联招化学·有机合成路线：官能团保护、步骤顺序与总产率

题目性质：自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题，非真题原文，未取自任何题库、教辅或试卷；解析与采分点为教研整理，非官方评分标准。

一、考点定位与做题顺序

设计合成路线，先问三件事：要不要保护、步骤顺序会不会改定位、总产率怎么算。以苯胺为例，−NH₂ 是强活化、邻对位定位基，直接硝化时既易被硝酸氧化、又易多硝化，主产物不可用；先乙酰化成 −NHCOCH₃，活化程度被调低、仍保持对位优先，硝化后水解脱保护即可。顺序也关键：若先把 −CH₃ 氧化成 −COOH，−COOH 是间位定位，再硝化就得不到对位产物。

总产率是各步产率连乘（不是相加、更不是取平均）：Y＝∏y_i；再由 n(产物)＝n(投料)×Y 与 m＝nM 做物料衡算。下面路线、试剂、产率与质量均为自编示意数据，不代表任何真实合成路线、条件或实验结果。

二、逐题精讲

题1

题1 保护基、定位与总产率（解答题）

自编路线（四步，示意）：
苯胺 —① 乙酰化→ 乙酰苯胺（y₁＝92.0%）—② 硝化→ 对硝基乙酰苯胺（y₂＝80.0%）—③ 水解→ 对硝基苯胺（y₃＝95.0%）—④ 重结晶精制→ 成品（y₄＝90.0%）。
投料苯胺 9.30 g，M(苯胺)＝93.13 g/mol；目标产物 M(对硝基苯胺)＝138.12 g/mol。
(1) 说明为什么必须先乙酰化；若跳过①直接硝化，会出哪两类问题？(2) 求总产率 Y 与理论产量、实际产量；(3) 若把④的精制提前到②之前（即先精制乙酰苯胺再硝化），总产率与投料衡算要怎么改？说明「顺序改变」为什么不只是换个先后。

解析

(2) 总产率连乘：
Y ＝ 0.920 × 0.800 × 0.950 × 0.900。
0.920×0.800＝0.736；0.736×0.950＝0.6992；0.6992×0.900＝0.62928 ≈ 62.93%。
（注意：前三步到对硝基苯胺的累计为 0.6992＝69.92%，加上第④步精制才到 62.93%；两个口径要分清，别把 69.92% 当最终收率。）
投料：n(苯胺)＝9.30/93.13＝0.09986 mol ≈ 0.1000 mol（按题设取 0.1000 mol 作示意）。
理论产量（Y＝1）＝ 0.1000×138.12 ＝ 13.812 g。
实际产量＝ 13.812 × 0.62928 ＝ 8.6917 g ≈ 8.692 g。
分步物料回验：① 0.1000×0.920＝0.09200 mol；② ×0.800＝0.07360 mol；③ ×0.950＝0.06992 mol（对应 0.06992×138.12＝9.657 g，即前三步的粗品）；④ ×0.900＝0.062928 mol，×138.12＝8.6917 g ✓。三路闭合：连乘、分步摩尔数、质量换算。
（若只算到③，则是 9.657 g／69.92%；两个答案各自对应不同终点，报数必须写明算到第几步。）

(3) 若把④「重结晶精制」提前到②之前：总产率数值上仍是四个 0.9 类因子的连乘吗？不一定——因为精制对象变了：原④精制的是对硝基苯胺（分子量 138.12），提前后精制的是乙酰苯胺（示意 M＝135.17 g/mol），物质的量基准与损失所对应的化合物都变了；且精制放在硝化之前，后续②③产生的杂质不再被这一步除去，成品纯度口径也随之改变。
因此要改两处：① 分步物料表按新顺序重列（苯胺→乙酰苯胺→精制→硝化→水解），每一步的 mol 与质量按各自的 M 算，不能把 0.900 原封不动挪到前面就当等价；② 总产率与「成品」的定义要重新声明——若仍需同等纯度，往往要在末端补一次精制（那就变成五步、五个因子连乘），否则 62.93% 这个数不再对应同一个终点。
为什么不只是换个先后：多步合成的每一步都作用在特定中间体上，产率因子是「该步对该中间体」的收率；移动步骤，底物、分子量、杂质谱、最终纯度口径全跟着变。这与 00354 所讲「链节式量与脱水数口径」、00108 所讲「产率/纯度物料守恒」同理：连乘的前提是各步共享同一条物料链，链一改，账要重算。

答案　(1) −NH₂ 强活化易被氧化、易多硝化且对位选择性差；乙酰化降活化、抗氧化并由位阻保对位，硝化后水解脱保护；跳过①则主产物不可用，路线按 Y≈0 对照。(2) 前三步 Y₃=0.6992(69.92%)，四步总 Y=0.62928(62.93%)；投料≈0.1000 mol，理论 13.812 g，实际 8.692 g；分步 0.09200→0.07360→0.06992→0.062928 mol 闭合，前三步粗品 9.657 g。(3) 提前后精制对象与分子量改变、末端杂质不再被除去，须按新顺序重列分步物料表并重新声明「成品」口径（常需末端补精制变五步），62.93% 不再对应同一终点。

采分点　指出 −NH₂ 强活化易氧化 1 分；指出多硝化/邻位混杂 1 分；说明乙酰化降活化、位阻保对位、可水解脱保护 1 分；跳过①按 Y≈0 对照 1 分；前三步 0.6992 1 分；四步 0.62928 1 分；投料 0.1000 mol 与理论 13.812 g 1 分；实际 8.692 g 1 分；分步摩尔数回验 1 分；(3) 指出精制对象与 M 改变、末端杂质未除 1 分；说明须重列物料表与重声明终点口径 1 分。

易错点　把四步产率相加或取平均；把 69.92% 当最终收率；把 9.657 g 当成品质量；跳过①仍照算 62.93%；把精制提前后直接把 0.900 挪前当等价；漏写「算到第几步」的口径；把各中间体都用 138.12 换算。

题2

题2 步骤顺序与定位效应、路线改写（解答题）

(1) 若把路线改成「先氧化后硝化」（示意：先把某个侧链氧化成 −COOH，再硝化），定位效应会怎么变？对位产物还能得到吗？(2) 若目标改为间位硝基产物，顺序该怎么排？给出一条自编示意路线并说明每一步的定位依据；(3) 用三组数字回验总产率连乘不是相加：分别计算「0.92+0.80+0.95+0.90」「四数平均」「连乘」，并说明为什么只有连乘能与物料衡算闭合。

解析

(2) 要间位产物，就应让间位定位基先在位。自编示意路线：
苯胺 → ① 先把侧链/氨基转化为间位定位基（示意：氧化成 −COOH 或先做成 −NO₂）→ ② 硝化 → ③ 再按需还原/水解恢复目标官能团。
具体可写（均为示意，非真实条件）：甲苯 → 氧化成苯甲酸（−COOH，间位定位且钝化）→ 硝化得间硝基苯甲酸 → 若目标需 −NH₂，再把羧基经酰胺/降解等步骤转换（示意）。
定位依据逐条：① −COOH 吸电子，间位定位；② 硝化时环已钝化，主要得间位，且不会多硝化；③ 后处理只改官能团、不再改动环上取代位置。
必须写明的边界：这条是为讲定位效应而设的示意路线，步骤③的官能团转换在真实合成中要另查条件与兼容性；本文不声称它是一条可操作的工艺，也不与任何真实合成路线比对。

(3) 三种算法对照：
相加：0.92＋0.80＋0.95＋0.90 ＝ 3.57（>1，产率不可能大于 1，第一眼就该排除）；
平均：(0.92＋0.80＋0.95＋0.90)/4 ＝ 3.57/4 ＝ 0.8925＝89.25%；
连乘：0.92×0.80×0.95×0.90 ＝ 0.62928＝62.93%。
平均比连乘高出 26.32 个百分点，差得很远。
为什么只有连乘能与物料衡算闭合：每一步的损失都作用在「上一步实际剩下的物料」上，是条件概率式的逐层折减：n₁＝n₀y₁，n₂＝n₁y₂＝n₀y₁y₂，…，n₄＝n₀∏y_i。分步摩尔数 0.1000→0.09200→0.07360→0.06992→0.062928 正是这样一步步乘出来的；若用 0.8925，则 n₄ 应为 0.08925 mol、质量 12.33 g，与任何一步的分步账都对不上。相加得 3.57 更连量纲（产率无量纲且 ≤1）都不满足。判据：产率是每一步对现有物料的保留比例，不是可加的「贡献分」，也不是可平均的「表现分」；只有连乘才与「分步 mol 数 × 各步 M」的物料链闭合。这与 00108 所讲产率/纯度、00354 所讲脱水数口径同理：先把账的对象定清楚，再选运算。

答案　(1) −COOH 为吸电子间位定位且钝化环，先氧化后硝化主要得间位、得不到对位产物。(2) 让间位定位基先在位：示意路线「甲苯→氧化成苯甲酸→硝化得间硝基苯甲酸→按需转换官能团」，后处理不改环上位置；注明为讲定位效应的示意路线、不声称可操作工艺。(3) 相加 3.57（>1 即排除）、平均 0.8925(89.25%)、连乘 0.62928(62.93%)；只有连乘对应逐层折减 n₄=n₀∏y_i，与分步摩尔数 0.1000→0.062928 及质量账闭合。

采分点　指出 −COOH 为间位定位且钝化 1 分；说明得不到对位产物 1 分；说明「先装哪个定位基决定落点」1 分；(2) 给出让间位基先在位的示意路线 1 分；逐步给定位依据 1 分；注明后处理不改环上位置 1 分；注明为示意路线不声称可操作工艺 1 分；(3) 相加 3.57 并指出 >1 不成立 1 分；平均 89.25% 1 分；连乘 62.93% 1 分；用 n₄=n₀∏y_i 与分步摩尔数说明闭合 1 分。

易错点　把 −COOH 当成邻对位定位基；把硝化安排在氧化之后仍说「对位优先」；把示意路线当成真实可操作工艺并补具体条件；把总产率相加或取平均；用平均 89.25% 去算成品质量；漏掉「算到第几步/哪个终点」的口径说明。

三、规律小结与对照表

有机合成路线这条线，落点是「顺序即设计，连乘即账本」：−NH₂ 强活化易氧化、易多硝化，先乙酰化保护把活化调到中等并靠位阻保对位，硝化后水解脱保护；一旦先氧化成 −COOH，定位反转为间位、对位产物就没了。总产率是各步对现有物料的保留比例连乘（本例四步 0.62928），相加得 3.57、平均得 89.25% 都与分步物料账对不上；而且报数必须写明算到第几步（前三步 69.92%／9.657 g，四步 62.93%／8.692 g）。移动任何一步，底物、分子量、杂质谱与「成品」口径全跟着变，账要重算。本文所有试剂、产率、质量与摩尔质量均为自编示意数据，不代表任何真实合成路线、反应条件或实验结果。

四、自测清单

• □ 先看有没有需要保护的强活化/易氧化基团；
• □ 用定位效应判「先装哪个基」决定后来基团落点；
• □ 每步产率写清是「对哪一步中间体」的收率；
• □ 总产率连乘，绝不相加或取平均；
• □ 报数标明算到第几步、对应哪个终点与分子量；
• □ 分步列出 mol 数，与连乘结果互相回验；
• □ 移动步骤后重列物料表，不把因子原样挪前；
• □ 示意路线注明「不声称可操作工艺」。