(共73张PPT)
第2章
第1课时 有机化学反应的主要类型
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
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51张PPT)
第2章
第2课时 有机化学反应类型的应用
——卤代烃的性质和制备
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
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↑)
