2023屆高中化學人教版二輪復習第77講-官能團的引入消除和保護學案

第77講-官能團的引入、消除和保護

一、知識重構

（一）?官能團的引入

1.引入鹵素原子

□?（光照）、苯環(huán)（FeX3催化）、酚的取代;

不飽和燃與HX、X2的加成（馬氏加成和反馬氏加成）;

CH2-CH-CH3

HX

CH2-CH-CH3

XH

醇與氫鹵酸（HX）的取代

2.引入羥基

烯燃與水加成；」醛酮與氫氣加成；」鹵代燃在堿性條件下水解；□酯的水解。

3.引入碳碳雙鍵、碳碳叁鍵

口某些醇（濃硫酸、□）或鹵代燒（堿的醇溶液、口）的消去；（扎伊采夫規(guī)則）

Br

I

——CH-CH-CH2一

I2

口烘煌不完全加成：

□烷燒的裂化；

醛+醛/酮的羥醛縮合。

HO

O?lHOH

IlcC催化劑β?a催化劑1βa

H2-I

CH3-C-H+—2—AiCH3-C-CH2-CHO--s-→ACH3-CH=CH-CHO

H"一不飽和醛

夕一羥基醛

4.引入碳氧雙鍵、醛基、陵基

□醇的催化氧化（機理）；

口醛基氧化；

含碳碳三鍵的物質與水加成；

HOHO

IIIl

—C≡C---------?—C=C---------?—CH—C—

酯、酰胺類、蛋白質、竣酸鹽的水解；

二YN的酸性水解；

口連在同一個碳上的兩個羥基脫水；

ClOH

R-CH-CI-------?R-CH-OH-------?R-CHO

αOH

ll

cc

ll-R-COOH

αoH

口某些烯燒、快燒、芳香煌被酸性KMnO4溶液（或臭氧）氧化。

RR

>\KMnO4,\

,C=CH-R—,,*?,C=O+RCOOH

R/H+R,/

>-02^OC∞H

5.引入高分子

\=（/

口含/'或一C?C一的單體加聚；

酚與醛縮聚、二元陵酸與二元醇（或羥基酸）酯化縮聚、二元竣酸與二元胺（或氨

基酸）酰胺化縮聚。

官能團的消除

L通過加成反應可以消除或一OC—。

［通過取代、消去、氧化或酯化反應可消除一OH。

口通過加成（還原）或氧化反應可消除一CHO、酮鍛基。

口通過水解反應可消除酯基（一COO—）、酰胺基（一CO-NH—）。

L通過消去反應或水解反應消除鹵素原子。

三.官能團的衍變、位置和數(shù)目的改變

（1）官能團的衍變：

O90R，CH

R-CH2X---------->R-CH2OH<11^*R-CHO—→R-COOH--------->R-COOR,;

(2)官能團數(shù)目的改變：

消去加成水解

CHCHOH→CH=CH~~-------Cl-CH-CH-Cl→

3222+Cll22

（3）官能團位置的改變:

CH3CH2CH2CI消去HaACH3CH=CH2與2加成ACH3CHCICH3

二、重溫經(jīng)典

官能團的引入順序、位置問題:

1.（2015上海節(jié)選）

H->N-（.）-COOCHCHN（CH）

局部麻醉藥普魯卡因E（結構簡式為-Jz2132）的三條合成路線如

下圖所示（部分反應試劑和條件已省略）：

（3）設計反應②的目的是。

（6）普魯卡因的三條合成路線中，第一條合成路線與第二條、第三條相比不太理想，

理由是O

【答案】（3）保護氨基。

（6）肽鍵水解在堿性條件下進行，竣基變?yōu)榭⑺猁}，再酸化時氨基又發(fā)生反應。

【解析】（3）-NH2有強的還原性，容易被氧化變?yōu)橐籒Ch,設計反應②的目的是保護

-NH2,防止在甲基被氧化為段基時，氨基也被氧化。

（6）普魯卡因的三條合成路線中，第一條合成路線與第二條、第三條相比不太

理想，理由是B發(fā)生水解反應是在堿性環(huán)境中進行，這時竣基與堿發(fā)生反應產(chǎn)生

櫻酸的鹽，若再酸化，氨基又發(fā)生反應。

2.（2017年天津卷8題節(jié)選）2-氨基-3-氯苯甲酸（F）是重要的醫(yī)藥中間體，其制備

流程圖如下：

F濃H"產(chǎn)CHif）OH

XNJMN02

ip?i濃H、O「△一A濃H2SO,,△一[j??°?JY5J<M∏0Λ^∣∣Y'Fe/HCI*

_@-④-

SO3HB

θC∞HOCOOHOCOOH

CHCCIJYNHPeH3濃H,SO,,△JYNHHCH3

tjXNH2

H^∕H,Or∣∣Y

一廠^Ho3JF

D

（3）該流程未采用甲苯直接硝化的方法制備B,而是經(jīng)由□□□三步反應制取B,其目

的是o

（4）寫出口的化學反應方程式：,該步反應的主要目的

是。

【答案】（3）避免苯環(huán)上甲基對位的氫原子被硝基取代（或減少副產(chǎn)物，或占位）

COOHCOOH??

,?心.?二泳τj

（4）".J0%f.J單保護氨基

【解析】（3）如采用甲苯直接硝化的方法制備B,硝基可取代甲基對位的H原子，目的是

避免苯環(huán)上甲基對位的氫原子被硝基取代，

故答案為：避免苯環(huán)上甲基對位的氫原子被硝基取代；

（4）由結構簡式可知反應二為取代反應，反應的方程式為

C7OOHeOOH?小

i?-v??χ?

,-7J''4，該步反應的主要目的是避免氨基被氧化，保護氨基。

3.（2021年山東節(jié)選）一種利膽藥物F的合成路線如圖:

OO

H△=

RC

-R-C

RfH

2NHR"

ΓV'V*(?f?Yoa

【解析】⑷由…，和’?制備I過程需要增長碳鏈，可利用

題干中A→B的反應實現(xiàn)，然后利用信息反應I得到目標產(chǎn)物，目標產(chǎn)物中碳碳雙鍵位

于端基碳原子上，因此需要，L-'與HBr在40下發(fā)生加成反應生成八八Br,

4.(2022年6月浙江卷31題節(jié)選)某研究小組按下列路線合成藥物氯氮平。

已知：□c%=CH2盛fg;

RVZ

iszl

--*RNχ(X=CI,Br,OH)

,O

I/RCOOR11/

HN—"3、R-C-N

\\

V/

L-y-HOCH2CH2Nx

(1)下列說法不正確的是。

A.硝化反應的試劑可用濃硝酸和濃硫酸

B.化合物A中的含氧官能團是硝基和拔基

C.化合物B具有兩性

D.從CTE的反應推測，化合物D中硝基間位氯原子比鄰位的活潑

(2)化合物H成環(huán)得氯氮平的過程中涉及兩步反應，其反應類型依次為。

(3)寫出E→G的化學方程式o

/_\

NN

(4)設計以CH2=CH2和CH3NH2為原料合成為C^。出。電的路線(用流程圖表示,

無機試劑任選)。

【答案】(I)D(2)加成反應，消去反應

+CH3OH

CH=CH,,,o2?V7

2ulHC

CH=CH>CHCHCl

(4)催化劑O2232

環(huán)氧乙烷χCH2CH2OHchnh/?CHQHQ/\

------------?HN--~~*HNN-CH3?2。AH3C-NN-CH2CH3

CH2CH2OH~/?~/

COOH

NO2

【解析】甲苯硝化得到硝基苯，結合H的結構簡式，可知A,再還原得到B為

COOHCOOCH3

JγNH2c1

NH2

,B和甲醇發(fā)生酯化反應生成CiU,結合信息可知E為。

COOCH3

Cl

AcN-CH,以此解題。

再結合信息□可知G為

官能團的保護問題:

5.（2016天津節(jié)選）反-2-己烯醛（D）是一種重要的合成香料，下列合成路線是制備

D的方法之一。根據(jù)該合成路線回答下列問題:

2CH3CH2CH2CHOCH3CHoCHa./CH2CH2CH3

HCHO

A+

HZH7O

L-17X+A+叵

CH3CH2CH/H

CH2=CHOC2H5

OCH

B25

CD

0-R(

R-CH(

已知：o~r""H2°>RCHO+R,OH+R"OH

（5）以D為主要原料制備己醛（目標化合物），在方框中將合成路線的后半部分補充完整。

OCH3

HCHOC

2CH3θH>?∕0CH3

X目標化合物

催化劑/?

CHCHCH/H

32CH3CH2CH/H

（6）問題（5）的合成路線中第一步反應的目的是.

HCHO

rX=l?

【答案】（5）D為CH3CH2CH2H,己醛的結構簡式為CH3CH2CH2CH2CH2CHO,根據(jù)信

OCH3

HCH

x

?=/OCH3

息和己醛的結構，CH3CH2CH2H首先將碳碳雙鍵轉化為單鍵，再酸性條件下反應

即可。答案為：

OCH3+

H/H2

催酶劑ACH3(CH2)4-CH0>CH3(CH2)4CHO

OCH3

(6)醛基也能和氫氣加成，(5)中合成線路的第一步反應的目的是保護醛基。

6.(2022年湖南卷19題節(jié)選)物質J是一種具有生物活性的化合物。該化合物

的合成路線如下:

B和HCooNH4發(fā)生反應得到C(Ci2Hi6O4),C又轉化為D(C12O14O3),根據(jù)“己

知□”可推出C的結構簡式為,D的結構簡式為

CH2COOH

D和HOCH2CH2OH反應生成E();E在一定條件下轉化為F

)；F和CFhI在堿的作用下反應得到G(Ci5H18O5),G

反應得到對比F和H的結構簡式可得知G的結構簡式為

I最終轉化為J

7.(2022年山東卷19題節(jié)選)支氣管擴張藥物特布他林(H)的一種合成路線如下:

PhCH2O,

H,0∕H+

C,H,OHPhCH7Cl2E(CHO)

A一》834)飛的COOC2H5-22203

PhCH2O'c

國磊TF(C凡Be)(CH/CNHCH時H2

G(CHNO)

一定條件33353

已知:

KgH,

PhOH+PhCH,Cl-=~~→PhOCH,Ph--→PhOHPh-=

□.22Pd-C

0

R、NaHIICOOC2匕H,O∕Hf

PhCOOC2H5+R>CHCOOC2H5-----------"Ph人-~"PhC

R?R?H,烷基,?；鵕'

H

l

R1Br+R2NHCH1Ph-p>N-CH,Ph&，氐=烷基

<'K,rɑ-VK)KC*

(2)BTC反應類型為，該反應的目的是

⑸根據(jù)上述信息，寫出以4—羥基鄰苯二甲酸二乙酯為主要原料制備合成

OH

HO.

OH的路線

［答案］（2）取代反應保護酚羥基

⑸

I”4

【解析】由C的結構簡式和有機物的轉化關系可知，在濃硫酸作用下，-'-"

COOH

COOCfHv

與乙醇共熱發(fā)生酯化反應生成--，則A為gL/a、B為g?L/a；在碳

DOOC**?

coocf*‰

酸鉀作用下9'"6與PhCH2CI發(fā)生取代反應生成—SBQ，

PhMtfCO4M?,則D為

“與CH3COOC2H5發(fā)生信息口反應生成的"G

川與滇發(fā)生取代

CH3COOC2H5^E為WX:oeq；在乙酸作用下mxR。"

*J

CC..d,-**CCM?ttr

廣1、J'1

反應生.成則F為“^OCH.；一定條件下SooM*與

oCwOCHjI*

八CHACO<∕4rCH>jj,

發(fā)生取代反應(則為JOHC.OTOC>?O?>;

(CH3)3CNHCH2PhGJ

oCHQ

D

PtM1CO^?,一在Pd-C做催化劑作用下與氫氣反應生成Ho

有機推斷中a—H的反應問題

8.（2022年全國乙卷12題）左旋米那普倫是治療成人重度抑郁癥的藥物之一,

以下是其鹽酸鹽（化合物K）的一種合成路線（部分反應條件已簡化，忽略立體化學）：

已知：化合物F不能與飽和碳酸紙鈉溶液反應產(chǎn)生二氧化碳。

【解析】A發(fā)生氧化反應生成B,B與C在NaNH2、甲苯條件下反應生成D,對

比B、D的結構簡式，結合C的分子式CMN,可推知C的結構簡式為O'CH,CN

D與3θ%Na2CO3反應后再酸化生成E,E在濃硫酸、甲苯條件下反應生成F,F不能與

飽和NaHCo3溶液反應產(chǎn)生Cθ2,F中不含竣基，F(xiàn)的分子式為CuHIoO2,F在E的基

礎上脫去1個H2O分子，說明E發(fā)生分子內(nèi)酯化生成FJUJF的結構簡式為。；

F與(C2H5)2NH在AICl3、甲苯條件下反應生成G,G與SOCl2、甲苯反應生成H,H的

分子式為CISEOCINO,H與1反應生成J,結合G、J的結構簡式知，H的結構簡式為

;I的分子式為C8H4KNO2,1是一種有機物形成的鹽，貝心的結構簡式為

9.(2021年北京卷17題)治療抑郁癥的藥物帕羅西汀的合成路線如下。

坯摩

CJLJZiJ,NaH.三ZJtI

WVrtif(C,JMNO.)

rj,Qtt唳。

Lita；i.RCHO+CH^COOHh-----------?RCHCHCOOH

，，H

,?rwCH2SWroHR'OR"

三乙胺NaH

(6)從黃樟素經(jīng)過其同分異構體N可制備Lo

,IJO

Ll?lsi.RCH=CHR1---------R1CHO+RrCHO

②ZnMQ

9,H4)j?,

ii.HCR1-1->HCOR,

乙酸

寫出制備L時中間產(chǎn)物N、P、Q的結構簡式:

H?COOC2Hs

f=C、H

化反應生成D,故D為小H

,與D的分子式相符；ClCH2COONa?NaCN先發(fā)生取

代反應生成NCCH2C00Na,然后再酸化得到E,ENCCH2COOH,E再與乙醇、濃硫酸

COOC3H5

共熱發(fā)生酯化反應生成G,G為NCCH2COOCH2CH3,D和G發(fā)生加成反應生成為

COOC2H5

結合J的分子式，J分子中有3個官能團，包括1個酯基,cn與H2發(fā)生反應生

COOC2H5

,同時生成乙醇；山物質

合M的分子式和信息ii,并由(5)L的分子式為C7H,Q3可以推出L的結構簡式為

O

,M的結構簡式為據(jù)此分析解答。

(6)根據(jù)Q到L的轉化條件可知Q為酯類，結合L的結構簡式，可推

H

知Q的結構簡式為,結合信息i和信息ii可推知P到Q的轉化條件為

H2O2∕HAc,P的結構簡式為,由N到P的反應條件為03∕Zn,H2O且N為黃

樟素的同分異構體，可推知N

三、模型建構

導向基在有機合成中的應用

有機合成中，為了提高化學反應的位置選擇性，常在某處先引入某基團，使反應在特定

的位置發(fā)生，反應完畢再將該基團去掉。這些基團稱為導向基。包括：活化基、占位基、鈍

化基、保護基。

1.活化基：活化定位導向

例：由苯合成1,3,5—三澳苯

D混酸1)NaNO2+H

2)Fe+HCl2)H3PO2/H2O/△

先引入氨基，活化了氨基的鄰對位，反應完畢后再除去氨基。

2.鈍化基：鈍化定位導向

例：由苯胺制備對澳苯胺

把一NH2轉化成一NHC0CH3,鈍化苯環(huán)，實現(xiàn)一浪代。

3.占位基(封閉基)

利用某些反應先封閉特定的位置，使反應在其他位置發(fā)生，反應完畢去掉占位基即可。

4.保護基（有機合成中常見官能團的保護）

口羥基的保護：因羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先把一OH變?yōu)橐籓Na或

-OCH3或酯化、酸化將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉變?yōu)橐?H。

【例1】用對甲酚合成對羥基苯甲酸

分析：把原料中的甲基氧化成竣基即可。但酚類化合物極易被氧化成酸類物質，所以必

須把羥基保護起來再氧化。合成路線為：

OH

COOH

CHKOOH.

OH

CH2-OOCC15H3I

CH-OOCCi5H31

【例2】用丙三醇合成C&-OH（占位保護）

分析：如果不保護其中的一個羥基，則會生成三酯而不是所需要的二酯。合成路線為：

CH2-OHCH2-OHCH2-OOCC15H31CH2-OOCCisH3I

IPhCH2ClIC15H31COClI[H]I

CH-OH----------=~?CH-OH——-------?CH-OOCCi5H3I----------------?CH-OOCC15H3I

CH2-OHCH2-OCH2PhCH2-OCH2PhCH2-OH

把雙鍵氧化斷鏈即可得到二元竣酸，但原料中的羥基也會被氧化成酮涉基，所以在氧化

前應先保護羥基。合成路線為:

U氨基（一NH2）的保護：如在對硝基甲苯合成對氨基苯甲酸的過程中應先把一CH3氧化

J?-COOH,之后再把一NO2還原為一NH2。防止當KMno4氧化一CH3時，一NH2（具有還

原性)也被氧化。

NO2NO2NH2

【例】用對氨基苯甲醛合成對氨基苯甲酸(?；Ｗo)

CHOCHOCOOKCOOH

NH2NHCOCH3NHCOCH3NH2

二碳碳雙鍵的保護：碳碳雙鍵易被氧化，在氧化其他基用前可與HeI等的加成反應將其

保護起來，待氧化后再利用消去反應轉變?yōu)樘继茧p鍵。

【例】用CH2=CHCHO為原料合成CH2=CHCOOH

CH2=CHCHOH3C-C-CHO-?-H3C-C-COOHH2C=C-COOH

BrBr

□城基、醛基的保護：縮醛，縮酮保護

【例1］使用ClCH2CH(CH3)CHO為原料合成CE=C(Ch)CHO

分析：鹵化物在堿性條件下消去即可得到烯煌。但原料中的醛基和醛基的活潑α-H

在堿性條件下會發(fā)生自身羥醛縮合，所以要先把醛基保護起來。合成路線為：

ClCH30+ClCH3OCH3OCH3+O

CH2-CH-C-H-C?2HHaHHCH,=C-CH-OCHCH2=C-C-H

醇II

CH3CH3

同理：CH2=CHCH2CHO→CH2Br--CHBrCH2CHO,與漠加成時，浪會把醛基氧化，需

要將醛基進行保護。采用一元或二元醇把醛基轉化為縮醛：CH2=CHCH2CH(OCH3)2O在酸

性水溶液中，很容易恢復成原來的醛基。

【例2］用對鼠基環(huán)己酮合成對甲胺基環(huán)己酮

分析：一CN經(jīng)加氫還原即可得到一CH2NH2,但是酮鍛基先會被還原成醉羥基。所以

要先保護酮援基，再加氫還原。則合成路線為：

【例3】

引入保合成脫除保

R-OHR-0—R,→^^*R,z-0-R/Rw-OH

基本模型：I——合成反應影響羥基，無法直接轉化——I

活化a—H的反應問題（引入一COOC2H5、-CHO等可活化a-位）

1.（2022年全國甲卷12題節(jié)選）用N-雜環(huán)卡其堿（NHCbase）作為催化劑，可合

成多環(huán)化合物。下面是一種多環(huán)化合物H的合成路線（無需考慮部分中間體的立體化學）。

（2）反應口涉及兩步反應，已知第一步反應類型為加成反應，第二步的反應類型為

【答案】（2）消去反應

【解析】由合成路線，A的分子式為C7Hg0,在CU作催化劑的條件下發(fā)生催化氧化生

CHOCH2OH

成B,B的結構簡式為lb,則A為C

，B與CH3CH0發(fā)生加成反應生成

再發(fā)生消去反應反應生成C,C的結構簡式為,C與Br2ZCCl4發(fā)

生加成反應得到再在堿性條件下發(fā)生消去反應生成D,D為

，B與E在強堿的環(huán)境下還原得到F,E的分子式為C5H（Q2,F的結構簡式

NO2

為,可推知E為,F與HO生成G,G與D反應生成H,

據(jù)此分析解答。

2.

3.（2022年河北卷11題）舍曲林（Sertraline）是一種選擇性5―羥色胺再攝取抑制

劑，用于治療抑郁癥，其合成路線之一如下：

已知:

（L）手性碳原子是指連有四個不同原子或原子團的碳原子

R?=OI)NHW

NHR'

C)R/-2)H"PHC(或NaBHt)

（6）W是一種姜黃素類似物，以香蘭素（）和環(huán)己烯）為原料，設

計合成W的路線（無機及兩個碳以下的有機試劑任選）。

【答案】

上的-OH被SOCl2中的Cl取代得到C,C中的Cl原子與苯環(huán)上的H原子在AlCb環(huán)境

,COOCM

C

發(fā)生消去反應得到D,D中瘦基在PooCH和乙酸酢共同作用下生成碳碳雙鍵得到E,

E在一定條件下脫去酯基生成F,F中的碳碳雙鍵加氫得到G,G與SoCl2反應得到H

ɑ??r?θ1αχVX

CIVA/,H脫去HCl得到Ia人JO,I中的?；l(fā)生已知(□)的反應得

到目標產(chǎn)物舍曲林。

4.

(2022年山東卷19題》

OC

PhCCIoC凡+OHCOOCMW空plι浦M』審-PheqCH

RH-H.燒取帷一水解、幅一

5.

（2022年海南卷13題節(jié)選）

6.（2022年海南卷18題節(jié)選）黃酮哌酯是一種解痙藥，可通過如下路線合成:

(INUH?

一定條件

^?O4?⑴NaOH,熔融,C(2)CO?,-CH3CH2COCIO

U△1^OH⑵HclJC⑶Ha-----------。聲6。3---------------------丫、OCoeH,c%

S3H(3)HCl----------GH

ABCDE

O-Q^OZ

?.COCH2CH,9,

AICl3,fY苯甲酸好一"√V<

—Y%H一定條件‘So%

&OHIOOHl

FG

黃酮哌酯

(6)已知酸酢能與羥基化合物反應生成酯。寫出下列F→G反應方