化学自习室移动版

有机合成是指用化学方法将原料变成新的有机物的过程。做好有机合成的设计，必须熟悉有机物的各类官能团的性质，及其在反应中结构变化的规律，并要掌握单元合成反应。另外，由于有机合成涉及的知识面广，关系错综复杂，有时原料与产物之间跨度大，因此要善于找出两者的联系，并找出问题的突破口。笔者在教学中用顺向或逆向等推导方法，分折问题，找出答案。既把零碎的知识变为系统的知识，又拓宽学生思维的深广度。实践表明，这对培养学生的创造性思维大有益处。1 有机合成的思维方式    有机合成设计的主要思维方式有顺向、逆向、多向等。

1.1 顺向思维方式   

在有机合成中，顺向思维是以条件为探索方向的。对初涉者，一般先从加强基础概念入手，在思维中将获得的有关化学知识先进行分类、归纳，再通过合成设计的顺推，使学员加深理解各类化学知识相互之间关系，将知识网络化，然后引导学生注意：同一条件与中途点可以推出各种不同的中间产物，因此达到最终结果的途径往往不一种。必须紧紧地联系结果的思维能力，这样的思维才能避免在顺推中迷失方向，从而提高思维的效益。
    如设计

分折：（1）产物是何种类型的化合物？（2）制备开链烯有何方法可用？（3）需用何种结构的卤代烷为原料进行脱卤化氢制备作为主要产物？

    思维推导：

合成烯常用的方法有三种：

（1）卤代烷脱卤化氢；

（2）醇脱水；

（3）炔还原。

产物烯的双键是由两个邻碳脱除HX而得，因此只需把所需产物加合HX以求出所需原料卤代烷的结构有两种可能路线。

结论：A法全部生成该产物，B法只部分生成该产物，推出其卤代烷的结构为A线路中的卤代烷。

1.2 逆向思维方式

有机合成路线的设计思维，是从事物所呈现的现象和结果开始，着力追根究源地去探索产生这些现象的根源和条件，认识问题的逻辑顺序往往是倒溯的，整个思考形式是顺向思维、逆向推导。

在设计合成路线的推导上，常常采取逆向，又称“逆合成法”[1]思维训练过程（见下图），可用几个设问来完成：

①Ｄ产物是属何种类型的物质？

②制备Ｄ需要经过哪几个反应，用何种试剂，外界反应条件是什么，发生哪类反应？。

③D产物的前身C又是何种类型的化合物？又用何种方法制备，用什么试剂，反应条件如何？

④若Ｂ仍不是允许使用的原料，则再如此类推，直至推导出“合适”的原料Ａ为止。

最后将思维顺化，即串成一条完整合成路线。思维过程表示式：运用逆合成法，以产物作出发点往往比用原料更好，对产物的性质了解得越深，对合成产物的方式和方法就越多。实际中合成设计路线不止一条时，学生感到困惑，仅仅根据书本知识推导出来的合成路线，往往与实际不相符，有时甚至是不可能的。

对此，教学过程中须强调：(1)找到合适的原料（合理且廉价易取）。(2)决定实际的路线（包含反应条件，反应可被控制等）。合成路线选取的原则：反应历程合理、科学，副反应尽量少，产率尽量高。

例：运用逆合成法设计合成路线

[分析]

（1）产物属何种类型的化合物？

（2）是否需要考虑加合碳原子？

（3）将 NO₂ 基引入苯环上有何方法可用，哪一种产率较高？

（4）将 一 Cl 引入苯环上有何方法？

（5）取代基引入苯环的先后顺序如何？进行反向推导，其顺序恰与上述相反。最后可得：

1.3 多向思维方式

合成路线实际上并不是那么单一。有时产物和原料之间的跨度很大，单纯利用顺推或逆推法难以实现。为了探索解决问题的途径，常常要改变探索的形式，使之易于进行。多向思维实际上就是不断转化的过程。这种转化包括从生疏转为熟悉，从隐晦转为明显，从复杂转为简单，最后从未知转向已知。可以说，转化是寻求问题解决途径的最重要、最活跃的一个环节。
    多向思维的转化过程：

多向思维是综合性的高级思维，要训练好多向思维，应当走好三步：首先，对反应类型与有机物种类进行比较；熟悉各反应的条件、类别，并利用图示法或列表法，归纳出各反应物之间的相互关系；然后，对合成问题分类，在学生已掌握各类单元合成反应的基础上。

根据合成过程中，针对分子结构的骨架和官能团这两部分的变或不变，归纳出四种类型:

(1)骨架与官能团不变而官能团的位置变化（如双键的转移）；

(2)骨架不变而官能团变（此类多为芳香烃的化合物，如：用甲苯合成间溴苯胺）；

(3)骨架变而官能团不变（烃及烃衍生物相互间变化，增长碳链或缩短碳链的变化）；

(4)骨架与官能团都变。最后，将反应类型对应各个官能团，将有机化学反应纵横串联起来。

运用多向思维方式应注意的原则：

（1）重新分解、组合原则：把条件或结果进行重新分解组合，从而找到解决问题的途径，其中的技巧常有凑合与分拆。

（2）兼顾结果和条件的原则：

一要顾及结果或目标的需要，使思维过程中的转化有一定的方向；

二要注意过程的转化，根据条件的特征进行综合考虑。

2 有机合成的设计方法

2.1 分子切割法

2.1.1 拆开的主要原理

我们知道，通过“碳、碳成键”反应，能够用小分子去合成较大分子，反过来的，则是拆开原理：将碳、碳成键拆开后，把较大分子变成相应的较少分子。表示式：

运用分子拆开的方法，关键点是在何处拆。每一个拆开键的部分，就是随后的合成路线中基团的连接部位，因此，拆开法与合成法是相互相承的。学“拆”就必须掌握“合”。一种类型的分子结构只有在反应中才能拆开，掌握了有关的合成反应规律，各种结构的拆开本领就大。对各有机反应进行系统的、全面的掌握，就有助于拓展学生的想像意念，正确、快速掌握“拆”点。

2.1.2 拆开的基本原则

2.1.2.1 优先考虑骨架

考虑骨架的形成，是指研究合成产物的分子骨架，是由哪些小碎片的骨架通过“碳、碳成键”反应结合成的；小碎片所成的骨架，又是由哪些更小碎片的骨架通过“碳、碳成键”反应结合成的。如此类推，直到最小碎片的骨架产生，则是所用的原料的分子骨架。

2.1.2.2联想官能团的存在

化学反应总是发生在官能团上，或者受官能团的影响而产生的活泼部位上,因此,正确选择出拆点,就应该首先联想到官能团上。

2.1.2.3 全面顾及，把握重点

在使用分子拆开法设计合成路线，掌握的要点就要注意反应前后结构的变化，切不可在合成中乱添或乱消去碳骨架中的分子。

三原则综合运用示例:

设计合成路线分析: 逆向思维推导，选择含有活泼官能团的合适部位，试将分子拆开。

2.1.3 切割法技巧

2.1.3.1在合适部位将分子拆开

若发现在分子的多个部位都能拆开的话，应当分析、比较后,从中选择出最优越的部位拆开。决定在某一部位拆开之前，可采用尝试在不同的部位拆开。

如：二甲基环己基甲醇的合成（）这个分子可以在两个部位拆开，导出两条合成路线。

两条路线相比较：(1)比(2)优越

2.1.3.2 在适当阶段将分子拆开

由碎片制成的合成产物分子“前身”，往往不是由碎片直接制成的。实际上，其“前身”经历了变化。对此，应先将目标分子变回到那个“前身”，再进行分子的拆开。

例：1.3 －丁二醇的分拆

2.1.3.3 全面整体地看问题

有机化学反应的副反应较多，在选择合成路线时，要注意避免副反应发生。以产率较高，原料容易得的路线为佳。

分子拆开部位应选择：

(1)由两种官能团结合形成的，先拆为原来的官能团。

(2)Ｃ－Ｘ键处（Ｘ为杂原子或官能团）。

(3)链内的分支处，或环内的某处。(4)连接芳环与分子剩余部分的键。(5)邻接于羰基的键 R-COX 等。

2.2 基团插入法   

此法指，在合成路线中，要引入导向基或保护基时，所选择的基团必需存在于所使用的原料中。

2.2.1利用活化基导向   

活化基应属较活泼的官能团。在有机合成中，常常会碰到一些产物，难以用原料直接获得，只有遇过一些过渡的产物来“搭桥”，此时，引入活化基，就能起到“承上启下”的作用。因此，在设计合成路线时，要敢于推测、设想，大胆跨越思维的障碍。

  例如，合成1、3、5 ----三溴苯。苯环上的溴基是邻，对位基，现该产物溴基处于间位，显然不是由本身的定位效应引入，故可推测有一个强的邻、对位定位基存在，且定位效应强于溴基，并使溴基进入苯环的邻、对位，而得出的产物是间位。由于产物没有显示此基存在，显然它是合成过程导入，合成后又除去，推出此基团为氨基，合成路线设计为：

2.2.2 利用封闭基特定位置导向   

封闭基的作用，就是人为引入一些化学试剂，将一些在合成过程中易被氧化，或易产生副反应的官能团控制，使合成的设计能按设想的路线完成。
   

如制，由于原料苯胺上的胺基很容易氧化,消化作用后产物主要是间硝基苯胺，故可将苯胺先酰化，在与浓H2SO4作用，成为苯胺的硫酸盐[5]即用磺酸基封闭已酰胺基的对位，以致在随后硝化时硝基能进入邻位，最后

水解，不仅使磺酸去掉，也使已酰基水解为氨基，设计出符合要求的产物。封闭基的选取应是易引入，定位效应强，且最后能容易消去。

2.2.3利用保护基团

保护基的导入，主要是指将合成反应中活泼而有价值的基团，用一些基团保护起来。保护基要满足三点要求：（1）容易引入所要保护的分子中；（2）它与被保护基形成的结构能够经提起反应条件；（3）它除去时，不损及分子其余部分。

科学的思维和方法是科学素质育成的要素。素质教育中强调的能力培养，核心就是思维能力的培养。在教学实践中，培养学生严谨细致的科学作风、实事求是的科学态度、探索求真的科学品德。这些都是替移默化地影响学生科学素质的育成。通过合成设计的训练，可以提高学生独立思考、综合解决问题的能力有助于学生科学素质的培养。

笔者曾作过测试，在两个同级的不同班中，一个着重合成设计的思维，另一个则按一般方法教学。试验比较后发现，重视合成设计教学的班级，学生的综合思维能力明显提高，解题速度及正确率都较高。特别是对一些较为复杂的有机物（如带有两个以上官能团；主链上带有环基的；或须要引入导入基或保护基的化学物）分拆的熟练程度明显地高。实践表明，进行思维方法训练，加强对化合物中官能团性质的掌握、训练和多次反复强化记忆的练习，十分必要.