合成路线规划

CIE A-Level 化学· 5 分钟阅读

1. 逆合成分析基础★★☆☆☆⏱ 10 min

📘 定义

逆合成分析

使用逆合成箭头 $\Rightarrow$ 表示"可由...制得"

从目标分子出发的反向规划方法，逐步将分子拆解为更简单的前体，最终得到容易获取的起始原料

例:

规划乙酸乙酯的合成就先将其切断为乙醇和乙酸

逆合成通过逐步缩小目标分子的规模简化复杂的规划问题，更便于找到可行的起始原料和反应序列。

📐 例题

以简单烯烃为起始原料，写出丙酸丙酯的逆合成切断

1
从目标分子丙酸丙酯开始： $C H_{3} C H_{2} C O O C H_{2} C H_{2} C H_{3}$
2
切断酯键，得到两个所需前体：
3
丙酸丙酯 $r e t r o$ 丙酸（ $C H_{3} C H_{2} C O O H$ ） + 1-丙醇（ $C H_{3} C H_{2} C H_{2} O H$ ）
4
两个前体都可由丙烯（ $C H_{3} C H = C H_{2}$ ）制得，丙烯是廉价易得的起始原料
5
最终逆合成序列： $C H_{3} C H_{2} C O O C H_{2} C H_{2} C H_{3} r e t r o C H_{3} C H_{2} C O O H + C H_{3} C H_{2} C H_{2} O H r e t r o C H_{3} C H = C H_{2}$

Exam tip:

逆合成分析必须使用逆合成箭头（而非标准反应箭头）才能拿满分

2. 试剂和条件的选择★★★☆☆⏱ 15 min

确定路线后，你需要为每一步写出正确的试剂和条件。CIE评分标准中正确条件占很高分值，因此绝对不能遗漏。

📐 例题

写出1-溴丙烷到丙酸的两步合成路线所需的试剂和条件

1
步骤1：将1-溴丙烷（一级卤代烷）水解为1-丙醇
2
试剂：氢氧化钠水溶液（ $N a O H$ ），条件：加热回流
3
反应： $C H_{3} C H_{2} C H_{2} B r + N a O H \to C H_{3} C H_{2} C H_{2} O H + N a B r$
4
步骤2：将1-丙醇（一级醇）氧化为丙酸
5
试剂：酸性重铬酸钾(VI)（ $K_{2} C r_{2} O_{7} / H_{2} S O_{4}$ ），条件：使用过量氧化剂，加热回流
6
反应： $C H_{3} C H_{2} C H_{2} O H + 2 [O] \to C H_{3} C H_{2} C O O H + H_{2} O$ ，其中 $[O]$ 代表氧化剂

3. 完整三步合成路线的规划★★★★☆⏱ 20 min

规划正向完整路线时，需要结合逆合成分析的结果和你掌握的试剂知识。一定要检查每一步是否会影响分子中已有的官能团，必要时调整反应顺序。

✓ 快速检测

继续学习前先测试你的预备知识

哪种试剂可以将烯烃转化为邻二醇？
- 冷的稀酸性高锰酸钾(VII)
- 热的浓酸性高锰酸钾(VII)
- 溴水
- 溴化氢

📐 例题

规划从乙烯到2-羟基丙酸（乳酸）的三步合成路线，写出所有试剂和条件

1
逆合成拆解： $C H_{3} C H (O H) C O O H r e t r o C H_{3} C H (O H) C N r e t r o C H_{3} C H O r e t r o C H_{3} C H_{2} O H r e t r o H_{2} C = C H_{2}$
2
步骤1：乙烯水合为乙醇。试剂：水蒸气，浓磷酸催化剂。条件：300℃，60 atm。
3
步骤2：乙醇氧化为乙醛。试剂：酸性重铬酸钾(VI)，乙醇过量。条件：生成产物后立即蒸馏，防止进一步氧化。
4
步骤3a：HCN对乙醛的亲核加成。试剂：HCN，NaCN作催化剂。条件：室温。产物：2-羟基丙腈（ $C H_{3} C H (O H) C N$ ）
5
步骤3b：将2-羟基丙腈水解为2-羟基丙酸。试剂：稀盐酸。条件：加热回流。最终产物： $C H_{3} C H (O H) C O O H$

Exam tip:

即使步骤看起来很简单，也要为每一步清楚写出试剂和条件

4. 备选合成路线的评价★★★★☆⏱ 15 min

CIE考题经常要求你从多个选项中选出最佳路线，需要根据以下关键标准评价路线：

总产率：步骤更少通常产率更高，但多步高产率优于单步低产率
副反应：优先选择不会使其他官能团发生副反应的路线
成本：起始原料和试剂越便宜越好
安全性：优先选择毒性更低的试剂
纯度：优先选择产物容易提纯的路线

📐 例题

制备乙酰胺有两条路线：路线1（乙酸 → 乙酰氯 → 乙酰胺）和路线2（乙酸乙酯 → 直接氨解得到乙酰胺）。哪条路线更好？

1
路线1 步骤1：乙酸 + PCl5 → 乙酰氯（室温，高产率）
2
路线1 步骤2：乙酰氯 + 浓氨水 → 乙酰胺（室温，反应完全）
3
路线2：乙酸乙酯 + 浓氨水 → 乙酰胺（回流，可逆反应）
4
评价：尽管路线1有两步，但得到的纯产物产率高得多。路线2虽然是单步，但反应可逆，因此产率低。
5
结论：根据CIE 9701的评分标准，路线1是更优选择

5. 常见陷阱

错误做法:

逆合成中使用标准反应箭头而非逆合成箭头

原因:

阅卷老师要求使用正确符号来证明你理解反向规划的概念

正确做法:

使用逆合成箭头（⇒）或将切断步骤明确标注为逆合成

错误做法:

氧化一级醇为羧酸时，没有加热回流也没有使用过量氧化剂

原因:

没有回流和过量氧化剂，只会生成中间体醛

正确做法:

制备羧酸时一定要注明：过量酸性重铬酸钾(VI)，加热回流

错误做法:

只列出试剂，忘记写反应条件

原因:

CIE评分标准中每一步的正确条件占1分，这些送分题很容易丢分

正确做法:

每一步都一定要写上所有相关条件（温度、回流、催化剂）

错误做法:

不考虑产率，认为更短的路线一定更好

原因:

一步可逆、低产率的路线不如每一步都高产率的两步路线

正确做法:

选择最优路线前要评价所有标准（产率、副反应、成本）

错误做法:

氧化时不对活泼官能团进行保护

原因:

氧化剂会和双键、醇反应，生成不需要的副产物

正确做法:

调整步骤顺序：先进行氧化，最后一步再生成活泼官能团

6. 速查表

规划步骤	核心要求	常见检查点
逆合成	将目标切断为简单起始原料	使用逆合成箭头
氧化试剂	一级醇→羧酸：回流 + 过量氧化剂	一级醇→醛：立即蒸馏产物
反应顺序	调整顺序避免副反应	先氧化，后引入活泼基团
路线评价	总产率更高 > 步骤更少	检查是否有毒性或昂贵的试剂
评分标准提示	每一步1分试剂，1分条件	一定要清晰标注每一步

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2022 · 22
烯烃到酯的三步合成路线
2023 · 42
酰胺的逆合成分析
2024 · 21
选择最优的两步合成路线

下一步

合成路线规划是CIE 9701 A-Level化学中占比分很高的核心考点，每次考试的试卷2和试卷4都会出现。掌握这项技能需要熟练掌握所有常见的官能团相互转化，定期练习可以帮助你自动记住每一步正确的试剂和条件。本考点是涉及芳香化合物、聚合物、立体控制产物的更复杂合成问题的基础，你在处理更大的目标分子时会用到相同的逆合成规划方法。掌握基础的2-3步路线规划后，你可以继续学习高级内容，包括副反应预测和复杂有机分子的多步合成。