Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Organic synthesis · ⁨Tổng hợp hữu cơ⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 21 · ⁨Chủ đề 21⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
8:01

Tổng hợp hữu cơ

Hãy nhìn vào bất kỳ loại thuốc nào. Đó là một phân tử phức tạp, và nó bắt đầu từ một thứ đơn giản — thường là một phân tử nhỏ từ dầu thô. Không có phản ứng đơn lẻ nào biến…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

21.1

Organic synthesis · ⁨Tổng hợp hữu cơ⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
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
Tiếng Việt
  1. đối với một phân tử hữu cơ chứa nhiều nhóm chức: (a) xác định các nhóm chức hữu cơ bằng cách sử dụng các phản ứng trong chương trình học (b) dự đoán tính chất và phản ứng
  2. thiết kế quy trình tổng hợp nhiều bước để điều chế các phân tử hữu cơ bằng cách sử dụng các phản ứng trong chương trình học
  3. phân tích một quy trình tổng hợp đã cho theo loại phản ứng và thuốc thử được sử dụng cho từng bước, cũng như các sản phẩm phụ có thể xảy ra

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

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.

Tiếng Việt

Chủ đề này không bổ sung phản ứng mới. Thay vào đó, nó yêu cầu bạn kết nối các phản ứng đã biết của mình để xây dựng phân tử mục tiêu qua nhiều bước.

Viên thuốc trắng trong bao bì nilon lợp nhôm
Thuốc được tổng hợp từ các nguyên liệu đầu vào đơn giản thông qua quá trình tổng hợp hữu cơ nhiều bước

Xác định nhóm chức

Một phân tử có thể chứa hơn một nhóm chức. Sử dụng các phản ứng thử nghiệm trong chương trình để xác định từng nhóm chức, sau đó dự đoán cách phân tử sẽ phản ứng. Ví dụ:

  • làm mất màu nước brom → có liên đôi C=C (anken).
  • tạo kết tủa với bạc nitrat → halogenohiđrocacbon.
  • dung dịch cam $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ chuyển sang màu xanh lá → ancol bậc một hoặc bậc hai.
  • tạo kết tủa cam với 2,4-DNPH → aldehyde hoặc ketone.
  • sủi bọt với cacbonat → axit cacboxylic.
Bảng ba cột liệt kê mỗi thuốc thử thử nghiệm, hiện tượng thu được và nhóm chức mà nó xác định
Các thí nghiệm nhận diện chuẩn: mỗi thuốc thử tạo ra một hiện tượng đặc trưng chỉ ra một nhóm chức

Bản đồ các phản ứng AS

Mỗi hàng biến đổi một nhóm chức thành nhóm chức khác. Hãy học nó như một bản đồ bạn có thể di chuyển qua lại:

Bắt đầu Thuốc thử và điều kiện Sản phẩm
anken $\text{H}_2$, Ni ankan
anken $\text{HX}$, hoặc $\text{X}_2$ halogenohiđrocacbon
alkene hơi nước, $\text{H}_3\text{PO}_4$ alcohol
halogenohiđrocacbon $\text{NaOH(aq)}$, nhiệt ancol
halogenohiđrocacbon $\text{KCN}$ trong etanol, nhiệt một nitrile (thêm một carbon)
halogenohiđrocacbon $\text{NH}_3$ trong etanol, áp suất một amine
ancol $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, chưng cất / đun回流 aldehyde / axit cacboxylic
ancol axit đặc, nhiệt anken
aldehyde hoặc ketone $\text{NaBH}_4$ ancol
aldehyde hoặc ketone $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ hydroxynitrile
nitrile axit loãng, nhiệt axit cacboxylic
axit cacboxylic + ancol $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc một ester
Sơ đồ mạng lưới liên kết anken, ankan, halogenohiđrocacbon, ancol, aldehyde, nitrile, amine, axit cacboxylic và ester bằng các mũi tên thuốc thử có nhãn
Bản đồ các phản ứng AS: mỗi mũi tên biến đổi một nhóm chức thành nhóm chức khác. Làm việc ngược lại từ mục tiêu của bạn để lên kế hoạch cho lộ trình

Lập kế hoạch cho lộ trình nhiều bước

Để thiết kế một lộ trình tổng hợp:

  1. so sánh phân tử mục tiêu với nguyên liệu đầu vào — đã có thay đổi gì (nhóm chức, số lượng carbon)?
  2. làm việc ngược lại từ mục tiêu: phản ứng đơn lẻ nào có thể tạo ra nó, và từ đâu?
  3. lặp lại cho đến khi bạn quay trở về nguyên liệu đầu vào.
  4. viết mỗi bước cùng với thuốc thử và điều kiện của nó.

Nếu bạn cần thêm một carbon, bước $\text{KCN}$ là then chốt — đây là phản ứng duy nhất trong chương trình AS kéo dài chuỗi carbon.

Chuỗi tổng hợp từ etilen đến axit propanoic với thuốc thử trên mỗi bước tiến, và một mũi tên lớn hướng ngược lại cho thấy quá trình lập kế hoạch chạy từ mục tiêu quay về điểm bắt đầu
Lập kế hoạch lộ trình bằng cách làm việc ngược lại từ mục tiêu, từng phản ứng một, cho đến khi đạt đến nguyên liệu đầu vào

Phân tích một lộ trình

Khi bạn được cung cấp một lộ trình, với mỗi bước hãy nêu loại phản ứng (như oxy hóa, khử, thế, cộng hoặc loại trừ) và thuốc thử đã sử dụng. Đồng thời hãy nghĩ đến các sản phẩm phụ có thể xảy ra — ví dụ, tạo amine từ halogenohiđrocacbon cũng tạo ra hỗn hợp các amine bị thế tiếp, nên hiệu suất của amine đơn giản sẽ thấp.

Phễu tách pha được kẹp phía trên cốc thủy tinh, chứa hai lớp chất lỏng màu sắc không hòa tan vào nhau
Phễu tách pha chia tách hai lớp không hòa tan — cách thu hồi sản phẩm hữu cơ từ hỗn hợp phản ứng
Với mỗi bước trong một lộ trình cho trước, hãy hỏi ba điều: loại phản ứng của nó, thuốc thử và điều kiện của nó, cũng như liệu sản phẩm phụ có làm giảm hiệu suất hay không
Với mỗi bước trong một lộ trình cho trước, hãy hỏi loại phản ứng, thuốc thử và sản phẩm phụ của nó
Năm loại phản ứng cùng những gì mà mỗi loại thực hiện: oxi hóa, khử, thế, cộng và khử nước
Gọi tên loại phản ứng tại mỗi bước: oxy hóa, khử, thế, cộng hoặc loại trừ

Ví dụ đã giải. Xây dựng lộ trình từ propene sang propanone, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. Làm ngược từ mục tiêu. Một xeton đến từ quá trình oxi hóa một ancol bậc hai, nên bước ngay trước propanone là propan-2-ol với dung dịch axit chứa $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ dưới hoàn lưu. Propan-2-ol đến từ propene bằng cách thêm hơi nước qua xúc tác $\text{H}_3\text{PO}_4$ - và quy tắc Markovnikov thuận tiện đặt $\text{OH}$ lên carbon ở giữa,这正是所需的二级醇。因此路线是:propene,然后与$\text{H}_3\text{PO}_4$的水蒸气反应,生成propan-2-ol;接着在回流条件下使用酸化的$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$,得到propanone。在每个箭头上都要给出试剂及其条件:只有中间产物正确但没有试剂的路线得分很低。

Explore · ⁨Khám phá⁩

Reaction map lab · ⁨Phòng thí nghiệm sơ đồ phản ứng⁩

Classify clues that identify functional groups and reaction pathways. · ⁨Phân loại manh mối xác định nhóm chức và đường dẫn phản ứng.⁩

Explore · ⁨Khám phá⁩

Synthetic route planning lab · ⁨Phòng thí nghiệm lên kế hoạch tuyến tổng hợp⁩

Follow how a target molecule is planned backwards then made forwards. · ⁨Theo dõi cách phân tích ngược mục tiêu rồi tổng hợp thuận.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ nhóm chức
alkene/ˈælkiːn/ alkene
halogenoalkane/ˈheɪləʊdʒnəʊlkeɪn/ halogenoalkane
alcohol/ˈælkəhɒl/ ancol
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ aldehyde
ketone/ˈketəʊn/ ketone
carboxylic acid/ˌkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ acid carboxylic
nitrile/ˈnaɪtraɪl/ nitrile
amine/ˈæmaɪn/ amin
ester/ˈestə/ ester
synthetic route/sɪnˈθetɪk ruːt/ con đường tổng hợp
reagent/rɪˈeɪdʒənt/ thuốc thử
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ oxy hóa
reduction/rɪˈdʌkʃn/ khử
by-product/baɪ ˈprɒdʌkt/ sản phẩm phụ
21.1

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

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.
Tiếng Việt
  • 掌握每种转化所需的试剂和条件——这正是合成题所考查的内容。
  • 按官能团规划多步路线,并注意碳原子数(KCN会增加一个碳原子)。
  • 选择最短的有效路线并列出所有试剂和条件。

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP