(共27张PPT)
本章整合
第2章
2021
知识网络
一、官能团与有机化学反应 烃的衍生物
二、烃的衍生物之间的转化关系
重难突破
突破一
“分碳法”书写醚、酮、酯的同分异构体
醚、酮和酯都可以看作由两部分碳骨架构成,因此可用分碳的方法书写它们的同分异构体。醚中间的氧原子把碳骨架分为两部分;酮中 把碳骨架分为两部分;酯可分为羧酸和醇两部分。
典例1写出A( )的属于酯类化合物且分子结构中含有苯环的同分异构体的结构简式。
解析 满足条件的同分异构体除苯环外还含有2个碳原子,其中一个碳原子形成—COO—结构。运用分碳法,可写为甲酸酯、乙酸酯、苯甲酸酯三类。
甲酸酯有4种:
因此满足条件的同分异构体有6种。
变式训练1某有机化合物的分子式为C9H10O2,分子中含有苯环,苯环上有2个取代基,且其中一个为甲基,则能与NaOH溶液反应的该物质的结构有( )
A.4种 B.7种
C.9种 D.12种
答案 D
变式训练2(2020山东新泰高二检测)已知下面反应可以发生:
(1)若A、C都能发生银镜反应,则C6H12O2可能的结构简式有 种,分别为 (写结构简式)。
(2)若A能发生银镜反应而C不能,则C6H12O2可能的结构简式有 种。
(3)若A、C都不能发生银镜反应,则C6H12O2可能的结构简式有 种。
(4)若A不能发生银镜反应,C氧化可得A,则C6H12O2可能的结构简式有
种。
答案 (1)4
(2)3 (3)2 (4)1
解析 由题可知A为饱和一元羧酸,B为饱和一元醇且含α-H。
(1)若A、C都能发生银镜反应,则A一定是甲酸,B是分子式为C5H11OH的醇。在戊醇C5H11OH的同分异构体中,只有含—CH2OH结构才能氧化得—CHO,因此,C5H11OH可写为C4H9—CH2OH,而C4H9—(丁基)有四种,因此这样的醇有4种。
(2)A能发生银镜反应,而C不能,说明A一定为甲酸,B为含5个碳原子的饱和一元醇(C5H11OH),其中羟基所连的碳上只有一个H原子。这样的戊醇有3
(3)A、C都不能发生银镜反应,说明A不是甲酸,C为酮。若A为乙酸,则C为2-丁酮。C6H12O2的结构简式为 ;若A为丙酸,则C为2-丙酮,C6H12O2的结构简式为CH3CH2COOCH(CH3)2。可能的结构有2种。
(4)若A不能发生银镜反应,C氧化可得A,说明A和B的碳原子数相等,且C为醛,则A为丙酸,C为丙醛,B为丙醇,C6H12O2的结构简式只能为 。
突破二
确定多官能团有机化合物的性质
烃的衍生物的重要类别和化学性质
类别 官能团 一般通式 结构特点 主要化学性质
卤代 烃 —X R—X(CnH2n+1X) C—X键有极性,易断裂 ①取代(水解)反应;
②消去反应
醇 —OH R—OH(CnH2n+2O) C—O键、 O—H键有极性,易断裂 ①与钠反应;
②取代反应;
③消去反应;
④分子间脱水;
⑤氧化反应;
⑥酯化反应
类别 官能团 一般通式 结构特点 主要化学性质
酚 —OH (CnH2n-6O) —OH与苯环直接相连,—OH与苯环相互影响 ①有弱酸性;
②显色反应;
③取代反应:
—OH的邻、
对位被取代
醛 —CHO R—CHO(CnH2nO) C==O键有不饱和性 ①加成反应;
②氧化反应;
③还原反应
羧酸 —COOH R—COOH(CnH2nO2) C—O键 、 O—H键有极性,易断裂 ①具有酸性;
②酯化反应
酯 —COO— RCOOR'(CnH2nO2) C—O键易断裂 水解反应
典例2(2020广东广州高二检测)Y是一种皮肤病用药,它可以由原料X经过多步反应合成。
下列说法正确的是( )
A.X与Y互为同分异构体
B.1 mol X最多可以与5 mol H2发生加成反应
C.产物Y能发生氧化、加成、取代、消去反应
D.1 mol Y最多能与2 mol NaOH发生反应
答案 A
解析 原料X与产物Y的分子式相同,但结构不同,则二者互为同分异构体,故A正确;X中苯环和碳碳双键能与氢气加成,则1 mol X最多可以与4 mol H2发生加成
反应,故B错误;苯环较稳定,羟基连接在苯环上,不能发生消去反应,故C错误;Y中酚羟基和酯基能与NaOH反应,并且酯基可水解生成酚羟基和羧基,则1 mol Y最多能与3 mol NaOH发生反应,故D错误。
规律方法确定多官能团有机化合物性质的三步骤
变式训练3(2020江西新余高二检测)某种药物合成中间体的结构简式如图,有关该物质的说法不正确的是( )
A.属于芳香族化合物
B.能发生消去反应和酯化反应
C.能分别与金属Na、NaHCO3溶液反应
D.1 mol该有机物与足量NaOH溶液反应,消耗5 mol NaOH
答案 D
解析 分子中含有苯环,为芳香族化合物,所以A选项是正确的;分子中含有醇羟基,可发生消去反应和酯化反应,所以B选项是正确的;分子中含有羧基,可与金属钠、碳酸氢钠溶液反应,所以C选项是正确的;分子中含有2个酚羟基和1个羧基,则1 mol该有机物与足量NaOH溶液反应,消耗3 mol NaOH溶液,故D错误。
变式训练4(2020山东济南高二检测)某有机化合物M的结构简式如图所示,若等物质的量的M在一定条件下分别与金属钠、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液反应,则消耗的钠、氢氧化钠、碳酸氢钠的物质的量之比为( )
A.1∶1∶1 B.2∶4∶1
C.1∶2∶1 D.1∶2∶2
答案 B
解析 金属钠可以与M中的酚羟基、羧基发生反应;氢氧化钠溶液能使酯基水解、溴原子发生取代反应,也能与酚羟基和羧基反应;碳酸氢钠溶液只能与羧基发生反应,因此1 mol M消耗的钠、氢氧化钠、碳酸氢钠的物质的量分别为2 mol、4 mol、1 mol。(共71张PPT)
第1课时 有机化学反应的主要类型
第2章
2021
素养目标
1.根据有机化合物的组成和结构特点,认识加成反应、取代反应和消去反应;从加(脱)氧、脱(加)氢的角度来认识氧化反应(还原反应),培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.能够判断给定化学方程式的反应类型。能从反应物、反应条件、产物等不同角度分析有机反应,了解官能团与有机反应类型的关系,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
写出下列反应的反应类型:
必备知识
一、有机化学反应的主要类型
1.加成反应
(1)定义:有机化合物分子中不饱和键两端的两个原子与其他原子或原子团结合,生成新的有机化合物的反应。
(2)常见反应
2.取代反应
(1)定义:有机化合物分子中的某个(或某些)原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应。
(2)常见反应
3.消去反应
(1)定义:在一定条件下,有机化合物脱去小分子物质(如水、HBr等)生成分子中有不饱和键的有机化合物的反应。
(2)常见反应
二、有机化学中的氧化反应和还原反应
1.定义
2.常见反应
(1)转化关系
3.常见的氧化剂和还原剂
(1)氧化剂:氧气、酸性高锰酸钾溶液、臭氧、银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液等。
(2)还原剂:氢气、氢化铝锂(LiAlH4)和硼氢化钠(NaBH4)等。
【微思考1】能发生消去反应的有机化合物分子中一般含有哪些官能团 消去反应的条件分别是怎样的
提示 含有羟基或卤素原子。由醇脱水制备烯烃时,反应条件为浓硫酸、加热;由卤代烃脱去卤化氢制备烯烃时,反应条件一般为NaOH的乙醇溶液、加热。
【微思考2】从不同角度分析反应CH3CHO+H2 CH3CH2OH,属于什么反应类型
提示 加成反应、还原反应。有机化合物与H2发生加成反应时,有机化合物中氢原子数增加,因此有机化合物与H2的加成反应也属于还原反应。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)CH2==CHCH3分子中含有碳碳双键,可与Cl2发生加成反应,不能与Cl2发生取代反应。( )
(2)CH4分子中不含官能团,不能发生氧化反应。( )
(3)苯既可发生取代反应,又可发生加成反应。( )
(4)乙醇在NaOH溶液中加热,可发生消去反应生成乙烯。( )
(5)用球棍模型表示某有机反应的过程: ,该反应为加成反应。( )
×
×
√
×
√
2.现有4种化合物①CH2==CHCH2OH,②CH3CH2CH2OH,③CH2OH(CHOH)4CHO,
④CH2==CHCOOH。其中能发生酯化、加成和氧化反应的是( )
A.① B.②③ C.①③ D.①③④
答案 D
解析 要发生酯化反应需要含有羟基或者羧基,要发生加成反应需要含有不饱和的化学键,则②不符合题意。碳碳双键、醇、醛都能发生氧化反应。故选D。
课堂篇 素养提升
探究一
有机化学反应的主要类型—加成反应、取代反应、消去反应
问题探究
在圆底烧瓶中注入约20 mL乙醇与浓硫酸(体积比约为1∶3)的混合溶液,放入几块碎瓷片。加热混合溶液,使混合溶液温度迅速上升到170 ℃,这时就有乙烯生成。
(1)写出产生乙烯的化学方程式。
提示 CH3CH2OH CH2==CH2↑+H2O。
(2)该反应是什么反应类型
提示 消去反应。
深化拓展
1.加成反应
(1)反应实质与特点
有机化合物分子中的不饱和键两端的两个原子加上其他原子或原子团,只加不减。
(2)可发生加成反应的官能团与对应的试剂
官能团 试剂
H2、X2、HX(X表示卤素原子,下同)、H2O等
—C≡C— H2、X2、HX、H2O、HCN等
H2、Cl2等
H2、HCN等
—C≡N H2、HCN等
(3)加成反应的原理
不饱和键两端带部分正电荷(δ+)的原子与试剂中带部分负电荷(δ-)的原子或原子团组合,另一端带部分负电荷(δ-)的原子与试剂中带部分正电荷(δ+)的原子或原子团结合,生成反应产物。表示为:
注意:氢气能与绝大多数含有不饱和键的有机化合物发生加成反应,但一般不能直接与羧基或酯基发生加成反应。
2.取代反应
(1)反应实质与特点
有机化合物分子中的某些极性单键断开,其中的一部分原子或原子团被其他原子或原子团代替。反应特点是有加有减,取而代之。
(2)发生取代反应的有机化合物(官能团)及对应的试剂
有机化合物或官能团 试剂 取代位置
饱和烃 X2 碳氢键上的氢原子
苯环 X2、HNO3、H2SO4、RX
—X(卤代烃) H2O、NH3、NaCN 卤素原子
—OH(醇) R—COOH、HX 羟基上的H或—OH
—COOH(羧酸) R—OH 羧基中的—OH
—COOR'(酯) H2O
烯、炔、醛、酮、羧酸 X2等 α-H
(3)α-H的取代反应。
①α、β的含义。
在含有官能团的有机化合物分子中,与官能团直接相连的碳原子为α-C,其上的氢原子为α-H;与α-C相连的碳原子为β-C,其上的氢原子为β-H。
②烯烃、炔烃、醛、酮、羧酸等分子的烷基部分也可能发生取代反应,其中α-H最容易被取代。如丙烯的α-H取代反应:CH3—CH==CH2+Cl2 Cl—CH2—CH==CH2+HCl。
注意:饱和烃、苯与卤素单质的水溶液不反应,但可与纯卤素单质在一定条件下发生取代反应。
3.消去反应
(1)反应实质与特点
①脱去(H2O、HBr等)小分子;
②生成 或—C≡C—等不饱和键。
(2)可发生消去反应的官能团及对应的试剂
①醇的消去反应:
②分子中有卤素原子的有机化合物,如溴乙烷、氯乙烷、2-氯丙烷等也可发生消去反应。
注意:并不是所有的醇和分子中含有卤素原子的有机化合物都能发生消去反应。
a.只有一个碳原子的醇或只有一个碳原子的卤代烃不能发生消去反应,如CH3OH(甲醇)、CH3Cl(一氯甲烷)等。
素能应用
典例1下列化学方程式表示的反应既不属于加成反应也不属于取代反应的是( )
A.C6H5CH2Cl+NaCN→C6H5CH2CN+NaCl
B.C6H5Li+CO2→C6H5COOLi
C.CH3CH2CHO+HCN→CH3CH2CH(CN)OH
D.CH3COOCH2 CH3 CH3COOH+CH2==CH2
答案 D
解析 反应C6H5CH2Cl+NaCN→C6H5CH2CN+NaCl是C6H5CH2Cl中的Cl原子被—CN取代,属于取代反应,A项不符合题意;反应C6H5Li+CO2→C6H5COOLi是CO2中的1个碳氧双键中的一个键发生断裂,氧原子和碳原子分别结合Li原子和C6H5—生成相应产物,属于加成反应,B项不符合题意;反应CH3CH2CHO+HCN→CH3CH2CH(CN)OH是CH3CH2CHO中碳氧双键中的一个键发生断裂,氧、碳原子分别结合了H原子和—CN,属于加成反应,C项不符合题意;反应CH3COOCH2CH3 CH3COOH+CH2==CH2既不属于加成反应,也不属于取代反应,D项符合题意。
规律方法取代反应、加成反应和消去反应的特点
取代反应:一上一下,取而代之;
加成反应:只上不下,合二为一;
消去反应:一分为二,只下不上。
变式训练1(2020陕西西安高二检测)下列过程中所发生的化学反应属于取代反应的是( )
A.乙炔通入溴水中
B.乙烯通入酸性高锰酸钾溶液中
C.在催化剂的作用下,苯与氢气反应
D.乙烷与氯气在光照条件下发生反应
答案 D
解析 乙炔与溴发生加成反应生成1,2-二溴乙烯或1,1,2,2-四溴乙烷,该反应为加成反应,故A不符合题意;乙烯分子中含有碳碳双键,能够被酸性高锰酸钾溶液氧化,该反应为氧化反应,不属于取代反应,故B不符合题意;苯与氢气在催化剂作用下反应生成环己烷,为加成反应,故C不符合题意;光照条件下,乙烷分子中的H原子被Cl原子取代生成氯代乙烷,属于取代反应,故D符合题意。
探究二
乙烯的实验室制法
问题探究
1.乙烯的产量被用来衡量一个国家石油化工产业发展水平的标志。在工业上,获得乙烯的主要方法是石油裂解。在实验室中用什么方法制取乙烯呢
提示 在实验室中,将乙醇和浓硫酸的混合溶液迅速加热至170 ℃左右,就会制得乙烯。
2.实验室制取乙烯的反应特点是什么
提示 ①有小分子(H2O)生成;
②生成不饱和键——碳碳双键( )。
深化拓展
乙烯的制取和性质研究
(1)实验原理
乙醇在浓硫酸作用下加热到170 ℃,发生分子内脱水,能够生成乙烯:
(2)实验装置图
液—液加热制气装置(与固—液加热制气装置相似,但需要温度计)。
(3)实验步骤
①组装仪器、检查实验装置的气密性。
②加入药品。在圆底烧瓶里注入乙醇和浓硫酸的混合溶液约20 mL,并放入几片碎瓷片。
③加热。使温度迅速升高到170 ℃,乙醇便脱水生成乙烯。
④收集气体。用排水集气法收集乙烯。
⑤拆卸装置。先撤导管,后熄灭酒精灯。
⑥检验生成的气体可用以下装置。将气体分别通入溴水及酸性高锰酸钾溶液,观察现象。
a.浓硫酸与乙醇 b.氢氧化钠溶液 c.品红溶液 d.溴水 e.酸性高锰酸钾溶液
(4)收集气体的方法
由于乙烯难溶于水,可用排水法收集。由于乙烯密度与空气相近,不能用排空气法收集。
(5)实验现象
圆底烧瓶中溶液变黑,生成的气体使溴水及酸性高锰酸钾溶液褪色。
(6)实验注意事项
①乙醇与浓硫酸的体积比约为1∶3,浓硫酸的作用:催化剂、脱水剂。
②乙醇与浓硫酸的混合方法:先在容器中加入乙醇,再沿器壁慢慢加入浓硫酸,边加边搅拌,类似于浓硫酸的稀释。
③温度计的水银球应插入反应混合溶液的液面下。
④应在混合溶液中加几片碎瓷片防止暴沸。
⑤应使温度迅速升高到170 ℃,因为在140 ℃时会发生副反应:2CH3CH2OH
⑥在加热过程中,浓硫酸的颜色由无色逐渐变成棕色,甚至变成黑褐色。原因是少量乙醇被氧化:C2H5OH+2H2SO4(浓) 2C+2SO2↑+5H2O,
C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O。所以制取的乙烯中还可能混有CO2、SO2等杂质气体,由于SO2也能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色,故在检验C2H4的性质时,应先除去SO2,CO2、SO2均能溶于NaOH溶液中,而C2H4不溶于NaOH溶液中,故可用NaOH溶液作为除杂试剂。
素能应用
典例2实验室制取乙烯并检验乙烯性质的实验装置如图所示。
(1)写出该反应的反应条件: 。配制乙醇、浓硫酸混合溶液的正确操作是 。
(2)写出该反应可能产生的副产物: (写出两种)。
(3)溴水褪色后,测试发现水溶液酸性明显增强,用化学方程式表示水溶液酸性增强的原因: 。
(4)为排除干扰,气体在导入试管之前,应先用 (填试剂)净化。
(5)某研究小组用FeCl3·6H2O代替浓硫酸,在75~85 ℃加热很快获得乙烯气体,说明在反应中FeCl3·6H2O起催化作用。指出用FeCl3·6H2O作催化剂的优点: 。
(6)现代化工工业中大量获得乙烯的途径是 (写出原料和加工名称)。
答案 (1)浓硫酸、170 ℃ 将浓硫酸滴加到乙醇中,并不断搅拌
(2)C2H5OC2H5、SO2、CO2(任选两种)
(3)SO2+Br2+2H2O==H2SO4+2HBr
(4)NaOH溶液
(5)不会使乙醇被氧化、反应温度低
(6)石油裂解
易错警示注意乙醇分子间脱水的反应、乙醇被浓硫酸氧化生成碳单质及碳单质与浓硫酸的反应对该实验的影响。
变式训练2实验室用浓硫酸和乙醇制取乙烯时,常会看到烧瓶中液体变黑,并在制得的乙烯中混有CO2、SO2等杂质。某课外小组设计了如图装置,证明乙烯中混有CO2、SO2并验证乙烯的性质。
回答下列问题:
(1)装置A是乙烯的发生装置,图中一处明显的错误是 ,
圆底烧瓶中碎瓷片的作用是 。
(2)若要检验A中所得气体含有SO2,可将混合气体直接通入 (填代号,下同)装置,若要检验A中所得气体含有CH2==CH2,可将混合气体先通入B装置,然后通入 装置,也可将混合气体干燥后,通入 装置。
(3)小明将从A出来的混合气体依次通过B、E、D、E,发现D前面的石灰水无明显变化,D后面的石灰水变浑浊。请对出现该现象的原因进行合理猜想: 。
答案 (1)温度计水银球部分没有插入液面以下 防止混合溶液在受热时暴沸
(2)C D(F或G) G
(3)乙烯被酸性KMnO4溶液氧化生成CO2
探究三
有机化学中的氧化反应和还原反应
问题探究
我们在必修内容部分已经从得失电子的角度认识了氧化反应和还原反应。对有机化合物发生的化学反应,如何认识氧化反应和还原反应呢 能否从得失电子的角度加以说明呢
提示 对有机化合物而言,脱氢、加氧为氧化反应,加氢、脱氧为还原反应。有机化合物的氧化反应与无机化合物不同,它在反应中只有共用电子对的偏移与形成,没有电子的得失,所以不能用得失电子加以说明。
深化拓展
1.有机化学中的氧化反应和还原反应
(1)有机化学反应中常见的氧化反应
①醇的氧化,如:
②醛的氧化,如:
③有机化合物的燃烧。
④烯烃、炔烃、醛等有机化合物使酸性KMnO4溶液褪色。
⑤含醛基的有机化合物与新制Cu(OH)2悬浊液、银氨溶液的反应。
(2)有机化学反应中常见的还原反应
烯、炔、苯及其同系物、醛、酮等的催化加氢。
(3)应用
①小分子烷烃的氧化反应有很高的实用价值,如作燃料等。
②在有机合成中利用氧化反应或还原反应,可以转变有机化合物的官能团,如用甲烷作起始物,利用氧化反应和还原反应可以实现以下转化:
2.化学反应类型的判断方法
有机化合物的结构尤其是有机化合物的官能团对有机化合物的性质具有决定性作用,分析有机化合物的结构判断有机化合物所含官能团就可得知其可能发生的化学反应类型。
(1)烷烃、苯及其同系物能与卤素单质发生取代反应生成卤代烃。
(2)烯烃、炔烃、醛和酮分子中含有不饱和键,能够发生加成反应。
烯烃、醛和酮分子中含有碳碳双键、碳氧双键,能够与H2发生加成反应分别生成烷烃和醇;炔烃分子中,1 mol碳碳三键能与2 mol H2发生加成反应生成烷烃;芳香烃分子中,1 mol苯环能与3 mol H2发生加成反应生成环烷烃。
(3)醇能够在催化剂作用下发生消去反应得到不饱和键,但并不是所有的醇都能发生消去反应,要发生消去反应在结构上要求醇分子中至少含有一个β-H。
(4)醇、醛能够被氧化;醛、酮能够被还原,羧酸很难被还原。
素能应用
典例3甲醛在反应2HCHO+NaOH(浓)→HCOONa+CH3OH中( )
A.仅被氧化
B.既未被氧化,又未被还原
C.仅被还原
D.既被氧化,又被还原
答案 D
变式训练3下列有机化合物的反应中,属于还原反应的是 ,属于氧化反应的是 (填序号)。
①由乙醇制取乙醛
②由乙醛制取乙醇
③由乙醛制乙酸
④乙醇与酸性高锰酸钾溶液反应
⑤乙烯与氢气的加成
⑥乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色
⑦苯与氢气反应生成环已烷
⑧甲烷的燃烧反应
答案 ②⑤⑦ ①③④⑥⑧
素养脉络
随堂检测
1.下列装置中所发生的反应属于加成反应的是( )
答案 B
解析 CH4和Cl2的反应属于取代反应,故A不符合;C2H4和Br2的CCl4溶液的反应属于加成反应,故B符合;乙醛和银氨溶液的反应属于氧化反应,故C不符合;Na和乙醇的反应属于取代反应,故D不符合。
2.下列反应不属于取代反应的是( )
答案 A
解析 乙烯分子中碳碳双键转化为碳碳单键,属于加成反应,故A符合题意;苯环上H原子被Br原子取代,属于取代反应,故B不符合题意;1分子乙醇中—OH上的氢原于被另1分子乙醇中的乙基取代,属于取代反应,故C不符合题意;苯环上的H原子被硝基取代,属于取代反应,故D不符合题意。
3.(2020山东日照高二检测)下列反应物到反应产物,反应类型可能属于消去反应的是( )
A.R—CH2—CH2OH→RCH==CH2
答案 A
解析 在一定条件下,有机化合物脱去小分子物质生成分子中有不饱和键的化合物的反应叫作消去反应。A项中由醇到烯是在一定条件下通过消去反应才能实现的,所以A符合题意;B项由酮到醇是在一定条件下通过加成反应才能实现的,所以B不符合题意;C项由卤代烃到醇是在NaOH的水溶液中通过取代反应才能实现的,所以C不符合题意;D项中发生的反应是加成反应,所以D不符合题意。
4.有关实验室制乙烯的说法不正确的是( )
A.温度计的水银球要伸入到反应物的液面以下
B.反应过程中溶液的颜色逐渐变黑
C.生成的乙烯气体中混有少量有刺激性气味的气体
D.加热时不要太急,使温度缓慢上升至170 ℃
答案 D
解析 制备乙烯需要控制反应的温度,所以温度计的水银球需要插入反应物的液面以下,故A正确;浓硫酸具有脱水性,反应过程中使少量乙醇脱水生成碳单质,溶液的颜色会逐渐变黑,故B正确;生成的碳单质与浓硫酸加热反应时有二氧化硫和二氧化碳生成,则制取的乙烯中会混有少量刺激性气味的二氧化硫气体,故C正确;由于在140 ℃时乙醇会发生副反应生成乙醚,所以加热时应该使温度迅速升高至170 ℃,故D错误。
5.(2021广东卷,5)昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示,关于该化合物说法不正确的是( )
A.属于烷烃
B.可发生水解反应
C.可发生加聚反应
D.具有一定的挥发性
答案 A
解析 本题考查有机化合物的结构与性质。该有机化合物中含有C、H、O三种元素,故不属于烷烃,A项错误;分子中含有酯基,可以发生水解反应,B项正确;分子中含有碳碳双键,可以发生加聚反应,C项正确;可利用该物质诱捕害虫,故应有一定的挥发性,D项正确。
6.如图是实验室制取乙烯的发生、净化和用排水法测量生成乙烯体积的实验装置图。图中A、B、C、D、E、F是玻璃导管接口。根据要求填写下列各小题空白:
装置 序号 ① ② ③ ④
各仪器 装置图
(1)若所制气体按从左向右流向时,上述各仪器装置的正确连接顺序是 (填各装置的序号)。其中①与②装置相连时,玻璃导管连接方式(用装置中字母表示)应是 接 。
(2)若加热时间过长、温度过高,生成的乙烯中常混有SO2,为除去SO2,装置①中应盛的试剂是 。
(3)装置③中碎瓷片的作用是 ,浓硫酸的作用是 ,此装置中发生的主要反应的化学方程式是 。
(4)实验开始时首先应检查装置的 ,实验结束时,应先拆去 与 处相连(用装置中字母表示)的玻璃导管,再熄灭③处的酒精灯。
(5)在标准状况下,实验结束时若装置④中水的体积为0.112 L,则实验中至少消耗乙醇 mol。
答案 (1)③①②④ B D (2)NaOH溶液(合理即可) (3)防止混合溶液在受热时暴沸 催化剂、脱水剂(共49张PPT)
第2课时 有机化学反应类型的应用
——卤代烃的性质和制备
第2章
2021
素养目标
1.了解卤代烃的组成和结构特点,掌握溴乙烷的水解反应和消去反应,会判定卤代烃的水解和消去反应的产物,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.知道卤代烃中卤素原子的检验方法,培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
3.了解卤代烃在工农业生产和日常生活中的应用以及对环境和健康可能产生的影响,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
必备知识
一、卤代烃
1.定义
可以看作烃分子中一个或多个氢原子被卤素原子取代后所生成的化合物。
2.分类
按分子中所含卤素原子种类的不同,分为氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃。
3.制备
可以通过石油化学工业易得的烷烃和烯烃为原料,利用烷烃与卤素单质的取代反应和烯烃与卤素单质以及氢卤酸的加成反应来制取卤代烃。
4.用途
常用作麻醉剂、溶剂以及许多药物合成的中间体。
二、1-溴丙烷
1.分子结构
分子式 结构式 结构简式 官能团
C3H7Br CH3CH2CH2Br —Br
2.化学性质
(1)取代反应
卤代烃在NaOH的水溶液中共热时容易发生取代反应(也叫水解反应)。写出1-溴丙烷在NaOH的水溶液中共热时发生反应的化学方程式:
CH3CH2CH2Br+NaOH CH3CH2CH2OH+NaBr。
(2)消去反应。
1-溴丙烷与NaOH的乙醇溶液共热时,发生消去反应。写出反应的化学方程式:
CH3CH2CH2Br+NaOH CH3CH==CH2↑+NaBr+H2O。
【微思考1】利用1-溴丙烷的消去反应制备丙烯时,若1-溴丙烷中混有2-溴丙烷,则对所制取的丙烯纯度是否有影响
【微思考2】举例说明是否所有的卤代烃都能发生消去反应。
提示 不是。如CH3Cl、(CH3)3CCH2Br都不能发生消去反应。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)卤代烃是一类特殊的烃。( )
(2)卤代烃中一定含有的元素为C、H和卤素。( )
(3)CH3CH2Br是非电解质,在水中不能电离出Br-。( )
(4)碳原子数少于4的烃,在常温下为气体,溴乙烷中含2个碳原子,所以其在常温下也是气体。( )
(5) 既能发生消去反应,又能发生取代(水解)反应。( )
×
×
√
×
√
2.一定条件下可由烃转化为一卤代烃,欲得到较纯的氯乙烷,应采取的方法是( )
A.乙烷与氯气发生取代反应
B.乙烯与氯气发生加成反应
C.乙烯与氯化氢发生加成反应
D.乙炔与氯化氢发生加成反应
答案 C
解析 A选项中得到的是多种氯代烷烃;B选项中只能得到1,2-二氯乙烷;C选项中产物为氯乙烷;D选项不能得到氯乙烷。
课堂篇 素养提升
探究一
卤代烃的化学性质—取代反应、消去反应
问题探究
取一支盛有少量1-溴丙烷的试管,加入1 mL 5% NaOH溶液,充分振荡,并稍加热一段时间后,冷却、静置,待液体分层后,用滴管小心吸取少量上层液体,移入另一支盛有1 mL 2 mol·L-1硝酸的试管中,然后加入2~3滴2% AgNO3溶液。
(1)写出1-溴丙烷在NaOH溶液中加热时发生反应的化学方程式,并注明反应类型。
提示 CH3CH2CH2Br+NaOH CH3CH2CH2OH+NaBr,取代反应。
(2)实验过程中HNO3的作用是什么
提示 HNO3的作用是中和未反应的NaOH,防止NaOH与AgNO3反应干扰Br-的检验。
(3)滴加AgNO3溶液后有什么现象
提示 会产生淡黄色沉淀。
深化拓展
1.卤代烃的取代反应(在NaOH的水溶液中)与消去反应
(1)在NaOH的水溶液中的取代反应
卤代烃在NaOH的水溶液中发生反应时,只断裂碳卤键( ),卤素原子被羟基取代生成相应的醇,因此所有的卤代烃均能在NaOH的水溶液中发生取代反应,只是难易程度不同。
(2)消去反应
①消去反应的实质
从分子中相邻的两个碳原子上脱去一个卤化氢分子,从而形成含不饱和键的化合物。
②卤代烃的消去反应规律
a.没有β-C原子的卤代烃不能发生消去反应,如CH3Br。
b.有β-C原子,但β-C原子上没有氢原子的卤代烃也不能发生消去反应。
c.卤素原子所连碳原子有两个相邻碳原子,且两个相邻碳原子上均带有氢原子时,发生消去反应可能生成不同的产物。例如: 发生消去反应的产物为CH2==CH—CH2—CH3或CH3—CH==CH—CH3。
③二元卤代烃发生消去反应后可在有机化合物中引入三键。
2.卤代烃的消去反应与取代反应(在NaOH的水溶液中)的比较
反应类型 取代反应 消去反应
反应条件 NaOH水溶液、加热 NaOH的乙醇溶液、加热
反应实质 —X被—OH取代 脱去HX分子,形成不饱和键
断键位置 C—X键断裂 C—X键与C—H键断裂
结构要求 卤代烃在加热条件下都能在NaOH的水溶液中发生取代反应 (1)含有两个或两个以上的碳原子;
(2)与卤素原子相连碳原子的相邻碳原子上有氢原子
反应特点 有机化合物碳骨架不变,官能团—X变为—OH 有机化合物碳骨架不变,官能团—X变为 或—C≡C—
主要产物 醇 烯烃或炔烃
3.卤代烃中卤素原子的检验
特别提醒加入稀硝酸酸化的目的:①中和过量的NaOH,防止NaOH与AgNO3反应生成的棕黑色Ag2O沉淀干扰对实验现象的观察;②检验生成的沉淀是否溶于稀硝酸。
素能应用
典例1下列说法正确的是( )
A.CH3CH2Br在NaOH的水溶液中共热反应得到CH2==CH2
答案 C
变式训练1为探究一溴环己烷( )与NaOH的乙醇溶液共热发生的是取代反应还是消去反应,甲、乙、丙三位同学分别设计如下三个实验方案:
甲:向反应后的混合液中滴入稀硝酸中和NaOH,然后再滴入AgNO3溶液,若有淡黄色沉淀生成则可证明发生了消去反应。
乙:向反应后的混合液中滴入溴水,若溶液颜色很快褪去,则可证明发生了消去反应。
丙:向反应后的混合液中滴入酸性KMnO4溶液,若溶液颜色变浅,则可证明发生了消去反应。
其中正确的是( )
A.甲 B.乙
C.丙 D.上述实验方案都不正确
答案 D
探究二
卤代烃的制备和卤代烃在有机合成中的重要地位
问题探究
乙酸苄酯( )存在于烤烟烟叶、白肋烟烟叶、香料烟烟叶中。纯品用于配制茉莉型等花香香精和皂用香精,普通品用作树脂的溶剂,也用于喷漆、油墨等。
烟叶中含有乙酸苄酯
实验室中可用甲苯和乙酸为原料合成乙酸苄酯,合成路线如下:
(1)写出反应①②③的反应类型。
提示 均为取代反应。
(2)写出反应②的化学方程式。
(3)结合反应①思考,可通过哪些反应制备卤代烃
提示 可通过烷烃、芳香烃与卤素单质的取代反应制备卤代烃;可通过烯烃、炔烃与卤素单质或卤化氢的加成反应制备卤代烃;可通过醇与卤化氢的取代反应制备卤代烃。
深化拓展
1.在烃分子中引入卤素原子的方法
卤素原子的引入是改变分子结构的第一步反应,在有机合成和有机推断中起着桥梁的作用。在烃分子中引入—X有以下三种途径:
(1)烃与卤素单质的取代反应,如:
(2)不饱和烃与卤素单质、卤化氢等的加成反应,如:
2.卤代烃在有机合成中的重要地位
卤代烃是建立在烃与其他烃的衍生物之间的一座重要桥梁,卤代烃又是有机合成中一类重要的中间体。
(1)利用卤代烃的取代反应,可实现烷烃、烯烃及炔烃向醇、醛、羧酸的转化。如乙烯转化为乙酸的途径为:乙烯→溴乙烷→乙醇→乙醛→乙酸。
(2)利用卤代烃的消去反应,可实现烃的衍生物中官能团的种类与数量的变化,如乙醇转化为乙二醇的途径为:乙醇→乙烯→1,2-二溴乙烷→乙二醇。
(3)利用卤代烃的消去反应与取代反应,还可以实现官能团位置的变化,引入合成环状有机化合物的官能团,也可以利用卤代烃的其他性质增长碳链等。如以乙烯为原料制备乙二酸乙二酯的途径为:乙烯→1,2-二溴乙烷→乙二醇→乙二醛→乙二酸,乙二醇+乙二酸→乙二酸乙二酯。
素能应用
典例2(2020北京高二检测)根据下面的反应路线填空:
(1)A的结构简式是 ,其名称是 。
(2)填写以下反应的反应类型:
① ;② ;③ 。
(3)反应④的反应条件: 。
(4)反应②的化学方程式为 ;
反应④的化学方程式为 。
方法技巧有机化学反应中,很多典型反应都有特征条件,熟悉有机反应的特征条件,对准确判断有机反应的类型、解答有机综合推断题非常重要。本题反应①中的光照条件,是饱和烃基与卤素单质发生取代反应的特征条件;卤代烃在强碱的乙醇溶液并加热,是卤代烃发生消去反应的特征条件。
变式训练2(2020河南郑州高二检测)二氯烯丹是一种播前除草剂,其合成路线如下:
已知:D在反应⑤中生成的E,其结构只有一种可能。
(1)写出下列反应的类型:
反应①是 ,反应③是 。
(2)写出下列物质的结构简式:C 。
(3)B物质的系统命名为 ,E中官能团的结构式为 。
(4)ClCH2—CHCl—CH2Cl与NaOH水溶液在加热时发生反应的化学方程式为 。
(5)C的一种同分异构体的核磁共振氢谱只有一组峰,试写出该同分异构体的结构简式: 。
素养脉络
随堂检测
1.下列化合物在一定条件下,既能发生消去反应,又能发生取代反应的是( )
答案 B
解析 CH3Cl不能发生消去反应,故A不符合题意; 可发生消去反应生成丙烯,发生取代反应生成2-丙醇,故B符合题意;(CH3)3C—CH2Cl不能发生消去反应,故C不符合题意; 不能发生消去反应,故D不符合题意。
2.某学生将1-氯丙烷和NaOH溶液共热煮沸几分钟后,冷却,滴入AgNO3溶液,结果未见到白色沉淀生成,其主要原因是( )
A.加热时间太短
B.不应冷却后再滴入AgNO3溶液
C.加AgNO3溶液后未加稀硝酸
D.加AgNO3溶液前未加稀硝酸
答案 D
解析 1-氯丙烷在碱性溶液中发生取代反应后溶液显碱性,不能直接加AgNO3溶液,否则Ag+与OH-反应生成Ag2O棕黑色沉淀,影响氯离子的检验,所以应先加入足量稀硝酸酸化后,再加AgNO3溶液检验,故选D。
3.某有机化合物的结构简式为 ,下列叙述不正确的是( )
A.1 mol该有机化合物在加热和催化剂作用下,最多能和4 mol H2反应
B.该有机化合物能使溴水褪色,也能使酸性KMnO4溶液褪色
C.该有机化合物遇硝酸银溶液产生白色沉淀
D.该有机化合物在一定条件下能发生消去反应或取代反应
答案 C
解析 1 mol苯环加成最多需要3 mol H2,1 mol C==C加成需要1 mol H2,则1 mol该有机物在加热和催化剂作用下,最多能和4 mol H2反应,故A正确;因含有碳碳双键,则能使溴水褪色,也能使酸性KMnO4溶液褪色,故B正确;有机化合物为非电解质,在溶液中不能电离出Cl-,不能与银离子产生沉淀,故C错误;由结构简式可知,Cl原子相连的碳原子的邻位碳原子上有H原子,能发生消去反应和取代反应,故D正确。
4.1-溴丙烷和2-溴丙烷分别与NaOH的乙醇溶液共热时发生反应,则两反应( )
A.产物相同,反应类型相同
B.产物不同,反应类型不同
C.碳氢键断裂的位置相同
D.碳溴键断裂的位置相同
答案 A
5.卤代烃在氢氧化钠溶液中加热时发生反应,这是一个典型的取代反应。其实质是带负电荷的原子团(例如OH-等阴离子)取代了卤代烃中的卤素原子。如:
CH3CH2—Br+OH-(或NaOH) →CH3CH2—OH+Br-(或NaBr)
写出下列反应的化学方程式:
(1)溴乙烷与NaHS的反应: ;
(2)碘甲烷与CH3COONa的反应: ;
(3)碘甲烷、无水乙醇和金属钠合成甲乙醚
(CH3—O—CH2CH3): , 。(提示:2CH3OH+2Na→2CH3ONa+H2↑) (共47张PPT)
第1课时 醇及其性质
第2章
2021
素养目标
1.了解醇的分类、物理性质、用途和一些常见的醇,能够用系统命名法对简单的醇进行命名,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
2.知道饱和一元醇的结构特征和化学性质,能举例说明醇的反应机理(断键和成键规律)。掌握醇的转化在有机合成中的应用,会设计醇到烯烃、卤代烃、醛、酮、酯的转化路线,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
必备知识
一、醇概述
1.定义
脂肪烃分子中的氢原子或芳香烃侧链上的氢原子被羟基取代后的有机化合物称为醇。官能团名称是羟基。
2.分类
依据 类别 举例
羟基的 数目 一元醇 CH3CH2OH(乙醇)
二元醇 (乙二醇)
三元醇 (丙三醇)
其他多元醇 —
烃基的 饱和程度 饱和醇 CH3CH2CH2OH(正丙醇)
不饱和醇 CH2==CH—CH2OH(丙烯醇)
3.三种重要的醇
名称 俗名 颜色、状态、气味 毒性 水溶性 用途
甲醇 木醇 无色、易挥发的液体 有毒 与水互溶 化工原料、绿色燃料
乙二醇 甘醇 无色、无臭、具有甜味的黏稠液体 有毒 防冻液、合成涤纶
丙三醇 甘油 无毒 制日用化妆品和硝化甘油
4.饱和一元醇
(1)通式:CnH2n+1OH(n≥1)。
(2)物理性质
①沸点。
a.随着碳原子数的增多,饱和一元醇的熔、沸点逐渐升高。
b.饱和一元醇的沸点比与它相对分子质量接近的烷烃或烯烃的沸点要高,主要是因为醇分子间可形成氢键。
②溶解性。
a.碳原子数为1~3的饱和一元醇能与水以任意比互溶。
b.碳原子数为4~11的饱和一元醇为油状液体,仅部分溶于水。
c.碳原子数更多的高级醇(饱和一元醇)为固体,难溶于水。
d.多元醇在水中的溶解度较大。
5.醇的命名
如 可命名为4-甲基-2-戊醇。
二、醇的化学性质
1.醇分子中发生反应的部位及反应类型
醇发生反应主要涉及分子中的碳氧键和氢氧键。
2.醇的化学性质(以1-丙醇为例)
【微思考1】乙醇在浓硫酸作用下加热可发生分子内脱水和分子间脱水,这两个反应都是消去反应吗
提示 不是。乙醇分子内脱水生成乙烯是消去反应,乙醇分子间脱水生成乙醚为取代反应。
【微思考2】分子式为C4H10O的醇能发生氧化反应生成醛的有几种 试写出它们的结构简式。
提示 两种。能发生氧化反应生成醛的醇,分子中含有—CH2OH结构,满足题意的醇为C3H7—CH2OH,C3H7—有两种结构,因此相应的醇有两种,分别为CH3CH2CH2CH2OH和(CH3)2CHCH2OH。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)从碘水中提取单质碘时,不能用无水乙醇代替CCl4。( )
(2)有机化合物 既不能发生消去反应,也不能催化氧化生成醛或酮。( )
√
×
√
√
×
2.乙醇、乙二醇、甘油分别与足量的金属钠反应,产生了等量的氢气,则这三种醇的物质的量之比为( )
A.6∶3∶2 B.3∶2∶1
C.1∶2∶3 D.4∶3∶2
答案 A
解析 2个羟基与金属钠反应可得到1分子氢气,故得到1 mol氢气时需要乙醇、乙二醇和甘油的物质的量分别是2 mol、1 mol、 mol,则乙醇、乙二醇、甘油物质的量之比为6∶3∶2,A项正确。
课堂篇 素养提升
探究一
醇的同分异构体
问题探究
异丁醇( )是一种高品质的汽油替代燃料,与当前市场上最为常见的燃料乙醇相比,异丁醇有更高的能量密度、不易吸水、可以通过现有的汽油销售设施进行输送等优势,并且对汽车发动机的损伤小,可直接用于汽油动力汽车。近日,中科院某研究中心开发出一种简单的方法,可以直接将甲醇和生物乙醇转化为异丁醇。他们
通过调控催化剂的结构,比如金属Ir的
价态和粒径分布,可以准确地控制反应
路径,使异丁醇的选择性由不足30%提
高到90%以上。
(1)异丁醇用系统命名法应如何命名
提示 2-甲基-1-丙醇。
(2)异丁醇属于醇类的异构体还有几种 试写出它们的结构简式。
深化拓展
醇的同分异构现象
(1)醇分子内,因羟基位置不同产生位置异构的同分异构体,因碳链的长短不同产生碳骨架异构的同分异构体。
素能应用
典例1分子式为C5H12O的饱和一元醇,其分子中含有2个—CH3、2个—CH2—、1个 和1个—OH,它可能的结构有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
答案 C
变式训练1含有5个碳原子的饱和一元醇的所有醇类同分异构体中,能被氧化为醛的有( )
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
答案 D
探究二
醇的化学性质
问题探究
实验室中可用乙醇与HBr反应制取溴乙烷。
如图所示装置,在试管Ⅰ中依次加入2 mL蒸馏水、4 mL 浓硫酸、2 mL 95%的乙醇和3 g溴化钠粉末,在试管Ⅱ中注入蒸馏水,烧杯中注入自来水。加热试管Ⅰ至微沸状态数分钟后,冷却。
(1)你怎样证明试管Ⅱ中收集到的就是溴乙烷
提示 取少许试管Ⅱ中收集的油状有机化合物置于小试管中,加入NaOH溶液,振荡,加热,静置,取上层清液(或取少量清液)置于另一小试管中,加入过量的稀硝酸酸化,向上述酸化的溶液中滴加AgNO3溶液,有淡黄色沉淀生成,说明溶液中含有Br-,即说明原有机化合物中含有溴元素,是溴乙烷。
(2)试管Ⅰ中液体为什么会发黄
提示 浓硫酸具有强氧化性,而HBr有还原性,会发生副反应生成溴单质而使液体发黄。
深化拓展
1.从结构上预测醇的化学性质
由于氧元素的电负性比碳元素和氢元素的电负性都大,醇分子中的羟基上的氧原子对共用电子对的吸引能力增强,共用电子对偏向氧原子,从而使碳氧键和氢氧键都显出极性,容易断裂。
由于羟基上氧原子的强吸电子作用,α-C上的碳氢键和β-C上的碳氢键也较容易断裂。
总之,上图中①②③④号位置的化学键都可在反应中断裂。
以乙醇为例,分子中的断键位置与反应如下:
2.醇类的相关反应及反应规律
(1)醇的消去反应规律
①条件:醇能否发生消去反应及消去反应产物的种类取决于醇分子中是否有β-H(与羟基相连的碳原子相邻的碳原子上的氢原子)及β-H的种类。
②具体规律
(2)醇的催化氧化规律
①条件:醇能否发生催化氧化及氧化生成何种物质取决于醇分子中是否有α-H(与羟基相连的碳原子上的氢原子)及α-H的个数。
②具体规律
素能应用
典例2(2020陕西西安高二检测)下列醇既能被催化氧化生成醛,又能发生消去反应生成烯烃的是( )
A.CH3OH
答案 D
变式训练2分子式为C7H16O的饱和一元醇的同分异构体有多种,在该醇的下列同分异构体中:
D.CH3(CH2)5CH2OH
(1)可以发生消去反应生成两种单烯烃的是 ;
(2)可以发生催化氧化生成醛的是 ;
(3)不能发生催化氧化的是 ;
(4)能被催化氧化为酮的有 种;
(5)能使酸性KMnO4溶液褪色的有 种。
答案 (1)C (2)D (3)B (4)2 (5)3
素养脉络
随堂检测
1.可以证明乙醇分子中有一个氢原子与另外的氢原子不同的方法是( )
A.1 mol乙醇燃烧生成3 mol H2O
B.1 mol乙醇燃烧生成2 mol CO2
C.1 mol乙醇与足量的Na作用得0.5 mol H2
D.1 mol乙醇可以催化氧化生成1 mol乙醛
答案 C
2.下列醇中能发生消去反应且产物存在同分异构体的是( )
答案 A
3.乙醇分子结构中各种化学键如图所示,关于乙醇在各种反应中断裂键的说法不正确的是( )
A.与金属钠反应时键①断裂
B.与浓硫酸共热到170 ℃时,键②与键⑤断裂
C.与浓硫酸共热到140 ℃时,仅有键②断裂
D.在铜催化下与O2反应时,键①和键③断裂
答案 C
4.(2020贵州毕节高二检测)以下四种有机化合物分子式均为C4H10O:
其中既能发生消去反应生成相应的烯烃,又能被氧化生成相应醛的是( )
A.①和② B.只有②
C.②和③ D.③和④
答案 C
解析 ①能发生消去反应,能发生催化氧化反应生成酮;②既能发生消去反应,又能发生催化氧化反应生成醛;③既能发生消去反应,又能发生催化氧化反应生成醛;④能发生消去反应,但不能发生催化氧化反应。
请回答下列问题:
(1)在A~E五种物质中,互为同分异构体的是 (填字母代号)。
(2)写出由A生成B的化学方程式: 。
(3)已知HCHO分子中所有原子在同一平面内,则上述分子中所有的原子有可能都在同一平面内的是 (填字母代号)。
(4)C能形成高聚物,该高聚物的结构简式为 。
解析 (1)A发生催化氧化反应生成B,A发生消去反应生成C,A与甲酸发生酯化反应生成D,该反应也为取代反应,A发生分子内酯化反应生成E,也属于取代反应。A~E五种物质中只有C和E的分子式相同,但结构不同,则C与E互为同分异构体。(共43张PPT)
第2课时 酚及其性质
第2章
2021
素养目标
1.了解苯酚的物理性质以及酚类化合物的用途,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
2.了解生活中常见的酚类化合物,并能对酚进行命名,能够区别酚与醇。掌握苯酚的化学性质,并能够从苯环和羟基之间的相互影响来理解苯酚的化学性质,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
必备知识
一、酚
1.定义
芳香烃分子中苯环上的氢原子被羟基取代后的有机化合物称为酚。
2.结构特点
羟基直接与苯环相连。
二、苯酚
1.物理性质
颜色 状态 气味 溶解性
无色 晶体 特殊气味 常温下溶解度不大,65 ℃以上时与水互溶;易溶于有机溶剂
2.化学性质
(1)酸性
苯酚俗称石炭酸,酸性比碳酸弱。
①电离方程式:
(2)苯环上的取代反应(与溴水反应)
②反应现象:产生白色沉淀,可用于苯酚的定量检测。
(3)氧化反应:常温下苯酚暴露在空气中会因部分被氧化而呈粉红色。
(4)显色反应:苯酚遇FeCl3溶液显紫色。
(5)聚合反应:苯酚与甲醛发生聚合反应,可制造酚醛树脂,化学方程式为
【微思考1】除去苯中混有的苯酚,能否加入溴水过滤除去
提示 不能。苯酚与溴水反应生成的2,4,6-三溴苯酚会溶于苯中,不能过滤除去,而且加入的溴水过量时,溴也会溶于苯中。
【微思考2】苯酚能否与钠、Na2CO3溶液反应
提示 能。苯酚分子中的氢氧键比乙醇分子中的氢氧键更容易断裂,乙醇可与钠反应,苯酚也可与钠反应放出H2。
苯酚的电离程度介于H2CO3的一级电离和二级电离之间,因此苯酚可与
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)苯酚溶液能使石蕊、甲基橙试剂变色。( )
(2)苯酚沾到皮肤上可以用酒精或氢氧化钠溶液洗涤。( )
(3)—OH中H原子的活泼性: >C2H5OH。( )
(4)苯酚能发生取代反应,不能发生加成反应。( )
(5)检验苯酚可以用FeCl3溶液或浓溴水。( )
×
×
√
×
√
2.下列说法错误的是( )
A.向苯酚中加入浓溴水生成白色沉淀
B.向苯酚钠溶液中通入CO2可生成苯酚和碳酸钠
C.浑浊的苯酚溶液加热后变澄清
D.向苯酚的水溶液中加NaOH溶液,生成苯酚钠
答案 B
解析 浓溴水与苯酚发生取代反应生成白色沉淀,A正确;碳酸与苯酚钠溶液反应生成苯酚和碳酸氢钠,B错误;浑浊的苯酚溶液加热后变澄清,C正确;向含苯酚的水溶液中加入NaOH溶液可生成苯酚钠,D正确。
课堂篇 素养提升
探究一
苯环对羟基的影响
问题探究
怎样证明苯酚具有酸性 怎样证明苯酚的酸性比碳酸弱
提示 常温下,苯酚在水中的溶解度较小,苯酚与水形成的浊液静置后会分层。取苯酚的浊液2 mL置于试管中,向其中逐滴加入氢氧化钠溶液,浊液将变澄清,说明苯酚有酸性,能与NaOH发生中和反应,生成了易溶于水的
深化拓展
1.苯环对其所连羟基的影响
苯酚中羟基由于受到苯环的影响,变得更活泼,易断裂,能发生电离,所以苯酚具有酸性。常见的几种酸(或酸式酸根离子)的酸性由强到弱的顺序为
乙醇、水、苯酚、碳酸、乙酸分子中羟基氢原子的活泼性比较:
物质 乙醇 水 苯酚 碳酸 乙酸
分子结构 C2H5OH H—OH CH3COOH
与石蕊溶液混合 不变红 不变红 不变红 变浅红 变红
与Na反应 产生H2 产生H2 产生H2 产生H2 产生H2
与NaOH 溶液混合 不反应 不反应 反应 反应 反应
与Na2CO3 溶液混合 不反应 部分水解 (溶液呈 碱性) 生成苯酚钠 和NaHCO3 反应生成 NaHCO3 生成
CH3COONa、
CO2和H2O
物质 乙醇 水 苯酚 碳酸 乙酸
与 NaHCO3 溶液混合 不反应 部分水解 (溶液呈 碱性) 不反应 不反应 生成
CH3COONa、
CO2和H2O
羟基氢原 子的活泼 性强弱 CH3COOH>H2CO3> >H2O>C2H5OH
特别说明:(1)酸性越强,越易电离出氢离子,羟基中的氢原子也越活泼。
(2)醇、水、苯酚、羧酸等物质均能与钠反应,其中—OH上的氢原子被置换产生氢气,存在定量关系式:2—OH~2Na~H2,2—COOH~2Na~H2。
2.苯酚酸性的应用
分离苯和苯酚或乙醇和苯酚的混合物或有关苯酚的除杂问题常利用苯酚的弱酸性。以分离苯和苯酚或乙醇和苯酚的混合物为例分析如下。
(1)分离苯和苯酚:在混合液中加入足量NaOH溶液,分液得上层液体为苯;然后向下层液体通入足量CO2,静置分层,分液(注意在有少量水存在时,苯酚为液态,因此该操作是分液,不是过滤)得下层液体为苯酚。
(2)分离乙醇和苯酚:在混合液中加入足量NaOH溶液,蒸馏得到乙醇;向剩余溶液通入足量CO2,分液得下层液体为苯酚。
素能应用
典例1丹参素能明显抑制血小板的聚集,丹参素的结构简式如图所示,下列说法正确的是( )
A.丹参素分子中有四种官能团,它与苯甲酸不互为同系物
B.丹参素分子中C原子上的H原子被取代,所得一氯代物有4种
C.在Ni催化下1 mol丹参素最多可与4 mol H2发生加成反应
D.等量的丹参素在一定条件下分别与足量Na、NaOH反应,消耗两者的物质的量之比为4∶3
答案 D
解析 丹参素分子中有醇羟基、酚羟基、羧基三种官能团,它与苯甲酸所含官能团不完全相同,二者不互为同系物,故A错误;丹参素分子结构不对称,分子中C原子上的H原子有5种,被取代所得一氯代物有5种,故B错误;只有苯环与氢气发生加成反应,1 mol丹参素最多可与3 mol H2发生加成反应,故C错误;酚羟基、醇羟基、羧基均与Na反应,酚羟基、羧基可以与NaOH反应,则等量的丹参素在一定条件下分别与足量Na、NaOH反应,消耗两者的物质的量之比为4∶3,故D正确。
变式训练1(2020吉林长春高二期末)茶是我国的传统饮品,茶叶中含有的茶多酚可以替代食品添加剂中对人体有害的合成抗氧化剂,用于多种食品保鲜等,如图所示是茶多酚中含量最高的一种儿茶素A的结构简式,关于这种儿茶素A的有关叙述正确的是( )
①儿茶素A的分子式为C15H12O7 ②1 mol儿茶素A在一定条件下最多能与7 mol H2加成 ③等质量的儿茶素A分别与足量的金属钠和氢氧化钠反应,消耗金属钠和氢氧化钠的物质的量之比为1∶1 ④1 mol儿茶素A与足量的浓溴水反应,最多消耗4 mol Br2
A.①④ B.②③
C.③④ D.①②
答案 D
解析 ①由儿茶素A的结构简式可知其分子式为C15H12O7,故①正确;②分子中含有2个苯环和1个碳碳双键,则1 mol儿茶素A在一定条件下最多能与7 mol H2加成,故②正确;③分子中含有5个酚羟基,可与氢氧化钠反应,含有5个酚羟基和1个醇羟基,都可与钠反应,则反应消耗金属钠和氢氧化钠的物质的量之比为6∶5,故③错误;④分子中酚羟基共有4个邻位或对位H原子可被取代,且碳碳双键可与溴发生加成反应,则1 mol儿茶素A与足量的浓溴水反应,最多消耗5 mol Br2,故④错误。
探究二
羟基对苯环的影响
问题探究
向盛有少量苯酚稀溶液的试管里逐滴加入浓溴水,边加边振荡,有白色沉淀产生。
此反应可用于苯酚的鉴别和定量测定。除去苯中混有的少量苯酚可以用浓溴水吗
提示 不能在苯与苯酚的混合物中加入浓溴水除去其中的苯酚,因为苯酚与浓溴水反应生成的三溴苯酚沉淀可以溶解在苯中,无法分离。应向混合液中加入适量的NaOH溶液,振荡后静置分液,可以除去苯中的少量苯酚。
深化拓展
1.羟基对其所连苯环的影响
羟基的存在,使苯酚中苯环上的氢原子比苯分子中的氢原子更活泼,尤其是羟基邻、对位上的氢原子,故苯酚比苯及其同系物更容易发生取代反应。苯和苯酚的溴代反应比较如下表:
物质 苯 苯酚
反应物 液溴和苯 溴水和苯酚
反应条件 催化剂 常温,不需催化剂
产物 取代苯环上的一个氢原子 取代苯环上的三个氢原子
结论 苯酚与溴的取代反应比苯与溴的取代反应易进行
原因 酚羟基对苯环的影响,使苯环上的氢原子变得更活泼
特别提醒用溴水和苯酚反应检验苯酚时,应该用浓溴水。若用稀溴水,生成的三溴苯酚的量很少,容易溶于苯酚,而不易观察到白色沉淀。
2.脂肪醇、芳香醇、酚的比较
类别 脂肪醇 芳香醇 酚
实例 CH3CH2OH
官能团 羟基(—OH)
结构 特点 羟基与脂肪烃基相连 羟基与苯环上的侧链相连 羟基与苯环直接相连
主要 化学 性质 ①与钠反应;②分子间脱水;③消去反应;④与HX取代;⑤与酸发生酯化反应(取代);⑥催化氧化成醛或酮 ①弱酸性(与Na、NaOH、Na2CO3反应);②取代反应;③显色反应;④氧化反应
类别 脂肪醇 芳香醇 酚
特性 — ①与浓溴水反应产生白色沉淀;②与FeCl3溶液反应显紫色;③暴露在空气中因部分被氧化而呈粉红色
素能应用
典例2(2020黑龙江哈尔滨高二检测)某有机化合物的结构简式为
,它不可能具有的性质是( )
①可以燃烧 ②能使酸性高锰酸钾溶液褪色 ③能跟KOH溶液反应 ④能发生加聚反应 ⑤能发生消去反应 ⑥能与金属钠反应 ⑦能发生取代反应 ⑧能被氧化
A.①⑤⑦ B.①②③④⑥⑦⑧
C.⑤ D.⑤⑧
答案 C
解析 题给有机化合物分子中含有碳碳双键、醇羟基和酚羟基。该有机化合物只含C、H、O三种元素,可以燃烧,①正确;碳碳双键、醇羟基、酚羟基都可被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色,②正确;酚羟基可与KOH发生中和反应,③正确;分子中含有碳碳双键,可发生加聚反应,④正确;该物质醇羟基连接的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,不能发生消去反应,⑤错误;分子中的醇羟基、酚羟基均可与Na反应,⑥正确;苯环、醇羟基均可发生取代反应,⑦正确;分子中的碳碳双键、酚羟基均可被氧化,⑧正确。
方法规律(1)碳碳双键、碳碳三键、苯环的侧链、醇(羟基所连碳原子上含有氢原子)、酚均可被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色。
(2)酚与溴水发生取代反应时,应注意是苯环上酚羟基的邻、对位发生取代反应。
变式训练2(2020云南普洱高二检测)苯在催化剂存在下与液溴反应,而苯酚与溴水反应不用加热也不需要催化剂,原因是( )
A.苯环与羟基相互影响,但苯环上的氢原子活泼性不变
B.苯环与羟基相互影响,但羟基上的氢原子变活泼
C.羟基影响了苯环,使苯环上的氢原子变得活泼
D.苯环影响羟基,使羟基变活泼
答案 C
解析 苯酚中苯环和羟基相互影响,使得苯环上羟基邻、对位碳原子上的氢原子和羟基上的氢原子更活泼。苯酚与溴水的取代反应容易发生,说明是羟基使苯环上的氢原子变得更活泼。
素养脉络
随堂检测
1.能说明苯环对羟基有影响,使羟基变得活泼的事实是( )
A.苯酚能与溴水迅速反应
B.苯酚具有酸性
C.室温时苯酚不易溶解于水
D.液态苯酚能与钠反应放出氢气
答案 B
2.要从苯酚的乙醇溶液中回收苯酚,下列合理的操作组合是( )
①蒸馏 ②过滤 ③静置分液 ④加足量钠 ⑤通入过量CO2 ⑥加入足量NaOH溶液 ⑦加入乙酸和浓硫酸的混合液后加热 ⑧加入浓溴水
A.④⑤③ B.⑦① C.⑧②⑤③ D.⑥①⑤③
答案 D
3.(2020山东枣庄高二检测)下列叙述正确的是( )
A.苯中含有少量的苯酚可先加适量的浓溴水,使之生成2,4,6-三溴苯酚,再过滤除去
B.将苯酚晶体放入少量水中,加热时全部溶解,冷却到50 ℃溶液仍保持澄清
C.苯酚的酸性很弱,不能使指示剂变色,但可以与碳酸氢钠溶液反应放出CO2
D.苯酚可以与硝酸进行硝化反应
答案 D
解析 向苯和少量苯酚的混合溶液中加入浓溴水,可以生成2,4,6-三溴苯酚,
该反应的化学方程式为 +3Br2→ +3HBr,2,4,6-三
溴苯酚为白色不溶于水的沉淀,但能溶于有机化合物苯中,因此不能过滤出
来,故A项不正确。溶有苯酚的溶液冷却后,苯酚从溶液中析出,溶液变浑浊,故B项不正确。苯酚的酸性比碳酸弱,不能与碳酸氢钠溶液反应产生CO2,故C项不正确。苯酚可以与硝酸发生硝化反应生成三硝基苯酚,故D项正确。
4.下列有机化合物的性质能体现羟基对苯环产生影响的是( )
A.苯酚溶液显弱酸性
B.向苯酚和乙醇中分别加入金属钠,苯酚反应剧烈
C.苯酚比苯容易发生溴代反应
D.苯酚能与氢氧化钠溶液反应,而苯甲醇不能
答案 C
解析 苯酚溶液显弱酸性说明苯环影响羟基,使O—H键易断裂,A不符合题意;苯环影响羟基,使苯酚具有酸性,而乙醇为中性,与Na反应可体现—OH中H原子的活泼性,B不符合题意;—OH影响苯环,使苯环上羟基邻、对位H原子较活泼,则苯酚比苯容易发生溴代反应,C符合题意;苯环影响羟基,则苯酚具有酸性,使苯酚能与NaOH溶液反应,而苯甲醇不能与NaOH溶液反应,D不符合题意。
5.为了确定CH3COOH、 及H2CO3的酸性强弱,有人设计了如下图所示的装置进行实验。
(1)若锥形瓶中装有一易溶于水的正盐固体,则A中发生反应的离子方程式为 。
(2)装置B中盛放的试剂是 ,它的作用是 。
(3)实验中观察到C中出现的主要现象是 。
答案 (1)2CH3COOH+C →2CH3COO-+CO2↑+H2O
(2)饱和NaHCO3溶液 除去CO2中混有的CH3COOH
(3)C中溶液变浑浊(共55张PPT)
第1课时 醛和酮
第2章
2021
素养目标
1.了解醛和酮的同分异构现象,能对醛和酮进行命名,了解常见的几种简单的醛和酮的结构、物理性质和用途,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
2.了解醛、酮的结构特点和异同,能够预测醛、酮可能发生的化学反应及它们在化学性质上的异同。理解醛、酮的主要化学性质,并从反应条件、生成物种类等角度对比醛、酮性质上的差异,知道醛、酮与羧酸、醇等烃的衍生物之间的相互转化,能以醛、酮为实例说明有机化合物分子中基团之间存在的相互影响,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
1.乙醛可通过乙醇催化氧化得到,该反应的化学方程式为2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O,乙醛分子中的官能团名称为醛基,其结构式为 。
必备知识
一、常见的醛、酮
1.醛和酮的结构
醛和酮的分子中都含有羰基( )。
(1)醛:羰基碳原子分别与氢原子和烃基(或氢原子)相连,醛的官能团名称为醛基( 或—CHO)。
(2)酮:羰基碳原子与两个烃基相连,烃基可以相同,也可以不同。酮的官能团名称为酮羰基( )。
2.饱和一元醛和饱和一元酮
(1)通式:CnH2nO。
(2)关系:碳原子数相同的饱和一元醛和一元酮互为同分异构体。
(3)醛、酮的命名
3.常见的醛、酮
名称 结构简式 状态 气味 溶解性 用途
甲醛 HCHO 气体 强烈刺激性气味 易溶于水 制酚醛树脂、脲醛树脂
乙醛 CH3CHO 液体 刺激性气味 易溶于水 —
苯甲醛 液体 苦杏仁气味,工业上称 苦杏仁油 — 制造染料、香料的重要中间体
丙酮 液体 特殊气味 与水以任意比互溶 有机溶剂、有机合成原料
二、醛、酮的化学性质
1.羰基的加成反应
(1)乙醛的加成反应
(2)丙酮的加成反应
2.醛、酮的氧化反应
(1)醛能够被氧气氧化,也能被弱氧化剂银氨溶液、新制的氢氧化铜悬浊液氧化。
(2)酮对一般的氧化剂比较稳定,只能被很强的氧化剂氧化。
3.醛、酮的还原反应
【微思考1】醛类能否使酸性KMnO4溶液褪色
提示 醛类物质中含有醛基,可被弱的氧化剂银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液氧化,也可以被强氧化剂酸性KMnO4溶液氧化,因此可使酸性KMnO4溶液褪色。
【微思考2】甲醛被银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液充分氧化,可得到什么产物
提示 可得到CO2和H2O。HCHO被氧化先生成HCOOH,HCOOH分子中仍含有醛基,可继续被氧化生成H2CO3,H2CO3不稳定,分解生成H2O和CO2。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1) 属于醛。( )
(2)常温下甲醛和乙醛都是无色液体,不溶于水。( )
(3)乙醛既能发生氧化反应又能发生还原反应。( )
(4)甲醛的水溶液称为福尔马林,可用于浸制生物标本。( )
(5)1 mol HCHO与足量银氨溶液充分反应,可生成4 mol Ag。( )
√
×
√
√
√
2.对于丙烯醛CH2==CHCHO的性质叙述错误的是( )
A.能使溴水褪色
B.能与新制Cu(OH)2悬浊液反应
C.与足量的氢气反应生成1-丙醇
D.不能发生银镜反应
答案 D
解析 含有碳碳双键和醛基的有机化合物都可以使溴水褪色,故A正确;含有醛基的有机化合物能与新制氢氧化铜悬浊液反应,故B正确;CH2==CHCHO与足量的氢气加成后生成1-丙醇,故C正确;丙烯醛含有醛基,能发生银镜反应,故D错误。
课堂篇 素养提升
探究一
醛、酮的结构
问题探究
1.根据丙醛和丙酮的球棍模型,分析醛和酮在结构上各有什么特点。
提示 醛与酮结构中都存在着羰基,醛的官能团是醛基(—CHO),酮的官能团是酮羰基[ ]。
2.分子式为C5H10O且属于醛或酮的同分异构体有多少种
提示 (1)醛类碳链异构的写法:
C5H10O可写成C4H9—CHO,C4H9—的碳链异构体数目即分子式为C5H10O的醛类同分异构体的数目,C4H9—的碳链异构体有四种,则分子式为C5H10O的醛类同分异构体有4种。
(2)酮类碳链异构的写法:
深化拓展
醛、酮形成同分异构体的规律
根据醛、酮的官能团可知,饱和的一元脂肪醛和饱和的一元脂肪酮分子式的通式相同,那么它们在碳原子数相同时,相互之间属于同分异构体。醛和酮之间形成的同分异构现象称为官能团类型异构。分子中含4个及4个碳以上的醛,可以出现碳骨架异构。
醛可以用R—CHO来表示,因此烃基R—有几种不同的结构,则醛(R—CHO)就有几种因碳骨架异构所形成的同分异构体。
饱和一元脂肪醛的官能团异构除了同碳原子数的饱和一元脂肪酮外,还有同碳原子数的脂肪烯醇和烯醚。例如,丙醛(CH3CH2CHO)的同分异构体有丙酮(CH3COCH3)、丙烯醇( )、甲基乙烯基醚( )。
素能应用
典例1有机化合物A的碳骨架结构为 ,已知立方烷(C8H8)与
互为同分异构体,请写出与有机化合物A互为同分异构体、含有苯环且属于醛类的结构简式: 。
规律方法书写同分异构体的常见题型:①限定范围书写或补写,须看清解题范围;②判断是否为同分异构体,看分子式相同,结构不同的物质;③同分异构体数目的确定。近几年侧重于按要求写符合题意的化合物结构,侧重于考查官能团类型异构和官能团位置异构。
变式训练1已知戊基共有8种结构,不必试写,立即可断定分子式为C6H12O的醛应有( )
A.6种 B.7种 C.8种 D.9种
答案 C
探究二
醛、酮的加成反应
问题探究
1.醛和酮分子中都含有羰基,羰基中碳原子有没有饱和
提示 羰基上有双键,因此羰基上的碳原子没有饱和。
2.羰基上的电荷的分布情况是怎样的
提示 羰基上氧原子的得电子能力大于碳原子,因此羰基上的电荷的分布为
3.说一说羰基与极性试剂的加成原理。
提示 加成原理是羰基上带正电荷的部分加上了极性试剂中带负电荷的部分,羰基上带负电荷的部分加上了极性试剂中带正电荷的部分。
深化拓展
羰基的加成反应
素能应用
答案 (1)HCHO CH3CH2CHO (2)消去
加成 消去
方法技巧读懂题给信息,理解信息反应的机理,熟悉有关转化关系发生的条件并结合所学知识进行类比、模仿是解题的关键。
变式训练2已知醛或酮可与格氏试剂(R'MgX)发生反应,所得产物经水解可得醇:
若用此种方法制取HOC(CH3)2CH2CH3,可选用的醛或酮与格氏试剂是( )
A.HCHO与CH3CH2CH(CH3)MgX
B.CH3CH2CHO与CH3CH2MgX
C.CH3CHO与(CH3)2CHMgX
D.CH3COCH3与CH3CH2MgX
答案 D
探究三
醛、酮的氧化反应
问题探究
在一支洁净的试管中,加入1 mL 2%的AgNO3溶液,边振荡边滴加2%的氨水,直至最初产生的沉淀恰好消失,便得到银氨溶液。银氨溶液与乙醛的反应需要在60~70 ℃的水浴中进行。
1.写出整个反应过程的实验现象。
提示 向试管a中滴加氨水,现象是先出现白色沉淀后变澄清,c中水浴加热一段时间后,试管内壁出现一层光亮的银镜。
2.写出反应过程中的化学方程式。
提示 ①AgNO3+NH3·H2O==AgOH↓(白色)+NH4NO3
②AgOH+2NH3·H2O== [Ag(NH3)2]OH+2H2O
③CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH 2Ag↓+CH3COONH4+3NH3+H2O
深化拓展
1.醛、酮的氧化反应
(1)醛、酮都能发生氧化反应。醛相对酮更容易被氧化,甚至一些弱氧化剂如银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等也能将醛氧化,只有很强的氧化剂才能氧化酮,利用这一性质差异,可以用来鉴别醛和酮。
(2)醛与银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液反应时,要在碱性环境中进行。
2.醛基的检验
(1)能和银氨溶液发生银镜反应
实验中注意的事项:
(2)与新制Cu(OH)2反应产生砖红色沉淀
实验中注意的事项:
①Cu(OH)2悬浊液要新制备的;
②制备Cu(OH)2悬浊液是在NaOH溶液中滴加少量CuSO4溶液,应保持碱过量;
③加热时须将混合溶液加热至沸腾。
3.醛与新制Cu(OH)2反应或发生银镜反应的定量关系
(2)甲醛发生氧化反应时,可理解为
所以,甲醛分子相当于有2个—CHO,当与足量新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液反应时,可存在如下量的关系:
1 mol HCHO~4 mol Cu(OH)2~2 mol Cu2O;
1 mol HCHO~4 mol [Ag(NH3)2]OH~4 mol Ag。
4.醛的转化关系
素能应用
典例3已知柠檬醛的结构简式为 ,根据已有知识判断下列说法不正确的是( )
A.它可使酸性KMnO4溶液褪色
B.它可以与溴发生加成反应
C.它可以发生银镜反应
D.它被催化完全加氢后的产物的分子式为C10H20O
答案 D
解析 柠檬醛的分子结构中有碳碳双键和醛基,这两种官能团都能使酸性高锰酸钾溶液褪色,A正确;碳碳双键可与溴发生加成反应,B正确;醛基在一定条件下可以发生银镜反应,C正确;柠檬醛与氢气完全加成后的产物的分子式应为C10H22O,D不正确。
规律方法判断一种陌生物质的性质,应首先分析该物质中所含有的官能团,综合官能团的性质,确定该物质的性质。
变式训练3某醛的结构简式为
(CH3)2C==CHCH2CH2CHO。
(1)可用银镜反应来检验分子中的醛基,发生反应的化学方程式为 。
(2)检验分子中碳碳双键的方法是 ,检验碳碳双键时发生反应的化学方程式为 。
答案 (1)(CH3)2C==CHCH2CH2CHO+2[Ag(NH3)2]OH 2Ag↓+3NH3+
(CH3)2C==CHCH2CH2COONH4+H2O
(2)用银氨溶液氧化—CHO后,调pH至酸性后再加入溴水,看溴水是否褪色 (CH3)2C==CHCH2CH2COOH+Br2→
解析 (1)加入银氨溶液后,水浴加热有银镜生成,可证明有醛基,反应的化学方程式为(CH3)2C==CHCH2CH2CHO+2[Ag(NH3)2]OH 2Ag↓+3NH3+
(CH3)2C==CHCH2CH2COONH4+H2O。
(2)检验碳碳双键,可用溴水,但醛基也可与溴水发生氧化反应而使溴水褪色,则应先加入银氨溶液氧化—CHO后,调pH至酸性后再加入溴水,看溴水是否褪色,反应的化学方程式为(CH3)2C==CHCH2CH2COOH+Br2→
。
素养脉络
随堂检测
1.下列说法正确的是( )
A.甲醛、乙醛、丙醛通常情况下都是液体
B. 是乙醛的同系物
C.可用浓盐酸洗去银镜反应实验生成的银镜
D.1 mol 最多能与5 mol H2发生反应
答案 D
解析 甲醛在通常情况下是气体,A项错误; 不是乙醛的同系物,B项错误;银镜反应实验生成的银镜可用稀硝酸洗去,Ag和盐酸不反应,C项错误。
2.某同学进行乙醛还原性的实验,取1 mol·L-1的硫酸铜溶液2 mL和0.4 mol·L-1的氢氧化钠溶液4 mL,在一个试管里混合后加入0.5 mL 40%的乙醛溶液加热至沸腾,无砖红色沉淀,实验失败的原因是( )
A.氢氧化钠的量不够 B.硫酸铜的量不够
C.乙醛溶液太少 D.加热时间不够
答案 A
3.萜类化合物广泛存在于动植物体内,关于下列萜类化合物的说法正确的是( )
A.a和b都属于苯的同系物
B.a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上
C.a、b和c均能使酸性KMnO4溶液褪色
D.b和c均能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀
答案 C
解析 a中没有苯环,b中含有氧元素,所以a、b都不属于苯的同系物,A错误;a、c分子中均含有多个饱和碳原子,所以这两个分子中所有碳原子不可能处于同一平面内,B错误;a分子中有2个碳碳双键,b分子中苯环上连有甲基,c分子中有醛基,都能被酸性高锰酸钾溶液氧化,所以C正确;b分子中没有醛基,所以b不能与新制的氢氧化铜悬浊液反应,D错误。
4.(2020安徽合肥高二检测)3 g某一元醛和足量的银氨溶液反应,析出43.2 g Ag,则该醛为( )
A.甲醛 B.乙醛 C.丙醛 D.丁醛
答案 A
5.(1)做乙醛被新制氢氧化铜悬浊液氧化的实验时,下列各步操作中:
①加入0.5 mL乙醛溶液;②加入10%的氢氧化钠溶液2 mL;③加入2%的CuSO4溶液5~6滴;④加热试管。正确的顺序是 。
(2)实验室配制少量银氨溶液的方法是:先向试管中加入 ,然后 ,
发生反应的离子方程式为 、 ,
向银氨溶液中滴加少量的乙醛, ,片刻后即可在试管内壁形成银镜,发生反应的化学方程式为 。
答案 (1)②③①④ (2)AgNO3溶液 边振荡边滴加稀氨水至最初产生的沉淀恰好消失
Ag++NH3·H2O==AgOH↓+N AgOH+2NH3·H2O== [Ag(NH3)2]++OH-+2H2O 振荡后将试管放在热水浴中温热 CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O
解析 (1)做该实验时,应将少量CuSO4溶液滴入NaOH溶液中得新制Cu(OH)2悬浊液,然后加入乙醛溶液,并用酒精灯加热至沸腾,即可产生砖红色Cu2O沉淀。
(2)要掌握银氨溶液的配制方法,并能正确书写发生反应的离子方程式或化学方程式。(共51张PPT)
第2课时 糖类和核酸
第2章
2021
素养目标
1.了解糖的分类,能够列举出常见的单糖、双糖和多糖;了解糖类的组成和结构特点,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.了解葡萄糖、果糖、麦芽糖具有还原性,双糖、多糖能水解成单糖,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
3.结合糖类物质之间的转化,说明糖类与生命活动的关系,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
1.葡萄糖的分子式为C6H12O6,结构简式为CH2OH(CHOH)4CHO,分子中含有的官能团名称为羟基、醛基。
2.蔗糖和麦芽糖的分子式均为C12H22O11,二者属于同分异构体,均可发生水解反应。
3.淀粉和纤维素完全水解都可以得到葡萄糖。
必备知识
一、糖类概述
1.定义
分子中有两个或两个以上羟基的醛或酮以及水解后可以生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物。
2.分类
(1)单糖:不能水解为更小糖分子的糖类,如葡萄糖和果糖。
(2)双糖:1 mol能水解成2 mol单糖的糖类叫作双糖,双糖又称二糖,如蔗糖和麦芽糖。
(3)低聚糖:1 mol水解后能产生2~10 mol单糖的糖类。
(4)多糖:1 mol能水解产生n mol(n>10)单糖的糖类,如淀粉和纤维素。
二、单糖
1.葡萄糖
(1)物理性质:能溶于水,有甜味。
(2)化学性质:
2.果糖
(1)分子式:C6H12O6,与葡萄糖互为同分异构体。
(2)结构简式:
(3)甜度:自然界中甜度最高的单糖。
三、双糖
1.蔗糖和麦芽糖的比较
双糖名称 蔗糖 麦芽糖
相同点 组成 分子式都为C12H22O11,互为同分异构体
类别 都属于双糖,每摩尔水解后生成两摩尔单糖
溶解性 都易溶于水
甜味 都具有甜味(蔗糖更甜)
双糖名称 蔗糖 麦芽糖
不同点 官能团 无醛基(非还原性糖) 有醛基(还原性糖)
化学 性质 不能发生银镜反应,不能被新制氢氧化铜悬浊液氧化 能发生银镜反应,能被新制氢氧化铜悬浊液氧化
水解 产物 葡萄糖和果糖 只有葡萄糖
来源 甘蔗和甜菜含量最多 淀粉在酶作用下的水解产物
2.水解反应的化学方程式
四、多糖
1.淀粉
(1)分子通式:(C6H10O5)n。
(2)水解反应:
葡萄糖在酒化酶的作用下产生乙醇:C6H12O6 2CH3CH2OH+2CO2↑。
(3)特征反应:淀粉遇到碘溶液显蓝色,利用这一特性可以检验淀粉的存在。
2.纤维素
(1)分子通式:(C6H10O5)n或[C6H7O2(OH)3]n。
(2)官能团:1个葡萄糖单元(C6H10O5)中含3个醇羟基。
(3)酯化反应:
①制纤维素硝酸酯(俗称硝酸纤维)。
②制纤维素乙酸酯(俗称醋酸纤维)。
五、五碳醛糖与核酸
1.五碳醛糖
核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)是单糖中两种重要的五碳醛糖,链式核糖的结构简式为 ,链式脱氧核糖的结构简式为 。
2.核酸
DNA是遗传信息的储存物质,RNA则称作“遗传信使”,参与遗传信息的传递和表达。
【微思考1】淀粉和纤维素的通式均为(C6H10O5)n,二者是否互为同分异构体
提示 不是。
【微思考2】糖类是否都具有甜味 具有甜味的物质是否就是糖类
提示 糖类不一定具有甜味,如多糖(淀粉、纤维素)都没有甜味;有甜味的物质也不一定是糖类,如甘油等。
【微思考3】糖类也称为碳水化合物,是否糖类都符合通式Cn(H2O)m 符合通式Cn(H2O)m的物质是否都是糖类
提示 不是所有的糖类都符合通式Cn(H2O)m,如脱氧核糖分子式为C5H10O4。符合通式Cn(H2O)m的物质也不一定是糖类,如HCHO、CH3COOH都符合通式Cn(H2O)m,但都不是糖类。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)糖类都是高分子化合物。( )
(2)蔗糖是双糖,它的相对分子质量是单糖葡萄糖的二倍。( )
(3)葡萄糖水解可生成乙醇。( )
(4)蔗糖和麦芽糖均能水解,其水解产物都是葡萄糖。( )
(5)淀粉、纤维素均为天然高分子化合物,且二者所含元素种类相同。( )
×
×
×
×
√
2.核糖是核酸的重要组成部分,某核糖的结构简式为CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO,下列关于该核糖的叙述正确的是( )
A.与葡萄糖互为同分异构体
B.可与新制的Cu(OH)2悬浊液作用生成砖红色沉淀
C.不能发生取代反应
D.可以使紫色的石蕊溶液变红
答案 B
解析 根据题给核糖的结构简式可知其分子式为C5H10O5,而葡萄糖的分子式为C6H12O6,故二者既不互为同分异构体,也不互为同系物,A错误;因其分子中有—CHO,故能与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀,B正确;该核糖分子中含有羟基,能发生取代反应,C错误;该核糖不能使石蕊溶液变红,D错误。
课堂篇 素养提升
探究一
糖类的结构、性质和代表物
问题探究
实验:①将碘水滴在切开的生苹果上,苹果变蓝。
②向新制的氢氧化铜悬浊液中加入熟苹果汁,加热至沸腾,产生砖红色沉淀。
1.上面的实验现象说明苹果中含有什么物质
提示 碘水滴在切开的生苹果上苹果变蓝,说明生苹果中含有淀粉。向新制的氢氧化铜悬浊液中加入熟苹果汁,加热至沸腾,产生砖红色沉淀说明熟苹果中含有葡萄糖。
2.写出实验②中反应的化学方程式。
提示 CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O。
3.苹果中含有纤维素,纤维素在人体中能否被消化吸收
提示 纤维素在人体中不能被消化吸收。纤维素在人体中能加强肠胃蠕动,且有通便作用。
深化拓展
1.单糖——葡萄糖和果糖
名称 葡萄糖 果糖
分子式 均为C6H12O6
结构 简式 CH2OH—(CHOH)4—CHO CH2OH—(CHOH)3—CO—CH2OH
结构 特点 多羟基醛 多羟基酮
化学 性质 ①氧化反应:能发生银镜反应;能与新制氢氧化铜悬浊液反应; ②加成反应:能与H2加成得六元醇; ③取代反应:能与酸发生酯化反应; ④发酵分解:生成乙醇和CO2 ①加成反应:与H2加成得六元醇;
②取代反应:能与酸发生酯化反应
2.多糖——淀粉和纤维素的比较
名称 淀粉 纤维素
通式 (C6H10O5)n
结构特点 分子由数目巨大的葡萄糖单元相互连接得到 分子由数目巨大的葡萄糖单元相互连接得到
化学性质 加碘水 淀粉与碘作用呈现蓝色 纤维素与碘不作用,不显蓝色
水解 在酸或酶的作用下水解,最终生成葡萄糖 在无机酸催化作用下水解,最后生成葡萄糖,比淀粉水解困难
酯化 不能发生酯化反应 生成硝酸纤维和醋酸纤维等
素能应用
典例1如下图所示的各物质中,E、F为具有香味的液态有机化合物。
已知相关物质被氧化由易到难的顺序为RCHO、RCH2OH、R(R1)CHOH。
(1)B→E的反应类型是 ,F、C的结构简式分别为 、 ;E、F两种物质的关系是 。
(2)试剂Ⅲ最可能是 ,D的结构简式为 。
(3)下面对淀粉与A物质的有关描述正确的是 (填序号)。
a.均能发生水解反应
b.均属于糖类,且均有甜味
c.可用碘或银氨溶液作试剂将它们的溶液区别开
d.A分子间脱水可得到淀粉
(4)1 mol D物质与足量B发生与B→E相同反应类型的反应时,最多能消耗
mol B。
(5)写出有关反应的化学方程式:
A与试剂Ⅱ反应[试剂Ⅱ是新制Cu(OH)2悬浊液]: 。A→G: 。
答案 (1)酯化反应(或取代反应)
HOOC(CHOH)4COOH 互为同分异构体
(2)H2(其他合理答案也可) CH2OH(CHOH)4CH2OH
(3)cd (4)6
(5)CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2↑
解析 由B、C、D分子中均有6个碳原子并结合A是淀粉的水解产物知A是葡萄糖,A被氧化成B(葡萄糖酸);由C的分子构成及题干中不同物质被氧化的顺序知C是HOOC(CHOH)4COOH;由D的分子构成及生成途径知其是己六醇,试剂Ⅲ是H2。B在浓硫酸存在下发生分子内酯化反应生成环酯E、F。葡萄糖不能发生水解反应;淀粉本身没有甜味;葡萄糖能与银氨溶液反应而淀粉不能,淀粉遇碘变蓝而葡萄糖不能;淀粉水解的最终产物是葡萄糖,而葡萄糖中含羟基,则葡萄糖脱水缩合可以得到淀粉,故选cd。D是六元醇,B是一元酸,1 mol D最多可与6 mol B发生酯化反应。
变式训练1淀粉经过下列变化:淀粉→单糖→酒精→乙烯→……→草酸(HOOC—COOH)。在该变化过程中,下列反应类型一定没有发生的是( )
①加成反应 ②氧化反应 ③加氢反应 ④消去反应 ⑤取代反应 ⑥水解反应 ⑦酯化反应 ⑧加聚反应 ⑨化合反应 ⑩分解反应
A.①③④⑤ B.③⑦⑧⑨
C.②⑥⑨⑩ D.①④⑥⑩
答案 B
探究二
糖类还原性的检验以及水解产物的检验
问题探究
实验探究:淀粉水解(C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6
1.在检验淀粉水解产物的实验中,加入NaOH溶液的目的是什么
提示 中和水解液中的稀硫酸,调节溶液的pH至碱性,确保后面的实验顺利进行。
2.怎样判断淀粉的水解程度
情况 试管(Ⅰ)现象 试管(Ⅱ)现象 结论
① 未产生银镜 溶液呈蓝色 未水解
② 出现银镜 溶液呈蓝色 部分水解
③ 出现银镜 溶液不呈蓝色 完全水解
深化拓展
1.糖类还原性的检验方法
2.糖类水解的条件
(1)蔗糖和麦芽糖:稀硫酸作为催化剂,水浴加热。
(2)淀粉:稀硫酸或酶作为催化剂,水浴加热。
(3)纤维素:浓硫酸作为催化剂,小火微热。
3.淀粉水解程度的检验
特别提醒纤维素较难水解,需要酒精灯加热才行,其余糖类水解时水浴加热即可。
素能应用
典例2某学生设计了三个实验方案,用以检验淀粉的水解情况。
结论:淀粉已水解。
以上三种方案的设计及结论是否正确 如不正确,请简述理由。
答案 方案甲设计正确,但结论不正确。因为淀粉可能已部分水解,而未水解的淀粉也会与碘水作用使溶液变蓝。
方案乙设计不正确,结论也不正确。因为在酸性条件下,Cu(OH)2先与稀硫酸发生中和反应,而不能与葡萄糖反应。
方案丙设计与结论都正确。
方法技巧要检验淀粉是否水解,可以通过检验葡萄糖的存在来证明;要检验淀粉是否完全水解,除要检验葡萄糖存在外,还要检验淀粉是否还存在来证明。
变式训练2某同学称取9 g淀粉溶于水,测定淀粉水解的百分率,其实验过程如下:
(1)各步所加试剂为:A ,B 。
(2)只加A不加B是否可以 。其理由是 。
(3)当析出2.16 g金属单质时,淀粉水解的百分率是 。
答案 (1)稀硫酸 NaOH溶液 (2)不可以 银镜反应必须在碱性条件下进行 (3)18%
素养脉络
随堂检测
1.现有下列物质:①纤维素;②甲酸甲酯;③淀粉;④甲醛;⑤丙酸;⑥乳酸(2-羟基丙酸);⑦乙二酸;⑧乙酸。其中符合Cn(H2O)m的组成,但不属于糖类的是( )
A.②③④⑥ B.②④⑥⑧
C.①②④⑦ D.①③⑤⑧
答案 B
2.一只棕色的猛犸是动画片《冰川时代3》的主角。但科学家对猛犸的毛色提出质疑,科学家从4.3万年前的猛犸骨骼中提取到某物质,通过研究该物质,推测发现猛犸可能是一身金毛,该物质最可能是( )
A.氨基酸 B.蛋白质 C.DNA D.葡萄糖
答案 C
解析 DNA的全称为脱氧核糖核酸,是核酸的一种,是细胞内携带遗传信息的物质。根据猛犸骨骼中提取的DNA,有可能推测出猛犸的毛色。
3.糖元主要存在于人和动物肝脏的肌肉中,又叫动物淀粉或肝糖,可以用(C6H10O5)n来表示。又知糖元的相对分子质量比淀粉的大,下列关于糖元的叙述不正确的是( )
A.糖元与淀粉互为同分异构体
B.糖元属于多糖
C.糖元完全被氧化后的最终产物是CO2和H2O
D.糖元水解的最终产物是葡萄糖
答案 A
4.青苹果汁遇碘溶液显蓝色,熟苹果汁能还原银氨溶液,这说明( )
A.青苹果中只含淀粉不含糖类
B.熟苹果中只含糖类不含淀粉
C.苹果转熟时淀粉水解为单糖
D.苹果转熟时单糖聚合成淀粉
答案 C
5.(2020山东菏泽高二检测)为检验淀粉水解的情况,进行如图所示的实验,试管甲和丙均用60~80 ℃的水浴加热5~6 min,试管乙不加热。待试管甲、丙中的溶液冷却后再进行后续实验。
实验1:取少量甲中溶液,加入新制氢氧化铜悬浊液,加热,没有砖红色沉淀出现。
实验2:取少量乙中溶液,滴加几滴碘水,溶液变为蓝色,但取少量甲中溶液做此实验时,溶液不变蓝色。
实验3:取少量丙中溶液加入NaOH溶液调节至碱性,再滴加碘水,溶液颜色无明显变化。
(1)写出淀粉水解的化学方程式: 。
(2)设计甲和乙是为了探究 对淀粉水解的影响,设计甲和丙是为了探究 对淀粉水解的影响。
(3)实验1失败的原因是 。
(4)实验3中溶液的颜色无明显变化的原因是 。
(5)下列结论合理的是 (填字母)。
a.淀粉水解需要在催化剂和一定温度下进行
b.欲检验淀粉是否完全水解,最好在冷却后的水解液中直接加碘
c.欲检验淀粉的水解产物具有还原性,应先在水解液中加入氢氧化钠溶液中和稀硫酸至溶液呈碱性,再加入新制氢氧化铜悬浊液并加热
d.若用唾液代替稀硫酸,则实验1可能出现预期的现象
(2)温度 催化剂 (3)没有加入碱中和作为催化剂的稀硫酸 (4)氢氧化钠与碘反应 (5)abcd
解析 (1)淀粉在酸性条件下最终水解生成葡萄糖,该反应的化学方程式为
(2)甲与乙的反应物均相同,但甲加热,乙未加热,所以甲、乙实验是探究温度对淀粉水解的影响;甲中有稀硫酸,而丙中无稀硫酸,所以甲、丙是探究催化剂对淀粉水解的影响。
(3)淀粉水解生成葡萄糖是在酸性条件下进行的,而加入新制氢氧化铜悬浊液产生砖红色沉淀时应在碱性条件下进行,所以应先加入氢氧化钠溶液中和酸后,再加入氢氧化铜悬浊液,所以实验1无砖红色沉淀出现。
(4)加入的碘能与氢氧化钠反应,所以溶液颜色变化不明显。
(5)a.根据实验可知淀粉水解需要在催化剂和一定温度下进行,正确;b.因为碘易升华,所以冷却后加入碘,可判断淀粉是否完全水解,正确;c.欲检验淀粉的水解产物具有还原性,应先在水解液中加入氢氧化钠中和稀硫酸至溶液呈碱性,再加入新制氢氧化铜悬浊液并加热,根据砖红色沉淀的产生判断产物具有还原性,正确;d.唾液中含有淀粉酶,且为中性,淀粉在淀粉酶的作用下水解为葡萄糖,所以可用唾液代替稀硫酸进行实验1,可达到预期的现象,正确。(共57张PPT)
第1课时 羧酸 酯和油脂
第2章
2021
素养目标
1.了解常见羧酸、酯和油脂的结构、特点及主要物理性质,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.会用系统命名法命名简单的羧酸,培养证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
3.掌握羧酸、酯和油脂的主要化学性质,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
1.乙酸分子中的官能团名称为羧基,乙酸是一种弱酸,可与NaHCO3溶液反应,化学方程式为CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑;乙酸可与乙醇发生酯化反应,反应的化学方程式为CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O,该反应的反应类型为取代反应(或酯化反应)。
2.油脂属于酯类化合物,在酸性条件下可水解生成高级脂肪酸和甘油。
必备知识
一、羧酸
1.定义
分子由烃基(或氢原子)与羧基相连构成的有机化合物。
2.官能团
名称:羧基,结构简式: 或—COOH。
3.分类
4.羧酸的命名
羧酸的命名与醛的命名相似
例如: 的名称为4-甲基戊酸。
5.物理性质
(1)水溶性:分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶,随着分子中碳链的增长,羧酸在水中的溶解度迅速减小。
(2)沸点:比相应的醇高,原因是羧酸比相对分子质量相近的醇形成氢键的机会多。
6.常见的羧酸
名称 甲酸 苯甲酸 乙二酸
结构 简式 HCOOH HOOC—COOH
俗名 蚁酸 安息香酸 草酸
颜色、 状态 无色液体 白色针状晶体 无色透明晶体
气味 刺激性气味 — —
溶解性 与水、乙醇、乙醚、甘油等互溶 微溶于水,易溶于乙醇、乙醚 能溶于水或乙醇
用途 还原剂、消毒剂 食品防腐剂 —
7.化学性质(以RCOOH为例)
(1)酸性
①与NaHCO3反应:RCOOH+NaHCO3→ RCOONa+CO2↑+H2O。
②与NaOH反应:RCOOH+NaOH→RCOONa+H2O。
(2)羧基、羟基被取代的反应
(3)α-H被取代的反应
二、酯
1.定义
由酰基( )和烃氧基(—OR')相连构成的羧酸衍生物。
2.官能团
名称:酯基,结构简式: 。
3.物理性质
溶解性 密度 气味
难溶于水,易溶于有机溶剂 一般比水小 低级酯有香味
4.化学性质(以 为例)
三、油脂
1.组成和结构
油脂的主要成分是高级脂肪酸甘油酯,结构简式为 。
2.分类
3.化学性质
油脂与H2的加成反应,也称为油脂的氢化或硬化,由此可获得人造脂肪,也称为硬化油。
【微思考1】乙酸能否与H2发生加成反应 能否发生还原反应
提示 乙酸不能与H2加成,能发生还原反应,可被LiAlH4还原生成CH3CH2OH。
【微思考2】植物油能否使酸性KMnO4溶液或溴水褪色
提示 植物油组成中不饱和高级脂肪酸甘油酯含量较高,植物油中含有的碳碳双键可被酸性KMnO4溶液氧化,可与Br2发生加成反应,因此可使酸性KMnO4溶液、溴水褪色。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)乙酸的结构简式为CH3COOH,分子中含有4个氢原子,为四元弱酸。( )
(2)甲醛和甲酸均可发生银镜反应。( )
(3)分离乙酸乙酯和水的混合物可用分液的方法。( )
(4)酯化反应和酯的水解反应都是取代反应。( )
(5)植物油的沸点高于动物脂肪的沸点。( )
×
√
√
√
×
2.某有机化合物的结构简式为 ,它可以发生的反应类型有( )
①加成 ②消去 ③水解 ④酯化 ⑤氧化 ⑥加聚
A.①②③④ B.①②④⑤
C.①②⑤⑥ D.③④⑤⑥
答案 B
解析 根据题给有机化合物的结构简式可知,分子中的官能团有酚羟基、醇羟基和羧基。所以可以发生的反应有加成反应、消去反应、酯化反应以及氧化反应等,选项B正确。
课堂篇 素养提升
探究一
羧酸的化学性质
问题探究
除垢剂是一种去除水垢、污垢等多种垢渍的化学制剂,某种家用除垢剂主要用于去除饮水机内的污垢。该家用除垢剂的主要成分是柠檬酸
1.柠檬酸分子中含有哪些官能团
提示 羧基和(醇)羟基。
2.柠檬酸能溶解水垢,主要是哪种官能团在发挥作用 试写出柠檬酸与NaHCO3反应的化学方程式。
3.柠檬酸既可与乙酸发生酯化反应,又可与乙醇发生酯化反应,试写出柠檬酸分别与足量乙醇、乙酸反应的化学方程式。
深化拓展
1.醇羟基、酚羟基、羧基三种官能团中羟基氢原子活泼性的比较
官能团种类 醇羟基 酚羟基 羧基
代表物结构 CH3CH2—OH
与羟基相 连的基团 CH3CH2—
电离程度 极难电离 微弱电离 部分电离
酸碱性 中性 很弱的酸性 弱酸性
遇紫色石 蕊溶液 不变色 不变色 变色
官能团种类 醇羟基 酚羟基 羧基
与Na 反应 反应 反应
与NaOH 不反应 反应 反应
与Na2CO3 不反应 反应,但只能 生成NaHCO3 反应,生成CO2
与NaHCO3 不反应 不反应 反应
结论
2.酯化反应的规律
3.酯化反应的五大类型
(1)一元羧酸与一元醇之间的酯化反应,如
CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O。
(2)一元羧酸与多元醇之间的酯化反应,如
2CH3COOH+HOCH2CH2OH CH3COOCH2CH2OOCCH3+2H2O。
(3)多元羧酸与一元醇之间的酯化反应,如
HOOCCOOH+2CH3CH2OH CH3CH2OOCCOOCH2CH3+2H2O。
(4)多元羧酸与多元醇之间的酯化反应。此时反应有3种情形,可得到普通酯、环酯、聚酯。如
(5)羟基酸自身的酯化反应。此时反应有3种情形,可得到普通酯、环酯、聚酯。如
素能应用
典例1下列说法错误的是( )
A.X→Y反应类型为酯化反应
B.X、Y、Z均能使溴的四氯化碳溶液褪色
C.Y和Z互为同分异构体
D.等物质的量的X、Z分别与足量Na反应,消耗Na的物质的量之比为2∶1
答案 C
解析 A项,对比X、Y的结构可知,X与CH3OH发生酯化反应生成Y,正确;B项,三种物质的结构简式中均含有碳碳双键,能与溴发生加成反应,可使溴的四氯化碳溶液褪色,正确;C项,Y、Z的结构简式中分别含有氧原子的个数为3、4,两者不是同分异构体,错误;D项,Na能与—OH和—COOH反应,1 mol X能与2 mol Na反应,1 mol Z只能与1 mol Na反应,故相同物质的量的X、Z与足量Na反应,消耗Na的物质的量之比为2∶1,正确。
变式训练1已知某有机化合物的结构简式为 。请回答下列问题:
(1)当该有机化合物和 反应时,可转化为
(2)当该有机化合物和 反应时,可转化为
(3)当该有机化合物和 反应时,可转化为
答案 (1)NaHCO3
(2)NaOH(或Na2CO3) (3)Na
解析 首先判断出该有机化合物所含官能团为羧基(—COOH)、酚羟基(—OH)和醇羟基(—OH),然后判断各官能团活泼性:羧基>酚羟基>醇羟基,最后利用官能团的性质解答。由于酸性:—COOH>H2CO3> >HC ,所以(1)中应加入NaHCO3,只与—COOH反应;(2)中加入NaOH或Na2CO3,与酚羟基和—COOH反应;(3)中加入Na,与三种官能团都反应。
探究二
乙酸乙酯的制备 酯的结构与性质
问题探究
实验室用上图所示装置制取乙酸乙酯。
1.向试管中加入无水乙醇、冰醋酸和浓硫酸三种试剂的顺序是怎样的
提示 先加入无水乙醇,然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸,再加冰醋酸。
2.发生反应的试管中除加入三种试剂的混合物外,还需加入几块碎瓷片,碎瓷片的作用是什么
提示 防止暴沸。
3.收集乙酸乙酯时,饱和Na2CO3溶液的作用是什么
提示 除去乙酸,溶解乙醇,降低乙酸乙酯的溶解度,便于分层。
4.乙酸与乙醇发生的酯化反应为可逆反应,从化学反应速率和化学平衡的角度分析,该实验中采取哪些措施有利于乙酸乙酯的制取
提示 ①加入浓硫酸:使用浓硫酸作催化剂,可加快反应速率;同时浓硫酸具有吸水性,可吸收反应生成的水,促使平衡正向移动,有利于乙酸乙酯的生成。②加热:加热可加快反应速率,并及时将产物乙酸乙酯蒸出,以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动。③加入过量无水乙醇:增大一种反应物的浓度,促使平衡正向移动,有利于乙酸乙酯的生成。
深化拓展
1.羧酸和酯的同分异构体的推导方法
(1)分子式相同的羧酸、酯和羟基醛互为同分异构体
(2)“分碳法”书写酯的同分异构体
方法思路:在“ ”中间的碳氧单键处一分为二,将酯的总含碳原子数一分为二。
例如,写出分子式为C4H8O2且属于羧酸或酯的同分异构体:
总碳原子数 羧酸碳原子数 醇碳原子数 具体物质
4 4 0 丁酸C3H7—COOH(2种)
4 3 1 丙酸甲酯CH3CH2COOCH3(1种)
4 2 2 乙酸乙酯CH3COOCH2CH3(1种)
4 1 3 甲酸丙酯HCOO—C3H7(2种)
4 0 4 不符合要求
2.酯水解反应的规律
(1)酯在酸性或碱性条件下水解
酯在碱性条件下水解时,1 mol醇酯基消耗1 mol NaOH,1 mol酚酯基消耗2 mol NaOH。
(2)分子式和相对分子质量规律
分子式规律:
酯的分子式+H2O(注意消耗H2O的量)=酸的分子式+醇的分子式(注意生成酸、醇分子的个数)。
素能应用
典例2(2020全国1,8)紫花前胡醇( )可从中药材当归和白芷中提取得到,能提高人体免疫力。有关该化合物,下列叙述错误的是( )
A.分子式为C14H14O4
B.不能使酸性重铬酸钾溶液变色
C.能够发生水解反应
D.能够发生消去反应生成双键
答案 B
解析 观察分析紫花前胡醇的结构简式,可确定分子式为C14H14O4,A项正确。由结构简式可知分子中含有碳碳双键和羟基,可以使酸性重铬酸钾溶液变色,B项错误。含有酯基,能够发生水解反应,C项正确。羟基所连碳原子的邻位碳原子上含有氢原子,可以发生消去反应,D项正确。
变式训练2某羧酸酯的分子式为C18H26O5,1 mol该酯完全水解可得到1 mol羧酸和2 mol乙醇,则对应羧酸的分子式为( )
A.C14H18O5 B.C14H16O4
C.C16H22O5 D.C16H20O5
答案 A
解析 由1 mol酯(C18H26O5)完全水解可得到1 mol羧酸和2 mol乙醇可知,该酯为二元酯,分子中含有2个酯基(—COO—),结合酯的水解反应原理可得1 mol C18H26O5+2 mol H2O 1 mol羧酸+2 mol C2H5OH,再结合原子守恒推知,对应羧酸的分子式为C14H18O5。
素养脉络
随堂检测
1.某有机化合物的结构简式为 ,在一定条件下此有机化合物可能发生的反应有( )
①中和反应 ②银镜反应 ③消去反应 ④酯化反应
⑤加成反应 ⑥水解反应
A.②③ B.①②③
C.①④⑤⑥ D.①③④⑥
答案 C
2.(2021全国乙卷,10)一种活性物质的结构简式为 ,下列有关该物质的叙述正确的是( )
A.能发生取代反应,不能发生加成反应
B.既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物
C.与 互为同分异构体
D.1 mol该物质与碳酸钠反应得44 g CO2
答案 C
解析 根据题给活性物质的结构简式,可知其分子中含有碳碳双键、羟基和羧基,故该物质可以发生加成反应和取代反应,A项错误;题给活性物质的分子结构与乙醇、乙酸不相似,组成上也不是相差若干个CH2原子团,故该物质与乙醇、乙酸均不是互为同系物的关系,B项错误;题干给出的活性物质与C项中给出的物质分子式相同(均为C10H18O3)而结构不同,两者互为同分异构体,C项正确;题给活性物质分子中,能与碳酸钠反应的官能团只有羧基,1 mol该活性物质与碳酸钠反应只能生成22 g CO2,D项错误。
3.分子式为C4H8O2的有机化合物和稀硫酸共热可得到有机化合物A、B,将A氧化最终可得C,且B和C为同系物,若C能发生银镜反应,则原有机化合物的结构简式为( )
A.HCOOCH2CH2CH3 B.CH3COOCH2CH3
C.CH3CH2COOCH3 D.HCOOCH(CH3)2
答案 C
4.(2018全国1,9)在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中,下列操作未涉及的是( )
答案 D
解析 A是生成乙酸乙酯的操作,B是收集乙酸乙酯的操作,C是分离乙酸乙酯的操作。D是蒸发操作,在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中未涉及蒸发操作。
5.已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸(C3H6O3)。
(1)取9 g乳酸与足量的金属Na反应,可生成2.24 L H2(标准状况),另取等量乳酸与等物质的量的乙醇反应,生成0.1 mol乳酸乙酯和1.8 g水,由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为 。
(2)乳酸在Cu作为催化剂时可被氧化成丙酮酸( ),由以上事实推知乳酸的结构简式为 。
(3)两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环脂(C6H8O4),则此环酯的结构简式是 。
(4)乳酸在浓硫酸作用下,三分子相互反应,生成链状结构的有机化合物,写出该链状有机化合物的结构简式: 。
答案 (1)羧基、醇羟基
解析 根据乳酸的分子式,可求出其相对分子质量为90,9 g乳酸的物质的量为0.1 mol,1.8 g H2O的物质的量为0.1 mol。0.1 mol乳酸与0.1 mol乙醇反应生成0.1 mol 乳酸乙酯,可知1 mol乳酸分子中含有1 mol羧基;又因为0.1 mol乳酸与足量金属钠反应生成0.1 mol H2,所以1 mol乳酸分子中还含有1 mol
醇羟基。根据乳酸在Cu催化条件下被氧化成 可知,醇羟基的位置在碳链中间。据此可推导出乳酸的结构简式为 。(共56张PPT)
第2课时 酰胺 氨基酸和蛋白质
第2章
2021
素养目标
1.了解酰胺的结构特点和主要性质,了解氨基酸、蛋白质的结构特点和主要性质,了解酶的催化作用的特点,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.了解我国科学家在生命科学研究领域中的贡献,体会化学科学在生命科学发展中的重要作用,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
知识铺垫
1.向鸡蛋清溶液中加入饱和硫酸铵溶液,有沉淀析出,该过程为蛋白质的盐析,属于物理(填“物理”或“化学”)变化。
2.向鸡蛋清溶液中加入CuSO4溶液,有沉淀析出,该过程为蛋白质的变性,属于化学(填“物理”或“化学”)变化。
必备知识
一、酰胺
1.结构特点
酰胺是分子由酰基(结构简式为 )和氨基(结构简式为—NH2)相连构成的羧酸衍生物。官能团是酰胺基(结构简式为 )。
2.物理性质
除甲酰胺( )是液体外,其他酰胺多为无色晶体。低级的酰胺可溶于水,随着相对分子质量的增大,酰胺的溶解度逐渐减小。
3.化学性质
酰胺在强酸或强碱存在下长时间加热可水解成羧酸(或羧酸盐)和氨(或胺)。
二、氨基酸和蛋白质
1.氨基酸的定义
氨基取代了羧酸分子中烃基上的氢原子形成的取代羧酸。
2.氨基酸的结构特点
3.氨基酸的性质
(1)两性
①解离
②性质
(2)缩合
在一定条件下能够缩合成多肽构成蛋白质。
三、多肽
1.肽
一个α-氨基酸分子的羧基与另一个α-氨基酸分子的氨基脱去一分子水所形成的化合物。
2.官能团
酰胺键,又叫肽键,表示为 。
3.分类
(1)二肽:由两个氨基酸分子脱水缩合而成的肽。
(2)三肽:由三个氨基酸分子脱水缩合而成的肽。
(3)二肽及以上均可称为多肽。
如两分子甘氨酸生成二肽的化学方程式:
H2N—CH2—COOH+H2N—CH2—COOH→ +H2O
四、蛋白质
1.定义
由α-氨基酸分子按一定的顺序以肽键连接起来的生物大分子。
2.物质基础
α-氨基酸。
3.分子大小
通常含50个以上的肽键,相对分子质量一般在10 000以上,有的高达数千万。
4.性质
5.结构与功能特性
蛋白质的结构与功能具有高度统一性。
五、酶
1.定义
酶是一种高效的生物催化剂,大多数酶都属于蛋白质。
2.催化特点
【微思考1】两种氨基酸分子混合脱水能形成几种二肽
提示 4种二肽。如甘氨酸和丙氨酸混合后,脱水缩合形成以下4种二肽:
【微思考2】甲酰胺( )能否发生银镜反应
提示 能发生银镜反应,因为甲酰胺中含有醛基。
自我检测
1.判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)氨基酸既能与强酸反应,也能与强碱反应。( )
(2)天然蛋白质水解的最终产物都是α-氨基酸。( )
(3)蛋白质遇浓硝酸都会显黄色。( )
(4)医疗器械的高温消毒的实质是蛋白质的变性。( )
(5)温度越高酶的催化作用越好。( )
√
√
×
√
×
2.化合物A的分子式为C4H9NO2,A的同分异构体中属于氨基酸的有( )
A.5种 B.4种
C.3种 D.6种
答案 A
解析 氨基酸分子中含有—COOH和—NH2,先写出只含有羧基的结构有丁酸、2-甲基丙酸两种,然后将氨基作为取代基取代丁酸、2-甲基丙酸烃基上的H原子,前者有3种结构,后者有2种结构,所以共有5种。
课堂篇 素养提升
探究一
氨基酸的结构与性质
问题探究
1.氨基酸分子的结构有什么特点
提示 ①含有—NH2及—COOH;②R基团不同。
2.既与酸反应,又与碱反应的有机化合物有哪些
提示 酯类化合物(如乙酸乙酯)、氨基酸、蛋白质、酰胺(如乙酰胺)、羧酸铵(如乙酸铵)等。
深化拓展
氨基酸的缩合:一个氨基酸分子中的氨基和另一个氨基酸分子中的羧基发生脱水缩合生成肽键。
A、B两种不同的氨基酸生成二肽时,可能是A的氨基脱去氢、B的羧基脱去羟基形成肽键,也可能是A的羧基脱去羟基而B的氨基脱去氢形成肽键,还有可能是两个A分子之间或两个B分子之间形成肽键,因此产物可能有4种。
另外,许多氨基酸分子不仅可以缩聚成二肽、多肽、蛋白质,还能脱水形成环状化合物。
素能应用
典例1某天然蛋白质水解产物中含有化合物A,A物质由C、H、N、O四种元素组成。A既能与NaOH反应,也能与盐酸反应。在一定条件下,两分子的A发生缩合反应生成B分子和一个水分子,B的相对分子质量为312。当该蛋白质遇到浓硝酸时显黄色。回答下列问题:
(1)A的相对分子质量是 。
(2)若A分子中含有 结构,则其结构简式为 ;
B的结构简式为 。
规律方法氨基酸缩合的实质就是—COOH和—NH2脱水形成酰胺键( )的过程,该过程类似于酯化反应,氨基酸可以缩合形成二肽、多肽、蛋白质。
变式训练1某物质的球棍模型如图所示:
(1)下列关于该物质的说法不正确的是( )
A.该物质的结构简式为
B.该物质可以发生加成反应
C.该物质为两性化合物
D.该物质可以聚合成高分子化合物
(2)两分子该有机化合物反应可以形成的有机化合物的结构简式为 。
(3)该物质与 的关系是 。
解析 由球棍模型可知该物质的结构简式为 ,它是苯丙氨酸,该氨基酸可以发生加成反应,是两性化合物,能发生聚合反应生成二肽或多肽。两分子该有机化合物反应可生成链状化合物二肽,也可生成环状化合物。该物质的分子式为C9H11O2N,它与 分子式相同,结构不同,二者互为同分异构体。
探究二
蛋白质的结构、性质
问题探究
1.怎样将蛋白质从溶液中分离出来
提示 加入饱和(或浓)硫酸钠溶液,蛋白质析出,然后过滤。
2.多肽和蛋白质的水解规律是什么
提示 多肽、蛋白质的水解是氨基酸缩合反应的逆反应,断掉C—N键,将水分为—H和—OH两部分,分别加在—NH—和 上即可得水解产物。
深化拓展
1.蛋白质的盐析、变性和渗析的比较
性质 蛋白质的盐析 蛋白质的变性 蛋白质的渗析
内涵 在蛋白质溶液中加某些浓的无机盐溶液,会使其溶解度降低而析出 蛋白质在某些条件下聚沉,失去原有的生理活性 利用半透膜分离蛋白质胶体和溶液
条件 碱金属盐、镁、铝等轻金属盐和铵盐的浓溶液 加热,紫外线,X射线,强酸,强碱,强氧化剂,重金属盐,甲醛、酒精、苯酚等有机化合物 胶体、水和半透膜
性质 蛋白质的盐析 蛋白质的变性 蛋白质的渗析
特点 可逆,蛋白质仍然保持原有的性质 不可逆,蛋白质失去原有的生理活性 可逆,须多次换水或采用流动的水
实质 物理变化(溶解度降低) 化学变化(结构、性质改变) —
用途 分离、提纯蛋白质 杀菌,消毒,缓解重金属盐中毒等 精制蛋白质
特别提醒盐溶液与蛋白质作用时,要特别注意盐溶液的浓度及所含的金属阳离子对蛋白质性质的影响:
(1)某些稀盐溶液能够促进蛋白质的溶解。
(2)某些浓盐溶液能够使蛋白质发生盐析。
(3)重金属盐溶液,无论浓稀,均能够使蛋白质变性。
2.氨基酸、蛋白质、酶的比较
物质 构成 结构特点 主要化学性质
氨基酸 羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代后的产物 分子里既有氨基(碱性基团)又有羧基(酸性基团),其中α-氨基酸的通式为 ①既可与酸反应又可与碱反应;
②发生缩合反应生成肽
物质 构成 结构特点 主要化学性质
蛋白质 天然蛋白质都是由不同的α-氨基酸缩聚而成的 分子中存在肽键 ( ) ①既可与酸反应又可与碱反应;
②在一定条件下水解最终可得到α-氨基酸;
③溶于水具有胶体的性质;
④盐析(某些浓的无机盐溶液)为可逆过程;
⑤变性:加热、酸、碱、重金属盐、紫外线等,不可逆过程;
⑥含苯环的蛋白质遇浓硝酸呈现黄色;
⑦灼烧时产生特殊的气味
物质 构成 结构特点 主要化学性质
酶 绝大多数酶是蛋白质 具有蛋白质的结构特点,也有自己的特性 ①变性(与蛋白质相似);
②具有自己的特性,是生物催化剂;酶的催化作用条件温和,具有专一性和高效性
特别提醒氨基酸、肽、蛋白质间的转化
素能应用
典例2(1)有机化合物A的分子式为C3H7O2N,有机化合物B的分子式为C3H9O2N,这两种有机化合物分子中都有一个与碳原子连接的甲基,它们都能与NaOH溶液反应,也都能与盐酸反应。
①有机化合物A、B的结构简式为:A 、B 。
②A、B分别与NaOH溶液反应的化学方程式为 、 。
(2)某人工合成的多肽具有如下结构:
试回答下列问题:
①若n=3,则该化合物为 (填汉字)肽。
②若n=200,则该化合物的一个分子水解时所需水分子的数目为 。
③该化合物水解可以得到的单体有 、 、 (写结构简式)。
变式训练2(2020吉林长春高二检测)有一分子式为C8H14N2O5的二肽,经水解得丙氨酸 和另一种氨基酸X,则X的化学式可能是( )
A.C3H7NO3 B.C5H9NO4
C.C5H11NO5 D.C5H7NO4
答案 B
素养脉络
随堂检测
1.下列物质中既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的是( )
①NaHCO3 ②(NH4)2S ③Al(OH)3 ④NH4Cl
⑤H2N—CH2—COOH ⑥CH3COOH
A.只有①②③
B.只有①②④⑤
C.只有⑤⑥
D.只有①②③⑤
答案 D
解析 ①NaHCO3是弱酸的酸式盐,既能与NaOH反应,又能与盐酸反应,故符合题意;②(NH4)2S能与盐酸反应生成硫化氢,与氢氧化钠反应生成氨气,故符合题意;③Al(OH)3是两性氢氧化物,既能与强酸反应又能与强碱反应,故符合题意;④NH4Cl只能与碱反应生成氨气,故不符合题意;⑤—COOH显酸性,—NH2显碱性,故符合题意;⑥CH3COOH只能与碱反应生成盐,故不符合题意。
2.如图表示一个分子的球棍模型,它是蛋白质水解产物之一。图中“棍”代表单键或双键或三键,不同颜色的球代表不同元素的原子,原子序数为1~10。该模型图表示的分子具有的性质是( )
A.只能与盐酸反应,不能与氢氧化钠反应
B.只能与氢氧化钠反应,不能与盐酸反应
C.既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠反应
D.既不能与盐酸反应,又不能与氢氧化钠反应
答案 C
3.(2020浙江温州高二检测)下列说法正确的是( )
A.蛋白质、纤维素、淀粉都是高分子化合物
B.硬脂酸甘油酯和乙酸乙酯都属于酯类物质,都能发生皂化反应
C.所有氨基酸分子中都只含有一个羧基(—COOH)和一个氨基(—NH2)
D.鸡蛋清溶液中加入浓的(NH4)2SO4溶液产生沉淀,加水后沉淀不溶解
答案 A
解析 蛋白质、纤维素、淀粉都是高分子化合物,故A正确;硬脂酸甘油酯属于酯类物质,能发生皂化反应,乙酸乙酯在碱性条件下可以水解,但不是皂化反应,不能生成高级脂肪酸盐,故B错误;所有氨基酸分子中都含有羧基(—COOH)和氨基(—NH2),但不一定只有一个,故C错误;鸡蛋清溶液中加入浓的(NH4)2SO4溶液产生沉淀,发生盐析,加水后沉淀溶解,故D错误。
4.下列有机化合物水解时,键断裂(用虚线表示)错误的是( )
A.只有①③
B.只有①④
C.只有③
D.只有①②③
答案 A
5.(2020河北沧州高二检测)某有机化合物含碳、氢、氧、氮四种元素。如图是该有机化合物的球棍模型(其中黑点表示原子,短线表示原子之间的共价键)。
(1)则该有机化合物的分子式为 ,结构简式为 。
(2)该有机化合物可能发生的化学反应有 (填编号)。
①水解反应 ②加聚反应 ③取代反应 ④消去反应 ⑤酯化反应
(3)该有机化合物发生水解反应的化学方程式为 。
(4)写出该有机化合物的一种同分异构体,它的分子中含有两个 ,且是天然蛋白质水解的最终产物之一,则该同分异构体的结构简式为 。
答案 (1)C5H11O2N CH3CH2CONHCH2CH2OH
(2)①③④⑤
解析 (1)形成一个共价键的为氢原子,形成两个共价键的为氧原子,形成三个共价键的为氮原子,形成四个共价键的为碳原子,则由该有机化合物的球棍模型可知其化学式为C5H11O2N。
(4)所写物质为天然蛋白质水解产物即α-氨基酸,故可表示为(共29张PPT)
微项目 探秘神奇的医用胶
第2章
2021
——有机化学反应的创造性应用
素养目标
1.通过对医用胶结构与性能关系的探究,深入领会“结构决定性质,性质反映结构”的学科思想,建立有机化合物宏观性能与微观分子结构之间的联系,体验有机化学反应在实践中的创造性应用,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.通过对医用胶改性的研讨,形成应用有机化合物性质分析解释实际现象、利用有机化学反应解决材料改性问题的思路,进一步巩固利用有机化学反应实现官能团转化的方法,培养变化观念与平衡思想的化学学科核心素养。
课前篇 素养初探
必备知识
1.从性能需求探究医用胶的分子结构及黏合原理
(1)理想的医用胶通常应满足以下性能需求
①在血液和组织液存在的条件下可以使用。
②常温、常压下可以快速固化实现黏合。
③具有良好的黏合强度及持久性,黏合部分具有一定的弹性和韧性,安全,可靠,无毒性。
(2)医用胶的安全性
①黏合过程中单体的聚合热、产生的聚合物等是否对人体有害。
②聚合物在人体内的代谢过程中,聚合物代谢时间、产生的小分子等是否对人体有害。
(3)医用胶结构和性能的关系
首先,应含有能够发生聚合反应的官能团,如碳碳双键等;其次,应含有对聚合反应具有活化作用的官能团,如邻近碳碳双键的氰基、酯基等;再次,还应含有能够与蛋白质大分子形成氢键的官能团,如氰基等。具备上述结构特点的医用胶,室温下受到人体组织中的水的引发,可快速聚合,固化成膜,并与创面紧密镶嵌,表现出良好的黏合及止血性能。
2.通过结构转化改进医用胶的安全性等性能
医用胶分子中的官能团和碳骨架在不同程度上决定其各种性能——黏合性、安全性、降解性等。化学家基于性能改进的需求设计新的医用胶分子,即通过对医用胶的结构进行改造实现其性能改良。结构的改造则需要利用有机化学反应来实现,为了使反应按照人们预期的方向发生,需要从反应物、反应类型、反应试剂及反应条件等多个角度全面考虑。
【微思考1】α-氰基丙烯酸正丁酯(俗称504)是常用的医用胶,其结构简式为 ,该分子中含有哪些官能团
提示 含有的官能团有碳碳双键、氰基、酯基。
【微思考2】在α-氰基丙烯酸正丁酯中,怎样改变分子的结构以提高医用胶的耐水性、柔韧性、降解性等性能 把医用胶中原有的酯基转化为烷氧基等功能性基团应使用什么反应
提示 增长酯基碳链有助于提升固化胶的柔韧性并降低其聚合热;在酯基部位引入易水解的官能团有利于加快其降解速率;氰基丙烯酸部分的结构中有两个或多个碳碳双键,则可发生交联聚合,形成体型高聚物,有助于增强医用胶的耐水、耐热、抗冷热交替等性能。利用酯交换等有机化学反应,可使医用胶分子中原有的酯基转化为烷氧基等功能性基团。
自我检测
判断下列说法是否正确,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)含CN-的无机盐有毒,因此含有—CN的504医用胶有毒。( )
(2)医用胶中的氰基可与蛋白质端基的氨基、羧基形成氢键。( )
(3)α-氰基丙烯酸乙酯(俗称502)的聚合速度较快,可用作医用胶。( )
(4)α-氰基丙烯酸正丁酯(俗称504)、α-氰基丙烯酸正辛酯(俗称508)在使用过程中可较快聚合,且对人体细胞几乎无毒性。( )
(5)把α-氰基丙烯酸正丁酯医用胶结构修饰变为 有利于加快降解速率。( )
×
√
×
√
√
课堂篇 素养提升
探究
α-氰基丙烯酸酯医用胶的结构与性能的关系
问题探究
根据504医用胶的分子结构: ,回答问题:分子中的官能团在黏合过程中分别起到怎样的作用 在黏合过程中发生了怎样的反应
提示 氰基(—CN)中的碳原子和氮原子通过三键相连接,使得氰基相当稳定,通常在化学反应中都以一个整体存在。氰基具有较强的极性,对碳碳双键基团具有活化作用,使其在常温、常压下即可发生加聚反应。氰基体积小,能够深入蛋白质内部与蛋白质端基的氨基、羧基形成较强的相互作用——氢键。
碳碳双键:能发生加聚反应,由小分子变为高聚物,使得医用胶可以由液态转变为固态。
酯基:有极性,使双键活化从而更易发生加聚反应,并增大聚合物分子间作用力;能发生水解反应,有利于医用胶使用后的降解。
黏合过程发生加聚反应。室温下受到人体组织中水的引发,可快速聚合,固化成膜。
深化拓展
1.结构特点
α-氰基丙烯酸酯所含有的官能团:碳碳双键、氰基、酯基。
2.医用胶结构改进对性能的影响
增长酯基碳链有助于提升固化胶的柔韧性并降低其聚合热;在酯基部位引入易水解的官能团有利于加快其降解速率;氰基丙烯酸部分的结构中有两个或多个碳碳双键,则可发生交联聚合,形成体型高聚物,有助于增强医用胶的耐水、耐热、抗冷热交替等性能。
素能应用
典例(2020山东化学,12)α-氰基丙烯酸异丁酯可用作医用胶,其结构简式如下图。下列关于α-氰基丙烯酸异丁酯的说法错误的是( )
A.其分子式为C8H11NO2
B.分子中的碳原子有3种杂化方式
C.分子中可能共平面的碳原子最多为6个
D.其任一含苯环的同分异构体中至少有4种不同化学环境的氢原子
答案 C
解析 根据α-氰基丙烯酸异丁酯的结构简式可知,其分子式为C8H11NO2,A正确;在其结构简式( )中,①号碳原子为sp2杂化,②号碳原子为sp杂化,③号碳原子为sp3杂化,B正确;在分子中存在 结构,
可能共平面的碳原子最多为7个,C错误;D项,根据残基思想,由
C8H11NO2-C6H5=C2H6NO2可知,在—C2H6NO2中不存在不饱和键,则会存在—OH、—NH2、—CH3(或—CH2CH3、—CH2—),所以等效氢原子大于4种。
变式训练(2020黑龙江大庆高二检测)在2020年的新型冠状病毒的防疫工作中,口罩和医用酒精起到了重要作用,医用口罩由三层无纺布制成,无纺布的主要原料是聚丙烯树脂。下列说法正确的是( )
A.84消毒液、二氧化氯泡腾片可作环境消毒剂
B.聚丙烯树脂属于合成无机高分子材料
C.医用酒精中乙醇的体积分数为95%
D.抗病毒疫苗冷藏存放的目的是避免蛋白质盐析
答案 A
解析 84消毒液、二氧化氯都具有强氧化性,可作为环境消毒剂,A正确;聚丙烯树脂属于合成有机高分子材料,B错误;医用酒精中乙醇的体积分数为75%,C错误;抗病毒疫苗冷藏存放的目的是避免蛋白质受热而变性,D错误。
素养脉络
随堂检测
A.淀粉是糖类物质,有甜味,反应①是水解反应
B.反应③是消去反应、反应④是加聚反应、反应⑤是取代反应
C.乙烯、聚乙烯分子中均含有碳碳双键,均可被酸性KMnO4溶液氧化
D.在水浴加热条件下,可用银氨溶液将葡萄糖、乙醇区分开
答案 D
解析 淀粉没有甜味,A错误;反应⑤是氧化反应,不是取代反应,B错误;聚乙烯分子中没有碳碳双键,C错误;葡萄糖可被银氨溶液氧化,乙醇不能,D正确。
2.(2020广西桂林高二检测)贝诺酯是由阿司匹林、扑热息痛经化学法制备的解热镇痛抗炎药,其合成反应式(反应条件略)如图所示:
下列叙述错误的是( )
A.NaHCO3溶液可区别阿司匹林和扑热息痛
B.1 mol阿司匹林最多可消耗2 mol NaOH
C.常温下贝诺酯在水中的溶解度小于扑热息痛的
D. 是扑热息痛发生类似酯水解反应的产物之一
答案 B
解析 —COOH能与NaHCO3反应,而酚羟基不能,则NaHCO3溶液可区别阿司匹林和扑热息痛,所以A选项是正确的;—COOH、酚羟基均与NaOH反应,所以1 mol阿司匹林最多可消耗3 mol NaOH,故B错误;扑热息痛含—OH,能溶于水,而贝诺酯属于酯类物质,不溶于水,所以常温下贝诺酯在水中的溶解度小于扑热息痛的,所以C选项是正确的;—NH—CO—能发生水解反
应,则 是扑热息痛发生类似酯水解反应的产物之一,所以D选项是正确的。
3.(2020湖北武汉高二检测)多巴胺结构如图所示,下列说法错误的是( )
A.多巴胺分子式为C8H11NO2
B.多巴胺可以发生加成、取代、氧化反应
C.和溴水反应时,1 mol多巴胺可以消耗6 mol溴单质
D.多巴胺既可以与强酸反应,又可以与强碱反应
答案 C
解析 由多巴胺的结构简式可知,其分子式为C8H11NO2,A正确;多巴胺分子中含有苯环,能发生加成和取代反应,含酚羟基易发生氧化反应,B正确;与酚羟基相连的碳原子的邻、对位碳原子上的氢原子易被溴取代,故多巴胺和溴水反应时,1 mol多巴胺可消耗2 mol溴单质,C错误;多巴胺分子中含有氨基和酚羟基,既可以与强酸反应,又可以与强碱反应,D正确。
4.(2020吉林长春高二检测)我国科学家发现金丝桃素对高致病性禽流感病毒杀灭效果良好,某种金丝桃素的结构简式如图所示:
下列有关金丝桃素的说法错误的是( )
A.属于烃的衍生物,燃烧只产生CO2和H2O
B.可以发生取代、加成、酯化、消去等反应
C.分子式为C17H23O3N,苯环上的一氯取代物有3种
D.1 mol该物质最多能和3 mol H2发生加成反应
答案 A
解析 金丝桃素中含氮元素,则其燃烧产物不只是CO2和H2O,A错误;分子中含有羟基、酯基和苯环,可发生取代、加成、酯化、消去等反应,B正确;分子式为C17H23O3N,苯环上的一氯代物有邻、间、对3种,C正确;1 mol该物质中只有苯环能与3 mol H2发生加成反应,D正确。
