切断法在高中化学有机合成中的应用

摘 要：有机合成既是高中化学选择性必修3《有机化学基础》的难点，也是高考有机化学推断题的重要考点.无论是全国卷还是新高考省份试卷中，有机合成推断都属必考题型.切断法可将复杂的有机物分子转化成特征片段进行分析，提高解题效率.

关键词：切断法；有机合成；有机推断

中图分类号：G632"" 文献标识码：A"" 文章编号：1008-0333（2024）31-0139-04

收稿日期：2024-08-05

作者简介：张书（1985.2—），男，硕士，中学高级教师，从事高中化学教学研究；

赵祁红（1974.1—），女，本科，中学正高级教师，从事高中化学教学研究.

有机合成题综合性很强，既需要熟练掌握有机物的基本性质，也需要了解常见分析方法.常见分析方法包括逆合成分析和合成子理论，但每一种方法的熟练应用都离不开有机物中化学键的切断.本文以近三年高考题为例，讲述切断法在有机合成试题中的应用.

1 切断法概述

切断法最早由美国化学家科里（E.J.Corey）提出，可以把一个完整的有机物拆成几个小的合成子，再对合成子进行分析看是否需要重复切断，从而找到易于取得的起始原料，设计出经济、高效和环保的合成路线^[1].

分析步骤依次为：

（1）辨认并确定目标分子中有哪些官能团.

（2）思考在哪里切断，用哪些已知可靠反应进行切断.

（3）切断化学键找出合成子.

（4）把合成子转变为常见小分子.

（5）写出有机合成路线.

例1 寻找合适的原料一步合成.

解析 首先分析该有机物官能团为酯基，可以在C—O键处切断，有a、b两处切断的选择，分别得到两种合成子.再把合成子转化为常见小分子原料，可得到用于合成目标物的原料有三种，如图1所示.

根据图中的三种原料，可以设计出合成目标物的路线也会有三种，如图2所示.最终再以绿色合成思想为指导，兼顾经济成本和转化率即可得到最优合成路线.

2 切断法在有机合成中的应用

2.1 切断法用于有机合成路线设计

例2 （2023年6月浙江卷节选）某研究小组按下列路线合成胃动力药伊托必利，如图3所示.

解析 先找出目标物中官能团为酰胺基，可考虑在C—N键之间切断.结合图3中最后生成的伊托必利的过程就是生成酰胺基，可推出需要的反应物一种为酰氯，另一种为胺类，得到合成该药物的中间产物为苯甲胺和苯甲酰氯.再由图3中D的醛基和羟胺反应生成E（苯甲醛肟的衍生物）

已知：COHHNH-H2OHCN，现有药物N-苄基苯甲酰胺（），选用苯甲醛为原料，设计该药物合成路线（无机试剂任选）

后用氢气还原可得氨基，故可考虑中间产物苯甲胺由苯甲醛肟用氢气还原得到，故苯甲胺的制备原料为苯甲醛肟.再把苯甲醛肟中的C=N键切断，即可得苯甲醛肟的制备原料苯甲醛和羟胺.根据图3知酰氯可由羧基和SOCl2反应得到，故把苯甲酰氯中C-Cl键切断可得其制备原料为苯甲酸和SOCl2，而苯甲酸直接由原料苯甲醛氧化制得，分析过程如图4所示.

本题合成路线如图5所示.

2.2 切断法用于推断有机物结构

例3 （2023年北京卷节选）化合物P是合成抗病毒药物普拉那韦的原料，其合成路线如图6所示.

已知：，依据D→E的原理，L和M反应得到了P.则M的结构简式是.

解析 根据题目中的有机合路线中D→E的变化可先把E分子切断成两个合成子a和b，根据结构对照，合成子b由原料2-戊酮提供.另一合成子由D提供，用D的分子式算出其不饱和度Ω=5，再根据合成子b得其结构中含有苯环，苯环不饱和度为4，故分子D的侧链含有1个不饱和度，对照合成子结构可知D为苯甲醛，如图7所示.最后得出D和2-戊酮在NaOH碱性水溶液中发生了羰基α位的C-H键与另一分子的羰基的加成反应.

由于L和M生成P的原理与D→E的原理相同，那么产物中应含有结构片段，结合题目已知的酮式结构和烯醇互变的信息，先把产物P通过互变异构转化为图8中X.

再结合图6，L和M生成P的时候脱去了H2O分子，故应在X中碳碳双键出加成H2O得到图8中Y.最后结合D→E反应的信息，应在Y中羟基α碳和羰基α碳之间的碳碳键进行切断，得到原料L和M的结构.故L和M生成Y的反应，即图8分子L中圈出基团的C-H键对 分子M中圈出的羰基进行加成，和D→E的原理完全相同，到此推断出M的结构.

2.3 切断法用于分析反应机理

例4 （2021全国乙卷改编）卤沙唑仑W是一种抗失眠药物，在医药工业中有如下合成方法，合成路线分析过程中需要用到如下信息：

请分析反应的机理.

解析 先对产物和反应物结构进行对比，将图11中产物分子圈出的碳原子的CN键和C—O键切断，得到两个合成片段.和原料对照可知片段a应来自原料2，片段b来自原料1，故产物应是原料2中N原子和O原子进攻原料1丙酮中羰基碳原子得到.

按照上述分析过程，反应机理为丙酮羰基在酸性条件下质子化，然后氨基对羰基进行亲核加成.再进行质子转移，此时分子内未质子化的羟基对质子化以后的羟基进行亲核取代，得出的反应机理如图12所示^[2].

3 归纳总结

综上所述，有机合成问题主要包括依据产物推反应物、反应物推产物、已知反应物和产物推反应过程三种情况.本文通过具体的例题对切断法如何高效解决上述问题进行了说明，让有机合成问题的解决变得有策略、有方法，进而全面提升学生有机化学解题能力.

参考文献：

［1］唐敏.浅谈切断法中羰基化合物的极性转换[J].广东化工，2013（23）：97-98.

[2] 邢其毅，裴伟伟，徐秋瑞，等.基础有机化学（下）[M].第4版.北京：北京大学出版社，2017.

［责任编辑：季春阳］