Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Organic synthesis · ⁨סינתזה אורגנית⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 21 · ⁨נושא 21⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:01

סינתזה אורגנית

סתכל על כל תרופה כמעט. זו מולקולה מורכבת, והיא החלה ממש פשוטה – לעיתים קרובות מולקולה קטנה משמן גס. אין תגובה אחת הופכת…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

21.1

Organic synthesis · ⁨סינתזה אורגנית⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. for an organic molecule containing several functional groups: (a) identify organic functional groups using the reactions in the syllabus (b) predict properties and reactions
  2. devise multi-step synthetic routes for preparing organic molecules using the reactions in the syllabus
  3. analyse a given synthetic route in terms of type of reaction and reagents used for each step of it, and possible by-products
עברית
  1. עבור מולקולה אורגנית המכילה מספר קבוצות פונקציונליות: (א) זיהוי קבוצות פונקציונליות אורגניות באמצעות התגובות בתוכנית הלימודים (ב) חזוי תכונות ותגובות
  2. עיצוב מסלולי סינתזה רב-שלביים להכנת מולקולות אורגניות באמצעות התגובות בתוכנית הלימודים
  3. ניתוח מסלול סינתזה נתון מבחינת סוג התגובה והמגיבים שנעשו לכל שלב בו, ותוצרי לוואי אפשריים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

This topic does not add new reactions. Instead it asks you to join up the reactions you already know, so you can build a target molecule in several steps.

Identifying functional groups

A molecule may have more than one functional group 官能团. Use the test reactions from the syllabus to identify each one, and then predict how the molecule will behave. For example:

  • decolourises bromine water → a C=C double bond (an alkene 烯烃).
  • gives a precipitate with silver nitrate → a halogenoalkane 卤代烷.
  • orange $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ turns green → a primary or secondary alcohol 醇.
  • orange precipitate with 2,4-DNPH → an aldehyde 醛 or ketone 酮.
  • fizzes with a carbonate → a carboxylic acid 羧酸.

A map of the AS reactions

Each row turns one functional group into another. Learn it as a map you can travel around:

Start Reagent and conditions Product
alkene $\text{H}_2$, Ni alkane
alkene $\text{HX}$, or $\text{X}_2$ halogenoalkane
alkene steam, $\text{H}_3\text{PO}_4$ alcohol
halogenoalkane $\text{NaOH(aq)}$, heat alcohol
halogenoalkane $\text{KCN}$ in ethanol, heat a nitrile 腈 (adds one carbon)
halogenoalkane $\text{NH}_3$ in ethanol, pressure an amine 胺
alcohol $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, distil / reflux aldehyde / carboxylic acid
alcohol concentrated acid, heat alkene
aldehyde or ketone $\text{NaBH}_4$ alcohol
aldehyde or ketone $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ hydroxynitrile
nitrile dilute acid, heat carboxylic acid
carboxylic acid + alcohol concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$ an ester 酯

Planning a multi-step route

To devise a synthetic route 合成路线:

  1. compare the target with the starting material — what has changed (the functional group, the number of carbons)?
  2. work backwards from the target: which single reaction could make it, and from what?
  3. repeat until you reach the starting material.
  4. write each step with its reagent 试剂 and conditions.

If you need to add a carbon, the $\text{KCN}$ step is the key — it is the only AS reaction that lengthens the chain.

Analysing a route

When you are given a route, for each step state the type of reaction (such as oxidation 氧化, reduction 还原, substitution, addition or elimination) and the reagent used. Also think about possible by-products 副产物 — for example, making an amine from a halogenoalkane also gives a mixture of further-substituted amines, so the yield of the simple amine is low.

Worked example. Devise a route from propene to propanone, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. Work backwards from the target. A ketone comes from oxidising a secondary alcohol, so the step before propanone is propan-2-ol with acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ under reflux. Propan-2-ol comes from propene by adding steam over an $\text{H}_3\text{PO}_4$ catalyst - and Markovnikov's rule conveniently puts the $\text{OH}$ on the middle carbon, which is exactly the secondary alcohol needed. So the route is: propene, then steam with $\text{H}_3\text{PO}_4$, giving propan-2-ol; then acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ under reflux, giving propanone. Give a reagent and its conditions on every arrow: a route with the right intermediates but no reagents scores very little.

עברית

נושא זה אינו מוסיף תגובות חדשות. במקום זאת הוא דורש ממך להרכיב את התגובות שיודעת כבר, כך שתוכל לבנות מולקיעה יעד בשלבים מרובים.

טבליות לבנות באריזות בליסטר מרופדות
תרופות נבנות מחומרי מוצא פשוטים באמצעות סינתזה אורגנית רב-שלבית

זיהוי קבוצות פונקציונליות

למולקולה עשויה להיות יותר מקבוצה פונקציונלית אחת. השתמש בתגובות הבדיקה מהתוכנית כדי לזהות כל אחת מהן, ולאחר מכן לחזות כיצד המולקולה תתנהג. לדוגמה:

  • מצליל מים ברומי → קשר כפול C=C (אלקן).
  • נוצר משקע עם ניترات ארגן → אלקן הלוגני.
  • כתום $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ הופך ירוק → אלכוהול ראשוני או משני.
  • משקע כתום עם 2,4-DNPH → אלדהיד או קרטון.
  • בועות עם קרבונט → חומצה קربوكסילית.
טבלה בעלת שלושה עמודות המפרטת כל נsgent בדיקה, התוצאה שהיא נותנת, ואת הקבוצה הפונקציונלית שהיא מזוהה
המבחנים הסטנדרטיים לזיהוי: כל nsgent נותן תוצאה מאופיינת המצביעה על קבוצה פונקציונלית אחת

מפת תגובות AS

כל שורה ממירה קבוצה פונקציונלית אחת למשנה. למדו זאת כמפה שתוכלו לנווט בה:

התחלה תגובה ותנאים מוצר
אלקן $\text{H}_2$, Ni אלקאן
אלקן $\text{HX}$, או $\text{X}_2$ האלוגן-אלקאן
אלקן קיטור, $\text{H}_3\text{PO}_4$ אלכוהול
האלוגן-אלקאן $\text{NaOH(aq)}$, חימום אלכוהול
האלוגן-אלקאן $\text{KCN}$ באתנול, חימום ניטריל (מוסיף פחמן אחד)
האלוגן-אלקאן $\text{NH}_3$ באתנול, לחץ אמין
אלכוהול $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, עיבוד / החזרת זורמים אלדהיד / חומצה קרבוקסילית
אלכוהול חומצה רכוזה, חימום אלקן
אלדהיד או קטון $\text{NaBH}_4$ אלכוהול
אלדהיד או קטון $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ הידרוקסי-ניטריל
ניטריל חומצה דלולה, חימום חומצה קרבוקסילית
חומצה קרבוקסילית + אלכוהול $\text{H}_2\text{SO}_4$ רכוזה אסטר
תרשים רשת המקשר בין אלקן, אלקאן, האלוגן-אלקאן, אלכוהול, אלדהיד, ניטריל, אמין, חומצה קרבוקסילית ואסטר באמצעות חצים עם תגובות מסומנות
מפת תגובות ה-AS: כל חץ ממיר קבוצה פונקציונלית אחת למשנה. עברו לאחור מהמוצר הרצוי כדי לתכנן מסלול

תכנון מסלול רב-שלבי

כדי להכין מסלול סינתטי:

  1. השוו את המוצר הרצוי לחומר ההתחלתי — מה השתנה (הקבוצה הפונקציונלית, מספר הפחמנים)?
  2. עברו לאחור מהמוצר הרצוי: איזה תגובה יחידה יכולה ליצור אותו, ומאיזה חומר?
  3. חזרו על כך עד שתגיעו לחומר ההתחלתי.
  4. כתוב כל שלב עם החומר המגיב והתנאים.

אם אתה צריך להוסיף פחמן, השלב $\text{KCN}$ הוא הקריטי — זוהי התגובה היחידה ברמת AS מאריכה את השרשרת.

שרשרת סינתזה מאתן עד חומצה פרופאנית עם החומר המגיב בכל שלב קדימה, וחץ אחורי גדול המראה שהתכנון נע מהמטרה לאחור לתחילה
תכנן מסלול על ידי עבודה מראש אל אחור, תגובה אחת באחת, עד שתגיע לחומר ההתחלתי

ניתוח מסלול

כשנתן לך מסלול, לכל שלב ציין את סוג התגובה (כגון חמצון, היפחת, הצבה, תוספת או אי-היצמדנות) ואת החומר המגיב. כמו כן, חשב במוצרי לוואי אפשריים — לדוגמה, הכנת אמינים מחלקונאלקאן גם נותנת תערובת של אמינים רב-הצבה, ולכן התוצאה של האמין הפשוט היא נמוכה.

פרוקת הפרדה תלויה מעל כוס ניסויים, מחזיקה שני שכבות נוזלים צבעוניות שאינן מתערבבות
פרוקת הפרדה מפרידה בין שתי שכבות שאינן מתערבבות — כך משימים את המוצר האורגני מתערובת התגובה
לכל שלב במסלול נתון, שאל שלושה דברים: סוג התגובה שלו, החומר המגיב והתנאים, ומוצרי לוואי מורידים את התוצאה
לכל שלב במסלול נתון, שאל את סוג התגובה, החומר המגיב ומוצרי הלוואי
חמישה סוגי תגובות עם מה שכל אחד עושה: חמצון, חיזור, החלפה, הוספה ואילוי
שמע את סוג התגובה בכל שלב: חמצון, היפחת, הצבה, תוספת או אי-היצמדנות

דוגמה מופרשת. חפש מסלול מפרופן לפרופאן, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. עבוד מראש אל אחור. קטון נוצר מחמצון אלכוהול משני, ולכן השלב לפני פרופאן הוא פרופן-2-ול עם $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ חומצי בתנאי הרזרוף. פרופן-2-ול נוצר מפרופן על ידי הוספת קיאורית מעל催化剂 $\text{H}_3\text{PO}_4$ — וחוק מרקובניקוב נוח ומניח את ה$\text{OH}$ על הפחמן המרכזי, שהוא בדיוק האלכוהול המשני הנדרש. אז המסלול הוא: פרופן, ולאחר מכן קיאורית עם $\text{H}_3\text{PO}_4$, נותן פרופן-2-ול; ולאחר מכן $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ חומצי בתנאי הרזרוף, נותן פרופאן. תן חומר מגיב ותנאים בכל חץ: מסלול עם המעברים הנכונים אך ללא חומרים מגיבים יקבל ציון נמוך מאוד.

Explore · ⁨חקור⁩

Reaction map lab · ⁨מעבדת מפת תגובה⁩

Classify clues that identify functional groups and reaction pathways. · ⁨סווגו רמזים המזהים קבוצות פונקציונליות ומסלולי תגובה.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Synthetic route planning lab · ⁨מעבדה לתכנון מסלול סינתטי⁩

Follow how a target molecule is planned backwards then made forwards. · ⁨עקוב אחר תכנון מולקטת יעד בהיפוך, ולאחר מכן ביצור קדימה.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ קבוצה פונקציונלית
alkene/ˈælkiːn/ אלקן
halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ אלקן הלוגני
alcohol/ˈælkəhɒl/ אלכוהול
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ אלדזהיד
ketone/ˈketəʊn/ קרבונית
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ חומצה קרבוקסילית
nitrile/ˈnaɪtraɪl/ ניטריל
amine/ˈæmaɪn/ אמין
ester/ˈestə/ אסטר
synthetic route/sɪnˈθetɪk ruːt/ מסלול סינתטי
reagent/rɪˈeɪdʒənt/ מגיב
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ חמצון
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
by-product/baɪ ˈprɒdʌkt/ תוצר לוואי
21.1

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Learn the reagents and conditions for each conversion — that is exactly what synthesis questions test.
  • Plan multi-step routes by functional group and watch the carbon count (KCN adds one carbon).
  • Choose the shortest valid route and state every reagent and condition.
עברית
  • למוד את החומרים המגיבים והתנאים לכל המרה — זה בדיוק מה שנבדק בשאלות סינתזה.
  • תכנן מסלולים רב-שלביים לפי קבוצות פונקציונליות ועקוב אחר מניית הפחמנים (KCN מוסיף פחמן אחד).
  • בחר את המסלול הקצר ביותר המתאים וציין כל חומר מגיב ותנאי.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP