关于有机化学教学中几道有机合成题的解析浅谈

罗琴琴 郑翠平 陆根兰 刘火莹 曾金凤 孙玉林

摘  要：有机合成题涉及反应类型较多，难度较大，使一些学生感到困惑。笔者结合在实际教学过程中的一点体会，以醛、酮和羰基酸这两种类型的有机合成题为例，作一个系统的解析，以期为学生们更加深刻掌握这类题型的解题技巧，同时也希望能为研究生入学考试的同学提供一些启发与帮助。

关键词：有机合成;醛、酮;羰基酸;解析;浅谈

有机合成题是学生们在期末考试或者研究生入学考试中经常遇到的题型，分值大且题目较难，部分学生感觉比较困惑，有机反应涉及类型也较多，如加成、取代、消去、氧化-还原、酯化、缩合、水解等，根据有机物的结构特点，认识有机反应类型与有机物结构之间的关系，能够为解析有机合成题提供新的思路。有机化学教材中醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸及其衍生物、取代酸是重要的章节[1]，也是教学过程中的重难点，根据这些有机物的化学性质进行物质之间的转化与合成，是考试中经常考到的一个知识点，接下来，笔者就在有机化学教学过程中，学生们经常问到的一些关于有机合成题的问题，就醛、酮和羰基酸这两种类型的有机合成题为例，结合几道具体的题目，深入浅出地讲解有机合成题的解题方法，以期帮助同学们进一步巩固这些有机物的化学性质，同时也希望为类似的有机合成题的解析提供参考。

一、关于醛、酮的有机合成题的探讨

（一）请写出合成3-甲基-3-庚醇的三种方法

解析如下：醛、酮分子里均含有羰基，統称为羰基化合物。羰基所连接的两个基团都是烃基的叫酮，其中至少有一个是氢原子的叫醛。羰基由碳氧双键组成，由于氧原子的电负性比碳强，碳-氧双键是一个极性不饱和键。醛、酮有机物涉及到的化学反应主要有亲核加成、氧化反应、还原反应、歧化反应以及与醛基相连碳上的α-H的反应，α-H的反应包括卤代反应与羟醛缩合反应[2]。分析可知该题的主要考点是醛、酮与格式试剂的亲核加成反应，不同的醛、酮与格式试剂反应生成的产物不同，如甲醛与格式试剂反应得到伯醇，乙醛或碳原子数大于两个的其它醛与格式试剂反应得到仲醇，酮与格式试剂反应得到叔醇。反应式如下：

由目标产物3-甲基-3-庚醇可知，该化合物属于叔醇，因此可以由酮与格式试剂进行亲核加成得到，进一步分析该化合物的结构可知，分别断开与羟基相连碳原子左边、右边和上面的3个共价键，就会得出3种合成方法，具体如下：

方法①：断开与羟基相连碳原子左边的共价键，即由4个碳的格式试剂与2-丁酮进行亲核加成，得到目标化合物。

方法②：断开与羟基相连碳原子右边的共价键，即由2个碳的格式试剂与2-己酮进行亲核加成，得到目标化合物。

方法③：断开与羟基相连碳原子上边的共价键，即由1个碳的格式试剂与3-庚酮进行亲核加成，得到目标化合物。

因此，当我们了解醛、酮这类有机物与格式试剂加成的规律时，结合目标产物结构特点，再来解析这类有机合成题时，就会比较容易了。

第二类：关于羰基酸有机合成题的探讨

羰基酸是脂肪酸中碳链上含有羰基的化合物，羰基在碳链一端的是醛酸，在碳链当中的是酮酸。丙二酸二乙酯（Diethyl Malonate， DEM）是一种重要的羰基酸，以其为原料进行有机合成的题型在很多习题和试卷中屡见不鲜，接下来，笔者将系统解析几道以DEM为原料的有机合成题。

（二）以DEM为原料，合成3-甲基戊酸

解析如下：首先来了解一下其性质，DEM俗称胡萝卜酸乙酯，具有香味，是一种重要的精细化工有机原料，被广泛应用于聚酯、医药、染料及香料等工业。DEM熔点-50℃，沸点198.8℃，不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂 [3]。DEM可以由乙酸与氯气在单质磷的催化下发生取代反应，得到2-氯乙酸，然后2-氯乙酸在氰化钠的碱性溶液中发生取代反应，得到2-氰乙酸钠，2-氰乙酸钠在酸性条件下水解得到丙二酸，最后丙二酸与过量的乙醇进行酯化反应而得到[4]，具体合成路线如下：

接下来，了解一下DEM的化学结构：由于DEM分子中的亚甲基与两个吸电子基团的羰基相连，因此其上的氢比较活泼，能在强碱作用下形成稳定的碳负离子，即而发生亲核取代或加成反应[5]，可以与各种卤代物作用，当导入不同的基团，再经水解脱羧，可以合成各种类型的羧酸，如一取代乙酸、二取代乙酸、环烷基甲酸，二元羧酸等，反应过程如下。因此，DEM在有机合成中具有广泛用途[6]。

了解DEM的结构和化学性质后，开始解析这道题。分析目标产物3-甲基戊酸，属于一取代乙酸，即DEM上的H原子只被取代1次，只需导入一个卤代烃即可，结合目标分子的结构式可知，导入的卤代烃为2-溴丁烷，合成路线如下：

（三）以DEM为原料合成2-苄基丁酸

解析如下：分析目标产物2-苄基丁酸，属于一个苄基和一个乙基二取代的乙酸，与例题2不同的是DEM上的H原子要被取代两次，因此可以分别导入苄基氯和溴乙烷这两种烷基化试剂，分两次引入，合成路线如下：

（四）以DEM为原料合成环丁基甲酸

解析如下：分析目标产物环丁基甲酸，属于环烷基甲酸，与羧基相连的是一个次甲基，即DEM中亚甲基上的H原子被取代了两次，与例题3不同的是，第2次导入时，既要取代亚甲基上剩余的1个H原子，又要形成1个四元环，因此在第1次导入卤代烃时，在该卤代烃的另外一端必须存在另外一个卤原子，这样既可以取代亚甲基上剩余的1个H原子，又可以环合成为1个四元环。由以上分析可以导入1，3-二溴丙烷，合成的路线如下：

（五）以DEM为原料合成1，3-环戊二酸

解析如下：分析目标产物1，3-环戊二酸，属于二元羧酸，与羧基相连的是一个次甲基，即DEM中亚甲基上的H被取代了两次，与题4不同的是，第2次导入的卤代烃，既要取代亚甲基上剩余的1个H原子，又要形成1个五元环，该五元环中与羧基相连的两个次甲基又是通过1个亚甲基连接成环的。通过以上分析可知，第1次应导入1，2-二溴乙烷，即1 mol的1，2-二溴乙烷与2 mol的DEM进行反应，两个溴原子各取代DEM亚甲基上的1个H原子;第2次应导入1，1-二溴甲烷，两个溴原子再分别取代DEM亚甲基上剩下的另外1个H原子，形成1个五元的闭环，合成的路线如下：