第3节 醛和酮 糖类和核酸
基础课时12 醛和酮
学 习 任 务 1.了解醛、酮在自然界中的存在，能列举简单的醛、酮并写出结构简式。 2．能比较醛、酮分子中官能团的相似和不同之处，能预测醛、酮可能发生的化学反应。培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3．从反应条件、生成物种类等角度对比醛、酮的主要化学性质，了解醛、酮、羧酸、醇等烃的衍生物间的转化关系，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
必备知识
一、常见的醛酮
1．醛、酮的概念
(1)醛：分子中羰基碳原子分别与氢原子和烃基(或氢原子)相连的化合物。
(2)酮：分子中与羰基碳原子相连的两个基团均为烃基的化合物。
2．醛、酮的命名
(1)总原则：醛、酮的命名和醇的命名相似，一是选主链(含羰基的最长碳链为主链)，二是定碳位(靠近羰基的一端开始编号)，如，命名为3 甲基丁醛；，命名为3 甲基 2 丁酮。
(2)差异性
①醛：在醛分子中，醛基总是在碳链的一端，命名时选含有醛基的最长碳链作为主链，编号从醛基碳原子开始，按照主链碳原子的数目称为某醛，取代基的位置用阿拉伯数字标在取代基名称的前面，中间用短线相连。例如：的名称为2 甲基丙醛。
②酮：在酮分子中，酮羰基位于碳链之中，命名时，必须将酮羰基的位次用阿拉伯数字标明，放在名称之前，中间用短线相连。例如：CH3CO(CH2)3CH3的名称为2 己酮。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)醛基的结构简式为—COH或—CHO。 (×)
(2)含有羰基的化合物只能是酮。 (×)
(3) 的名称为3 甲基丁醛。 (×)
3．醛、酮的同分异构现象
官能团类型异构现象 含相同碳原子数的饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、脂环醇和环氧烷互为同分异构体，如丙醛、丙酮、丙烯醇、环丙醇等互为同分异构体
官能团位置异构现象 醛基一定在链端，所以醛不存在官能团位置异构现象；但酮存在官能团位置异构现象，如和互为同分异构体
碳骨架异构现象 醛、酮均存在碳骨架异构现象。如CH3CH2CH2CH2CHO和互为同分异构体，和互为同分异构体
分子式为C2H4O和C3H6O的有机物一定是同系物吗？
提示：不一定，分子式为C2H4O的有机物是乙醛，分子式为C3H6O的有机物可能是丙醛，也可能是丙酮，还可能是环丙醇或烯丙醇。
4．常见的醛和酮
名称 结构简式 状态 气味 溶解性 应用举例
甲醛(蚁醛) HCHO 气 刺激性 易溶于水 酚醛树脂、福尔马林
乙醛 CH3CHO 液 刺激性 易溶于水 —
苯甲醛 液 苦杏仁味 难溶于水 染料、香料的中间体
丙酮 液 特殊气味 与水以任意比例互溶 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)醛基()上的C===O键在一定条件下可与H2、HX、HCN、NH3、氨的衍生物、醇等发生加成反应。
(2)几种与醛、酮反应的试剂及加成产物
反应试剂 化学式 电荷分布 与乙醛加成的产物
氢氰酸 H—CN
氨及氨的衍生物(以胺为例) RNH2
醇类(以甲醇为例) CH3—OH
(3)加成反应在有机合成中可以用于增长碳链
2．氧化反应和还原反应
(1)氧化反应
①强、弱氧化剂均能氧化醛。
与氧气反应2CH3CHO＋O22CH3COOH。
乙醛与银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液的反应
实验 银镜反应 与新制Cu(OH)2悬浊液反应
实验操作
实验现象 有砖红色沉淀产生
化学方程式 CH3CHO＋2[Ag(NH3)2]OHCH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOHCH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O
②酮的氧化涉及分子中碳碳单键的断裂，很强的氧化剂才能将其氧化。
(2)还原反应
醛、酮能在铂、镍等催化剂存在时与H2加成，还原产物一般是醇，反应的化学方程式分别为
银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液都是弱氧化剂，那么乙醛能否被酸性KMnO4溶液和溴水氧化褪色？为什么？
提示：可以，因为醛具有较强的还原性，能被[Ag(NH3)2]OH溶液或新制Cu(OH)2悬浊液等弱氧化剂氧化。而溴水或酸性KMnO4溶液的氧化能力比[Ag(NH3)2]OH溶液、新制Cu(OH)2悬浊液强得多，故溴水、酸性KMnO4溶液也能氧化乙醛，而自身被还原，从而使溶液褪色。
情境探究
学习任务1 正确认识醛和酮及其同分异构体的书写
合作探究
[问题1] 丙醛CH3CH2CHO与丙酮CH3COCH3有何联系？
提示：两者互为同分异构体。
[问题2] 写出分子式为C3H6O的同分异构体的结构简式(已知碳碳双键与羟基相连的结构不稳定)：___________________________
_______________________________________________________
______________________________________________________。
归纳总结
1．醛、酮的区别和联系
官能团 官能团位置 简写形式
区别 醛 碳链末端
酮 碳链中间
联系 相同碳原子数的饱和一元醛与饱和一元酮互为同分异构体
2.醛类、酮类同分异构体的书写方法
(1)醛类同分异构体的书写：首先写出醛基(—CHO)，再写出剩余烃基的碳骨架异构，最后将醛基与烃基相连，再补齐氢原子即可写出其同分异构体。
例如：分子式为C5H10O的醛类同分异构体的书写。
C5H10O可写成C4H9—CHO，去掉—CHO后，还剩余—C4H9，其碳骨架异构有4种：、，则醛基在碳骨架上的连接情况共有4种，故共有4种醛类同分异构体。
(2)酮类同分异构体的书写
例如：分子式为C5H10O的酮类同分异构体的书写。
先根据碳原子数书写碳骨架异构，其碳骨架异构有3种：
然后根据官能团位置异构书写其酮类同分异构体，可知符合条件的同分异构体共有3种：
能力达成
1．在催化剂存在下，1 丙醇被氧化成有机物X，则与X互为同分异构体的化合物是( )
A．CH3CHOHCH3 B．CH3OCH3
C．C2H5CHO D．CH3COCH3
D [1 丙醇被氧化后生成的应是丙醛CH3CH2CHO，此题实际上是判断丙醛的同分异构体，故应为D。]
2．相同碳原子数的醛和酮(碳原子数大于3)，因官能团类型不同，互为同分异构体，同时还存在官能团位置异构及碳骨架异构等同分异构现象。试写出分子式为C5H10O的有机物的同分异构体(只写属于醛类或酮类的)。
(1)属于醛类的：
①________________；②________________；
③________________；④________________。
(2)属于酮类的：
①________________；②________________；
③________________。
(3)结合醇的系统命名知识对上述醛、酮进行命名。
醛：__________________________________________________。
酮：__________________________________________________。
[解析] (1)C5H10O可写成C4H9—CHO，找出C4H9—的碳骨架异构体数目，即为C5H10O分子醛类异构体的数目，因C4H9—的碳骨架异构体数目有四种，故C5H10O分子醛类异构体的数目就有四种。
(2)C5H10O从形式上去掉一个酮羰基后还剩余4个碳原子，碳骨架有两种结构：；然后将酮羰基放在合适的位置，一共有6个位置可以安放：；但由于①和③；④、⑤和⑥是相同的，所以共有3种同分异构体。
(3)①戊醛、②3 甲基丁醛、③2 甲基丁醛、④2,2 二甲基丙醛
①2 戊酮、②3 甲基 2 丁酮、③3 戊酮
易错警示
(1)书写醛的结构简式时，醛基中C、H、O三原子的排列顺序一定是CHO。
(2)一般醛的分子中，连接烃基和氢原子，而甲醛分子中，连接两个氢原子。
(3)含—CHO的有机物不一定属于醛，如为甲酸甲酯，属于酯类。
学习任务2 含醛基物质的性质、计算及检验
情境素材
据报道，一些看上去外表鲜亮的海鲜，竟然是用“药水”浸泡出来的。一些不法商贩为了保鲜和追求好卖相，用化工产品对海鲜进行“驻颜”：焦亚硫酸钠泡出鲜亮虾仁；甲醛能让变质乌贼“起死回生”，苯甲酸钠可以让臭鱼烂虾“永葆青春”……更令人惊讶的是，水产品市场旁的店铺里，就能随意买到给海鲜“驻颜”的化工产品。
合作探究
[问题1] 怎样利用实验方法检验海产品中是否使用了甲醛作保鲜剂？
提示：将少量CuSO4溶液滴入NaOH溶液中制得新制Cu(OH)2悬浊液，然后加入海产品的浸泡液，并用酒精灯加热至沸腾，如果产生砖红色Cu2O沉淀，则说明使用了甲醛作保鲜剂。
[问题2] 根据甲醛的结构分析1 mol甲醛最多可以还原得到多少银单质？
提示：4 mol。甲醛分子中相当于有两个，当与足量的银氨溶液作用时，可存在如下量的关系：
归纳总结
1．醛基与醛的关系
(1)醛基为醛类有机物的官能团，因此醛中一定含醛基，而含醛基的物质不一定是醛。
(2)含醛基的物质主要有：①醛类；②甲酸；③甲酸盐；④甲酸某酯；⑤某些糖类，如葡萄糖、麦芽糖等；⑥其他含醛基的多官能团有机物。
2．醛基的性质
(1)醛基可被氧化剂氧化为羧基，也可被H2还原为醇羟基，因此既具有还原性，也具有氧化性，可用如图表示：
(2)一元醛与新制Cu(OH)2悬浊液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 molCu(OH)2～2 molCu2O，
1 mol HCHO～4 molAg。
3．检验
(1)银镜反应实验中注意事项：
①试管内壁(玻璃)要光滑洁净；
②银氨溶液要现用现配；
③银氨溶液的制备、乙醛的用量及操作要符合实验说明中的规定；
④混合溶液的温度不能太高，受热要均匀，以水浴加热为宜；
⑤在加热过程中，试管不能振荡。
(2)与新制Cu(OH)2悬浊液反应实验中注意事项：
①Cu(OH)2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反应条件必须是加热煮沸。
能力达成
1．下列关于醛的说法中，正确的是 ( )
A．福尔马林是甲醛的水溶液，可用于食品保鲜处理
B．丙醛和丙酮可用新制的Cu(OH)2悬浊液来鉴别
C．用溴水检验丙烯醛(CH2===CHCHO)中是否含有碳碳双键
D．对甲基苯甲醛()能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明分子中存在醛基
B [甲醛的水溶液俗称福尔马林，能使蛋白质变性，但由于甲醛有毒，不能用于食品的保鲜处理，故A错误；丙醛能和新制的氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应生成砖红色沉淀，但丙酮不能，可以用新制的氢氧化铜悬浊液来鉴别两者，故B正确；碳碳双键能和Br2发生加成反应，而醛基能被溴水氧化，所以不能用溴水检验丙烯醛(CH2===CHCHO)中是否含有碳碳双键，故C错误；对甲基苯甲醛()中的甲基和醛基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以对甲基苯甲醛能使酸性高锰酸钾溶液褪色，不能说明分子中存在醛基，故D错误。]
2．某混合物里有一种饱和一元醇和一种饱和一元醛共6 g，和足量银氨溶液反应后，还原出32.4 g银，下列说法正确的是( )
A．混合物中的醛不一定是甲醛
B．混合物中的醇只能是乙醇
C．混合物中醇与醛的质量之比为5∶3
D．混合物中醇与醛的质量之比为1∶3
C [32.4 gAg的物质的量为＝0.3 mol，假设6 g都是除甲醛外的饱和一元醛，根据R—CHO～2Ag，则R—CHO的物质的量为0.3 mol×＝0.15 mol，所以R—CHO的摩尔质量为＝40 g·mol－1，而除甲醛外最简单的饱和一元醛是乙醛，乙醛的摩尔质量为44 g·mol－1，大于40 g·mol－1，所以混合物中的醛一定为HCHO，故A错误；无法确定醇的分子式，故B错误；HCHO的质量为0.075 mol×30 g·mol－1＝2.25 g，所以饱和一元醇的质量为6 g－2.25 g＝3.75 g，混合物中醇与醛的质量之比为3.75 g∶2.25 g＝5∶3，故C正确，D错误。]
知识脉络
随堂测评
1．(双选)下列说法正确的是( )
A．乙醛的分子式为CH3CHO
B．乙醛的结构式为
C．乙醛是一种有刺激性气味的液体
D．乙醛易溶于有机溶剂，不溶于水
BC [乙醛的分子式为C2H4O，结构简式为CH3CHO，A错误；乙醛的结构式为，B正确；乙醛是一种有刺激性气味的液体，C正确；乙醛不但易溶于有机溶剂，也易溶于水，D错误。]
2．据报道，不法商贩用甲醛溶液浸泡白虾仁、使之具有色泽鲜明、口感良好的特点，而这样做成的食物是有毒的。下列关于甲醛的叙述不正确的是( )
A．甲醛能使蛋白质变性
B．35%～45%的甲醛水溶液叫福尔马林
C．福尔马林可用来浸制生物标本
D．甲醛在通常状况下为液体
D [甲醛在常温、常压下是一种无色有刺激性气味的气体。]
3．下列有关银镜反应实验的说法不正确的是( )
A．实验前先用热的烧碱溶液洗涤有油脂的试管，再用蒸馏水洗涤
B．向2%的硝酸银溶液中滴入2%的稀氨水，直至产生的沉淀恰好溶解，配得银氨溶液
C．采用水浴加热，不能直接加热
D．可用浓盐酸洗去银镜
D [油脂在碱性条件下发生水解反应，所以在做银镜反应实验准备洁净试管时，先加氢氧化钠溶液加热几分钟，油脂水解生成高级脂肪酸钠和甘油，再用蒸馏水冲洗即可得到干净的试管，故A正确；配制银氨溶液时，若向2%的稀氨水中滴加2%的硝酸银溶液，氨水过量会生成易爆炸的雷酸银(AgONC)，因此配制银氨溶液时应将2%的稀氨水滴入2%的硝酸银溶液中，直至产生的沉淀恰好溶解为止，故B正确；水浴加热能保证试管受热均匀，且易于控制反应温度，而直接加热时试管受热不均匀，不利于银镜的生成，故C正确；Ag能够和稀硝酸反应而溶解，因此可用稀硝酸洗去试管内的银镜，不能使用浓盐酸，故D错误。]
4．已知柠檬醛的结构简式为，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．它被催化加氢后最终产物的分子式为C10H20O
D [柠檬醛的分子结构中有碳碳双键和醛基，无论哪一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分子式应为C10H22O，D不正确。]
5．醛类易被酸性KMnO4溶液或溴水等氧化为羧酸。
(1)向乙醛中滴加酸性KMnO4溶液，可观察到的现象是
______________________________________________________。
(2)某醛的结构简式为(CH3)2C===CHCH2CH2CHO，通过实验方法检验其中的官能团。
①实验操作中，应先检验哪种官能团？________，原因是____
______________________________________________________。
②检验分子中醛基的方法是_______________________________
_______________________________________________________，
化学方程式为__________________________________________。
③检验分子中碳碳双键的方法是__________________________
______________________________________________________。
[解析] (1)乙醛中的醛基被酸性KMnO4溶液氧化而褪色。
(2)由于碳碳双键、醛基都能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色，故应先用足量的银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液将醛基氧化，检验醛基，再加酸酸化，然后加入溴水或酸性KMnO4溶液检验碳碳双键。
[答案] (1)酸性KMnO4溶液褪色
(2)①醛基 检验碳碳双键要使用溴水或酸性KMnO4溶液，而醛基也能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色
②在洁净的试管中加入银氨溶液和少量试样后，水浴加热，有银镜生成(或在洁净的试管中加入少量试样和新制氢氧化铜悬浊液，加热煮沸，有砖红色沉淀生成)
(CH3)2C===CHCH2CH2CHO＋2[Ag(NH3)2]OH2Ag↓＋3NH3＋(CH3)2C===CHCH2CH2COONH4＋H2O或[(CH3)2C===CHCH2CH2CHO＋2Cu(OH)2＋NaOH(CH3)2C===CHCH2CH2COONa＋Cu2O↓＋3H2O]
③加入过量银氨溶液氧化醛基后，调节溶液至酸性再加入溴水(或酸性KMnO4溶液)，看是否褪色
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