有机合成路线流程分类例析

1.问题的提出

《普通高中化学课程标准》中明确指出：有机化合物占了人类已知化合物的绝大多数,近年来新合成的有机化合物更是数以千万计,有机化合物的应用日益深入到生产生活的各个领域,因此学习有机化合物对提高学生学科素养、拓宽学生化学视野、发展学生探究能力有着非常重要的意义.《考试说明》也明确要求学生：掌握常见有机物组成、结构和性质,认识不同有机物间的转化关系,能设计合理路线合成简单有机物.所以一直以来,有机题都是高考热门题型.然而从种种反馈的信息来看,尤其是有机合成路线流程的设计,不少学生都显得束手无策.1965年诺贝尔化学奖获得者、有机合成大师Woodward教授说：“有机合成是‘无中生有’,在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术”.究竟怎样才能让绝大多数学生都能领略到当代化学主流研究的风景,体验到这种冒险、挑战的乐趣,感受到合成艺术的魅力呢?

二、分类解析

有机合成是一门过去有着悠久历史、现在有着完整理论体系、将来有着广泛发展前景的学科,受知识水平的限制,这里仅就中学化学层面简单谈有机合成路线流程的设计.从以往学生遇到的各种问题来看,大致不外乎以下三种类型.

1.碳原子数目不变,官能团种类变化

分析：观察甲苯与产物,两者碳原子数目相同,官能团的种类发生了变化,由变成了羧基.对于这种基本变化,基本策略是利用有机含氧衍生物之间转化关系：乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯、乙二醇→乙二醛→乙二酸→乙二酸乙二酯,通过逐步氧化,获得目标产物.需要特别注意的是氧化还原的先后顺序,亦即基团保护问题.究竟是先氧化还是后氧化,是这类变化的关键点.一方面要熟悉氧化剂、还原剂以及典型官能团的性质,多角度、全方位地把握相关性质.另一方面应加强氧化还原发生先后意识,避免落入陷阱中.

在例题中多处存在这样的问题,由甲苯出发,有两条路径可以选择,可以用高锰酸钾直接将氧化成羧基,也可以利用硝化反应在苯环上引入硝基,这时必须考虑氧化和硝化孰先孰后.得到对硝基甲苯后,又有两条路径可以选择,是用高锰酸钾将氧化成羧基,还是用Fe/HCl将硝基还原成氨基,又必须考虑氧化和还原孰先孰后.注意到这样两个关键点,例题自然可以迎刃而解了.

分析：对甲酚中含有7个碳原子,乙醇中含有2个碳原子,目标产物中含有10个碳原子,与前述两种情形明显不同的是,原料与产物中碳原子数目发生了变化.碳原子数目的增减对应着碳链的延长与缩短.在高中化学中,对于碳原子数目变化的反应描述较少,主要有酯化反应和聚合反应,因此题设中经常以信息的形式或明或暗地给出这样的反应.所谓明即是题设中采用已知的形式在醒目的位置直接提示相关反应,所谓暗则是没有明显的提示性话语,直接将信息隐藏在框图路线中.所以如何快速地加工信息,准确提炼出有价值的信息就成了处理这种变化的首要问题.笔者认为,在解读框图路线时,应引导学生树立“局部反应”的观念,养成既关注官能团种类、数目、位置的变化,又关注碳原子数目的变化的优良习惯,这样对信息的良好处理能力就能水到渠成了.回到上面的例题,对A→B过程,既可观察到变化局部发生在羟基官能团处,又可观察到碳原子数目的变化,增加了2个碳原子.对C→D过程,既可观察到变化局部发生在苯环上羟基的邻位氢处,又可观察到碳原子数目的变化,增加了1个碳原子.乙醇中碳原子显然通过酯化反应引入,对比需要达成的碳原子数的变化（10-7-2等于1）,A→B与C→D到底哪个是我们要找的有价值信息就一目了然、跃然纸上了.

三、结束语

从上述三个典型例子中可以看出,掌握好两条基本路径：乙醇→乙醛→乙酸→乙酸乙酯、乙二醇→乙二醛→乙二酸→乙二酸乙二酯；一卤代烃→烯烃→二卤代烃、一元醇→烯烃→二卤代烃→二元醇,观察好碳原子数目的细微变化,就能设计出合理的合成路线流程图.近两年来,碳原子数目变化型合成题在各级中频繁出现,有鉴于此,快速准确地得到有价值的信息是解决这类问题的重中之重.以上,笔者谈了一些粗浅的想法,但我觉得,这个问题值得我们深思.