- for an organic molecule containing several functional groups: (a) identify organic functional groups using the reactions in the syllabus (b) predict properties and reactions
- devise multi-step synthetic routes for preparing organic molecules using the reactions in the syllabus
- analyse a given synthetic route in terms of type of reaction and reagents used for each step of it, and possible by-products
有机合成
A-Level 化学 · 第 21 主题
21.1
有机合成
大纲
来源:剑桥国际大纲
这个主题不添加新的反应。相反,它要你把你已经知道的反应连接起来,以便你能分几步构建一个目标分子。
辨认官能团
一个分子可能有不止一个官能团(functional group)。用大纲中的检验反应辨认每一个,然后预测分子将如何行为。例如:
- 使溴水褪色 → 一个 C=C 双键(一个烯烃(alkene))。
- 与硝酸银给出一个沉淀 → 一个卤代烷(halogenoalkane)。
- 橙色的 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 变绿 → 一个伯或仲醇(alcohol)。
- 与 2,4-DNPH 给出橙色沉淀 → 一个醛(aldehyde)或酮(ketone)。
- 与一个碳酸盐冒泡 → 一个羧酸(carboxylic acid)。
AS 反应的一张图
每一行把一个官能团变成另一个。把它当作一张你可以四处游走的图来学:
| 起点 | 试剂和条件 | 产物 |
|---|---|---|
| alkene 烯烃 | $\text{H}_2$,Ni | alkane 烷烃 |
| alkene 烯烃 | $\text{HX}$,或 $\text{X}_2$ | halogenoalkane 卤代烷 |
| alkene 烯烃 | 水蒸气,$\text{H}_3\text{PO}_4$ | alcohol 醇 |
| halogenoalkane 卤代烷 | $\text{NaOH(aq)}$,加热 | alcohol 醇 |
| halogenoalkane 卤代烷 | 乙醇中的 $\text{KCN}$,加热 | 一个腈(nitrile,加一个碳) |
| halogenoalkane 卤代烷 | 乙醇中的 $\text{NH}_3$,加压 | 一个胺(amine) |
| alcohol 醇 | $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$,蒸馏 / 回流 | aldehyde 醛 / carboxylic acid 羧酸 |
| alcohol 醇 | 浓酸,加热 | alkene 烯烃 |
| aldehyde 醛或 ketone 酮 | $\text{NaBH}_4$ | alcohol 醇 |
| aldehyde 醛或 ketone 酮 | $\text{HCN}$,$\text{KCN}$ | hydroxynitrile 羟基腈 |
| nitrile 腈 | 稀酸,加热 | carboxylic acid 羧酸 |
| carboxylic acid 羧酸 + alcohol 醇 | 浓 $\text{H}_2\text{SO}_4$ | 一个酯(ester) |
规划一条多步路线
要设计一条合成路线(synthetic route):
- 比较目标和起始原料——发生了什么变化(官能团、碳数)?
- 从目标倒推:哪个单一反应能制成它,由什么制成?
- 重复,直到你到达起始原料。
- 用它的试剂(reagent)和条件写出每一步。
如果你需要加一个碳,$\text{KCN}$ 步骤是关键——它是唯一使链变长的 AS 反应。
分析一条路线
当给你一条路线时,为每一步陈述反应的类型(如氧化(oxidation)、还原(reduction)、取代、加成或消去)和所用的试剂。也要想想可能的副产物(by-products)——例如,从一个卤代烷制一个胺也给出一个进一步取代的胺的混合物,所以简单胺的产率低。
例题。 设计一条从丙烯到丙酮 $\text{CH}_3\text{COCH}_3$ 的路线。从目标产物倒着推。酮由仲醇氧化而来,所以丙酮的前一步是 2-丙醇与酸化的 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 回流。2-丙醇由丙烯与水蒸气在 $\text{H}_3\text{PO}_4$ 催化下加成而来 - 而且马氏规则正好把 $\text{OH}$ 放在中间的碳上,这恰恰就是所需要的仲醇。所以路线是:丙烯,经水蒸气与 $\text{H}_3\text{PO}_4$,得到 2-丙醇;再经酸化的 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 回流,得到丙酮。每一个箭头上都要写出试剂及其条件:中间产物都对但没有试剂的路线,得分很少。
探索
Reaction map lab
Classify clues that identify functional groups and reaction pathways.
探索
Synthetic route planning lab
Follow how a target molecule is planned backwards then made forwards.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| functional group | 官能团 | guān néng tuán |
| alkene | 烯烃 | xī tīng |
| halogenoalkane | 卤代烷 | lǔ dài wán |
| alcohol | 醇 | chún |
| aldehyde | 醛 | quán |
| ketone | 酮 | tóng |
| carboxylic acid | 羧酸 | suō suān |
| nitrile | 腈 | jīng |
| amine | 胺 | àn |
| ester | 酯 | zhǐ |
| synthetic route | 合成路线 | hé chéng lù xiàn |
| reagent | 试剂 | shì jì |
| oxidation | 氧化 | yǎng huà |
| reduction | 还原 | huán yuán |
| by-product | 副产物 | fù chǎn wù |
21.1
考试技巧
- 学每个转化的试剂和条件——那正是合成题所考的。
- 按官能团规划多步路线并留意碳数(KCN 加一个碳)。
- 选择最短的有效路线并陈述每个试剂和条件。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。