第五节有机合成

一、有机合成

1.1 概念

有机合成：使用相对简单、易得的原料，通过有机化学反应构建碳骨架、引入或转化官能团，最终得到具有特定结构和性质的目标化合物。
有机合成不是简单地“写反应方程式”，而是要回答三个问题：
1. 目标分子的碳骨架怎样形成。
2. 目标分子中的官能团怎样引入、转化或保护。
3. 反应路线怎样安排，才能使步骤较少、条件较温和、产率较高、副产物较少。
高中阶段的有机合成通常围绕已学有机物展开，重点不是记忆陌生反应，而是把烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯等知识连成可迁移的转化网络。

1.2 主要任务

构建碳骨架：
1. 使碳链增长
2. 使碳链缩短
3. 形成环状结构
引入官能团：
1. 通过取代、加成、消去、氧化、还原、水解等反应，引入碳碳双键、卤素原子、羟基、醛基、羧基、酯基、氨基等官能团。
2. 官能团的引入往往要与碳骨架变化配合考虑
转化官能团：
1. 将已有官能团转化为目标官能团。
2. 例如卤代烃、醇、烯烃之间可以相互转化；醇、醛、羧酸之间可以通过氧化还原转化。
保护官能团：
1. 当分子中含有多个官能团时，某一反应条件可能同时影响多个部位。
2. 为了使目标部位发生反应，常需要先保护不希望反应的官能团，反应结束后再恢复。
设计并实施路线：
1. 从原料到目标产物之间往往要经过多个中间体。
2. 设计路线时要兼顾原料、条件、产率、副反应、分离提纯、环境影响等因素。

二、碳骨架的构建

2.1 碳链增长

碳链增长的本质是形成新的碳碳键，或把含碳官能团接入原有分子中。

1. 通过引入氰基增长碳链

氰基可表示为\(\ce{-CN}\)，氰基中的碳原子可以成为新碳链的一部分。
氰基水解后可转化为羧基，因此常用于“增加一个碳原子并得到羧酸或羟基酸”。
炔烃与\(\ce{HCN}\)加成后，再水解可生成不饱和羧酸：

\(\ce{HC#CH + HCN ->[cat.] CH2=CHCN}\)

\(\ce{CH2=CHCN + 2H2O ->[H+][\Delta] CH2=CHCOOH + NH3}\)

醛与\(\ce{HCN}\)加成可生成羟基腈，羟基腈水解可生成羟基酸：

\(\ce{RCHO + HCN -> RCH(OH)CN}\)

\(\ce{RCH(OH)CN + 2H2O ->[H+][\Delta] RCH(OH)COOH + NH3}\)

酮与\(\ce{HCN}\)加成后也可生成羟基腈，再水解生成羟基酸：

\(\ce{RCOCH3 + HCN -> R-C(OH)(CN)-CH3}\)

\(\ce{R-C(OH)(CN)-CH3 + 2H2O ->[H+][\Delta] R-C(OH)(COOH)-CH3 + NH3}\)

若把羟基腈进一步还原，可得到氨基醇，这说明氰基也可以作为引入含氮官能团的中间环节。

2. 羟醛缩合增长碳链

含有\(\alpha\)-H的醛或酮，在碱性条件下可以发生羟醛缩合。
反应的关键变化：
1. 先形成新的碳碳键，得到\(\beta\)-羟基醛或\(\beta\)-羟基酮。
2. 受热后可脱水，得到\(\alpha,\beta\)-不饱和醛或酮。
以乙醛为例：

\(\ce{2CH3CHO ->[OH-] CH3CH(OH)CH2CHO}\)

\(\ce{CH3CH(OH)CH2CHO ->[\Delta] CH3CH=CHCHO + H2O}\)

羟醛缩合常用于增长碳链，同时引入碳碳双键和羰基，是有机合成中很重要的“拼接碳链”方法。

3. 加聚反应增长碳链

含碳碳双键或碳碳三键的单体，可以通过加聚反应形成长链高分子。
例如乙烯加聚生成聚乙烯：

\(\ce{nCH2=CH2 -> (-CH2-CH2-)_{n}}\)

加聚反应不一定改变单体中的官能团种类，但会显著改变分子量和材料性质。

4. 卤代烃与炔钠反应增长碳链

末端炔烃能与强碱作用生成炔钠。
炔钠再与卤代烃反应，可以把卤代烃中的烃基接到炔烃上，使碳链增长。
例如溴乙烷与丙炔钠反应，可理解为形成新的碳碳键：

\(\ce{CH3CH2Br + CH3C#CNa -> CH3C#CCH2CH3 + NaBr}\)

{此处插入碳链增长方法示意图，包括氰基引入、羟醛缩合和加聚反应}

2.2 碳链缩短

碳链缩短通常依靠断裂碳碳键，常见于裂化、氧化断裂、脱羧等反应。

1. 裂化或裂解

烷烃在高温条件下可以发生裂化或裂解，生成碳原子数较少的烷烃和烯烃。
例如：

\(\ce{C4H10 ->[\Delta] C2H6 + C2H4}\)

这类反应在工业制备小分子烯烃时很重要。

2. 不饱和烃的氧化断裂

烯烃被酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液氧化时，碳碳双键可断裂，得到羧酸、酮或\(\ce{CO2}\)等产物。
若双键碳上连有氢，强氧化后通常可形成羧酸；若双键碳上没有氢，则可形成酮。
端基烯烃强氧化时，末端碳可进一步氧化为\(\ce{CO2}\)：

\(\ce{RCH=CH2 ->[KMnO4/H+] RCOOH + CO2 + H2O}\)

炔烃被酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液氧化，也可发生碳链断裂生成羧酸：

\(\ce{RC#CH ->[KMnO4/H+] RCOOH + CO2}\)

臭氧氧化可以把烯烃的碳碳双键断裂为羰基化合物：

\(\ce{RCH=CHR' ->[O3][Zn/H2O] RCHO + R'CHO}\)

3. 芳香侧链氧化

与苯环直接相连的侧链碳原子上至少有一个氢原子时，侧链可被酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液氧化为羧基。
例如甲苯可氧化为苯甲酸：

\(\ce{C6H5CH3 ->[KMnO4/H+] C6H5COOH}\)

这个反应只保留苯环与羧基的连接关系，侧链较长时也通常被氧化为\(\ce{-COOH}\)。

4. 脱羧反应

羧酸盐与碱石灰共热，可失去\(\ce{CO2}\)，生成碳原子数较少的烃。
例如乙酸钠与氢氧化钠在碱石灰存在下共热生成甲烷：

\(\ce{CH3COONa + NaOH ->[CaO][\Delta] CH4 + Na2CO3}\)

2.3 成环反应

成环反应的本质是在同一分子内部或两个分子之间形成新的连接，使碳骨架由链状转化为环状。

Diels-Alder反应：
1. 共轭二烯与含碳碳双键的化合物发生加成，可形成六元环。
2. 该反应常用于构建环状碳骨架。
分子内酯化：
1. 羟基酸分子中同时含有羟基和羧基，在一定条件下可发生分子内酯化，生成环酯。
2. 例如羟基羧酸可脱水形成内酯。
二元羧酸与二元醇酯化：
1. 二元羧酸与二元醇在适当条件下可形成环酯，也可能进一步形成聚酯。
2. 判断时要看官能团数目、碳链长度和反应条件。
环醚形成：
1. 二元醇或烯烃在一定条件下可转化为环醚。
2. 例如乙二醇可形成环氧乙烷，乙烯也可经氧化形成环氧乙烷。

{此处插入碳链缩短、成环反应的结构式示意图，重点观察碳碳键断裂和环状骨架形成的位置}

三、官能团的引入、转化与消除

3.1 引入官能团的基本思路

引入官能团时，要先看原料中已有的结构，再选择能改变相应位置的反应。

引入碳碳双键：
1. 卤代烃在氢氧化钠醇溶液中加热发生消去反应。
2. 醇在浓硫酸、加热条件下发生消去反应。
3. 邻二卤代烃在一定条件下可消去生成炔烃。
引入卤素原子：
1. 烷烃可在光照条件下发生卤代反应。
2. 烯烃、炔烃可与\(\ce{HX}\)或\(\ce{X2}\)加成。
3. 醇可与氢卤酸发生取代反应。
4. 苯及其同系物可发生苯环卤代或侧链卤代。
引入羟基：
1. 卤代烃在氢氧化钠水溶液中加热发生水解反应。
2. 烯烃与水加成可生成醇。
3. 醛、酮催化加氢可生成醇。
4. 酯水解可生成醇和羧酸或羧酸盐。
引入醛基或酮羰基：
1. 伯醇催化氧化可生成醛。
2. 仲醇催化氧化可生成酮。
3. 炔烃水化后可经重排生成羰基化合物。
引入羧基：
1. 醛氧化可生成羧酸。
2. 苯环侧链被酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液氧化可生成芳香羧酸。
3. 腈水解可生成羧酸。
4. 格氏试剂与\(\ce{CO2}\)反应后酸化，也可生成羧酸。
引入酯基：
1. 羧酸与醇在浓硫酸、加热条件下发生酯化反应。
2. 酰氯、酸酐等羧酸衍生物也可与醇反应生成酯。
引入氨基：
1. 硝基化合物还原可生成氨基化合物。
2. 卤代烃与氨反应可引入氨基。
3. 腈还原可得到胺。

{此处插入引入官能团方法图，用于对照不同官能团的常见引入方式}

3.2 常见官能团转化关系

1. 卤代烃、醇、烯烃之间的转化

卤代烃水解生成醇：

\(\ce{R-X + NaOH ->[\Delta] R-OH + NaX}\)

卤代烃消去生成烯烃：

\(\ce{RCH2CH2X + NaOH ->[\Delta] RCH=CH2 + NaX + H2O}\)

醇消去生成烯烃：

\(\ce{RCH2CH2OH ->[H2SO4][\Delta] RCH=CH2 + H2O}\)

烯烃与卤化氢加成生成卤代烃：

\(\ce{RCH=CH2 + HBr -> RCHBrCH3}\)

烯烃与水加成生成醇：

\(\ce{RCH=CH2 + H2O ->[H+] RCH(OH)CH3}\)

2. 醇、醛、羧酸之间的转化

伯醇氧化生成醛，醛继续氧化生成羧酸：

\(\ce{RCH2OH ->[O] RCHO ->[O] RCOOH}\)

醛、羧酸被还原可向醇转化：

\(\ce{RCOOH ->[H] RCHO ->[H] RCH2OH}\)

仲醇氧化生成酮：

\(\ce{RCH(OH)R' ->[O] RCOR' + H2O}\)

酮催化加氢生成仲醇：

\(\ce{RCOR' + H2 ->[Ni][\Delta] RCH(OH)R'}\)

3. 羧酸、酯、酰胺之间的转化

羧酸与醇酯化生成酯：

\(\ce{RCOOH + R'OH <=>[H2SO4][\Delta] RCOOR' + H2O}\)

酯在酸性条件下水解生成羧酸和醇：

\(\ce{RCOOR' + H2O <=>[H+] RCOOH + R'OH}\)

酯在碱性条件下水解生成羧酸盐和醇：

\(\ce{RCOOR' + NaOH -> RCOONa + R'OH}\)

酰胺在碱性条件下水解生成羧酸盐和氨：

\(\ce{RCONH2 + NaOH ->[\Delta] RCOONa + NH3 ^}\)

4. 芳香族化合物中的定位与转化

苯环上的取代基会影响新取代基进入的位置。
邻、对位定位基常见有\(\ce{-OH}\)、\(\ce{-NH2}\)、\(\ce{-R}\)、\(\ce{-X}\)等。
间位定位基常见有\(\ce{-NO2}\)、\(\ce{-COOH}\)、\(\ce{-CHO}\)、\(\ce{-SO3H}\)、\(\ce{-CN}\)等。
合成芳香族化合物时，要特别注意“先引入哪个基团”，因为引入顺序会影响目标产物的邻、间、对位关系。
例如甲苯侧链可依次转化为苄氯、苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸：

\(\ce{C6H5CH3 -> C6H5CH2Cl -> C6H5CH2OH -> C6H5CHO -> C6H5COOH}\)

苯环溴代可用于引入溴原子：

\(\ce{C6H6 + Br2 ->[FeBr3] C6H5Br + HBr}\)

3.3 官能团的消除

有机合成中有时不是引入官能团，而是消除已有官能团。

碳碳双键、碳碳三键可通过加成反应被消除。
羟基可通过酯化、氧化、取代、消去等反应被转化或消除。
醛基可通过氧化、还原、加成等反应被转化。
酯基可通过水解反应被消除。
卤素原子可通过水解、消去等反应被消除。

四、官能团保护

4.1 为什么需要保护官能团

多官能团有机物发生反应时，非目标官能团也可能受到影响。
官能团保护的目的，是让目标反应发生在预期位置，同时避免其他官能团被破坏。
一个合适的保护基通常要满足三个要求：
1. 只与需要保护的官能团反应，而不影响其他官能团。
2. 保护过程和脱保护过程较容易进行。
3. 脱保护时不破坏分子中的其他结构。

4.2 常见保护思路

醇羟基的保护：
1. 醇羟基可先转化为较稳定的醚或酯。
2. 合成反应结束后，再在适当条件下恢复羟基。
酚羟基的保护：
1. 酚羟基容易被氧化，也容易参与取代反应。
2. 可先用氢氧化钠溶液转化为酚钠，相关反应结束后再酸化恢复为酚。
氨基的保护：
1. 氨基容易被氧化或参与副反应。
2. 可先与酸反应形成铵盐，反应结束后再用碱恢复氨基。
3. 也可通过酰化转化为酰胺，再水解恢复氨基。
碳碳双键的保护：
1. 碳碳双键容易与卤素单质加成，也容易被氧化。
2. 可先与\(\ce{HCl}\)等发生加成转化为卤代物，反应结束后再消去恢复双键。
醛基的保护：
1. 醛基容易被氧化。
2. 可先还原为醇，相关反应结束后再氧化为醛。
3. 也可与醇反应生成缩醛，缩醛相对稳定，最后在稀酸中水解恢复醛基。

{此处插入官能团保护与路线设计图，重点观察“保护-反应-脱保护”的顺序}

五、有机合成路线的设计

5.1 设计路线前先分析什么

分析目标化合物的碳骨架：
1. 碳原子数是否变化。
2. 是否有支链、环状结构或苯环。
3. 是否需要形成新的碳碳键。
分析目标化合物的官能团：
1. 官能团种类是否改变。
2. 官能团数目是否改变。
3. 官能团位置是否改变。
比较原料和产物：
1. 若碳原子数增加，考虑氰基引入、羟醛缩合、格氏试剂、加聚等。
2. 若碳原子数减少，考虑氧化断裂、裂化、脱羧等。
3. 若官能团改变，考虑水解、消去、加成、氧化、还原、酯化等。
判断是否需要保护官能团：
1. 如果一个反应条件会同时影响多个官能团，就要考虑保护。
2. 保护基的引入和脱除也要写入合成路线。

5.2 正合成分析法

正合成分析法是从已知原料出发，逐步寻找中间体，最后推向目标产物。
基本思路为：
1. 原料\(\ce{->}\)中间体。
2. 中间体\(\ce{->}\)目标产物。
正向分析适合原料比较明确、转化关系比较熟悉的题目。
写路线时要逐步检查每一步反应条件是否与官能团匹配。

5.3 逆合成分析法

逆合成分析法是从目标产物出发，倒推可能的前体和反应条件。
基本思路为：
1. 先找目标产物中最关键的官能团或碳碳键。
2. 思考该结构可以由哪一种反应生成。
3. 倒推出上一步中间体。
4. 继续倒推，直到回到题目给定的原料或常见易得原料。
逆合成常用于结构复杂的合成题，因为目标产物的信息最明确。
倒推之后必须再正向检查一遍，避免出现条件冲突或副反应。

5.4 综合比较法

实际路线设计往往要同时使用正合成和逆合成。
对多条可能路线进行比较时，主要看：
1. 步骤是否较少。
2. 原料是否易得、低毒、廉价。
3. 反应条件是否温和。
4. 副产物是否较少。
5. 产物是否容易分离提纯。
6. 是否符合绿色化学思想。

5.5 中学常见合成路线

1. 一元含氧衍生物转化路线

由烯烃可引出卤代烃，再水解为醇，继续氧化为醛和羧酸：

\(\ce{RCH=CH2 -> RCHBrCH3 -> RCH(OH)CH3}\)

若从伯醇出发，可建立“醇-醛-羧酸-酯”的路线：

\(\ce{RCH2OH ->[O] RCHO ->[O] RCOOH}\)

\(\ce{RCOOH + R'OH <=>[H2SO4][\Delta] RCOOR' + H2O}\)

这类路线常用于由烃制备醇、醛、酸、酯。

2. 二元含氧衍生物转化路线

乙烯与卤素加成可生成二卤代烃。
二卤代烃水解可生成二元醇。
二元醇进一步氧化可得到二元醛或二元羧酸。
二元醇与二元羧酸还可以发生缩聚反应生成聚酯。
可概括为：

\(\ce{CH2=CH2 -> XCH2CH2X -> HOCH2CH2OH -> OHCCHO -> HOOCCOOH}\)

3. 芳香族化合物转化路线

甲苯侧链卤代、水解、氧化可得到一系列苯甲基衍生物：

\(\ce{C6H5CH3 -> C6H5CH2Cl -> C6H5CH2OH -> C6H5CHO -> C6H5COOH}\)

苯甲醇与苯甲酸可酯化生成苯甲酸苄酯：

\(\ce{C6H5COOH + C6H5CH2OH <=>[H2SO4][\Delta] C6H5COOCH2C6H5 + H2O}\)

苯环上的取代反应要特别注意定位效应和取代顺序。

{此处插入有机合成路线设计图和芳香族合成路线图，重点看正向、逆向分析以及苯环侧链转化}

六、重要有机反应类型与信息反应

6.1 重要有机反应类型

取代反应：
1. 一个原子或原子团被另一个原子或原子团替代。
2. 常见反应有烷烃卤代、苯环取代、卤代烃水解、酯化反应、酯的水解等。
加成反应：
1. 不饱和键断开，接入新的原子或原子团。
2. 常见反应有烯烃与\(\ce{H2}\)、\(\ce{HX}\)、\(\ce{X2}\)、\(\ce{H2O}\)加成，醛酮与\(\ce{H2}\)、\(\ce{HCN}\)加成等。
消去反应：
1. 从相邻原子上脱去小分子，形成不饱和键。
2. 常见反应有醇消去和卤代烃消去。
氧化反应：
1. 有机物燃烧属于氧化反应。
2. 烯烃、炔烃、醛、醇、苯环侧链等都可能被氧化。
还原反应：
1. 常见表现为加氢或脱氧。
2. 烯烃、炔烃、醛、酮、硝基化合物等都可以发生还原反应。
聚合反应：
1. 小分子单体形成高分子。
2. 包括加聚反应和缩聚反应。
水解反应：
1. 有机物与水作用使化学键断裂。
2. 卤代烃、酯、酰胺、糖类、蛋白质等都可能发生水解。

6.2 反应条件给出的信息

出现“光照”，一般优先考虑烷烃或芳香侧链的卤代反应。
出现\(\ce{NaOH}\)水溶液并加热，一般优先考虑卤代烃水解或酯的水解。
出现\(\ce{NaOH}\)醇溶液并加热，一般优先考虑卤代烃消去。
出现浓硫酸并加热，要结合温度和反应物判断：
1. 乙醇在170℃左右主要发生消去反应生成乙烯。
2. 乙醇在140℃左右主要发生分子间脱水生成乙醚。
3. 羧酸与醇在浓硫酸、加热条件下可发生酯化反应。
出现银氨溶液或新制\(\ce{Cu(OH)2}\)并加热，通常提示含醛基或甲酸、甲酸盐、甲酸酯等具有还原性的结构。
出现酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液，可能涉及碳碳双键、碳碳三键、醛基、苯环侧链等的氧化。
出现\(\ce{Fe/HCl}\)，常提示硝基还原为氨基。
出现\(\ce{Br2/FeBr3}\)，常提示苯环溴代。
出现\(\ce{H2/Ni}\)，常提示碳碳双键、碳碳三键或羰基加氢。
出现\(\ce{O3}\)再加\(\ce{Zn/H2O}\)，常提示烯烃臭氧氧化断裂。

6.3 典型信息反应

烯烃\(\alpha\)-H取代：
1. 与碳碳双键直接相连的碳原子上的氢比较活泼。
2. 一定条件下可发生取代反应。
3. 例如丙烯在氯气、紫外光照射条件下可发生\(\alpha\)-H取代：

\(\ce{CH2=CHCH3 + Cl2 -> CH2=CHCH2Cl + HCl}\)

烯烃氧化断裂：
1. 酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液不仅能氧化碳碳双键，还可使双键碳原子上的\(\ce{C-H}\)进一步氧化。
2. 臭氧氧化常用于判断原烯烃中双键的位置。
马氏规则与反马氏加成：
1. 不对称烯烃与\(\ce{HBr}\)加成时，通常氢原子加到含氢较多的双键碳原子上。
2. 过氧化物存在时，不对称烯烃与\(\ce{HBr}\)加成不遵循马氏规则。

\(\ce{CH3CH=CH2 + HBr -> CH3CHBrCH3}\)

\(\ce{CH3CH=CH2 + HBr ->[ROOR] CH3CH2CH2Br}\)

共轭二烯加成：
1. 共轭二烯与卤素单质可发生1,2-加成或1,4-加成。
2. 例如1,3-丁二烯与溴单质反应可形成不同加成产物。
羰基合成反应：
1. 烯烃与一氧化碳、氢气在加热、高压和催化剂作用下可生成比原烯烃多一个碳原子的醛。
2. 可概括为：

\(\ce{RCH=CH2 + CO + H2 ->[cat.][\Delta] RCH2CH2CHO}\)

格氏试剂反应：
1. 卤代烃与镁在无水乙醚中反应可制得格氏试剂。

\(\ce{R-X + Mg -> R-MgX}\)

格氏试剂与水反应可生成烃：

\(\ce{R-MgX + H2O -> R-H + Mg(OH)X}\)

格氏试剂与\(\ce{CO2}\)反应后酸化可生成羧酸：

\(\ce{R-MgX + CO2 -> RCOOMgX}\)

\(\ce{RCOOMgX + H+ -> RCOOH + MgX+}\)

格氏试剂与羰基化合物反应后酸化，可用于制备醇。

羧酸\(\alpha\)-H取代：
1. 羧酸分子中\(\alpha\)-H在少量催化剂作用下可被卤素取代。
2. 例如：

\(\ce{RCH2COOH + Br2 ->[PBr3] RCHBrCOOH + HBr}\)

酯交换反应：
1. 酯与醇在酸性条件下可发生醇解，也称酯交换。

\(\ce{RCOOR1 + R2OH <=>[H+] RCOOR2 + R1OH}\)

醛的歧化反应：
1. 分子中没有\(\alpha\)-H的醛，在浓碱作用下可发生歧化反应。
2. 一部分醛被氧化为羧酸盐，另一部分醛被还原为醇。

\(\ce{2HCHO + NaOH ->[\Delta] HCOONa + CH3OH}\)

\(\ce{2C6H5CHO + NaOH ->[\Delta] C6H5COONa + C6H5CH2OH}\)

{此处插入常见信息反应原图，供后续核对较复杂的结构式和反应条件}

七、有机推断题的突破口

7.1 根据反应条件判断官能团或反应类型

“光照”常提示烷烃或芳香侧链的卤代反应。
“\(\ce{NaOH}\)水溶液、加热”常提示卤代烃水解或酯水解。
“\(\ce{NaOH}\)醇溶液、加热”常提示卤代烃消去。
“浓\(\ce{H2SO4}\)、加热”要结合反应物判断消去、分子间脱水或酯化。
“浓\(\ce{HNO3}\)、浓\(\ce{H2SO4}\)、加热”常提示苯环硝化。
“\(\ce{Br2/FeBr3}\)”常提示苯环溴代。
“\(\ce{H2/Ni}\)”常提示加氢还原。
“\(\ce{Fe/HCl}\)”常提示硝基还原为氨基。

7.2 根据实验现象判断官能团

使溴水褪色，可能含有碳碳双键、碳碳三键、醛基，也可能是酚类物质。
使酸性\(\ce{KMnO4}\)溶液褪色，可能含有碳碳双键、碳碳三键、醛基、苯环侧链，也可能是酚类物质。
遇\(\ce{FeCl3}\)溶液显色，通常提示含酚羟基。
加入新制\(\ce{Cu(OH)2}\)并加热有砖红色沉淀，或与银氨溶液水浴加热出现银镜，通常提示含醛基。
与金属钠反应产生\(\ce{H2}\)，可能含醇羟基、酚羟基或羧基。
与\(\ce{NaHCO3}\)溶液反应放出能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明含羧基。

7.3 根据特征产物判断结构

醇的氧化产物能反映原醇的类型：
1. 伯醇可氧化为醛，再氧化为羧酸。
2. 仲醇可氧化为酮。
3. 叔醇通常不易被催化氧化。
消去反应产物可以帮助确定羟基或卤素原子的可能位置。
取代产物的种数可反映碳骨架或苯环取代结构的对称性。
加氢后的碳骨架可以帮助确定原来的碳碳双键或碳碳三键位置。
酯化、水解产物可以帮助确定酯的酸部分和醇部分。

7.4 根据数量关系判断官能团数目

醛基与银氨溶液、新制\(\ce{Cu(OH)2}\)反应有常用数量关系：
1. 一般情况下，1 mol \(\ce{-CHO}\)可生成2 mol \(\ce{Ag}\)。
2. 一般情况下，1 mol \(\ce{-CHO}\)可生成1 mol \(\ce{Cu2O}\)。
3. 甲醛特殊，1 mol \(\ce{HCHO}\)最多可生成4 mol \(\ce{Ag}\)。
羟基或羧基与金属钠反应：
1. 2 mol 活泼氢通常可生成1 mol \(\ce{H2}\)。
2. 由\(\ce{H2}\)的量可反推活泼氢数目。
羧基与碳酸盐或碳酸氢盐反应：
1. 1 mol \(\ce{-COOH}\)与\(\ce{NaHCO3}\)反应通常可生成1 mol \(\ce{CO2}\)。
2. 二元羧酸可生成更多\(\ce{CO2}\)。
碳碳双键、碳碳三键与溴单质加成：
1. 1 mol 碳碳双键通常可消耗1 mol \(\ce{Br2}\)。
2. 1 mol 碳碳三键完全加成通常可消耗2 mol \(\ce{Br2}\)。

7.5 根据分子式和不饱和度判断结构

烷烃通式为\(\ce{C_nH_{2n+2}}\)。
与相同碳原子数的烷烃相比，每少2个氢原子，对应一个不饱和度。
一个碳碳双键、一个羰基或一个环通常对应1个不饱和度。
一个碳碳三键对应2个不饱和度。
一个苯环对应4个不饱和度。
计算不饱和度后，再结合官能团性质和实验现象确定结构，能明显减少同分异构体书写的盲目性。

7.6 有机推断的解题顺序

先读题干给出的原料、目标产物、反应条件和现象。
根据分子式计算不饱和度，判断是否可能含有环、双键、三键、羰基或苯环。
根据特征反应和实验现象确定官能团种类。
比较相邻物质的分子式，判断发生的是加成、取代、消去、氧化、还原、水解、酯化还是聚合。
比较碳原子数，判断是否发生碳链增长或缩短。
根据取代产物数目、氢谱信息、对称性等确定碳骨架。
写出结构后，检查碳、氢、氧、氮、卤素原子数是否守恒。

{此处插入有机推断题突破口图，重点保留条件、现象、数量关系和解题顺序}

八、综合题模型构建

8.1 有机推断的思维模型

有机推断题本质上是把多个信息源合并起来确定结构。

特征反应：用于推断官能团种类。
反应机理：用于推断官能团位置和反应前后结构变化。
数据处理：用于推断官能团数目。
氢谱信息：用于推断碳骨架对称性和氢原子环境。
相邻物质关系：用于推断分子结构片段。
最终要把以上信息综合起来，确定未知有机物的结构。

8.2 限定条件同分异构体书写

先根据分子式判断可能的官能团类别。
再写碳骨架：
1. 直链。
2. 一线串。
3. 支链放中间。
4. 一边排，不到端。
5. 多碳时，整到散。
然后移动官能团位置：
1. 一般先写不带官能团的烃骨架。
2. 再在各个碳原子上依次移动官能团。
3. 有两个或两个以上官能团时，先固定一个，再移动另一个。
最后按碳四价原则补氢，检查是否重复或遗漏。

8.3 合成路线题的检查清单

原料和目标产物的碳骨架是否对应。
每一步反应是否能在所给条件下发生。
官能团的种类、数目和位置是否逐步转化到目标结构。
是否有需要保护的官能团。
是否存在明显副反应或条件冲突。
最后一轮检查原子守恒和反应类型是否合理。

8.4 综合题中的图像内容处理

遇到复杂结构式路线图时，先用文字说明每一步反应类型和结构变化。
如果结构式难以用结构简式完整表达，就用“苯环、羧基、酯基、肟基、氨基”等官能团语言描述，再保留截图供后续用 ChemDraw 重画。
对于题目中的路线图，应重点标出：
1. 哪一步是取代、加成、消去、氧化、还原或水解。
2. 哪一步改变了碳骨架。
3. 哪一步改变了官能团。
4. 哪一步可以作为突破口。

{此处插入有机合成综合题示例和思维模板图，复杂结构式后续可用 ChemDraw 重画}

第五节 有机合成