第3节 合成高分子化合物
基础课时20 合成高分子化合物
学 习 任 务 1.了解高分子化合物的分类、组成和特点，能根据高聚物的结构简式确定其单体和链节，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2．了解加聚反应和缩聚反应的区别，并能进行反应类型的判断，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3．知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方法，并能够实现高分子化合物的改性，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。4．通过知道高分子材料与高分子化合物之间的关系，能举例说明一些常见高分子材料的用途，了解几种功能高分子材料的特殊性能，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
必备知识
一、高分子化合物概述
1．高分子化合物的概念和结构
高分子化合物 一般是指由成千上万个原子以共价键连接形成的、相对分子质量很大(104～106甚至更大)的化合物(简称高分子)，又称大分子化合物(简称大分子)。高分子多是由小分子通过聚合反应而生成的，因此，也称为高聚物，常称为聚合物
单体 能用来合成高分子化合物的小分子化合物
链节 在高分子化合物的分子链中，化学组成和结构均可以重复的最小单位称为重复结构单元，又称链节
结构单元 在高分子化合物的分子链中，与单体相对应的最小结构单位 结构单元数、聚合度、链节数的关系：①由一种单体聚合后形成的高分子化合物中，结构单元数＝聚合度＝链节数；②由两种或两种以上的单体聚合后形成的高分子化合物中，结构单元数＝聚合度≠链节数
链节数 高分子化合物中，重复结构单元数(n)
聚合度 在一个高分子化合物中，结构单元的总数表示形成该高分子化合物时反应掉的单体数
举例
2.高分子化合物的分类
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)葡萄糖、油脂、淀粉属于高分子化合物。 (×)
(2)按照分子链的形状可将高分子化合物分为热塑性高分子和热固性高分子两类。 (×)
二、高分子化合物的合成——聚合反应
1．聚合反应
(1)定义：由小分子物质合成高分子化合物的化学反应。
(2)分类：加成聚合反应和缩合聚合反应。
2．加成聚合反应
(1)反应特点
单体通过加成的方式生成高分子化合物的聚合反应，简称加聚反应，既属于加成反应，又属于聚合反应。例如合成聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、顺式聚异戊二烯(合成天然橡胶)、聚丙烯腈(腈纶)反应：
(2)单体结构特点：含有等不饱和键。
(3)加聚产物特点
单体与高分子的组成相同，即元素的质量比、原子个数比相同，聚合产物的相对分子质量为单体的整数倍。
(4)加聚产物的书写
加聚反应本质上是加成反应，在书写加聚产物时要把原来不饱和碳上的原子或原子团看作支链，写在主链的垂直位置上。如：
3．缩合聚合反应
(1)反应特点
单体通过分子间的相互缩合而生成高分子化合物的聚合反应，简称缩聚反应。所得的高分子化合物称为缩聚物，在反应过程中伴随有小分子化合物(如H2O)的产生。如：
(2)缩聚反应的特点
①缩聚反应的单体通常是具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等)或多官能团的小分子。
②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如H2O、NH3、HCl等)生成。
③所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。
(3)书写缩聚反应方程式及产物的注意事项
①书写缩聚物的结构简式时，要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团，而加聚物的端基不确定，通常用横线“—”表示。如。
②书写缩聚反应的方程式时，单体的计量数与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的计量数。一般由一种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为n－1；由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为2n－1。
请将合成下列高分子材料所用单体的结构简式、反应类型填入相应空格内。
(1)天然橡胶的单体为______，反应类型为________。
(2)锦纶的单体为________，反应类型为________。
(3) 的单体为______，反应类型为________。
三、高分子化学反应
定义 有高分子化合物参与的化学反应称为高分子化学反应
分类(按聚合度的变化情况) 聚合度变大的高分子化学反应：在苯乙烯中溶解聚丁二烯橡胶→聚苯乙烯的分子链“接枝”到聚丁二烯的分子链上
聚合度变小的高分子化学反应：高分子化合物的降解，如废旧有机玻璃在270 ℃时可完全降解为单体
聚合度不变的高分子化学反应：如①聚苯乙烯中苯环上的磺化反应为②用聚醋酸乙烯酯制备聚乙烯醇的反应为
目的 将已有的天然或合成高分子转变为新的高分子，使新的高分子具有某种特定的功能或性质，或者是得到一种全新的高分子化合物
聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。其主要成分的结构式为。
(1)合成聚乳酸的反应属于哪类聚合反应？
(2)聚乳酸在自然界中是如何发生生物降解的？
提示：(1)由乳酸通过聚合反应生成聚乳酸的同时，还生成水，因此属于缩聚反应。
(2)聚乳酸属于聚酯类物质，在自然界中可以水解生成小分子乳酸，进一步被氧化生成CO2和水，不会对环境产生影响。
四、合成高分子材料
1．合成高分子材料
(1)基本组成
以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂(通常指填料、增塑剂、颜料、发泡剂等)，经过一定加工过程制成的材料称为合成高分子材料。
(2)常见的合成高分子材料
①塑料：塑料通常是由树脂及各种助剂组成的。
②涂料：涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，它常涂在家具、船舶等表面，起到美化和保护内部物体的作用。
③黏合剂：目前使用的黏合剂的主要成分是各种树脂。
2．功能高分子材料
功能高分子材料是在合成高分子链的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使它们具有特殊的功能以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求而形成的高分子材料。其分类如下所示：
(1)离子交换树脂
离子交换树脂：由一种不溶于水的高分子骨架和若干活性基团组成的树脂，最常用的树脂母体是苯乙烯与二乙烯基苯的交联聚合物。具有离子交换能力，常用于物质分离提纯。离子交换树脂可分为
(2)医用高分子
最早使用的医用高分子是聚乳酸，目前，常见的医用高分子包括硅橡胶()、聚氨酯、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。它们的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)天然橡胶的成分为聚异戊二烯，它属于合成高分子材料。 (×)
(2)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性。 (×)
(3)功能高分子材料具有传统高分子材料的机械性能和某些特殊功能。 (√)
情境探究
学习任务1 聚合反应类型比较
情境素材
1909年9月12日，第一个“人造橡胶生产流程”获得编号为250690的专利，其发明者是弗里茨·霍夫曼。这一发明的重要性远比人们想象的要大。用异戊二烯作为合成橡胶的原料，有两个困难：一是异戊二烯的主要来源正是天然橡胶本身；二是在天然橡胶长链中，所有的异戊二烯单元都朝向同一方向。在固塔坡胶长链中，异戊二烯单元则是严格地按照一正一反的方向排列的，而人工聚合时异戊二烯单元往往是毫无规律地聚合在一起，得到的是一种既不是橡胶也不是固塔坡胶的物质。这种物质缺少橡胶的弹性和柔性，用不了多久就会变黏。
合作探究
[问题1] 天然橡胶是纯净物吗？
提示：不是，天然橡胶是高分子化合物，属于混合物。
[问题2] 用异戊二烯作为合成橡胶的原料合成橡胶时发生的反应类型是什么？
提示：异戊二烯中含有的官能团是碳碳双键，以其为原料合成橡胶时发生的反应是加成聚合反应。
[问题3] 橡胶树产生的天然橡胶长链中，所有的异戊二烯单元都朝向同一方向，是顺式结构，杜仲橡胶也是天然橡胶，但是它是反式结构，你能写出杜仲橡胶的结构吗？提示：
归纳总结
1．加聚反应与缩聚反应的比较
反应类型 加聚反应 缩聚反应
单体结构 单体必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物(如烯烃、二烯烃、炔烃等) 单体是含有两个或两个以上官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物
聚合方式 通过不饱和键上的加成连接 通过缩合脱去小分子而连接
产物种类 只生成高聚物 高聚物和小分子(如H2O、NH3、HCl)
聚合物组成 高聚物链节和单体的组成相同 高聚物链节和单体的组成不相同
相对分子质量 高聚物相对分子质量为单体或链节的n倍 高聚物相对分子质量一定小于单体相对分子质量的n倍
2.加聚反应的常见类型
(1)单烯自聚型：分子内含有一个的烯烃及其衍生物发生的加聚反应。如
(2)二烯自聚型：分子内具有共轭双键()的烯烃及其衍生物发生的加聚反应。如
(3)两种及两种以上的单体共聚型：单体的双键彼此断开，相互连接形成高聚物。
3．缩聚反应的常见类型
①羟基酸缩聚
。
②醇酸缩聚
③氨基酸缩聚
④胺酸缩聚
能力达成
1．下列合成高分子化合物的反应及类型均正确的是( )
C [A项，反应类型错误，应该是加聚反应；B项，产物的结构简式书写错误，应该是；D项，产物的化学计量数错误，HCl的化学计量数应为2n－1。]
(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母)，加聚物的结构简式为________。
(2)同种分子间可发生缩聚反应生成酯基的化合物是________(填字母)，缩聚物的结构简式为________。
(3)B和E反应生成的缩聚物的结构简式为________________。
[解析] C分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；A分子结构中含有两种不同的官能团，所以单体间可发生缩聚反应。
学习任务 探究判断高分子化合物单体的方法
情境素材
使用有机材料制成的薄膜，如A. ，给环境造成的“白色污染”后果十分严重，我国研制成功的几种可降解塑料结构简式如：
这几种塑料有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。
合作探究
[问题1] A、B、C、D属于加聚产物还是缩聚产物？
提示：A属于加聚产物，B、C、D属于缩聚产物。
[问题2] A、B、C、D的单体分别是什么物质？
归纳总结
1．由加聚产物推断单体——半键还原法
(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物，其合成单体必为一种，将链节两端两个半键断开向内闭合即可。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在链节两端及正中央划线断开，然后左右两个半键闭合即可。
(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键()结构的聚合物，双键前后各两个碳原子划线断开，形成间二烯烃结构，其规律是“见双键，四个碳；无双键，两个碳”，从一端划线断开，隔一键断一键，然后将半键闭合，即单双键互换。
(4)若给出较长的结构片段，则应首先找出重复的链节，再加以判断，但应注意重复的链节有时不止一种形式，可去掉一端的一个碳原子(可能属于前一个链节)后再考虑。
2．缩聚产物单体的推断
(2)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中C—O单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，
如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。
(3)若链节中含有部分，则单体一般为氨基酸，将—中碳氮单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，
如的单体为H2NCH2COOH和。
1．下列对聚合物及其单体的认识中，正确的是( )
B [的单体是CH2===CF2、CF2===CFCF3，故A错误；是由三种单体加聚得到的，三种单体分别为1，3 丁二烯、邻甲基苯乙烯和苯乙烯，故B正确；锦纶是由两种单体缩聚得到的，单体为H2N(CH2)6NH2和HOOC(CH2)4COOH，故C错误；的单体是苯酚和甲醛，其中甲醛能发生银镜反应，故D错误。]
2．写出下列高聚物的单体。
随堂测评
1．下列材料中，属于功能高分子材料的是( )
①膜用高分子膜 ②生物高分子材料 ③导电高分子材料 ④离子交换树脂 ⑤医用高分子材料 ⑥高吸水性树脂
A．仅①③⑤⑥ B．仅②④⑤⑥
C．仅②③④⑤ D．①②③④⑤⑥
D [常用功能高分子材料的分类：(1)离子交换树脂；(2)光敏高分子；(3)导电高分子；(4)医用高分子；(5)膜用高分子。可见D项正确。]
2．下列对羊毛和聚酯纤维()的说法正确的是( )
A．羊毛和聚酯纤维的化学成分相同，都为纯净物
B．聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能发生水解反应
C．该聚酯纤维是由单体对苯二甲酸和乙二醇经过加聚反应生成的
D．羊毛与聚酯纤维不能用燃烧的方法区别
B [羊毛的化学成分是蛋白质，而聚酯纤维的化学成分是酯类，高分子化合物都是混合物，A不正确；羊毛和聚酯纤维在一定条件下都能水解，蛋白质最终水解成氨基酸，聚酯纤维水解成对苯二甲酸和乙二醇，B正确；该聚酯纤维是由对苯二甲酸和乙二醇经过缩聚反应合成的，C不正确；羊毛的主要成分是蛋白质，灼烧时有烧焦羽毛的气味，可以区别，D不正确。]
3．下列关于加聚反应和缩聚反应的说法中不正确的是( )
A．加聚反应后有机化合物分子的不饱和度减小
B．加聚反应是一种特殊的加成反应，多数缩聚反应是一种复杂的取代反应
C．加聚反应和缩聚反应的原子利用率均为100%
D．加聚反应和缩聚反应中均有官能团发生变化
C [加聚反应中有机化合物分子中的不饱和键断开，不饱和度减小，A正确；加聚反应是单体之间发生加成反应，缩聚反应是单体之间脱去小分子，可以看作取代反应，B正确；缩聚反应的产物有小分子，原子利用率不为100%，C错误；加聚反应中不饱和键发生加成，缩聚反应中官能团之间发生取代反应脱去小分子，均有官能团发生变化，D正确。]
4．某聚合物具有如下结构片段：，下列关于其单体的说法不正确的是( )
A．能使酸性KMnO4溶液褪色
B．与NaOH溶液共热可生成一种钠盐
C．能催化加氢生成2 甲基丙酸甲酯
D．可形成顺反异构体
D [由该聚合物的结构片段可知其单体为，分子中含有碳碳双键和酯基。由于含有碳碳双键可使酸性KMnO4溶液褪色，可与H2发生加成反应生成 (2 甲基丙酸甲酯)，A、C项正确；含有酯基可在碱性条件下水解生成钠盐，B项正确；由于单体中其中一个双键碳上有两个氢原子，不可能形成顺反异构体，D项错误。]
1能力课时3 常见有机反应类型的判断方法
探 究 任 务 1.通过明确有机反应类型与有机物类别的关系，加深对有机反应的认知，提升宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2．通过对各反应类型的反应条件的认知，提升证据推理与模型认知的化学核心素养。
探究要点
归纳整合
1．利用有机反应类型与有机物类别的关系判断
基本类型 有机物类别
取代反应 卤代反应 饱和烃、苯和苯的同系物、卤代烃等
酯化反应 醇、羧酸、糖类等
水解反应 卤代烃、酯、低聚糖、多糖、蛋白质等
硝化反应 苯和苯的同系物等
磺化反应 苯和苯的同系物等
加成反应 烯烃、炔烃、苯和苯的同系物、醛等
消去反应 卤代烃、醇等
氧化反应 燃烧 绝大多数有机物
酸性KMnO4溶液 烯烃、炔烃、苯的同系物(侧链烃基与苯环直接相连的碳原子上有氢原子)等
直接(或催化) 氧化 酚、醇、醛、葡萄糖等
还原反应 醛、葡萄糖等
聚合反应 加聚反应 烯烃、炔烃等
缩聚反应 苯酚与甲醛、多元醇与多元羧酸等
与浓硝酸的颜色反应 蛋白质(含苯环的)
与FeCl3溶液的显色反应 酚类物质
2.利用反应条件判断
(1)在NaOH的水溶液中发生水解反应，可能是酯的水解反应或卤代烃的水解反应。
(2)在NaOH的乙醇溶液中加热，发生卤代烃的消去反应。
(3)在浓H2SO4存在的条件下加热，可能发生醇的消去反应、酯化反应、成醚反应或硝化反应等。
(4)与H2在Ni作用下发生反应，则为烯烃、炔烃、芳香烃、醛的加成反应或还原反应。
(5)在O2、Cu(或Ag)、加热或CuO、加热条件下，发生醇的氧化反应。
(6)与O2或新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液反应，则该物质发生的是—CHO的氧化反应。(如果连续两次出现O2，则为醇―→醛―→羧酸的过程)
(7)在稀H2SO4、加热条件下，发生酯的水解反应。
(8)在光照、X2条件下，发生烷基上的取代反应；在Fe粉、X2条件下，发生苯环上的取代反应。
典例探究
【例题】 某有机物结构简式如下，则此有机物可发生的反应类型有( )
①取代反应 ②加成反应 ③消去反应 ④酯化反应 ⑤水解反应 ⑥氧化反应 ⑦中和反应 ⑧加聚反应 ⑨缩聚反应
A．①②③⑤⑥⑨ B．②③④⑤⑥⑧
C．①②③④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
D [该有机物中含有的官能团有碳碳双键能发生加成、加聚反应、氧化反应，酯基能发生水解(取代)反应；含有羟基和羧基，能发生酯化(取代)、氧化、消去、中和、缩聚反应。]
对点训练
1．诺贝尔奖科学成果被应用于工业合成重要的治疗帕金森症(震颤麻痹症)的药物左旋多巴(C)。下面是它们的结构简式以及科学家设计的合成路线。
在上述反应中，关于(1)、(2)两步的反应类型，全部正确的是( )
A．消去反应，水解反应 B．氧化反应，取代反应
C．加成反应，取代反应 D．还原反应，消去反应
C [A生成B是加成反应也是还原反应，A、B错误；B在酸性条件下生成C是水解反应或取代反应，没有不饱和键的生成，不是消去反应，C正确，D错误。]
2．某物质转化关系如图所示，有关说法不正确的是( )
A．化合物A中一定含有的官能团是醛基、羧基和碳碳双键
B．由A生成E发生还原反应
C．F的结构简式可表示为
D．由B生成D发生加成反应
A [根据转化关系，可知A与NaHCO3反应，则A中一定含有—COOH；A与银氨溶液反应生成B，则A中一定含有—CHO或；B能与溴水发生加成反应，则B可能含有或—C≡C—；A与H2加成生成E，E在H＋、加热条件下生成的F是环状化合物，应该是发生分子内酯化反应；推断A可能是OHC—CH===CH—COOH或OHC—C≡C—COOH，故A项不正确。]
学科素养
情境素材
我国科学家屠呦呦因发现植物黄花蒿的茎叶中含有的抗疟疾的物质——青蒿素而荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖。科学家们对青蒿素进行进一步转化，合成药效更佳的双氢青蒿素、蒿甲醚，具体转化过程如图所示。
问题探究
1．反应①的有机反应类型是还原反应吗？反应②属于取代反应吗？
提示：反应①的有机反应类型是还原反应；反应②属于取代反应。
2．双氢青蒿素可以发生消去反应吗？
提示：双氢青蒿素中与羟基相连碳原子的邻位碳原子上有氢原子，可以发生消去反应。
3．青蒿素、双氢青蒿素、蒿甲醚三种物质都能与氢气发生加成反应吗？
提示：不能。青蒿素中含有的酯基不能与氢气发生加成反应；双氢青蒿素、蒿甲醚中均不含不饱和键，不能与氢气发生加成反应。
素养养成
通过本情境素材对青蒿素、双氢青蒿素、蒿甲醚的结构及反应类型的探究，提升了证据推理与模型认知的核心素养。
随堂测评
1．下列反应中，属于加成反应的是( )
A．CH2===CHCH3＋Cl2CH2===CHCH2Cl＋HCl
B．CH3CHO＋H2CH3CH2OH
C．CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O
D．2CH3CHO＋O22CH3COOH
B [A为取代反应；B为加成反应；C为消去反应；D为氧化反应；故选B。]
2．(2021·湖南常德高二上期末)下列反应中，属于取代反应的是 ( )
B [A项，乙烯和氢气反应生成乙烷，为加成反应；B项，苯和溴单质在催化剂作用下反应生成溴苯和溴化氢，属于取代反应；C项，乙醇燃烧属于氧化反应；D项，乙烯和水反应生成乙醇，属于加成反应；故选B。]
3．4 溴环己烯主要用于有机合成，它可发生如图所示的转化，下列叙述错误的是 ( )
A．反应①为氧化反应，产物含有溴原子和羧基两种官能团
B．反应②为取代反应，产物含有羟基和碳碳双键两种官能团
C．反应③为消去反应，产物含碳碳双键和溴原子两种官能团
D．反应④为加成反应，产物只含溴原子一种官能团
C [酸性高锰酸钾溶液可以氧化碳碳双键，碳碳双键断裂生成两个羧基，与溴原子不反应，产物含有溴原子和羧基两种官能团，A正确；在强碱水溶液加热条件下，4 溴环己烯中的溴原子被羟基取代，产物含有羟基和碳碳双键两种官能团，B正确；在强碱醇溶液加热条件下，4 溴环己烯发生消去反应，生成碳碳双键，产物只含碳碳双键一种官能团，C错误；4 溴环己烯中的碳碳双键与HBr发生加成反应，产物只含溴原子一种官能团，D正确。]
4．下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( )
D [A项是由CH2===CH2和CH2===CHCN加聚而成的；B项是由CH2===CH—CH===CH2加聚而成的；C项是由CH2===CH—CH===CH2和CH2===CHC6H5加聚而成的；D项是由缩聚而成，D正确。]
5．有以下一系列反应：
判断下列转化的反应类型：
(1)A→B：____________________________________________；
(2)B→C：____________________________________________；
(3)C→D：_____________________________________________；
(4)E→F：_____________________________________________；
(5)E＋G→H：_________________________________________。
[答案] (1)取代反应 (2)消去反应 (3)加成反应 (4)氧化反应 (5)酯化反应(或取代反应)
1能力课时4 有机合成与推断的综合应用
探 究 任 务 1.掌握有机合成的分析方法、有机合成路线的选择原则，提升科学探究与创新意识的化学核心素养。2.理解有机推断的思路与方法，提升证据推理与模型认知的化学核心素养。
探究要点
一、有机合成
1．解有机合成题首先要正确判断所需合成的有机物的类别，它含有哪种官能团，与哪些知识和信息有关；其次是根据题目中的信息和有关反应规律，尽可能合理地把目标化合物分成若干片段，或寻找官能团的引入、转化、保护方法，或设法将各片段拼接衍变，尽快找出合成目标化合物的关键；最后将正向推导和逆向推导得出的若干合成线路加以综合比较，选出最佳的合成方案。
(1)逆向合成分析法的基本思路：
目标产物中间体1中间体2……―→基础原料
(2)正向合成分析法的基本思路：
基础原料中间体1―→中间体2……―→目标产物
(3)逆向合成分析法是设计复杂化合物合成路线的常用方法。有时正向合成分析法和逆向合成分析法结合使用。
2．优先合成路线主要思路
(1)符合化学反应原理，反应条件温和，能耗低，操作简单，易于实现。
(2)合成路线步骤少，最终产率高。
(3)符合“绿色环保”要求，原子利用率高。
(4)起始原料廉价、易得、低毒性、低污染。
(5)官能团引入顺序要合理。
二、有机推断
1．解答有机推断题的一般方法
(1)看转化过程中的反应条件判断反应的类型，观察变化前后的碳链或官能团间的差异，找出突破口进行推断。
(2)根据数据进行推断。数据往往起突破口的作用，常用来确定有机物的分子式，官能团的种类、位置和数目以及碳链结构。
(3)既可以从反应物正向推断，也可以从生成物逆向推断，还可以正、逆结合推断，甚至可以选择中间易推断出的物质前后关联进行推断。
(4)综合运用有机反应中官能团的衍变关系。
2．有机推断的基本思路
典例探究
【例题】 异戊酸薄荷酯P()是一种治疗心脏病的药物。一种制备异戊酸薄荷酯P的流程如下：
已知：
回答下列问题：
(1)A的化学名称为________。
(2)试剂1的结构简式为________。
(3)由E生成F的化学方程式为________________________，该反应类型是____________。
(4)试剂2可以是________(填试剂名称)。
(5)由C和H生成P的化学方程式为______________________________
_____________________________________________________________。
(6)H的同分异构体中，能发生水解反应的链状化合物共有________种(不考虑立体异构)；其中核磁共振氢谱有2组峰且峰面积之比为9∶1的同分异构体的结构简式为____________________。
(7)苯乙烯是一种重要的化工原料。参考制备异戊酸薄荷酯的方法，设计以苯、乙烯为有机原料(无机试剂任选)，制备苯乙烯的合成路线。合成路线常用的表示方式为：
AB…目标产物
[解析] 由A到B，根据原子守恒可知试剂1所含有的碳原子数为3，再结合题给信息和有机化合物P的碳架结构，可知A为，则试剂1为CH3CHCH2，生成的B为，B与H2发生加成反应后生成的C为，C与H发生酯化反应生成，则H为(CH3)2CHCH2COOH，可依次逆推出G、F、E、D的结构简式。
(1) 的化学名称为3 甲基苯酚或间甲基苯酚。
(3)由E生成F发生的是卤代烃的碱性水解，其化学方程式为，反应类型为取代反应(水解反应)。
(4)试剂2的作用是将醛基氧化为羧基，可选择新制的银氨溶液或新制的氢氧化铜悬浊液，再酸化，或选择酸性高锰酸钾等强氧化剂。
(6)(CH3)2CHCH2COOH的同分异构体中，能发生水解反应的链状化合物应为酯，其中甲酸酯有4种，乙酸酯有2种，丙酸酯有1种，丁酸甲酯有2种，共有9种；其中核磁共振氢谱有2组峰且峰面积之比为9∶1的同分异构体的结构简式为。
(4)银氨溶液，酸化(或新制的氢氧化铜悬浊液，酸化等合理答案)
对点训练
1．有机物Ⅰ()是一种新型感光高分子化合物，工业合成Ⅰ的路线如下：
已知：同一个碳原子上连接有2个羟基时，自动脱去一个水分子。
请回答下列问题：
(1)有机物C中官能团的名称为________。反应①的化学反应类型为____________。
(2)反应④的化学方程式为__________________________________
__________________________________________________________。
(3)反应⑤除生成H外，还生成一种能与碳酸氢钠反应放出气体的有机化合物M，M的结构简式为__________________。
(4)X是H的芳香族同分异构体，1 mol X与足量银氨溶液反应时可得到4 molAg。则X共有________种。
写出一种核磁共振氢谱有4组峰的同分异构体的结构简式：___________________________________________________________。
(5)参照上述合成路线。设计以乙醇和乙炔为原料制备CH3CH===CHCOOCH===CH2的流程图。
[解析] 根据工业合成Ⅰ的路线可知，C应为物质B发生加聚反应的产物，则C的结构简式为，C在NaOH溶液中发生水解反应生成D()；由G的结构简式，结合E→F→ G的反应条件，可知E为苯的同系物，发生苯环侧链上的取代反应生成F，F在NaOH溶液及加热条件下发生水解反应生成G，则E为，F为，F发生水解反应后苯环侧链上的碳原子连接有2个羟基，脱去一个水分子，生成G()，G与(CH3CO)2O发生反应生成H，结合G、I的结构简式，可知H为；H和D发生酯化反应生成I。
(1)根据上述分析可知，有机物C的结构简式为，所含官能团为酯基；反应①为加成反应。
(2)反应④为卤代烃的水解反应，水解后形成两个羟基并连在同一个碳原子上，根据同一个碳原子上连接有2个羟基时，自动脱去一个水分子知，反应④的化学方程式为
(3)根据M能与碳酸氢钠反应放出气体可知M分子中含有羧基，结合反应物G和(CH3CO)2O以及H的结构简式，可知M应为CH3COOH。
(4)H的同分异构体X满足：能发生银镜反应，且1 mol X与足量银氨溶液反应时可得到4 molAg，说明X中含有两个醛基，当苯环上只有一个取代基时，取代基只能是—CH(CHO)2，对应的结构只有1种；若苯环上有两个取代基时，取代基为—CHO、—CH2CHO，对应的结构有3种；当苯环上有三个取代基时，取代基为—CH3、—CHO、—CHO，对应的结构有6种，故X的结构共有1＋3＋6＝10种。核磁共振氢谱有4组峰，说明其结构中有4种不同化学环境的氢原子，则符合该条件的X的结构。
(5)以乙醇和乙炔为原料制备CH3CH===CHCOOCH===CH2的合成路线为CH3CH2OHCH3CHOCH3CH===CHCOOHCH3CH===CHCOOCH===CH2。
2．化合物F(异戊巴比妥)是临床常用的镇静催眠药物，其合成路线如下(部分反应条件和试剂略)：
已知：
请回答下列问题：
(1)试剂Ⅰ的化学名称是________，化合物B的官能团名称是________，第④步的化学反应类型是________。
(2)第①步反应的化学方程式是_________________________________
_____________________________________________________________。
(3)第⑤步反应的化学方程式是___________________________________
_____________________________________________________________。
(4)试剂Ⅱ的相对分子质量为60，其结构简式是________________________。
(5)化合物B的一种同分异构体G与NaOH溶液共热反应，生成乙醇和化合物H。H在一定条件下发生聚合反应得到高吸水性树脂，该聚合物的结构简式是________。
[解析] 根据合成路线中物质的组成结构和转化条件，以及已知第一个反应信息，可知：
(1)试剂 Ⅰ(C2H5OH)的化学名称为乙醇，的官能团名称为醛基，第④步属于酯化反应，又属于取代反应。
(2)根据第①步的反应条件(NaOH水溶液，加热)可知，反应①是的水解反应，从而可写出该反应的化学方程式。
(3)根据已知第一个反应信息，可写出第⑤步反应的化学方程式。
(4)根据试剂Ⅱ的相对分子质量为60和F的结构及已知第二个反应信息，可知试剂Ⅱ为。
(5)由于化合物B的同分异构体G能与NaOH溶液共热水解生成乙醇，故G为CH2===CHCOOC2H5，则H为CH2===CHCOONa，H发生聚合反应生成，由于该聚合物含有吸水基团—COONa，故具有吸水性。
学科素养
情境素材
1965年，伍德沃德因在有机合成方面的杰出贡献而荣获诺贝尔化学奖。获奖后，他并没有因为功成名就而停止工作，而是向着更艰巨复杂的化学合成方向前进。他组织了14个国家的110位化学家，协同攻关，探索维生素B12的人工合成问题。在此之前，这种极为重要的药物，只能从动物的内脏中经人工提炼，所以价格极为昂贵，且供不应求。维生素B12的结构极为复杂，伍德沃德经研究发现，它的1个分子中含有181个原子，在空间呈魔毡状分布，性质极为“脆弱”，受强酸、强碱、高温的作用都会分解，这就给人工合成造成极大的困难。伍德沃德设计了一个拼接式合成方案，即先合成维生素B12的各个局部，然后再把它们对接起来。这种方法后来成了合成所有有机大分子普遍采用的方法。
问题探究
1．维生素B12难以合成，除了结构复杂，性质极为“脆弱”外，还可能的原因有哪些？
提示：还可能的原因有存在同分异构体(官能团的位置异构、对映异构等)，合成过程中官能团容易发生反应，反应条件的控制等。
2．试分析卤代烃在有机合成中有哪些重要应用？
提示：①卤代烃与CH3C≡CNa、NaCN等发生取代反应，可使碳链增长。②卤代烃的水解反应，使卤素原子转化为羟基，实现官能团的转化。③卤代烃的消去反应，生成烯烃，使官能团发生转化。
3．怎样才能实现由溴乙烷到乙二醇的转化？请用流程图表示。
提示：CH3CH2BrCH2===CH2CH2Br—CH2BrHOCH2CH2OH。
素养养成
通过本情境对有机合成的分析，提升了科学探究与创新意识的核心素养。
随堂测评
1．已知下列信息：
Ⅰ.在一定条件下甲苯可与Br2发生反应，生成邻溴甲苯与对溴甲苯；
Ⅱ.C6H5—SO3H可发生水解反应生成苯：
C6H5—SO3H＋H2O―→C6H6＋H2SO4
欲以甲苯为原料合成邻溴甲苯，设计的合成路线如下：
根据以上合成路线回答下列问题：
(1)设计步骤①的目的是__________________________________
______________________________________________________。
(2)写出反应②的化学方程式：____________________________
______________________________________________________。
[解析] 合成的最终结果，仅在甲基的邻位引入了一个溴原子。根据信息Ⅰ，如果让甲苯与溴直接反应，将生成邻溴甲苯与对溴甲苯，而对溴甲苯并不是我们需要的产物。为使之不生成对溴甲苯，利用题给信息，可让甲苯与浓硫酸先发生反应，在甲基对位引入一个—SO3H，从而把甲基的对位占据，下一步与溴反应时溴原子只能取代甲基邻位上的一个H原子，最后根据信息Ⅱ将—SO3H去掉即可。
[答案] (1)在—CH3的对位引入—SO3H，防止在这个位置上引入溴原子而生成副产物对溴甲苯
2．工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯，其生产过程如下：
请根据合成路线填写下列空白：
(1)有机物A的结构简式为________________，B的结构简式为________________。
(2)反应④属于________反应，反应⑤属于________反应。
(3)反应③和⑥的目的是_________________________________。
(4)写出反应⑥的化学方程式：____________________________
______________________________________________________。
[解析] 反应①是甲苯与Cl2的取代反应，可知A是卤代烃，根据反应②的产物可推出有机物A为；反应⑤是B与C2H5OH的反应，再根据反应⑥的产物对羟基苯甲酸乙酯()的结构，可知反应⑤是酯化反应，则B为，C为。
3．(2021·江西宜春高三月考)H(3 溴 5 甲氧基苯甲酸甲酯)是重要的有机物中间体，可以由A(C7H8)通过如图所示路线合成。
请回答下列问题：
(1)C的化学名称为____________，G中所含的官能团有醚键、____________(填名称)。
(2)B的结构简式为________________，B生成C的反应类型为________________。
(3)由G生成H的化学方程式为____________________________
______________________________________________________。
(4)化合物F的同分异构体中能同时满足下列条件的共有________种。
①氨基和羟基直接连在苯环上
②苯环上有三个取代基且能发生水解反应
(5)设计用对硝基乙苯()为起始原料制备化合物的合成路线(其他试剂任选)。
[解析] A发生氧化反应生成B，B发生取代反应生成C，根据C的结构简式及A的分子式知，A为、B为；根据E的结构简式及C―→D的反应条件，可知D为；D发生取代反应生成E，E发生还原反应生成F，F发生取代反应生成G，G与CH3OH发生酯化反应生成H，H为。
(1)根据C的结构简式可知，C的化学名称为3，5 二硝基苯甲酸；G中所含的官能团有醚键、溴原子、羧基。
(2)B的结构简式为，B生成C的反应类型为取代反应。
(3)G和甲醇发生酯化反应生成H，该反应的化学方程式为
(4)化合物F的同分异构体中能同时满足条件：①氨基和羟基直接连在苯环上；②苯环上有三个取代基且能发生水解反应，说明含有酯基。如果取代基为—NH2、—OH、CH3COO—，有10种结构；如果取代基为—NH2、—OH、HCOOCH2—，有10种结构；如果取代基为—NH2、—OH、—COOCH3，有10种结构；所以符合条件的共有30种。
(5)用对硝基乙苯()为起始原料制备化合物，首先对硝基乙苯被酸性高锰酸钾溶液氧化生成对硝基苯甲酸()，然后发生还原反应生成，最后发生缩聚反应生成目标产物，故其合成路线为。
[答案] (1)3，5 二硝基苯甲酸 羧基、溴原子
(2) 取代反应
1
