CH===CH2↑＋NaBr＋H2O。
CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O。
②炔烃与H2、HX、X2的不完全加成反应
(4)在碳链上引入醛基的途径
醇、烯烃的氧化反应。
(5)在碳链上引入羧基的途径
烯烃、苯的同系物和醛的氧化反应，酯、蛋白质、肽或氰的水解反应。
2．官能团之间的相互转化
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)消去反应可以引入碳碳双键，加成反应也可以引入碳碳双键。
(√)
(2)在烯烃中既可引入卤素原子、羟基，又可引入羧基、羰基。 (√)
写出下列转化关系中涉及的有标号的反应的化学方程式。
提示：①CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH；
②2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O；
③2CH3CHO＋O22CH3COOH；
④C2H5OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O；
⑤CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O；
⑥CH3CH2Br＋NaOHCH2===CH2↑＋NaBr＋H2O。
情境探究
学习任务 有机合成中官能团的转化、衍变与保护
情境素材
端炔烃在催化剂存在下可发生偶联反应，称为Glaser反应。
2R—C≡C—H
R—C≡C—C≡C—R＋H2
该反应在研究新型发光材料、超分子化学等方面具有重要价值。
下面是利用Glaser反应制备化合物E的一种合成路线：
合作探究
[问题1] 上述反应中哪些反应属于增长碳链的反应？
提示：反应①中苯环上增加了乙基，反应④的Glaser反应，都属于增长碳链的反应。
[问题2] 上述反应中属于取代反应的有哪些？
提示：反应①、②、④都属于取代反应。
归纳总结
1．官能团转化与衍变的三种方式
(1)利用官能团的衍生关系进行官能团种类的转化
(2)通过消去、加成(控制试剂)、水解反应使官能团数目增加
(3)通过消去、加成(控制条件)反应使官能团位置改变
如：
2．官能团的保护
有机合成时，往往在有机物分子中引入多个官能团，但有时在引入某一个官能团时容易对其他官能团造成破坏，导致不能实现目标化合物的合成。因此，在制备过程中要把分子中的某些官能团通过恰当的方法保护起来，在适当的时候再将其转变回来，从而达到有机合成的目的。
(1)酚羟基的保护
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变为—ONa将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护
碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与卤素单质、卤化氢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。例如，已知烯烃中在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：
(3)氨基(—NH2)的保护
如在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH，再把—NO2还原为—NH2。防止当KMnO4氧化—CH3时，—NH2(具有还原性)也被氧化。
(4)醛基的保护
醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为
再如检验碳碳双键时，当有机物中含有醛基、碳碳双键等多种官能团时，可以先用弱氧化剂，如银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等对碳碳双键进行检验。
能力达成
1．制备乙酸乙酯的绿色合成路线如图所示，下列说法不正确的是( )
A．M的分子式为C6H12O6
B．上述合成路线中不存在碳骨架的构建
C．①④的反应类型均为取代反应
D．N的结构简式为CH3COOH
B [淀粉或纤维素完全水解得到M(葡萄糖)，分子式是C6H12O6，葡萄糖在酒化酶的作用下转化为乙醇(CH3CH2OH)；乙醇被氧化为N(CH3COOH)，乙醇与乙酸在浓硫酸作用及加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，A、D项正确；①②属于碳链缩短的反应，④属于碳链增长的反应，B项错误；①为水解反应、④为酯化反应，故①④的反应类型均为取代反应，C项正确。]
2．已知：①环己烯可以通过1，3 丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到：
②实验证明，下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更容易被氧化：
③R—CHO＋H2―→R—CH2OH
现仅以1，3 丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷：
请按要求填空：
(1)A的结构简式是_____________________________________；
B的结构简式是_______________________________________。
(2)写出下列反应的化学方程式和反应类型：
反应④______________________________________________，
反应类型____________。
反应⑤______________________________________________，
反应类型________________。
[解析] 理解题给信息是解决本题的关键，原料是1，3 丁二烯，通过碳碳双键之间的环化加成反应可以得到六元碳环。目标产物的六元环的支链为甲基，由信息②及C的分子式知，可先将支链中的碳碳双键氧化，得到醛基，从醛基得到甲基的理想途径是醛基被还原得到醇羟基，通过醇的消去反应得到碳碳双键，再与氢气加成得到甲基。故其合成路线如下：
知识脉络
随堂测评
1．下列不属于碳链增长的反应的是( )
A [丙烯与溴单质发生加成反应，碳链上的碳原子数没有增加，不属于碳链增长的反应，A选项符合题意；两分子乙烯加成生成1 丁烯，碳链上碳原子数增加，B选项属于碳链增长的反应；两分子乙炔发生加成反应，碳链上碳原子数增加，C选项属于碳链增长的反应；苄基氯()与氰化钠发生取代反应，苯环的支链上增加一个碳原子，D选项属于碳链增长的反应。]
2．下列物质中，不能使有机物成环的是( )
C [因为HOCH2CH2CH2COOH有两个官能团，分子之间可以生成环内酯；HO—CH2—CH2—CH2—CH2—OH分子内脱水生成；不能直接参与反应形成环状有机物；H2N—CH2CH2CH2—COOH两端反应形成肽键可结合成环状有机物，因而应选C。]
3．下列反应可以在分子中引入卤素原子的是( )
A．向浓溴水中滴加苯
B．光照甲苯与溴的蒸气
C．溴乙烷与NaOH的水溶液共热
D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热
B [A项，苯与溴水不发生取代反应；B项，甲苯与溴蒸气在光照条件下，溴取代甲基上的氢原子，可得到等；C项，生成乙醇，除去了溴原子；D项，发生消去反应，除去溴原子。]
4．可通过如图路线合成对乙酰氨基酚，下列说法正确的是( )
A．丙的分子式为C8H10NO2
B．乙分子中的所有原子一定共平面
C．甲的苯环上的一氯代物有2种
D．由乙制备丙的反应类型为加成反应
C [根据丙的结构简式可以推知丙的分子式为C8H9NO2,A错误； 氮原子是sp3杂化，—NH2为三角锥形，乙分子中的所有原子不可能共平面，B错误；甲的苯环上有一个对称轴，苯环上核磁共振氢谱有2种，甲的苯环上的一氯代物有2种，C正确；从合成路线可知，由乙制备丙的反应类型为取代反应，D错误。]
5．已知甲、乙两种有机物的结构简式如图所示：
甲 乙
(1)下列关于乙的说法正确的是________(填字母，双选)。
A．分子中碳原子与氮原子的个数比是7∶5
B．属于芳香族化合物
C．既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应
D．属于苯酚的同系物
(2)甲可以通过如图所示路线合成(分离方法和其他产物已经略去)。
①步骤Ⅰ的反应类型是________。
②步骤Ⅰ和Ⅳ在合成甲的过程中的目的是________。
③步骤Ⅳ的化学方程式为________。
[解析] (1)1个乙分子中含有7个碳原子、5个氮原子，A项正确；乙分子中没有苯环，不属于芳香族化合物，B项错误；乙分子中有—NH2，可以与盐酸反应，有—Cl，可以与NaOH溶液反应，C项正确；乙分子中没有苯环，也没有酚羟基，不属于苯酚的同系物，D项错误。(2)①根据步骤Ⅰ反应前后物质的结构简式可知发生了取代反应。②步骤Ⅰ的目的是把—NH2暂时保护起来，防止在步骤Ⅲ中发生反应。步骤Ⅳ是酰胺基发生水解，重新生成—NH2。
[答案] (1)AC (2)①取代反应 ②保护氨基
③＋CH3COOH
1基础课时18 有机合成路线的设计 有机合成的应用
学 习 任 务 1.通过了解设计合成路线的一般程序，建立有机合成路线的认知模型。2．通过苯甲酸甲酯的合成路线的分析，总结有机合成路线设计的一般程序——逆推法。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3．了解有机合成的意义及应用，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
必备知识
一、有机合成路线的设计
1．正推法
设计有机合成路线，可以从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳骨架的构建和官能团的引入或转化来完成。其一般程序可表示为
2．逆推法
采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。
3．优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合化学原理。
(2)合成操作是否安全可靠。
(3)绿色合成主要考虑有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。
[提醒] 原子利用率(%)＝×100%。
在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。
“绿色化学”标志
思考：取代反应、加成反应和消去反应三大有机反应在有机合成中应用十分广泛，在这几个化学反应中，哪些反应才符合“绿色化学工艺”？
提示：所有反应物中的原子均转化到产物中，才符合“绿色化学”的原理，只有加成反应符合“绿色化学工艺”，而取代反应和消去反应均有原子进入非目标产物。
4．逆推法设计有机合成路线的一般程序
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有机合成路线设计的关键是原料分子的推断。 (×)
(2)设计合成路线时，只能从原料分子开始，通过碳链的连接和官能团的安装来完成。 (×)
(3)绿色合成思想的主要出发点是治理有机合成中所产生的污染。 (×)
二、利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线
1．观察目标分子的结构
2．逆推出原料分子
3．设计合成路线(设计四种不同的合成路线)
4．评价优选合成路线
对上述合成路线进行评价，优选出其中比较合理的路线。
路线(2)和路线(4)制备苯甲酸的步骤多、成本较高，而且使用较多的氯气不利于环境保护。路线(3)的步骤较少，但所用还原剂LiAlH4价格昂贵，要求无水操作，成本高。路线(1)由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯，是比较合理的实验室合成路线。
有下述有机反应类型：①消去反应；②水解反应；③加聚反应；④加成反应；⑤还原反应；⑥氧化反应。以丙醛为原料制取1,2 丙二醇，所需进行的反应类型依次是________。
三、有机合成的应用
(1)有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。
①人工合成的物质数量巨大；
②人工合成的物质应用范围广。
(2)有机合成是化学基础研究的一个重要工具。
情境探究
学习任务 设计有机合成路线
情境素材
在药物、香料合成中常利用醛和醇反应生成缩醛来保护醛基，此类反应在酸催化下进行。例如：
合作探究
[问题1] 欲使上述反应顺利向右进行，你认为较合适的催化剂是什么？
提示：要使平衡向右移动，可以通过吸收水达到目的，故合适的催化剂为浓硫酸。
[问题2] 已知烯烃在一定条件下可以发生氧化反应：
提示：从信息来看，两个羟基的引入是通过碳碳双键的氧化来实现的，但如果将CH2===CH—CHO直接氧化，则醛基也会被氧化，故需先将醛基加以保护，其保护方式可以考虑题目中一开始的信息，将醛基与醇进行反应，然后再通过条件的控制使平衡向左移动恢复醛基即可，故整个过程可以设计如下：
归纳总结
1．有机合成遵循的原则
(1)符合有机合成中原子经济性的要求。所选择的每个反应的副产物应尽可能少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。
(2)发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。
(3)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。
(4)所选用的合成原料要绿色化且易得、经济；所选用的试剂与催化剂无公害。
2．有机合成的三种常见方法
(1)正向合成法：此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料―→中间产物―→产品。
(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法 ，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品―→中间产物―→原料。
(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型―→找出原料与合成物质的内在联系―→确定中间产物―→产品”。
3．有机合成常见的四条合成路线
(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：
(3)芳香化合物合成路线：
(4)改变官能团的位置：
能力达成
1．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的( )
①与NaOH的水溶液共热 ②与NaOH的醇溶液共热
③与浓硫酸共热到170 ℃ ④在催化剂存在情况下与氯气加成 ⑤在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热 ⑥与新制的Cu(OH)2悬浊液共热
A．①③④②⑥ B．①③④②⑤
C．②④①⑤⑥ D．②④①⑥⑤
C [采取逆向分析可知，乙二酸→乙二醛→乙二醇→1,2 二卤代烃→乙烯→氯乙烷。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。]
2．(2020·山东等级考)化合物F是合成吲哚 2 酮类药物的一种中间体，其合成路线如下：
回答下列问题：
(1)实验室制备A的化学方程式为____________________________________
________________________________________________________________，
提高A产率的方法是______________________；A的某同分异构体只有一种化学环境的碳原子，其结构简式为___________________________。
(2)C→D的反应类型为___________________________；E中含氧官能团的名称为________________。
(3)C的结构简式为____________________，F的结构简式为____________________。
(4)Br2和的反应与Br2和苯酚的反应类似，以和为原料合成，写出能获得更多目标产物的较优合成路线(其他试剂任选)。
[解析] (1)根据题给已知信息Ⅰ，由B的结构简式逆推可知A为CH3COOC2H5，实验室利用乙醇与乙酸为原料，通过酯化反应可制备乙酸乙酯，反应的化学方程式是CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOC2H5＋H2O。该反应为可逆反应，及时将反应体系中的乙酸乙酯蒸出，或增大反应物(乙酸、乙醇)的量可提高乙酸乙酯的产率。乙酸乙酯分子有1个不饱和度(可判断其同分异构体含双键或环状结构)，且含4个碳原子和2个氧原子，由A的这种同分异构体只有1种化学环境的碳原子，则可判断该同分异构体为高度对称的分子，故其结构简式为。(2) 在碱性、加热条件下水解，再酸化可得C，C的结构简式是，由题给已知信息Ⅱ可知C生成D发生的是羧基结构中的—OH被Cl取代的反应，则D为，E为，E的含氧官能团是羰基、酰胺基。(3)由上述分析可知C的结构简式为，结合F的分子式，根据题给已知信息Ⅲ可知发生分子内反应生成的F为。(4) 发生溴代反应生成发生类似题给已知信息Ⅱ的反应，生成，根据题给已知信息Ⅲ，可知发生分子内脱去HBr的反应，生成目标产物。
知识脉络
随堂测评
1．有机合成的三个步骤的正确的顺序为( )
①对不同的合成路线进行优选 ②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线 ③观察目标分子的结构
A．①②③ B．③②①
C．②③① D．②①③
B [进行有机合成时，先确定有机物分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。]
2．羧酸和醇发生酯化反应的过程如图所示：
可见酯化反应不是简单的取代反应，步骤Ⅰ和步骤Ⅱ的有机反应类型为( )
A．步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为消去反应
B．步骤Ⅰ为氧化反应，步骤Ⅱ为还原反应
C．步骤Ⅰ为取代反应，步骤Ⅱ为消去反应
D．步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为氧化反应
A [根据羧酸和醇发生酯化反应的原理可知，步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为消去反应。]
3．下列有机合成路线设计经济效益最好的是( )
A．CH2===CH2―→CH3CH2Cl
B．CH3CH3―→CH3CH2Cl
C．CH3CH2OH―→CH3CH2Cl
D．CH2ClCH2Cl―→CH3CH2Cl
A [A项利用CH2===CH2＋HCl―→CH3CH2Cl，反应产物单一，反应程度较为完全，原子利用率高，是理想的合成路线；B项利用CH3CH3与Cl2发生取代反应生成CH3CH2Cl，反应副产物多，难以分离，原子利用率也低；C项利用CH3CH2OH与HCl发生取代反应生成CH3CH2Cl，反应难以进行到底，原子利用率低；D项应经过CH2ClCH2Cl―→CH2===CHCl―→CH3CH2Cl，反应难以控制，转化率低，故不是理想合成路线。]
4．在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是( )
B．乙烷与氯气在光照条件下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2光照,CH3CH2Cl＋HCl
C．萘与浓硫酸制备萘磺酸：＋HO—SO3H60 ℃, ＋H2O
D．乙烯与水制乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
B [乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，该反应生成多种氯代乙烷和氯化氢气体且不易分离。]
5．以，请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。
[答案]
1基础课时18 有机合成路线的设计 有机合成的应用
学 习 任 务 1.通过了解设计合成路线的一般程序，建立有机合成路线的认知模型。2．通过苯甲酸甲酯的合成路线的分析，总结有机合成路线设计的一般程序——逆推法。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3．了解有机合成的意义及应用，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
必备知识
一、有机合成路线的设计
1．正推法
设计有机合成路线，可以从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳骨架的构建和官能团的引入或转化来完成。其一般程序可表示为
2．逆推法
采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。
3．优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合化学原理。
(2)合成操作是否安全可靠。
(3)绿色合成主要考虑有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。
[提醒] 原子利用率(%)＝×100%。
在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。
“绿色化学”标志
思考：取代反应、加成反应和消去反应三大有机反应在有机合成中应用十分广泛，在这几个化学反应中，哪些反应才符合“绿色化学工艺”？
提示：所有反应物中的原子均转化到产物中，才符合“绿色化学”的原理，只有加成反应符合“绿色化学工艺”，而取代反应和消去反应均有原子进入非目标产物。
4．逆推法设计有机合成路线的一般程序
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有机合成路线设计的关键是原料分子的推断。 (×)
(2)设计合成路线时，只能从原料分子开始，通过碳链的连接和官能团的安装来完成。 (×)
(3)绿色合成思想的主要出发点是治理有机合成中所产生的污染。 (×)
二、利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线
1．观察目标分子的结构
2．逆推出原料分子
3．设计合成路线(设计四种不同的合成路线)
4．评价优选合成路线
对上述合成路线进行评价，优选出其中比较合理的路线。
路线(2)和路线(4)制备苯甲酸的步骤多、成本较高，而且使用较多的氯气不利于环境保护。路线(3)的步骤较少，但所用还原剂LiAlH4价格昂贵，要求无水操作，成本高。路线(1)由甲苯分别制备苯甲酸和苯甲醇，然后由它们发生酯化反应制备苯甲酸苯甲酯，是比较合理的实验室合成路线。
有下述有机反应类型：①消去反应；②水解反应；③加聚反应；④加成反应；⑤还原反应；⑥氧化反应。以丙醛为原料制取1,2 丙二醇，所需进行的反应类型依次是________。
三、有机合成的应用
(1)有机合成是化学学科中最活跃、最具创造性的领域之一。
①人工合成的物质数量巨大；
②人工合成的物质应用范围广。
(2)有机合成是化学基础研究的一个重要工具。
情境探究
学习任务 设计有机合成路线
情境素材
在药物、香料合成中常利用醛和醇反应生成缩醛来保护醛基，此类反应在酸催化下进行。例如：
合作探究
[问题1] 欲使上述反应顺利向右进行，你认为较合适的催化剂是什么？
提示：要使平衡向右移动，可以通过吸收水达到目的，故合适的催化剂为浓硫酸。
[问题2] 已知烯烃在一定条件下可以发生氧化反应：
提示：从信息来看，两个羟基的引入是通过碳碳双键的氧化来实现的，但如果将CH2===CH—CHO直接氧化，则醛基也会被氧化，故需先将醛基加以保护，其保护方式可以考虑题目中一开始的信息，将醛基与醇进行反应，然后再通过条件的控制使平衡向左移动恢复醛基即可，故整个过程可以设计如下：
归纳总结
1．有机合成遵循的原则
(1)符合有机合成中原子经济性的要求。所选择的每个反应的副产物应尽可能少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。
(2)发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。
(3)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。
(4)所选用的合成原料要绿色化且易得、经济；所选用的试剂与催化剂无公害。
2．有机合成的三种常见方法
(1)正向合成法：此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料―→中间产物―→产品。
(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法 ，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品―→中间产物―→原料。
(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型―→找出原料与合成物质的内在联系―→确定中间产物―→产品”。
3．有机合成常见的四条合成路线
(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：
(3)芳香化合物合成路线：
(4)改变官能团的位置：
能力达成
1．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的( )
①与NaOH的水溶液共热 ②与NaOH的醇溶液共热
③与浓硫酸共热到170 ℃ ④在催化剂存在情况下与氯气加成 ⑤在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热 ⑥与新制的Cu(OH)2悬浊液共热
A．①③④②⑥ B．①③④②⑤
C．②④①⑤⑥ D．②④①⑥⑤
C [采取逆向分析可知，乙二酸→乙二醛→乙二醇→1,2 二卤代烃→乙烯→氯乙烷。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。]
2．(2020·山东等级考)化合物F是合成吲哚 2 酮类药物的一种中间体，其合成路线如下：
回答下列问题：
(1)实验室制备A的化学方程式为____________________________________
________________________________________________________________，
提高A产率的方法是______________________；A的某同分异构体只有一种化学环境的碳原子，其结构简式为___________________________。
(2)C→D的反应类型为___________________________；E中含氧官能团的名称为________________。
(3)C的结构简式为____________________，F的结构简式为____________________。
(4)Br2和的反应与Br2和苯酚的反应类似，以和为原料合成，写出能获得更多目标产物的较优合成路线(其他试剂任选)。
[解析] (1)根据题给已知信息Ⅰ，由B的结构简式逆推可知A为CH3COOC2H5，实验室利用乙醇与乙酸为原料，通过酯化反应可制备乙酸乙酯，反应的化学方程式是CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOC2H5＋H2O。该反应为可逆反应，及时将反应体系中的乙酸乙酯蒸出，或增大反应物(乙酸、乙醇)的量可提高乙酸乙酯的产率。乙酸乙酯分子有1个不饱和度(可判断其同分异构体含双键或环状结构)，且含4个碳原子和2个氧原子，由A的这种同分异构体只有1种化学环境的碳原子，则可判断该同分异构体为高度对称的分子，故其结构简式为。(2) 在碱性、加热条件下水解，再酸化可得C，C的结构简式是，由题给已知信息Ⅱ可知C生成D发生的是羧基结构中的—OH被Cl取代的反应，则D为，E为，E的含氧官能团是羰基、酰胺基。(3)由上述分析可知C的结构简式为，结合F的分子式，根据题给已知信息Ⅲ可知发生分子内反应生成的F为。(4) 发生溴代反应生成发生类似题给已知信息Ⅱ的反应，生成，根据题给已知信息Ⅲ，可知发生分子内脱去HBr的反应，生成目标产物。
知识脉络
随堂测评
1．有机合成的三个步骤的正确的顺序为( )
①对不同的合成路线进行优选 ②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线 ③观察目标分子的结构
A．①②③ B．③②①
C．②③① D．②①③
B [进行有机合成时，先确定有机物分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。]
2．羧酸和醇发生酯化反应的过程如图所示：
可见酯化反应不是简单的取代反应，步骤Ⅰ和步骤Ⅱ的有机反应类型为( )
A．步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为消去反应
B．步骤Ⅰ为氧化反应，步骤Ⅱ为还原反应
C．步骤Ⅰ为取代反应，步骤Ⅱ为消去反应
D．步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为氧化反应
A [根据羧酸和醇发生酯化反应的原理可知，步骤Ⅰ为加成反应，步骤Ⅱ为消去反应。]
3．下列有机合成路线设计经济效益最好的是( )
A．CH2===CH2―→CH3CH2Cl
B．CH3CH3―→CH3CH2Cl
C．CH3CH2OH―→CH3CH2Cl
D．CH2ClCH2Cl―→CH3CH2Cl
A [A项利用CH2===CH2＋HCl―→CH3CH2Cl，反应产物单一，反应程度较为完全，原子利用率高，是理想的合成路线；B项利用CH3CH3与Cl2发生取代反应生成CH3CH2Cl，反应副产物多，难以分离，原子利用率也低；C项利用CH3CH2OH与HCl发生取代反应生成CH3CH2Cl，反应难以进行到底，原子利用率低；D项应经过CH2ClCH2Cl―→CH2===CHCl―→CH3CH2Cl，反应难以控制，转化率低，故不是理想合成路线。]
4．在有机合成中，若制得的有机化合物较纯净且易分离，在工业生产上才有实用价值。据此判断下列有机合成一般不适用于工业生产的是( )
B．乙烷与氯气在光照条件下制备氯乙烷：CH3CH3＋Cl2光照,CH3CH2Cl＋HCl
C．萘与浓硫酸制备萘磺酸：＋HO—SO3H60 ℃, ＋H2O
D．乙烯与水制乙醇：CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
B [乙烷与氯气在光照条件下发生取代反应，该反应生成多种氯代乙烷和氯化氢气体且不易分离。]
5．以，请用合成反应的流程图表示出最合理的合成方案(注明必要的反应条件)。
[答案]
1
