合成题与逆合成分析

从本章开始，我们的日常练习（包括考试）中会出现“合成”这么一个新的题型，要求我们使用特定的原料，自己设计一系列反应，最终合成目标分子。这类题有点儿类似于语文考试中的作文题，灵活度非常高，很多同学拿到题目经常也是一时半会儿摸不着头脑。

解答合成题其实也有一些窍门。一般情况下，有机合成都是使用碳链较短的原料（所谓的“小分子”）合成碳链较长的产物（所谓“大分子”）。反应过程中从小变大，总得形成一些新的共价键，换而言之相当于得把小分子连接起来形成更大的分子。分析题目的时候我们也就可以从这些新键入手，反向考虑，在目标大分子中断开某些特定的键，把大分子打断成小分子，往原料那儿去靠拢。这种做法通常比正向的，从小凑大的做法更容易找到思路。

除此之外，合成中原料与目标分子的官能团也经常有差异，往往也需要通过反应来进行转换。思考的时候我们同样也可以倒着来，从目标分子往原料进行。

总而言之，分析合成问题的时候，我们一般都可以使用反推的思路，重点解决两个问题：

在什么位置断开大分子中的键倒推到小分子（换句话说通过什么反应可以把小分子连缀起来）；

目标与原料直接的官能团通过什么反应可以互相转换。

这种思路，由于是倒着进行，我们常称为“逆合成分析”。不单是解题，在科研实验室中，化学家合成全新的化合物设计合成路线时，也经常会采用逆合成分析的做法。

当前我们接触的有机分子还比较简单，涉及的化学反应也有限。这儿用一个相对简单的例子，来说明逆合成分析的基本原则与过程。

示例：

请以乙炔为原料合成如下分子：（无机试剂任选）

首先注意到目标产品是一个六碳分子，而原料乙炔两碳，明显我们合成过程中需要形成新的C-C键。此外目标产物中还存在C=C双键这么一个官能团，尤其这根双键当前构型已知，一个顺式的烯烃——这个构型实际是一个明显的暗示。

回忆我们目前学习过的反应，能够生成C=C双键而又能够保证双键一定是顺式构型的，其实也就一个：炔烃叁键的Lindlar催化剂催化氢化。因此我们做逆合成分析，可以先把双键和叁键关联起来：

注解

注意这里我们使用的箭头，这不是反应箭头，而是反推箭头，意思是右侧分子可以通过反应生成左侧分子。

好，推出了叁键，这是我们原料乙炔中已有的官能团了。但当前我们推出的3-己炔还是六碳，为了向乙炔靠拢，咱们还得断开C-C键（而且多半儿是需要断开两根）。

这里究竟如何断键倒推，其实也不困难。回忆起目前我们已知的能够生成碳碳键的反应，其实也寥寥无几，尤其和炔烃有关的，基本也就一个：炔钠与卤代烃的亲核取代反应：

注意到这个反应新形成的C-C键的位置，刚好在炔烃叁键旁侧。这提示我们，之前的3-己炔，我们可以从叁键边切开，而且可以从两侧切开，这个六碳分子可以来自于乙炔二钠与2mol溴乙烷的反应：

到这儿，我们把大分子打断成了两碳的小片段，已经非常接近于原料乙炔了。离胜利还差一点儿距离，我们还得接茬儿往下推。其中乙炔二钠，当然可以由乙炔与氨基钠的反应生成；而溴乙烷，我们可以利用乙烯与HBr的亲电加成得到。至于乙烯，明显又可以借助Lindlar催化剂从乙炔制备：

推导到这儿，我们已经把末梢都推到了原料乙炔，整个合成思路就算完成。总体如下图所示：

当然，这个逆合成分析的思路我们是写在草稿纸上的，实际答题时大家不用在卷面里写这个倒推过程。卷面上我们只需要倒过来，写出一系列正向的反应就可以：

注解

反应最后的 TM 是Target Molecule的缩写，也即“目标分子”。做合成题里我们经常可以用这个缩写投个懒，免去画最终产物的结构。

上面的这个示例相对比较简单，但足够说明逆合成分析的基本过程了。逆合成分析也是我们解答合成题的强有力武器。当然，在分析时的断键、官能团转换等操作也要求我们事先熟练地掌握、理解有机化学中的各种反应。