课时规范练33 生物大分子 合成高分子
一、选择题:本题共7小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2022湖北卷)化学物质与生命过程密切相关,下列说法错误的是( )
A.维生素C可以还原活性氧自由基
B.蛋白质只能由蛋白酶催化水解
C.淀粉可用CO2为原料人工合成
D.核酸可视为核苷酸的聚合产物
2.(2022海南卷)化学物质在体育领域有广泛用途。下列说法错误的是( )
A.涤纶可作为制作运动服的材料
B.纤维素可以为运动员提供能量
C.木糖醇可用作运动饮料的甜味剂
D.“复方氯乙烷气雾剂”可用于运动中急性损伤的镇痛
3.下列关于有机化合物的说法正确的是( )
A.维生素A可促进人体对钙的吸收
B.酶都是蛋白质,是一种温和高效的催化剂
C.生活中常使用的尼龙绳属于合成有机高分子材料
D.糖类、油脂及蛋白质都能水解,从而被人体消化吸收
4.(2022山东淄博三模)N-异丙基丙烯酰胺可形成一种高分子膜,在一定温度范围内有温敏特性,结构如图所示。已知酰胺基具有亲水性、异丙基具有疏水性。下列说法错误的是( )
N-异丙基丙烯酰胺
A.可通过加聚反应合成此高分子膜
B.A过程中,高分子膜有O—H的形成
C.B过程为降温过程
D.高分子膜在A过程发生体积收缩,原因是酰胺基之间形成了氢键
5.为了减少白色污染,科学家合成了PLA塑料,其结构片段如图所示(图中表示链延长)。下列说法不正确的是( )
A.PLA聚合物的链节为
B.PLA可由通过缩聚反应制得
C.PLA制取过程中可能生成副产物
D.PLA相比于聚氯乙烯塑料的优点是易降解
6.(2021湖北卷)聚醚砜是一种性能优异的高分子材料。它由对苯二酚和4,4'-二氯二苯砜在碱性条件下反应,经酸化处理后得到。下列说法正确的是( )
A.聚醚砜易溶于水
B.聚醚砜可通过缩聚反应制备
C.对苯二酚的核磁共振氢谱有3组峰
D.对苯二酚不能与FeCl3溶液发生显色反应
7.(2022北京昌平二模)如图为DNA分子的局部结构示意图,下列说法不正确的是( )
A.DNA由多个脱氧核糖核苷酸分子间脱水形成磷酯键后聚合而成的脱氧核糖核苷酸链构成
B.图中框内的结构可以看成是由脱氧核糖分子与H3PO4分子、碱基分子通过分子间脱水连接而成的
C.胸腺嘧啶()中含有酰胺基
D.DNA分子的四种碱基均含N—H,一个碱基中的N—H的H原子只能与另一个碱基中的N原子形成氢键
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
8.中国酿酒历史悠久,《本草纲目》有“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”的记载。下列说法错误的是( )
A.用大米酿酒是将淀粉转化成乙醇
B.酒香是因为含有酯类物质
C.酸坏之酒中含有较多的乙酸
D.蒸烧的实验方法是利用物质的溶解性不同
9.化学与生活密切相关,下列说法正确的是 ( )
A.“地沟油”不可食用但可以用来制造肥皂
B.新型羽毛球拍杆中的碳纤维属于合成有机高分子材料
C.聚乙烯塑料用于水果包装和封存是因为聚乙烯能作催熟剂
D.纳米铁粉分散在水中形成胶体,可吸附去除污水中Cu2+、Hg2+等重金属离子
10.高分子M广泛用于牙膏、牙科黏合剂等口腔护理产品,合成路线如图:
下列说法错误的是( )
A.试剂a是甲醇
B.化合物B不存在顺反异构体
C.化合物C的核磁共振氢谱有一组峰
D.合成M的聚合反应是缩聚反应
三、非选择题:本题共2小题。
11.双酚A是重要的有机化工原料,工业上可以用苯酚和丙酮合成双酚A:
2+H2O+
(1)丙酮中含氧官能团的名称为 ;双酚A的分子式为 。
(2)在盐酸或氨水催化下,苯酚和甲醛混合共热可得到酚醛树脂:
n+nHCHOnH2O+
关于该反应及相关物质的判断正确的是 (填字母)。
A.甲醛可溶于水
B.该反应属于缩聚反应
C.甲醛防腐可用于保存海鲜
D.酚醛树脂常用于制造电器材料
E.苯酚的酸性介于醋酸和盐酸之间
(3)苯酚可用于合成酚酞:
AB
已知:2HCOOHH2O+
①邻二甲苯核磁共振氢谱有 组峰。
②条件a是 。
③A→B的化学方程式为 。
12.(2022湖北荆州联考)以有机物A为原料制备医药中间体M的一种合成路线如下:
已知:
①
②
③一个碳原子连接两个—OH不稳定,易自动脱水
请回答下列问题:
(1)A中官能团的名称为 ,B的化学名称为 。
(2)C的结构简式为 。
(3)由F生成G的反应类型为 。
(4)M与新制氢氧化铜反应的化学方程式为 。
(5)Q为D的同分异构体,同时满足下列条件的Q的所有结构简式有 种(不含立体异构)。
①苯环上连有2个取代基
②既含—NH2,又能与银氨溶液发生银镜反应,且—NH2直接与苯环相连
(6)参照上述合成路线和信息,以2-丙醇和苯为原料(无机试剂任选),设计制备的合成路线。
参考答案
课时规范练33 生物大分子 合成高分子
1.B 解析 维生素C具有还原性,可以还原活性氧自由基,故A正确;蛋白质在酸、碱的作用下也能发生水解,故B错误;将二氧化碳先还原生成甲醇,再转化为淀粉,实现用CO2为原料人工合成淀粉,故C正确;核苷酸通过聚合反应制备核酸,故D正确。
2.B 解析 涤纶属于合成纤维,具有较高的强度与弹性恢复能力,可作为制作运动服的材料,A正确;人体没有分解纤维素的酶,故纤维素不能为运动员提供能量,B错误;木糖醇具有甜味,可用作运动饮料的甜味剂,C正确;氯乙烷具有冷冻麻醉作用,从而使局部产生快速镇痛效果,所以“复方氯乙烷气雾剂”可用于运动中急性损伤的阵痛,D正确。
3.C 解析 维生素D可促进人体对钙的吸收,A项错误;多数的酶由蛋白质组成,少数的酶由核糖核酸组成,B项错误;生活中常使用的尼龙绳属于合成有机高分子材料,C项正确;糖类中的单糖不会发生水解,D项错误。
4.B 解析 N-异丙基丙烯酰胺中具有碳碳双键,通过加聚反应生成高分子膜,A正确;高分子膜在A过程膜内酰胺基中的O、N分别与水形成的氢键断裂,形成酰胺基内分子内氢键,分子间作用力减弱,需要吸收能量,所以A过程为升温,高分子膜有O—H的断裂,B错误;由B项分析可知A过程为升温,则B为降温过程,C正确;高分子膜在A过程膜内酰胺基中的O、N分别与水形成的氢键断裂,形成酰胺基内分子内氢键,导致体积收缩,D正确。
5.C 解析 由PLA的结构片段,结合连接方式可判断PLA属于聚酯类高聚物,判断其单体或链节,只需要断开酯基即可,根据题给图示,该高聚物的链节为,A正确;由链节的结构可知该高聚物的单体为,B正确;PLA制取过程中可能生成副产物,两个单体之间发生酯化反应形成环,结构简式为,C错误;PLA结构中主要官能团为酯基,具有酯类的性质,易发生水解反应而被降解,而聚氯乙烯塑料不易降解,D正确。
6.B 解析 聚醚砜为缩聚反应得到的高分子化合物、不溶于水,A项错误,B项正确;对苯二酚为对称结构,含有如图所示的两种化学环境的氢原子,核磁共振谱有2组峰,C项错误;对苯二酚含有酚羟基,遇FeCl3溶液显紫色,D项错误。
7.D 解析 DNA由两条脱氧核糖核苷酸链构成,脱氧核糖核苷酸链由多个脱氧核糖核苷酸分子通过分子间脱水形成磷酯键后聚合而成,A正确;图中框内的结构可以看成是由脱氧核糖分子与H3PO4分子、碱基分子通过分子间脱水连接而成的,B正确;如图所示,胸腺嘧啶中含有酰胺基,C正确;如图所示,DNA分子的四种碱基均含N—H,一个碱基中的N—H的H原子能与另一个碱基中的N、O原子形成氢键,D错误。
8.D 解析 大米主要成分为淀粉,淀粉水解生成葡萄糖,葡萄糖在酒曲酶的作用下生成乙醇,则用大米酿酒是将淀粉转化成乙醇,A正确;酿酒的过程,生成的乙醇与乙酸反应生成具有香味的乙酸乙酯,则酒香是因为含有酯类物质,B正确;酸坏之酒是因为在酿酒的过程中,进入的空气与乙醇反应生成了乙酸,C正确;蒸烧的实验方法是利用物质的沸点不同,控制温度使乙酸与乙醇分离,D错误。
9.A 解析 地沟油不可食用,但可以通过发生皂化反应用来制造肥皂,A正确;碳纤维属于无机非金属材料,不属于合成有机高分子材料,B错误;乙烯能作催熟剂,聚乙烯不具有乙烯的性质,不能作催熟剂,C错误;纳米铁粉去除污水中Cu2+、Hg2+等重金属离子是因为重金属离子与铁粉发生了置换反应,D错误。
10.D 解析 由M的结构式可知,M的单体为
CH2CHOCH3和,则试剂a为CH3OH,名称是甲醇,A正确;碳碳双键上的每个碳原子连接的两个原子或原子团不同时能形成顺反异构,化合物B中其中一个双键碳上连接的两个原子相同,不存在顺反异构体,B正确;化合物C为,其结构对称,只含有一种氢原子,则核磁共振氢谱有一组峰,C正确;聚合物M是由CH2CH—O—CH3和发生加成聚合反应得到的,不是缩聚反应,D错误。
11.答案 (1)酮羰基 C15H16O2 (2)ABD
(3)①3 ②酸性高锰酸钾溶液(合理即可)
③H2O+
解析 (1)丙酮中含氧官能团的名称为酮羰基;由结构简式知,双酚A的分子式为C15H16O2。
(2)甲醛是无色有刺激性气味的气体,可溶于水,A正确;小分子反应物生成高分子,且生成小分子,为缩聚反应,B正确;甲醛能使蛋白质变性、可防腐,但甲醛剧毒,不可用于保存海鲜,C错误;酚醛树脂是绝缘体,常用于制造电器材料,D正确;苯酚的酸性小于醋酸和盐酸,介于碳酸的一级电离和二级电离之间,E错误。
(3)①邻二甲苯分子内有3种氢原子,则核磁共振氢谱有3组峰。
②在条件a下转变为A即,则是氧化反应,条件a可以是酸性高锰酸钾溶液。
③A为,由反应条件可知A→B发生题给信息反应,分子间脱水生成酸酐,化学方程式为+H2O。
12.答案 (1)碳碳双键、醛基 3-氯丁醛
(2)
(3)取代反应
(4)+2Cu(OH)2+NaOH+Cu2O↓+3H2O
(5)15
(6)
解析 根据合成路线可知:A为CH2CHCH2CHO或CH3CHCHCHO,含有的官能团为碳碳双键、醛基;根据已知①可得C为,C与氢氧化钠溶液加热发生取代反应生成D为;D被氧气氧化生成E为;E在酸性条件下加热生成F,F的结构简式为;由G在氢氧化钠溶液中加热可得M,则M的结构简式为。
(1)根据上述分析:A为CH2CHCH2CHO或CH3CHCHCHO,含有的官能团为碳碳双键、醛基;B的化学名称为3-氯丁醛。
(2)根据上述分析,C的结构简式为。
(3)F的结构简式为,F的甲基上的H被Cl取代,由F生成G的反应类型为取代反应。
(4)M的结构简式为,M与新制氢氧化铜反应的化学方程式为+2Cu(OH)2+NaOH+Cu2O↓+3H2O。
(5)①苯环上连有2个取代基;②既含—NH2,又能与银氨溶液发生银镜反应,说明含有—CHO;且—NH2直接与苯环相连,符合条件的同分异构体有、,其中—CHO可连在1或2或3或4或5位置处,且2个取代基在苯环上有邻、间、对3种位置关系,所以满足条件的同分异构体有5×3=15种。
(6)照上述合成路线和信息,2-丙醇先发生催化氧化生成丙酮,再与苯反应生成,最后发生加聚反应可制备,合成路线为
。(共109张PPT)
第2讲 烃
第九章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.以甲烷、乙烯、乙炔和苯为例认识碳原子的成键特点,认识它们的官能团;知道氧化、加成、取代、聚合等有机反应类型;知道有机化合物之间在一定条件下是可以转化的。
2.认识烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的组成和结构特点,比较这些有机化合物的组成、结构和性质的差异,了解烃类在日常生活、有机合成和化工生产中的重要作用。
3.结合石油化工了解化学在生产中的具体应用,以煤、石油的开发利用为例,了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。
4.知道简单有机化合物的命名。
强基础 增分策略
一、烷烃、烯烃、炔烃的结构和性质
1.烷烃、烯烃、炔烃的结构特点和通式
烃分子中的氢原子数一定是偶数
2.烷烃、烯烃和炔烃的命名
(1)烷烃的命名。
①习惯命名法。
②系统命名法。
a.最长、最多定主链。
当有几个相同长度的不同碳链时,选择含支链最多的一个作为主链。
b.编号位要遵循“近”“简”“小”原则。
原则 解释
首先要考虑“近” 以离支链较近的一端给主链碳原子编号
同“近”考虑“简” 有两个不同的支链,且分别处于距主链两端同近的位置,则从支链较简单的一端开始编号
同“近”同“简” 考虑“小” 若有两个相同的支链,且分别处于距主链两端同近的位置,而中间还有其他支链,从主链的两个方向编号,可得到两种不同的编号序列,两序列中各支链位次和最小者即为正确的编号
命名为 3,4-二甲基-6-乙基辛烷 。
烷烃系统命名中,不能出现“1-甲基”“2-乙基”,若出现,则属于主链选取错误。
(2)烯烃和炔烃的命名。
3.脂肪烃的结构
(1)甲烷、乙烯、乙炔的分子结构
名称 甲烷(CH4) 乙烯(C2H4) 乙炔(C2H2)
空间结构 H—C≡C—H
结构特点 正四面体 平面形 直线形
键角 109°28' 120° 180°
(2)烯烃的顺反异构
①定义:由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团在空间的
排列方式 不同所产生的异构现象。
②存在条件:每个双键碳原子都连接了两个不同的原子或原子团。
4.脂肪烃的物理性质
5.脂肪烃代表物的化学性质
(1)脂肪烃的氧化反应
①燃烧:烷烃燃烧火焰较明亮;烯烃燃烧火焰明亮冒 黑烟 ;炔烃燃烧很明亮冒 浓烟 。
②烯烃、炔烃与酸性KMnO4溶液反应。
(2)烷烃的取代反应
下一上一
①取代反应:有机化合物分子里的某些原子或原子团被其他
原子或原子团所取代 的反应。
②卤代反应。
(3)烯烃、炔烃的加成反应。 π键断裂——只上不下,断一加二
①加成反应:有机化合物分子中的 不饱和碳原子 与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
②烯烃、炔烃的加成反应(写出有关反应的化学方程式)。
(4)加聚反应。 π键打开,链节相连形成高分子化合物
①丙烯加聚反应的化学方程式:
②乙炔加聚反应的化学方程式:
(5)二烯烃的加成反应和加聚反应。
①加成反应:
6.乙炔的实验室制法
7.化石燃料的综合利用
(1)煤的综合利用
①煤的组成。
②煤的加工。
(2)石油的综合利用
①石油的成分:多种 碳氢化合物(烃) 组成的混合物。
②石油加工。
(3)天然气的综合利用
①天然气是一种清洁的化石燃料,更是一种重要的化工原料,它的主要成分是 CH4 。
②天然气与水蒸气反应制取H2的原理: CH4+H2O CO+3H2 。
旁栏边角 选择性必修3第二章第二节
点燃乙炔前应进行什么操作 乙炔在空气中燃烧的实验现象说明乙炔在组成上有哪些特点
提示 验纯。乙炔燃烧火焰明亮冒黑烟,说明乙炔的含碳量高,燃烧不充分。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)1 mol CH4与1 mol Cl2在光照条件下反应,生成1 mol CH3Cl气体。
( × )
(2)甲烷与Cl2和乙烯与Br2的反应属于同一反应类型。( × )
(3)甲烷和乙烯可用溴的四氯化碳溶液鉴别。( √ )
(4)正丁烷的四个碳原子在同一条直线上,丙烯的所有原子在同一平面内。
( × )
(5)乙烯、乙炔在一定条件下可以与H2、HCl发生加成反应。( √ )
(6)反应CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl与反应CH2=CH2+HCl→CH3CH2Cl均为取代反应。( × )
(7)顺-2-丁烯和反-2-丁烯均能使溴水褪色。( √ )
二、芳香烃、苯的同系物
1.芳香烃
2.苯的同系物的同分异构体及命名
(1)习惯命名法(以C8H10芳香烃为例)。
苯环二取代物存在邻、间、对三种位置异构
(2)系统命名法(以二甲苯为例)。
将苯环上的6个碳原子编号,以某个甲基所在的碳原子的位置为1号,选取最小位次号给其他取代基编号。如邻二甲苯也可叫做 1,2-二甲苯 ,间二甲苯也叫做 1,3-二甲苯 ,对二甲苯也叫做 1,4-二甲苯 。
3.苯的同系物与苯的结构和性质比较
物质 苯 苯的同系物
分子式 C6H6 CnH2n-6(通式,n>6)
结构 特点 ①苯环上的碳碳键是介于 碳碳单键 和 碳碳双键 之间的一种独特的化学键 ②分子中所有原子 一定 (填“一定”或“不一定”,右同)在同一平面内 ①分子中含有一个 苯环 ;与苯环相连的是 烷烃 基
②与苯环直接相连的原子在苯环平面内,其他原子
不一定 在同一平面内
物质 苯 苯的同系物
相互 影响 烷基对苯环有影响,导致苯的同系物苯环上的氢原子比苯易发生 取代 反应;苯环对烷基也有影响,导致苯环上的烷基(直接与苯环连接的碳原子上连有氢原子)能被酸性高锰酸钾溶液 氧化
4.芳香烃的用途及对环境的影响
(1)芳香烃的用途:苯、甲苯、二甲苯、乙苯等芳香烃都是重要的有机化工原料,苯还是一种重要的有机溶剂。
(2)芳香烃对环境的影响:油漆、涂料、复合地板等装饰材料会挥发出苯等有毒有机化合物,秸秆、树叶等物质不完全燃烧形成的烟雾和香烟的烟雾中含有较多的芳香烃,对环境、健康产生不利影响。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)苯不能使酸性KMnO4溶液褪色,因此苯不能发生氧化反应。( × )
(2)苯与溴水充分振荡后,溴水褪色说明苯分子中的碳原子没有饱和。
( × )
(3)乙烯和甲苯都能使酸性KMnO4溶液褪色,说明两者分子中都含有碳碳双键。( × )
(4)某苯的同系物为C11H16,能使酸性KMnO4溶液褪色,且分子结构中只含有一个烷基,符合条件的烃有7种。( √ )
(5)检验己烯中混有少量甲苯,先加入足量溴水,然后加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色,则证明己烯中混有甲苯。( √ )
(6)C2H2与 的最简式相同。( √ )
(7)乙烯、聚氯乙烯和苯分子中均含有碳碳双键。( × )
(8)甲烷和氯气反应生成一氯甲烷与苯和硝酸反应生成硝基苯的反应类型相同。( √ )
应用提升 (1)苯分子是平面正六边形结构,苯的邻位二元取代物无同分异构体、苯不能使Br2/CCl4溶液、苯不能使酸性KMnO4溶液褪色均能证明苯分子结构中不存在单、双键交替的结构。
(2)苯的同系物属于芳香烃,但芳香烃不一定是苯的同系物,因为芳香烃的范围较广,含一个苯环、多个苯环、稠环等的烃,都属于芳香烃。
增素能 精准突破
考点一
脂肪烃的结构与性质
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材将烷烃的命名在本部分介绍;烷烃和烯烃的性质以“思考与讨论”的方式进行预测,然后结合实验等验证;对乙炔的制备实验作了详细描述和探究
新 高 考 高频考点 高考从脂肪烃结构中碳原子的空间结构方式等角度考查原子的共线、共面问题;从一氯代物同分异构体数目和碳碳双键性质角度考查脂肪烃的化学性质
预测考向 预计将来对原子的杂化方式、饱和碳原子的手性问题等加强考查
考向1.脂肪烃的结构与命名
典例突破
下面有关丙烷、丙烯、丙炔说法正确的是( )
A.丙烷、丙烯、丙炔的空间填充模型分别为
B.相同物质的量的三种物质完全燃烧,生成的气体在标准状况下体积比为3∶2∶1
C.丙烷、丙烯、丙炔三种物质相对密度不断增大
D.丙烷分子中碳链是锯齿形的,不是简单的直线排列
答案 D
解析 选项所给模型为球棍模型,A错误;相同物质的量的三种物质完全燃烧,生成的气体在标准状况下为CO2,三者C原子数相同,所以生成CO2体积比为1∶1∶1,B错误;丙烷、丙烯、丙炔三种物质在常温常压下均为气体,由阿伏加德罗定律得ρ= ,故T、p一定时,密度与摩尔质量M成正比,故相对密度逐渐降低,C错误;丙烷中的碳原子是sp3杂化,碳链空间结构是锯齿形的,D正确。
针对训练
1. 根据有机化合物的命名规则,下列命名正确的是( )
答案 D
解析 A项,甲基和双键位置编号错误,正确命名应该为4-甲基-2-戊烯,错误;B项,该有机化合物分子有5个碳原子,正确命名应该为异戊烷,错误;C项,烷烃的命名中出现“2-乙基”,说明选取的主链不是最长碳链,该有机化合物正确命名应该为3-甲基己烷,错误;D项,从离三键最近的一端编号,甲基在3号碳原子上,该有机化合物命名为3-甲基-1-丁炔,正确。
2.(双选)(2022河北石家庄高三月考)有机物M、N、Q之间的转化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.M的同分异构体有3种(不考虑立体异构)
B.N分子中所有原子共平面
C.Q的名称为异丁烷
D.M、N、Q均能与溴水反应
答案 AC
解析 依题意,M、N、Q的结构简式分别为
考向2.取代反应与加成反应
典例突破
1 mol 某链烃最多可与2 mol H2发生加成反应生成化合物A,化合物A最多能与12 mol Cl2发生取代反应生成化合物B,则下列有关说法正确的是( )
A.该烃分子内既有碳碳双键又有碳碳三键
B.该烃分子内碳原子数超过6
C.该烃能发生氧化反应和加聚反应
D.化合物B有两种同分异构体
答案 C
解析 依据分析可知,该烃分子中可能有2个双键,或有1个三键,两者不能共同存在,A错误;化合物A为饱和烷烃,能与12 mol Cl2发生取代反应,则A中含有12个H原子,含碳原子的数目为5,B错误;该烃含有碳碳双键或三键,能发生氧化反应和加聚反应,C正确;化合物B为C5Cl12,类似戊烷,存在三种同分异构体,D错误。
针对训练
1.(2021浙江6月选考)关于有机反应类型,下列判断不正确的是( )
答案 C
解析 在催化剂作用下,乙炔与氯化氢共热发生加成反应生成氯乙烯,故A正确;2-溴丙烷在氢氧化钾醇溶液中共热发生消去反应生成丙烯、溴化钾和水,故B正确;在催化剂作用下,乙醇与氧气共热发生催化氧化反应生成乙醛和水,故C错误;在浓硫酸作用下,乙酸和乙醇共热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,酯化反应属于取代反应,故D正确。
2.有8种物质:①乙烷;②乙烯;③乙炔;④苯;⑤甲苯;⑥溴乙烷;⑦聚丙烯;⑧环己烯。其中既不能使酸性KMnO4溶液褪色,也不能与溴水反应使溴水褪色的是( )
A.①②③⑤ B.④⑥⑦⑧
C.①④⑥⑦ D.②③⑤⑧
答案 C
解析 甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色;乙烯、乙炔、环己烯既能使酸性KMnO4溶液褪色又能与溴水反应使溴水褪色;乙烷、苯、溴乙烷、聚丙烯既不能使酸性KMnO4溶液褪色也不能与溴水反应而使溴水褪色。
归纳总结
取代反应与加成反应的对比
反应类型 取代反应 加成反应
定义 有机分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所取代的反应 有机分子中的双键(或三键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应
反应类型 取代反应 加成反应
键的变化 一般是C—H、O—H或C—O键断裂,结合一个原子或原子团,另一个原子或原子团同取代下来的基团结合成另一种物质 不饱和键中不稳定者断裂,不饱和碳原子直接和其他原子或原子团结合
产物 两种或多种物质 一般是一种物质
考向3.烃的燃烧规律
典例突破
120 ℃时,某混合烃与过量O2在一密闭容器中完全反应,测知反应前后的压强没有变化,则该混合烃可能是( )
A.CH4和C2H6 B.CH4和C2H4
C.C2H4和C2H6 D.C3H4和C3H6
答案 B
考题点睛
针对训练
1.(2022上海嘉定二模)2022年北京冬奥会秉承“绿色、低碳、可持续”的理念。冬奥会火炬采用的燃料是( )
A.H2 B.C2H6 C.C3H8 D.CH4
答案 A
解析 2022年北京冬奥会秉承“绿色、低碳、可持续”的理念,氢气燃烧产生水,无污染,碳排放为零,符合“绿色、低碳、可持续”的理念,而C2H6、C3H8和CH4均属于碳氢化合物,燃烧产生二氧化碳和水,不符合低碳理念,故合理答案为A。
2. 两种气态烃的混合物6.72 L(标准状况),完全燃烧生成0.48 mol CO2和10.8 g H2O,则该混合烃中( )
A.一定不存在乙烯 B.一定不存在甲烷
C.一定存在甲烷 D.一定存在乙烯
答案 C
则1 mol 该混合物的平均分子式是C1.6H4,根据平均碳原子数推得一定有甲烷,而甲烷的氢原子数是4,混合物的平均氢原子数也是4,则另一种烃是碳原子数大于或等于2、氢原子数等于4的气态烃,即可能有C2H4或C3H4。
归纳总结
烃的燃烧规律
(1)烃的组成与燃烧产物的关系。
①质量相同的烃(CxHy), 越大,则生成的CO2越多;若两种烃最简式相同,则质量相同时生成的CO2和H2O的量分别相等。
②碳元素质量分数相同的有机化合物(最简式可以相同,也可以不同),只要总质量一定,以任意比例混合,完全燃烧后产生的CO2的量总是一个定值。
③若两种不同有机化合物完全燃烧时生成的CO2和H2O的物质的量之比相同,则它们分子中碳原子和氢原子的个数比相同。
(2)烃完全燃烧耗氧量大小的比较。
①等质量的烃(CxHy)完全燃烧,耗氧量与碳元素(或氢元素)的质量分数有关,碳元素质量分数越小(或氢元素质量分数越大),耗氧量越多。
②等质量的烃,若最简式相同,则完全燃烧耗氧量相同,且燃烧产物的量均相同。推广:最简式相同的有机化合物无论以何种比例混合,只要总质量相同,完全燃烧耗氧量就不变。
③等物质的量的烃完全燃烧时,耗氧量取决于(x+ )值的大小,其值越大,耗氧量越多。
④等物质的量的不饱和烃和该烃与水加成的产物(如乙烯和乙醇)或该烃与水加成的产物的同分异构体完全燃烧,耗氧量相同。
(3)气态烃完全燃烧前后气体体积的变化。
①y>4时,ΔV>0,体积增大;
②y=4时,ΔV=0,体积不变;
③y<4时,ΔV<0,体积减小。
考点二
芳香烃的结构与性质
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材通过“思考与讨论”栏目,介绍了甲苯在光照和催化剂条件下的两种不同取代反应,以及对比苯和甲苯硝化反应的差异;以“资料卡片”形式介绍了苯的磺化反应和稠环芳香烃,开阔学生的视野
新 高 考 高频考点 高考题对苯环的特殊结构考查较为普遍,苯及其同系物往往作为有机合成的原料出现,考查其命名、反应类型等
预测考向 预测会加强对苯的同系物中苯环和侧链之间的相互影响的考查,甚至结合定量进行考查
考向1.芳香烃的结构与性质
典例突破
苯乙烯转化为乙苯的反应为
A.Ⅰ→Ⅱ属于取代反应
B.可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物
C.Ⅰ和Ⅱ都属于苯的同系物
D.可以用溴水鉴别Ⅰ和Ⅱ
答案 D
解析 Ⅰ→Ⅱ属于加成反应,A项错误;Ⅰ和Ⅱ均为有机化合物,均溶于四氯化碳,不可用CCl4分离Ⅰ和Ⅱ的混合物,B项错误;Ⅱ属于苯的同系物,但Ⅰ不属于苯的同系物,C项错误;Ⅰ中碳碳双键可以与溴发生加成反应,使溴水褪色且出现分层现象,Ⅱ能萃取溴水中的溴,二者现象不同,可以用溴水鉴别Ⅰ和Ⅱ,D项正确。
考题点睛
针对训练
1.(2021河北卷)苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体,结构简式如图。关于该化合物,下列说法正确的是( )
A.是苯的同系物
B.分子中最多8个碳原子共平面
C.一氯代物有6种(不考虑立体异构)
D.分子中含有4个碳碳双键
答案 B
解析 苯的同系物是含有一个苯环且侧链是烷烃基的有机化合物,A项错误;苯环上6个碳原子及直接与苯环相连的2个碳原子一定共平面,与苯环直接相连的碳原子与其他的碳原子以碳碳单键相连,其他碳原子不可能与苯环共平面,B项正确;根据对称性可知,该有机化合物的一氯代物有5种,
即 ,C项错误;苯环中不含碳碳双键,该有机化合物分子中只含1个碳碳双键,D项错误。
2.(2022辽宁卷)下列关于苯乙炔( )的说法正确的是( )
A.不能使酸性KMnO4溶液褪色 B.分子中最多有5个原子共直线
C.能发生加成反应和取代反应 D.可溶于水
答案 C
解析 苯乙炔分子中含有碳碳三键,能使酸性KMnO4溶液褪色,A错误;如图
所示, ,苯乙炔分子中最多有6个原子共直线,B错误;苯
乙炔分子中含有苯环和碳碳三键,能发生加成反应,苯环上的氢原子能被取代,可发生取代反应,C正确;苯乙炔属于烃,难溶于水,D错误。
考向2.芳香烃的同分异构体
典例突破
(1)甲苯苯环上的一个氢原子被相对分子质量为57的烃基取代,所得产物
有 种。
(2)已知二氯苯有3种同分异构体,则四氯苯的同分异构体数目有 种。
(3)某芳香烃的分子式为C8H10,它不能使溴水褪色,但能使酸性KMnO4溶液褪色,该有机化合物苯环上的一氯代物只有一种,则该烃的结构简式是 。
(4)分子式满足C10H14的苯的同系物中,含有两个侧链的同分异构体有
种。
(2)苯的二氯取代物与苯的四氯取代物种类数相同,均有3种。
(3)该烃不能使溴水褪色,但能使酸性KMnO4溶液褪色,只能为苯的同系物,且苯环上只有一种氢原子,该烃为对二甲苯。
(4)分子式为C10H14的芳香烃,其苯环上有两个取代基时分为两大类:第一类两个取代基中一个为甲基,另一个为—CH2CH2CH3或—CH(CH3)2,它们连接在苯环上又有邻、间、对3种情况,共有6种;第二类两个取代基均为乙基,它们连接在苯环上又有邻、间、对3种情况;共有9种。
针对训练
1.(2022广东茂名模拟)有机化合物X( )是合成重要医药中间体的原料。下列关于化合物X说法错误的是( )
A.分子中有7个碳原子共平面
B.能使酸性KMnO4溶液褪色
C.能与HBr发生加成反应
D.X的同分异构体中不存在芳香族化合物
答案 A
解析 分子中存在碳碳双键,根据乙烯分子中有6个原子共面,可知该分子中有5个碳原子共平面,故A错误;含碳碳双键的有机物能使酸性KMnO4溶液褪色,故B正确;含碳碳双键的有机物能与HBr发生加成反应,故C正确;X含有2个环和1个碳碳双键,共3个不饱和度,苯环中含有4个不饱和度,则X的同分异构体中不存在芳香族化合物,故D正确。
2. 以一个丁基(—C4H9)取代联三苯( )分子中的一个氢原子,所得的同分异构体的数目为( )
A.18 B.28 C.24 D.20
答案 D
归纳总结
判断芳香烃同分异构体数目的两种有效方法
(1)等效氢法。
“等效氢”就是有机化合物分子中处于相同位置的氢原子,等效氢中的任一氢原子,若被相同取代基取代,所得产物都属于同一物质;分子中完全对称的氢原子也是“等效氢”。
例如甲苯和乙苯的苯环上的一氯代物的同分异构体分别都有三种(邻、间、对):
(2)定一(或定二)移一法。
苯环上连有两个原子或原子团时,可固定一个移动另一个,从而写出邻、间、对三种同分异构体;苯环上连有三个原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,得到三种结构,再逐一插入第三个原子或原子团,这样就能写全含有苯环的同分异构体。
例如二甲苯的苯环上一氯代物的同分异构体数目的判断:
2+3+1=6,共有6种。
研专项 前沿命题
有机化合物中原子共线、共面的判断
题型 考查内容 选择题 非选择题 考查知识 判断共线、共面碳原子数目
核心素养 宏观辨识与微观探析
考向1原子共线、共面必备知识
例1.有机化合物 分子中最多有 个碳原子在同一平面内;最多有 个原子在同一条直线上;共平面的碳原子至少有 个。
解析 以碳碳双键为中心,根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构,可以画出如图所示结构:
由于碳碳单键可以绕轴自由旋转,炔直线一定在苯平面内,苯平面和烯平面可能共面,也可能不共面。因而该有机化合物分子中的所有碳原子均可能共面,最多有11个碳原子共面,至少有6+2+1=9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°,炔直线与所在
苯环正六边形对角线上的碳原子共线,因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线5+1=6。
答案 11 6 9
突破方法
(1)判断有机化合物分子中原子共线、共面的基准点
(2)结构不同的基团连接后原子共线、共面分析
针对训练
1.描述下列有机化合物的分子结构叙述中正确的是( )
A.CH3—C≡C—CH=CH2分子中最多有4个碳原子共面
答案 D
2. 下列有关说法正确的是( )
答案 B
解析 A项,以“ ”为中心,联想乙烯分子中的键角120°,4个碳原子不可能共线,错误;B项,单键可绕轴旋转,乙烯平面与苯平面可能共面,因而所有原子可能共面,正确;C项,分子中含有饱和碳原子,所有原子不可能共面,错误;D项,应选含支链最多的为主链,正确的名称为2,4-二甲基-3-乙基己烷, 错误。
考向2原子共线、共面解题策略
例2.下列说法正确的是 。
答案 CE
突破方法
突破有机化合物分子中原子共线、共面问题的方法
(1)单键旋转思想
有机化合物分子中的单键(碳碳单键、碳氧单键等)均可旋转,但形成双键、三键的原子不能绕轴旋转,对原子的空间结构具有“定格”的作用,如
(2)定平面规律
共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时,两平面必然重叠,两平面内所有原子必定共平面。
(3)定直线规律
直线形分子中有2个原子处于某一平面内时,该分子中的所有原子也必落在此平面内。
(4)展开空间构型
其他有机化合物可看作甲烷、乙烯、苯三种典型分子中的氢原子被其他原子或原子团代替后的产物,但这三种分子的空间结构基本不变,如
CH3CH=CH—C≡CH,可以将该分子展开为 ,此分子包
含一个乙烯型结构、一个乙炔型结构,其中①C、②C、③C、④H 4个原子一定在同一条直线上,该分子中至少有8个原子在同一平面内。
(5)注意题目要求
针对训练
3.靛蓝类色素是人类所知最古老的色素之一,广泛用于食品、医药和印染工业。靛蓝的结构简式如下图。下列关于靛蓝的说法错误的是( )
A.分子式是C16H10O2N2
B.分子中的所有碳原子的杂化方式相同
C.分子中所有原子处于同一平面
D.分子中有5种不同化学环境的氢原子
答案 C
解析 由靛蓝的结构简式可知其分子式为C16H10O2N2,故A项正确;分子中的所有碳原子均为sp2杂化,所以分子中的所有碳原子的杂化方式相同,故B项正确;分子中的氮原子采取sp3杂化,因此,分子中所有原子不可能处于同一平面上,故C项错误;每个苯环上的4个氢原子的化学环境不同,包括与氮原子相连的氢原子,分子中有5种不同化学环境的氢原子,故D项正确。
4.下列分子中的所有碳原子可能处在同一平面上的是( )
A.①②④⑥ B.①②④⑤
C.①②③⑤ D.①②⑤⑥
答案 D
解析 有机化合物中甲烷是正四面体结构,苯环、乙烯以及甲醛为平面形结构。课时规范练31 烃
一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2021全国甲卷)下列叙述正确的是( )
A.甲醇既可发生取代反应也可发生加成反应
B.用饱和碳酸氢钠溶液可以鉴别乙酸和乙醇
C.烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少
D.戊二烯与环戊烷互为同分异构体
2.一种形状像蝴蝶结的有机分子Bowtiediene,其结构如图所示,下列有关该分子的说法错误的是( )
A.能使溴水褪色
B.生成1 mol C5H12至少需要4 mol H2
C.三氯代物有两种
D.与其互为同分异构体,且只含碳碳三键的链烃有两种
3.(2022上海高三模拟)下列有机化合物的系统命名正确的是( )
A. 2-乙基-1-丁烯
B. 1,4-二甲基丁烷
C. 2-二氯丙烷
D. 2-甲基-3-丙醇
4.(2022辽宁辽阳二模)四乙烯基甲烷的结构如图(),下列说法正确的是( )
A.四乙烯基甲烷和[3]轴烯()互为同系物
B.四乙烯基甲烷与丙苯互为同分异构体
C.四乙烯基甲烷的一氯代物只有1种
D.四乙烯基甲烷分子中所有碳原子有可能共平面
5.(2022山东东营模拟)化合物(a)与(b)的结构简式如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.(a)与(b)互为同分异构体
B.(a)分子中所有碳原子均共面
C.(b)的一氯代物共有3种
D.(a)、(b)均能与溴水反应而褪色
6.(2021辽宁卷)有机化合物a、b、c的结构如图。下列说法正确的是( )
A.a的一氯代物有3种
B.b是的单体
C.c中碳原子的杂化方式均为sp2
D.a、b、c互为同分异构体
7.螺环化合物X()是一种重要的有机催化剂,下列关于X的说法正确的是( )
A.与丙苯互为同分异构体
B.仅含有2个手性碳原子
C.所有C原子有可能共平面
D.一氯代物共有3种(不考虑立体异构)
8.下列说法正确的是( )
A.环戊二烯()分子中最多有9个原子在同一平面上
B.月桂烯()所有碳原子一定在同一平面上
C.C7H16的分子中,有4个甲基的同分异构体有3种(不考虑立体异构)
D.芳香族化合物A与互为同分异构体,A苯环上的一氯代物只有一种结构,则A可能的结构有5种
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
9.(2022河北石家庄模拟)金刚烷胺是一种抗病毒药物,它的一种合成路线如下,下列说法错误的是( )
A.四氢二聚环戊二烯分子式为C10H16
B.环戊二烯最多有10个原子共平面
C.二聚环戊二烯与HBr 1∶1的加成产物最多有4种
D.含有一个支链且含—NH2结构的金刚烷胺的芳香族同分异构体有12种
10.(2022河北卷)在EY沸石催化下,萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。
下列说法正确的是( )
A.M和N互为同系物
B.M分子中最多有12个碳原子共平面
C.N的一溴代物有5种
D.萘的二溴代物有10种
11.已知同一碳原子连有两个羟基时不稳定:+H2O。有机化合物是选择性内吸传导性除草剂,俗称稗草烯,主要用于水稻田防除稗草。下列有关该有机化合物的说法错误的是( )
A.能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B.可用与Cl2在光照条件下通过取代反应获得较纯的该物质
C.在烧碱溶液中充分水解,可生成羧酸钠
D.在一定条件下可发生聚合反应
三、非选择题:本题共2小题。
12.溴苯是重要的有机合成中间体,下图为溴苯的制备实验装置:
实验步骤:
Ⅰ.检查气密性后,关闭K2,打开K1、K3和分液漏斗活塞,将苯和液溴的混合物缓慢滴加到三颈烧瓶中,液体微沸,红色气体充满烧瓶,C装置小试管中无色液体逐渐变为橙红色,瓶内液面上方出现白雾。
Ⅱ.关闭K1,打开K2,A中液体倒吸入B中。
Ⅲ.拆除装置,将B中液体倒入盛有冷水的大烧杯中,分液,分别用NaOH溶液和水洗涤有机化合物,再加入MgSO4固体,过滤,最后将所得有机化合物进行蒸馏。
(1)K1、K3连接处均使用了橡胶管,其中不合理的是 (填“K1”或“K3”),理由是 。
(2)可以证明溴和苯发生的是取代反应而不是加成反应的实验现象是 。
(3)步骤Ⅰ中装置D的目的是 。
(4)用NaOH洗涤有机化合物时发生反应的离子方程式为 。
(5)步骤Ⅲ中的蒸馏操作可用如下的减压蒸馏装置(加热装置和夹持装置已略)。
①实验前,烧瓶中无需加入碎瓷片,实验过程中打开毛细管上端的止水夹时,a中的现象是 ;毛细管的作用是 。
②使用克氏蒸馏头的优点是 。
13.相对分子质量为92的某芳香烃X是一种重要的有机化工原料,以X为初始原料设计出转化关系图(部分产物、合成路线、反应条件略去),其中A是一氯代物;H是一种功能高分子,链节组成为C7H5NO。
已知:Ⅰ.
Ⅱ.
请根据所学知识与本题所给信息回答下列问题:
(1)阿司匹林中含有的官能团的名称是 ;H的结构简式是 。
(2)反应②的类型是 。
(3)反应⑤的化学方程式是 。
(4)有多种同分异构体,写出其中两种含有醛基的芳香族化合物的结构简式: 。
(5)请用合成反应流程图表示出:由
和其他无机物合成最合理的方案(不超过4步)。 。
例:……
参考答案
课时规范练31 烃
1.B 解析 甲醇(CH3OH)分子中不含不饱和键,不能发生加成反应,A项叙述错误;乙酸与饱和NaHCO3溶液反应生成CO2气体,乙醇不能与饱和NaHCO3溶液反应,故利用饱和NaHCO3溶液可以鉴别乙酸和乙醇,B项叙述正确;烷烃的沸点高低不仅与碳原子数的多少有关,还与支链的多少、压强的大小等有关,C项叙述错误;戊二烯分子式为C5H8,环戊烷分子式为C5H10,二者分子式不同,不互为同分异构体,D项叙述错误。
2.C 解析 该有机化合物中含有碳碳双键,可与溴水发生加成反应,能使溴水褪色,A项正确;由结构式可知其分子式为C5H4,根据不饱和度的规律可知,该分子不饱和度为4,因此要生成1molC5H12至少需要4molH2,B项正确;依据等效氢思想与物质的对称性可以看出,该分子的三氯代物与一氯代物等效,只有一种,C项错误;分子式为C5H4,只含碳碳三键的链烃有CH≡C—CH2—C≡CH或
CH≡C—C≡C—CH3这两种同分异构体,D项正确。
3.A 解析 该物质的系统命名为己烷,故B错误;该物质的系统命名为2,2-二氯丙烷,故C错误;该物质的系统命名为2-甲基-1-丙醇,故D错误。
4.B 解析 将结构相似,分子组成相差一个或若干个CH2原子团的化合物互称为同系物,而四乙烯基甲烷和[3]轴烯不具有相似的结构,故A项错误;将分子式相同,结构不同的化合物互称为同分异构体,四乙烯基甲烷与丙苯的分子式都为C9H12,且结构不同,互为同分异构体,故B项正确;运用等效氢法,四乙烯基甲烷的一氯代物有2种,故C项错误;四乙烯基甲烷分子中心碳原子成四个单键,具有与甲烷相似的结构,因此所有碳原子不可能共平面,故D项错误。
5.A 解析 (a)与(b)的分子式都为C7H8,结构不同,所以互为同分异构体,A正确;(a)分子中两个环共用的碳原子,与周围4个碳原子相连,构成四面体结构,所有碳原子不可能共面,B不正确;(b)的一氯代物共有4种,C不正确;(b)中不存在碳碳双键,不能使溴水褪色,D不正确。
6.A 解析 根据等效氢原理可知,a的一氯代物如图所示:有3种,A正确;的单体是苯乙烯不是b,B错误;c中碳原子的杂化方式有sp2和sp3两种,C错误;a、b、c的分子式分别为C8H6、C8H6、C8H8,故c与a、b不互为同分异构体,D错误。
7.B 解析 螺环化合物X的分子式为C9H16,丙苯的分子式为C9H12,两者分子式不同,不互为同分异构体,A错误;螺环化合物X中连接甲基的两个碳原子为手性碳原子,则分子中含有2个手性碳原子,B正确;由结构简式可知,螺环化合物X中的碳原子都为饱和碳原子,饱和碳原子的空间结构为四面体形,分子中碳原子不可能共平面,C错误;由结构简式可知,螺环化合物X呈对称结构,其中含有四种氢原子,则一氯代物共有4种,D错误。
8.A 解析 乙烯分子中6个原子一定共平面,环戊二烯()分子中,相当于存在2个乙烯结构片段,2个面可能重合,因此最多有5个碳原子、4个氢原子,共9个原子在同一平面上,A正确;月桂烯()分子存在2个相连的CH2原子团,具有甲烷的结构特点,所有碳原子不可能在同一平面上,B不正确;C7H16的分子中,有4个甲基的同分异构体有4种,它们是、、、,C不正确;芳香族化合物A与互为同分异构体,A苯环上的一溴代物只有一种结构,则A可能的结构有7种,它们是、、、、、、,D不正确。
9.BD 解析 根据四氢二聚环戊二烯结构简式得到四氢二聚环戊二烯的分子式为C10H16,故A正确;根据乙烯的结构和碳碳单键可以旋转进行分析,环戊二烯最多有9个原子共平面,故B错误;二聚环戊二烯与HBr1∶1的加成,由于二聚环戊二烯结构不对称,因此HBr与最左边的碳碳双键加成时,氢加成在上面碳形成1种结构,加成在下面碳又是1种结构,同理加在另外1个碳碳双键上也一样有2种,因此产物最多有4种,故C正确;金刚烷胺分子式为C10H17N,含有一个支链且含—NH2结构的金刚烷胺的芳香族同分异构体是不存在的,故D错误。
10.CD 解析 由题中信息可知,M和N均属于二异丙基萘,两者分子式相同,但是其结构不同,故两者互为同分异构体,两者不互为同系物,A说法不正确;因为萘分子中的10个碳原子是共面的,由于单键可以旋转,异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面,因此,M分子中最多有14个碳原子共平面,B说法不正确;N分子中有5种不同化学环境的氢原子,因此其一溴代物有5种,C说法正确;萘分子中有8个氢原子,但是只有两种不同化学环境的氢原子(分别用α、β表示,其分别有4个),根据定一议二法可知,若先取代α位,则取代另一个氢原子的位置有7种;然后取代1个β位,再取代其他β位,有3种,因此,萘的二溴代物有10种,D说法正确。
11.B 解析 该有机化合物中含有苯环、碳碳双键和碳氯键,具有苯、烯烃和氯代烃的性质,能发生加成反应、取代反应、氧化反应、加聚反应、水解反应、消去反应等。
含有碳碳双键,所以能使酸性高锰酸钾溶液褪色,A正确;与Cl2在光照条件下发生取代反应时,甲基和亚甲基上的H原子能被氯原子取代,所以得不到纯净的该物质,B错误;结合已知信息可知该物质发生水解反应生成羧酸,能和氢氧根离子反应生成羧酸盐,C正确;含有碳碳双键,可以发生加聚反应,D正确。
12.答案 (1)K1 挥发出来的Br2会腐蚀橡胶管
(2)C装置AgNO3溶液中出现淡黄色沉淀
(3)吸收B中的溴蒸气和HBr气体,避免打开装置后污染环境
(4)3Br2+6OH-5Br-+Br+3H2O
(5)①有持续不断的细小气泡 防暴沸
②便于同时安装毛细管和温度计,防止减压蒸馏过程中液体因剧烈沸腾而冲入冷凝管
解析 (1)K1处的橡胶管不合理,原因是挥发出来的Br2会腐蚀橡胶管。
(2)若溴和苯发生的是取代反应,则溶液中有Br-,则C中Ag+与Br-结合生成AgBr淡黄色沉淀。
(3)打开K1、K3,装置D中NaOH溶液吸收B中的溴蒸气和HBr气体,避免打开装置后污染环境。
(4)有机化合物中会掺杂Br2,用NaOH洗涤时Br2会发生自身歧化反应,反应的离子方程式为3Br2+6OH-5Br-+Br+3H2O。
(5)①由于装置a中有压强差,则打开止水夹时,a中会有持续不断的细小气泡,烧瓶中不加入碎瓷片,则毛细管的作用是防暴沸。②如图观察到使用克氏蒸馏头安装了温度计和毛细管,且安装温度计处的支气口的位置偏高一些,防止蒸馏烧瓶中的液体冲入冷凝管。
13.答案 (1)羧基、酯基 (2)氧化反应
(3)+2[Ag(NH3)2]OH+2Ag↓+3NH3+H2O
(4)、、、(任选两种,合理即可)
(5)
解析 相对分子质量为92的某芳香烃X是一种重要的有机化工原料,设其分子组成为CxHy,则12x+y=92,由烷烃中C原子与H原子关系可知,该芳香烃X的分子式为C7H8、结构简式为,X与氯气发生取代反应生成A,A转化生成B,B催化氧化生成C,C能与银氨溶液反应生成D,B含有醇羟基、C含有醛基,A为,B为,C为,D酸化生成E,D为,E为;在浓硫酸、加热条件下与浓硝酸发生取代反应生成F,结合反应③的产物可知F为,F转化生成G,由于苯胺容易被氧化,由反应信息Ⅰ、反应信息Ⅱ可知,G为,H是一种功能高分子,链节组成为C7H5NO,与的分子式相比减少1分子H2O,为通过形成肽键发生缩聚反应形成的高聚物,H为。
(1)根据阿司匹林的结构简式可知其官能团为羧基、酯基;由分析可知,高聚物H的结构简式为。
(2)根据分析可知反应②中转化为,甲基被氧化为羧基,属于氧化反应。
(3)由分析可知C为,D为,C与银氨溶液反应生成D,反应的化学方程式为+2[Ag(NH3)2]OH+2Ag↓+3NH3+H2O。
(4)芳香族化合物即含有苯环,醛基即为—CHO,所以符合条件的同分异构体有、、、等。
(5)在催化剂条件下发生加成反应生成,再在氢氧化钠的乙醇溶液、加热条件下发生消去反应生成,与氯气发生加成反应生成,最后在氢氧化钠水溶液中发生水解反应生成,合成反应流程图为:。(共155张PPT)
第4讲 生物大分子 合成高分子
第九章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.结合实例认识高分子、糖类、蛋白质等有机化合物在生产、生活中的重要作用。
2.认识糖类和蛋白质的组成和性质特点。了解淀粉和纤维素及其与葡萄糖的关系,了解葡萄糖的结构特点,主要性质与应用。知道糖类在食品加工和生物质能源开发上的应用。认识氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质,知道氨基酸和蛋白质的关系,了解氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能。认识人工合成多肽、蛋白质、核酸的意义,体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。
3.了解加聚反应和缩聚反应的特点;认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点,了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。
4.能对单体和高分子进行相关推断,能分析高分子的合成路线,能写出典型的加聚反应和缩聚反应的化学方程式。
强基础 增分策略
一、生物大分子
1.糖类
(1)糖类的定义和分类。
①定义:从分子结构上看,糖类可定义为 多羟基醛 、多羟基酮和它们的脱水缩合物。
②组成:含 碳、氢、氧 三种元素。大多数糖类化合物符合通式Cm(H2O)n,所以糖类也叫碳水化合物。
糖类不一定都符合该通式,如脱氧核糖(C5H10O4),符合该通式的不一定是糖,如乙酸(C2H4O2)。
③分类:
(2)单糖——葡萄糖、果糖、核糖与脱氧核糖
①组成和分子结构:
名称 分子式 结构简式 官能团
葡萄糖 C6H12O6 CH2OH(CHOH)4CHO —OH、—CHO
果糖 C6H12O6 CH2OH(CHOH)3COCH2OH
、—OH
核糖 C5H10O5 CH2OH(CHOH)3CHO —OH、—CHO
脱氧核糖 C5H10O4 CH2OH(CHOH)2CH2CHO —OH、—CHO
②葡萄糖的化学性质:
(3)二糖——蔗糖和麦芽糖
比较项目 蔗糖 麦芽糖
相同点 分子式 均为 C12H22O11 化学性质 都能发生 水解反应 不同点 是否含醛基 不含有 含有
能否发生银镜反应 不能 能
水解产物 葡萄糖和果糖 葡萄糖
(4)多糖——淀粉与纤维素
①相似点:
a.都属于高分子化合物,属于多糖,分子式都可表示为 (C6H10O5)n ;
b.都能发生水解反应,如淀粉水解的化学方程式为
c.都不能发生银镜反应。
②不同点:
a.结构不同;通式中n值不同;
b.淀粉遇碘显 蓝色 。
2.氨基酸、蛋白质
(1)氨基酸的结构与性质
①定义
羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代后的产物。α-氨基酸的通式为
,官能团为 —NH2 和 —COOH 。
有的氨基酸会有两个羧基或氨基,还可能含有巯基(—SH)等官能团
②氨基酸的性质
a.两性:
甘氨酸与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式分别为
HOOC—CH2—NH2+HCl → HOOC—CH2—NH3Cl ,
H2N—CH2—COOH+NaOH → H2N—CH2—COONa+H2O 。
b.成肽反应:
两个氨基酸分子(可以相同,也可以不同)在一定条件下,通过氨基与羧基间缩合脱去水,形成含肽键的化合物,发生成肽反应。两分子氨基酸脱水形成二肽,如:
n肽是n个氨基酸参与反应,脱去(n-1)H2O
(2)蛋白质的组成、结构与性质
①组成与结构:
a.蛋白质主要含有C、H、O、N、S等元素。
b.蛋白质是由多种氨基酸通过 肽键 等相互连接形成的一类生物大
分子。
②性质:
a.蛋白质盐析仍然具有生物活性;蛋白质变性失去生物活性用于消毒。
b.蛋白质燃烧产生SO2等刺激性气体。
3.核酸
(1)核酸的形成
(2)核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)比较
物质 核糖核酸(RNA) 脱氧核糖核酸(DNA)
元素组成 C、H、O、N、P 基本组成单位 核糖核苷酸(4种) 脱氧核糖核苷酸(4种)
化学 组成 戊糖 核糖 脱氧核糖
碱基 U(尿嘧啶) T(胸腺嘧啶)
A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶) 磷酸 相同 一般结构 由一条 核糖核苷酸 链构成 由两条 脱氧核糖核苷酸 链构成
分布 主要在 细胞质 中 主要在 细胞核 中
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)淀粉水解制葡萄糖不属于取代反应。( × )
(2)大豆富含蛋白质,研磨豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸。( × )
(3)淀粉、纤维素的分子式均为(C6H10O5)n,它们互为同分异构体。( × )
(4)向蛋白质溶液中加入(NH4)2SO4溶液会变性。( × )
(5)核酸是生物体进行生命活动的主要承担者。( × )
(6)核苷酸由一分子磷酸,一分子核糖和一分子碱基构成。( × )
(7)DNA和RNA的区别只是戊糖不同。( × )
二、合成高分子
1.有机合成
(1)有机合成的主要任务
(2)有机合成遵循的原则
①起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。
②应尽量选择步骤较少的合成路线。
③原子经济性高,具有较高的产率。
④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
(3)有机合成的分析方法
①正向合成分析法的过程:
②逆向合成分析法的过程:
2.有机合成的常用方法
(1)有机合成中分子骨架的构建
①链增长的反应。
a.加聚反应、缩聚反应、酯化反应。
b.炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基(—CN)的物质,再经水解生成羧酸,或经催化加氢还原生成胺。
c.羟醛缩合反应。 经加成、消去反应得到“烯醛”
②链缩短的反应:烷烃的裂化反应;酯类、糖类、蛋白质等的水解反应;烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成碳链缩短的羧酸或酮。
③由链成环的方法。
a.羟基酸酯化成环。
(2)有机合成中官能团的转化
①官能团的引入。
引入官能团 引入方法
卤素原子 ①烃与卤素单质(X2)发生取代反应;②不饱和烃与X2或HX发生加成反应;③醇与HX发生取代反应
羟基 ①烯烃与水发生加成反应;②卤代烃碱性条件下发生水解;③醛或酮与H2发生加成反应;④酯的水解;⑤酚钠盐中滴加酸或通入CO2
碳碳双键或 碳碳三键 ①某些醇或卤代烃的消去;②炔烃与H2、X2(卤素单质)或HX发生加成反应;③烷烃裂化
醛基 含—CH2OH结构的醇催化氧化
羧基 ①醛被O2、银氨溶液或新制Cu(OH)2氧化;②酯在酸性条件下水解;③某些苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化
②官能团的消除。
a.通过 加成反应 消除不饱和键(双键、三键、苯环)。
b.通过 消去 、氧化或酯化反应等消除羟基。
c.通过 加成 或氧化反应等消除醛基。
d.通过 水解(取代) 反应消除酯基、肽键、卤素原子。
③官能团的保护。
④官能团转化的顺序。
如在对硝基甲苯 对氨基苯甲酸的过程中,应先把—CH3氧化成—COOH之后,再把—NO2还原为—NH2,防止当KMnO4氧化—CH3时,—NH2(具有还原性)也被氧化。
3.高分子化合物
(1)高分子化合物的组成
①单体:能够进行 聚合 反应形成高分子化合物的低分子化合物。
②链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小结构单元。
③聚合度:高分子中含有链节的 数目 。如
(2)高分子化合物的分类
(3)高分子化合物的合成方法
①加聚反应。
加成聚合反应简称加聚反应,指不饱和单体通过 加成 反应生成高分子化合物的反应,如生成聚氯乙烯的化学方程式为
②缩聚反应。
缩合聚合反应简称缩聚反应,是由单体分子间通过缩合反应生成高分子,同时还生成小分子副产物(如水等)的聚合反应。例如己二酸与乙二醇之间的缩合聚合反应:
应用提升 (1)高分子化合物都是混合物,没有固定的熔、沸点。
(2)凡链节中含有酚羟基结构的高分子化合物,其单体一般为酚和醛,如
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)天然橡胶是高聚物,不能使溴水褪色。( × )
(2)为防止污染,可以将塑料购物袋直接烧掉。( × )
(3)天然橡胶的主要成分聚异戊二烯( )为纯净物。
( × )
(4)酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料。( × )
(5)合成高分子化合物的结构大致可以分为线型结构、支链型结构和网状结构三类。( √ )
增素能 精准突破
考点一
生物大分子
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材在糖的分类中将水解后产生2~10个单糖的称为寡糖或低聚糖;通过“资料卡片”新加了糖类分子的手性;氨基酸的α-碳原子具有手性;对核酸新教材从组成、结构和生物功能角度出发进行了全面的介绍
新 高 考 高频考点 高考题对生物大分子物质的考查重点在STSE以及特征反应方面,难度较小
预测考向 新的一年高考会在分子结构方面加强考查,特别是手性碳原子的数目,或增加信息考查含较少手性碳原子的有机化合物包含立体异构在内的同分异构体数目
考向1.糖类物质的结构与性质
典例突破
淀粉在人体内的变化过程如图:
下列说法不正确的是( )
A.nC.③的反应是水解反应 D.④的反应为人体提供能量
答案 A
解析 淀粉在酸或淀粉酶作用下发生分解和水解时,大分子的淀粉首先转化成为小分子的中间物质糊精,则n>m,A不正确;1 mol麦芽糖在一定条件下水解为2 mol单糖,属于二糖,B正确;过程③为麦芽糖生成葡萄糖的反应,是水解反应,C正确;④的反应为葡萄糖分解为二氧化碳和水的过程,并释放大量的能量,为人体提供能量,D正确。
针对训练
1.(2021山东卷)某同学进行蔗糖水解实验,并检验产物中的醛基,操作如下:向试管Ⅰ中加入1 mL 20%蔗糖溶液,加入3滴稀硫酸,水浴加热5分钟。打开盛有10% NaOH溶液的试剂瓶,将玻璃瓶塞倒放,取1 mL溶液加入试管Ⅱ,盖紧瓶塞;向试管Ⅱ中加入5滴2% CuSO4溶液。将试管Ⅱ中反应液加入试管Ⅰ,用酒精灯加热试管Ⅰ并观察现象。实验中存在的错误有几处 ( )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案 B
解析 第1处错误:利用新制氢氧化铜检验蔗糖水解生成的葡萄糖中的醛基时,溶液需保持弱碱性,否则作水解催化剂的酸会将氢氧化铜反应,导致实验失败,题干实验过程中蔗糖水解后溶液未冷却并碱化;第2处错误:NaOH溶液具有强碱性,不能用玻璃瓶塞,否则NaOH与玻璃塞中SiO2反应生成具有黏性的Na2SiO3,会导致瓶盖无法打开,共2处错误,B正确。
2.某化学活动小组在探究葡萄糖分子的组成和结构时,设计并完成了一组实验:分别取下列四种液体2 mL加入2 mL新制Cu(OH)2中,充分振荡。实验现象记录如表所示:
液体 葡萄糖溶液 乙醇溶液 甘油(丙三醇)溶液 水
实验现象 氢氧化铜溶解,溶液呈绛蓝色 氢氧化铜不溶解,颜色无明显变化 氢氧化铜溶解,溶液呈绛蓝色 氢氧化铜不溶解,颜色无明显变化
根据上述实验及现象能够得出的正确结论是( )
A.葡萄糖分子中含有醛基 B.葡萄糖分子中含有多个羟基
C.葡萄糖的分子式是C6H12O6 D.葡萄糖分子中碳链呈锯齿形
答案 B
解析 乙醇是一元醇,不能与氢氧化铜反应,氢氧化铜也不溶于水中;而甘油是三(多)元醇,能溶解氢氧化铜并得到绛蓝色溶液,当向葡萄糖溶液中加入氢氧化铜时,也得到了相同的现象,故可得出结论:在葡萄糖的结构中含有多个羟基,B项正确。实验中未加热,没有红色沉淀生成,故不能证明醛基的存在。
归纳总结
淀粉水解程度的判断方法
(1)实验流程
(2)实验现象及结论
注意:①检验部分水解剩余淀粉时必须直接取水解液。②检验水解生成的葡萄糖时,水解液必须加NaOH至碱性再加新制Cu(OH)2或银氨溶液检验。
情况 现象A 现象B 结论
① 溶液呈蓝色 未产生银镜 淀粉未水解
② 溶液呈蓝色 出现银镜 淀粉部分水解
③ 溶液不呈蓝色 出现银镜 淀粉完全水解
考向2.氨基酸和蛋白质的结构与性质
典例突破
褪黑素是一种内源性生物钟调节剂,在人体内由食物中的色氨酸转化得到。
下列说法不正确的是( )
A.色氨酸分子中存在氨基和羧基,可形成具有较高熔点的内盐
B.在色氨酸水溶液中,可通过调节溶液的pH使其形成晶体析出
C.在一定条件下,色氨酸可发生缩聚反应
D.褪黑素与色氨酸结构相似,也具有两性化合物的特性
答案 D
解析 色氨酸分子中同时含有羧基和氨基,不仅能和强碱或强酸反应,而且
还可在分子内形成内盐 ,该盐是离子化合物,熔点较高,A项正确;氨基酸在不同pH时的溶解度不同,因此可以通过调节溶液pH来分离或提纯氨基酸,B项正确;α-氨基酸分子间可以发生脱水反应生成酰胺类高聚物,属于缩聚反应,C项正确;色氨酸为α-氨基酸,褪黑素不是α-氨基酸,两者结构不相似,褪黑素的官能团中的酰胺键,不具有两性化合物的特性,D项错误。
考题点睛
针对训练
1. 缬氨霉素是一种脂溶性的抗生素,是由12个分子组成的环状化合物,它的结构简式如图所示,有关说法正确的是( )
A.缬氨霉素是一种蛋白质
B.缬氨霉素完全水解可得到四种氨基酸
C.缬氨霉素完全水解后的产物中有两种产物互为同系物
D.缬氨霉素完全水解,其中一种产物与甘油互为同分异构体
答案 C
2.下列对氨基酸和蛋白质的描述正确的是( )
A.蛋白质水解的最终产物是氨基酸
B.氨基酸和蛋白质遇重金属离子均会变性
C.α-氨基丙酸与α-氨基苯丙酸混合物脱水成肽,只生成2种二肽
D.氨基酸溶于过量氢氧化钠溶液中生成的离子,在电场作用下向负极移动
答案 A
解析 蛋白质水解的最终产物是氨基酸,A项正确;只有蛋白质遇重金属离子会变性,氨基酸不能,B项错误;α-氨基丙酸和α-氨基苯丙酸均自身脱水成二肽,有2种,二者两两脱水成二肽有2种,共4种二肽,C项错误;氨基酸有两性,与氢氧化钠溶液反应生成氨基酸钠,阴离子在电场作用下向正极移动,D项错误。
归纳总结
氨基酸的缩合反应
(1)氨基酸的缩合机理。
(2)分子间或分子内脱水成环。
(3)氨基酸分子缩聚成高分子化合物。
考点二
合成高分子化合物
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材对相关内容进行了整合,且在原有的基础上增加了酚醛树脂在两种不同条件下的缩聚反应,并对产物特点进行了介绍;也增加了聚酯纤维、聚酰胺纤维等可降解高分子化合物的介绍
新 高 考 高频考点 新的一年高考对高分子化合物的考查主要以选择题进行,考查内容以组成、结构方面为主
预测考向 从新教材的介绍来看,预计高分子化合物的合成方式在有机合成与推断综合题会变得普遍
考向1.合成高分子化合物的结构与性质
典例突破
可生物降解的高分子材料
聚苯丙生(L)的结构片段如下图。
下列有关L的说法不正确的是( )
A.制备L的单体分子中都有两个羧基 B.制备L的反应是缩聚反应
C.L中的官能团是酯基和醚键 D.m、n、p和q的大小对L的降解速率有影响
答案 C
针对训练
1.(2022湖南卷)聚乳酸是一种新型的生物可降解高分子材料,其合成路线如下:
下列说法错误的是( )
A.m=n-1
B.聚乳酸分子中含有两种官能团
C.1 mol乳酸与足量的Na反应生成1 mol H2
D.两分子乳酸反应能够生成含六元环的分子
答案 B
解析 本题考查乳酸和聚乳酸的结构与性质。
由乳酸生成聚乳酸的反应为缩聚反应,n分子乳酸缩聚生成聚乳酸
,同时生成(n-1)个水分子,A项说法正确;聚乳酸分子
中存在酯基,链端还有羧基和羟基,B项说法错误;乳酸分子中的羟基和羧基均能与Na反应,1 mol乳酸与足量的Na反应可生成1 mol氢气,C项说法正确;
两分子乳酸通过分子间酯化反应可以生成六元环状分子 ,
D项说法正确。
2.(2022山东卷)下列高分子材料制备方法正确的是( )
答案 B
归纳总结
单体与高聚物互推的方法
聚合时找准结合点,反推单体时找准分离处,“结合点必为分离处”。
(1)由单体推断高聚物的方法
①单烯烃型单体加聚时,“断开双键,键分两端,添上括号,n写后面”。
②共轭二烯烃型单体加聚时,“单变双,双变单,破两头,移中间,添上括号,n写后面”。
③分别含有一个双键的两种单体聚合时,“双键打开,中间相连,添上括号,n写后面”。
(2)高聚物单体的推断方法
推断单体时,一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物,并找准分离处。
①加聚产物的主链一般全为碳原子,按“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”的规律画线断键,然后半键闭合、单双键互换。
考向2.有机化合物的合成
典例突破
聚乙二醇(PEG)是一种非离子性惰性溶剂和绿色有机合成的重要催化剂,如图是合成PEG等的简单流程,其中E是一种聚碳酸酯高分子化合物。
请根据以上信息回答下列问题:
(1)反应②所需的试剂和反应条件 ;反应⑥的反应类型是 。
(2)物质F的名称为 。
(3)物质E的结构简式为 ;反应⑦的另一种产物为水,则G的结构简式为 。
(4)反应③的化学方程式为 。
(5)M与D的组成元素相同,且M中各原子数目为D中各原子数目的2倍,写出符合下列条件的M的结构简式: (只写一种)。
a.能与新制的氢氧化铜反应生成砖红色沉淀
b.能在稀硫酸中发生水解反应
(6)
解析 根据有机合成图,A为乙烯,③为缩聚反应,根据逆推法,PEG为聚乙二醇,则单体C为乙二醇CH2OH—CH2OH,则B为含有两个卤原子取代的乙烷;④为脱水反应,与二氧化碳结合后发生加聚反应,D断裂碳氧键生成E;⑤为氧化反应,根据题目资料,F和G反应生成目标产物,则G为NC—CH2—CN。
(1)卤代烃水解生成醇,反应②所需的试剂和反应条件NaOH水溶液,加热;E是一种聚碳酸酯高分子化合物,根据分子结构特点,反应⑥的反应类型是加聚反应。
(2)根据命名规则,物质F的名称为乙二醛。
考题点睛
针对训练
(2022山东卷)支气管扩张药物特布他林(H)的一种合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A→B反应条件为 ;B中含氧官能团有 种。
(2)B→C反应类型为 ,该反应的目的是 。
(3)D结构简式为 ;E→F的化学方程式为 。
(4)H的同分异构体中,仅含有—OCH2CH3、—NH2和苯环结构的有 种。
(5)根据上述信息,写出以4-羟基邻苯二甲酸二乙酯为主要原料制备
的合成路线。
解析 本题考查有机反应的条件、反应类型、反应目的,结构简式的书写,官能团的识别,化学方程式的书写,同分异构体数目的判断,有机合成。
(1)由C的结构简式和有机物的转化关系,结合已知信息Ⅰ可知,A为
(4)由H的同分异构体中仅含有—OCH2CH3和—NH2可知,分子中有3个—OCH2CH3和1个—NH2,因此H的同分异构体可以视作
归纳总结
常见的经典有机合成路线
(1)一元合成路线
(2)二元合成路线
(3)芳香化合物的合成路线。
研专项 前沿命题
有机合成与推断题的解法探讨
题型 考查内容 非选择题 考查知识 有机化学基础模块知识综合考查
核心素养 宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知
例题. 苯基环丁烯酮( PCBO)是一种十分活泼的反应物,可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4+2]环加成反应,合成了具有生物活性的多官能团化合物(E),部分合成路线如下:
已知如下信息:
回答下列问题:
(1)A的化学名称是 。
(2)B的结构简式为 。
(3)由C生成D所用的试剂和反应条件为 ;该步反应中,若反应温度过高,C易发生脱羧反应,生成分子式为C8H8O2的副产物,该副产物的结构简式为 。
(4)写出化合物E中含氧官能团的名称 ;E中手性碳(注:连有四个不同的原子或基团的碳)的个数为 。
(5)M为C的一种同分异构体。已知:1 mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 mol二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为 。
(6)对于 ,选用不同的取代基R',在催化剂作用下与PCBO发生的[4+2]反应进行深入研究,R'对产率的影响见下表:
请找出规律,并解释原因 。
R' —CH3 —C2H5 —CH2CH2C6H5
产率/% 91 80 63
思路指导
(1)有机化合物的命名
反应原理图示如下:
(3)①根据有机反应整体框架,确定反应C→D的试剂和反应条件。
第一步,根据反应物和生成物的结构简式,明确反应过程和反应类型:
第二步,判断反应试剂和反应条件
由上述分析可知,该反应为酯化反应,反应试剂为乙醇,反应条件为浓硫酸、加热。
②根据题给信息写出副产物的结构简式。
(4)①根据结构简式判断有机化合物E中含氧官能团名称。
第二步,写出含氧官能团的名称:
有机化合物E中含氧官能团的名称为酯基和(醇)羟基。
②手性碳原子的判断。
第一步,提取信息,明确要求:手性碳原子上连接四个不同的原子或基团;
第二步,根据结构简式判断:E分子中标“*”的碳原子为手性碳原子,手性碳原子个数为2。
(5)限定条件下同分异构体的书写——残基法
第一步,确定官能团。
由“1 mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 mol二氧化碳”可知,M分子中含有两个羧基;
第二步,确定其他限定条件。
由“M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸”可知,M苯环上含有两个基团,且位于苯环的对位;
第三步,书写符合要求的同分异构体。
C的分子式为C9H8O4,减去2个—COOH、1个—C6H4—,剩余1个—CH2—,
由此可写出M的结构简式为
(6)根据题给信息分析判断
由表格中数据分析可得出规律:随着取代基R'体积的增大,产物的产率降低。其原因是随R'体积增大,反应位阻增大,导致产率降低。
答案 (1)2-羟基苯甲醛(或水杨醛)
突破方法
(1)有机合成分析
(2)确定有机化合物结构简式的方法
①根据特征现象推知官能团种类
反应现象 思考方向
溴水褪色 可能含有碳碳双键、碳碳三键或酚羟基、醛基等
酸性高锰酸钾溶液褪色 可能含有碳碳双键、碳碳三键、醛基、羟基或苯的同系物等
与氯化铁溶液发生显色反应 含有酚羟基
生成银镜或砖红色沉淀 含有醛基或甲酸酯基
与钠反应产生H2 可能含有羟基或羧基
加入碳酸氢钠溶液产生CO2 含有羧基
加入浓溴水产生白色沉淀 含有酚羟基
②根据有机反应中定量关系推断
a.烃和卤素单质的取代:取代1 mol氢原子,消耗1 mol卤素单质(X2)。
b. 的加成:与H2、Br2、HCl、H2O等加成时按物质的量之比为1∶1加成。
c.含—OH的有机化合物与Na反应时:2 mol —OH生成1 mol H2。
d. 1 mol —CHO对应2 mol Ag;1 mol —CHO对应1 mol Cu2O(注意:1 mol HCHO中相当于有2 mol —CHO)。
e.物质转化过程中相对分子质量的变化(关系式中M代表第一种有机化合物的相对分子质量):
(3)判断有机反应类型的方法
①根据官能团的衍变推断反应类型
②根据反应条件推断有机反应类型
反应条件 思考方向
氯气、光照 烷烃取代、苯的同系物侧链上的取代
液溴、催化剂 苯的同系物发生苯环上的取代
浓溴水 碳碳双键和碳碳三键加成、酚取代、醛氧化
氢气、催化剂、加热 苯、醛、酮加成
氧气、催化剂、加热 某些醇氧化、醛氧化
酸性高锰酸钾溶液或酸性重铬酸钾溶液 烯烃、炔烃、苯的同系物、醛、醇等氧化
反应条件 思考方向
银氨溶液或新制氢氧化铜 醛、甲酸、甲酸酯、葡萄糖等氧化
氢氧化钠水溶液、加热 卤代烃水解、酯水解等
氢氧化钠的醇溶液、加热 卤代烃消去
浓硫酸,加热 醇消去、酯化反应
浓硝酸、浓硫酸,加热 苯环上取代
稀硫酸,加热 酯水解、低聚糖和多糖等水解
氢卤酸(HX),加热 醇取代反应
针对训练
1.(2021湖南卷)叶酸拮抗剂Alimta(M)是一种多靶向性抗癌药物。以苯和丁二酸酐为原料合成该化合物的路线如下:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为 。
(2)A→B,D→E的反应类型分别是 ; 。
(3)M中虚线框内官能团的名称为a ,b 。
(4)B有多种同分异构体,同时满足下列条件的同分异构体有 种(不考虑立体异构);
①苯环上有2个取代基 ②能够发生银镜反应
③与FeCl3溶液发生显色反应
其中核磁共振氢谱有五组峰,且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式为 。
(5)结合上述信息,写出丁二酸酐和乙二醇合成聚丁二酸乙二醇酯的反应方程式 。
解析 (1)由已知信息①为取代反应可知,丁二酸酐与苯发生反应可以生成A的结构简式为 。
(2)A→B的反应符合“去氧加氢”的特点,为还原反应;D→E的变化为Br原子取代了醛基邻位的氢原子,属于取代反应。
(3)M中虚线框内a为酰胺基,b为羧基。
2.(2021河北卷)丁苯酞(NBP)是我国拥有完全自主知识产权的化学药物,临床上用于治疗缺血性脑卒中等疾病。ZJM-289是一种NBP开环体(HPBA)衍生物,在体内外可经酶促或化学转变成NBP和其他活性成分,其合成路线如下:
已知信息:
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 。
(2)D有多种同分异构体,其中能同时满足下列条件的芳香族化合物的结构简式为 、 。
①可发生银镜反应,也能与FeCl3溶液发生显色反应;
②核磁共振氢谱有四组峰,峰面积比为1∶2∶2∶3。
(3)E→F中步骤1)的化学方程式为
。
(4)G→H的反应类型为 。若以NaNO3代替AgNO3,则该反应难以进行,AgNO3对该反应的促进作用主要是因为 。
(5)HPBA的结构简式为 。通常酯化反应需在酸催化、加热条件下进行,对比HPBA和NBP的结构,说明常温下HPBA不稳定、易转化为NBP的主要原因 。
3.(2022湖南卷)物质J是一种具有生物活性的化合物。该化合物的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A中官能团的名称为 、 ;
(2)F→G、G→H的反应类型分别是 、 ;
(3)B的结构简式为 ;
(4)C→D反应方程式为 ;
(5) 是一种重要的化工原料,其同分异构体中能够发生银镜
反应的有 种(考虑立体异构),其中核磁共振氢谱有3组峰,且峰面积之比为4∶1∶1的结构简式为 ;
(6)I中的手性碳原子个数为 (连四个不同的原子或原子团的碳原子称为手性碳原子);
(6)根据题干信息,连接四种不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子,分析可知I分子中有一个手性碳原子,如图所示(标“*”的碳原子为手性碳原子)。(共71张PPT)
第1讲 有机化合物的结构特点与研究方法
第九章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
【本章体系构建】
【课程标准】
1.认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布,认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象。知道红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等现代仪器分析方法在有机化合物分子结构测定中的应用。
2.认识官能团的种类(碳碳双键、碳碳三键、羟基、氨基、碳卤键、醚键、醛基、酮羰基、羧基、酯基和酰胺基),从官能团的视角认识有机化合物的分类。
强基础 增分策略
一、有机化合物的结构特点
1.有机化合物的分类方法
(1)依据组成元素分类
根据是否只含C、H两种元素
(2)依据碳骨架分类
(3)依据官能团分类
①官能团:决定有机化合物特性的 原子或原子团 。
②有机化合物的主要类别、官能团和代表物:
2.有机化合物中的共价键
(1)共价键的类型 共价键中一定存在σ键,不饱和键中才存在π键
(2)共价键的极性与有机反应
由于不同的成键原子间电负性的差异,共用电子对偏向电负性 较大 的原子。偏移的程度越大,共价键极性 越强 ,在反应中越容易发生 断裂 。
乙醇中氧原子的电负性较大,导致碳氧键和氢氧键极性较强,容易发生取代反应。
乙醇与钠反应的化学方程式: 2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑ ;
乙醇与氢溴酸反应的化学方程式: CH3CH2OH+HBr CH3CH2Br+H2O。
乙烯(CH2=CH2)分子中π键不稳定,容易断裂发生 加成 反应,乙烯与Br2反应的化学方程式: CH2=CH2+Br2 → CH2BrCH2Br 。
3.有机化合物的同分异构现象
(1)同分异构体
相对分子质量相等的物质,不一定是同分异构体
化合物具有相同的 分子式 ,但具有不同 结构 的现象叫同分异构现象,具有同分异构现象的化合物互为 同分异构体 。
(2)同分异构体类型
(3)有机化合物的构造异构现象
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)醛基的结构简式为“—COH”。( × )
(3)含有苯环的有机化合物属于芳香烃。( × )
(4)含有醛基的有机化合物一定属于醛类。( × )
(5)含有羟基的物质只有醇。( × )
(6)只有烃的衍生物中才含有官能团,烃中没有官能团。( × )
(7)相同碳原子数的饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。( √ )
(8)同分异构体可以是同类物质,也可以是不同类别的物质。( √ )
应用提升 (1)可以根据碳原子是否达到饱和,将烃分成饱和烃和不饱和烃,如烷烃、环烷烃属于饱和烃,烯烃、炔烃、芳香烃属于不饱和烃。
二、研究有机化合物的一般方法
1.研究有机化合物的基本步骤
分离、提纯→ 确定实验式 → 确定分子式 → 确定分子结构
↓ ↓ ↓ ↓
纯净物 元素定量分析 测量相对分子质量 波谱分析
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)蒸馏和重结晶:
类型 适用对象 要求
蒸馏 常用于分离、提纯液态有机化合物 ①该有机化合物热稳定性较强
②该有机化合物与杂质的 沸点 相差较大
重结晶 常用于分离、提纯固体有机化合物 ①杂质在所选溶剂中 溶解度 很小或很大
②被提纯的有机化合物在此溶剂中 溶解度 受温度影响较大
(2)萃取:
类型 原理
液—液萃取 利用待分离组分在 两种互不相溶的溶剂中的溶解度 不同,将待分离组分从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程
固—液萃取 用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程
3.有机化合物分子式的确定
(1)元素分析。
(2)相对分子质量的测定——质谱法。
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)的最大值即为该有机化合物的相对分子质量。
4.有机化合物分子结构的鉴定
(1)化学方法:利用特征反应鉴定出 官能团 。常见官能团的检验方法如下:
官能团种类 试剂 判断依据
碳碳双键或碳碳三键 溴的四氯化碳溶液 橙色褪去
酸性高锰酸钾溶液 紫色褪去
碳卤键 氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、稀硝酸 有沉淀产生
酚羟基 三氯化铁溶液 显紫色
浓溴水 有白色沉淀产生
醛基 银氨溶液 有银镜产生
新制氢氧化铜 有砖红色沉淀产生
羧基 碳酸钠溶液 有二氧化碳气体产生
碳酸氢钠溶液 石蕊溶液 溶液变红色
(2)物理方法:
①红外光谱。
分子中的化学键或官能团对红外线发生振动吸收,不同的化学键或官能团 吸收频率 不同,在红外光谱图上将处于不同的位置,从而可以获得分子中含有的化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱。
③X射线衍射。
X射线是一种波长很短(约10-10 m)的电磁波,它和晶体中的原子相互作用可以产生 衍射图 。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据,包括 键长 、 键角 等分子结构信息。将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定,可以获得更为直接而详尽的结构信息。
旁栏边角 选择性必修3第一章第二节
阅读教材【讨论】部分,回答下列问题。
(1)重结晶法提纯苯甲酸的原理是什么 有哪些主要操作步骤
提示 苯甲酸的溶解度受温度影响较大。
涉及加热溶解、趁热过滤、冷却结晶、过滤洗涤。
(2)溶解粗苯甲酸时加热的作用是什么 趁热过滤的目的是什么
提示 加热促进苯甲酸的溶解。趁热过滤防止苯甲酸析出,减少苯甲酸的损失。
(3)实验操作中多次使用玻璃棒,分别起哪些作用
提示 溶解过程中搅拌;过滤过程中引流。
(4)如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净
提示 取少许最后一次洗涤液于小试管中,滴加AgNO3溶液,无明显现象,说明洗涤干净。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)碳氢质量比为3∶1的有机化合物一定是CH4。( × )
(2)CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体,核磁共振氢谱相同。( × )
(3)乙醇是良好的有机溶剂,根据“相似相溶”原理用乙醇从水溶液中萃取有机化合物。( × )
(4)有机化合物 的核磁共振氢谱中会出现三组峰,且峰面积之比为3∶4∶1。( × )
(5)对有机化合物分子红外光谱图的研究有助于确定有机化合物分子中的官能团。( √ )
增素能 精准突破
考点一
有机化合物的结构特点
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材删去了“有机化合物的命名”一节。增加了“有机物中的共价键”的相关内容;增加了同分异构体的分类包括构造异构(碳架异构、官能团异构和位置异构)和立体异构(顺反异构、对映异构)
新 高 考 高频考点选择题中以同分异构体或官能团数目判断为考查重点,也存在手性碳原子数目的判断;非选择题中以官能团的名称、限制条件的同分异构体书写为重点
预测考向包括立体异构(顺反异构)的同分异构体数目,也可能出现一两个手性碳原子的同分异构体数目判断
考向1.有机化合物的结构与分类
典例突破 下列叙述正确的是( )
答案 D
针对训练
1.(2022河北石家庄模拟)下列各项有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是( )
答案 B
解析 A分子中羟基没有直接连在苯环上,属于醇;C分子中含有酯基,属于酯类;D为甲酸与苯酚生成的酯,官能团为酯基。
2.按要求解答下列各题:
(1)化合物 是一种取代有机氯农药DDT的新型杀虫剂,
它含有的官能团为 (写名称),属于 (填“脂环”或“芳香族”)化合物。
(2) 中含氧官能团的名称是 。
答案 (1)(醇)羟基、醛基、碳碳双键 脂环 (2)(酚)羟基、酯基 (3)卤代烃 醛基 (4)羧基 (5)碳碳双键、酯基、酮羰基
解析 (2)—OH直接连在苯环上,为酚羟基; 为酯基。
(3)HCCl3中含有氯原子,属于卤代烃;—CHO为醛基。
(4)—NH2显碱性。
归纳总结
官能团判断易错点
(1)—OH连到苯环上,属于酚;—OH连到饱和碳原子上的为醇。
(2)含醛基的物质不一定为醛类,如HCOOH、HCOOCH3等。
考向2.同分异构体
典例突破
(双选)(2021山东卷)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2-甲基-2-丁醇)存在如图转化关系,下列说法错误的是( )
A.N分子可能存在顺反异构
B.L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子
C.M的同分异构体中,能被氧化为酮的醇有4种
D.L的同分异构体中,含两种化学环境氢的只有1种
答案 AC
考题点睛
针对训练
1.(双选)下列说法正确的是(均不考虑立体异构)( )
答案 CD
2. 分子式为C4H10O的醇与分子式为C8H8O2且含苯环的羧酸在一定条件下反应生成酯的种类有( )
A.4种 B.8种
C.12种 D.16种
答案 D
解析 分子式为C4H10O的醇有4种;分子式为C8H8O2且含苯环的羧酸的结构有苯乙酸、邻甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸,共4种;故它们形成的酯有4×4=16种。
归纳总结
常考的官能团异构
考点二
研究有机化合物的方法
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材在原有基础上,在重结晶提纯苯甲酸实验中增加了实验细节,以及重结晶收率的计算;在确定分子结构中增加了“X射线衍射”测定物质结构的技术介绍
新 高 考 高频考点 实验基础部分会考查相关的分离操作;关于有机化合物结构测定的光谱通常是以信息形式出现,也有核磁共振氢谱图的直接考查;有机化合物的制备和产率计算等
预测考向 新高考将对新教材的新变化有所体现,可能考查X射线衍射实验的相关内容
考向1.有机化合物的分离与提纯
典例突破
2-甲基-2-氯丙烷是重要的化工原料,实验室中可由叔丁醇与浓盐酸反应制备,路线如下:
下列说法错误的是( )
A.由叔丁醇制备2-甲基-2-氯丙烷的反应类型为取代反应
B.用5%Na2CO3溶液洗涤分液时,有机相在分液漏斗的下层
C.无水CaCl2的作用是除去有机相中残存的少量水
D.蒸馏除去残余反应物叔丁醇时,产物先蒸馏出体系
答案 B
解析 对比反应物和产物的结构可得,Cl原子取代了—OH,所以反应类型为取代反应,A正确;用5%Na2CO3溶液洗涤分液时,由于有机化合物2-甲基-2-氯丙烷的密度小于水,则有机相在分液漏斗的上层,B错误;无水CaCl2是干燥剂,与水结合生成CaCl2·xH2O,其作用是除去有机相中残存的少量水,C正确;2-甲基-2-氯丙烷比叔丁醇的沸点低,所以产物先蒸馏出体系,D正确。
针对训练
1.为提纯下列物质(括号内的物质是杂质),所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
选项 被提纯的物质 除杂试剂 分离方法
A 甲烷(乙烯) 酸性高锰酸钾溶液 洗气
B 苯(苯酚) 氢氧化钠溶液 分液
C 乙酸乙酯(乙酸) 氢氧化钠溶液 分液
D 乙醇(水) 氯化钙 蒸馏
答案 B
解析 甲烷与酸性高锰酸钾溶液不反应,乙烯与酸性高锰酸钾溶液反应生成二氧化碳气体,引入新的杂质,故A错误;应用饱和碳酸钠溶液与乙酸反应,且能降低乙酸乙酯的溶解度,再用分液方法分离,故C错误;应加入生石灰(氧化钙),生石灰与水反应生成氢氧化钙,可增大混合物的熔沸点差异,再蒸馏得到乙醇,不能使用氯化钙,故D错误。
2. 将CH3CHO(易溶于水,沸点为20.8 ℃的液体)和CH3COOH分离的正确方法是( )
A.加热蒸馏
B.加入Na2CO3后,通过萃取的方法分离
C.先加入烧碱溶液蒸出乙醛,再加入浓硫酸,蒸出乙酸
D.和Na反应后进行分离
答案 C
解析 乙醛、乙酸均为低沸点物质,都易挥发,直接蒸馏得不到纯净物质,故分离前先将CH3COOH转化为沸点高的CH3COONa。
归纳总结
常见有机化合物的分离、提纯(括号内为杂质)
混合物 试剂 分离方法 主要仪器
甲烷(乙烯) 溴水 洗气 洗气瓶
苯(乙苯) 酸性高锰酸钾溶液、NaOH溶液 分液 分液漏斗
乙醇(水) CaO 蒸馏 蒸馏烧瓶
溴乙烷(乙醇) 水 分液 分液漏斗
醇(酸) NaOH溶液 蒸馏 蒸馏烧瓶
硝基苯(HNO3、H2SO4) NaOH溶液 分液 分液漏斗
苯(苯酚) NaOH溶液 分液 分液漏斗
酯(酸或醇) 饱和Na2CO3溶液 分液 分液漏斗
(Br2) NaOH溶液 分液 分液漏斗
考向2.有机化合物的分子式和结构式的确定
典例突破
有X、Y、Z三种有机化合物,按要求回答下列问题。
(1)取3.0 g有机化合物X,完全燃烧后生成3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况),已知该有机化合物的蒸气对氢气的相对密度为30,则该有机化合物的分子式为 。
(2)有机化合物Y的分子式为C4H8O2,其红外光谱如图所示:
则该有机化合物可能的结构为 (填字母)。
A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2COOCH3
C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCOOH
答案 (1)C3H8O (2)AB (3)红外光谱法 ①5 2 ②3 2
(2)A、B项都有两个不对称的—CH3,且都含有“C=O”和“C—O—C”结构,所以A、B项符合图示;C项只有一个—CH3;D项中没有“C—O—C”结构,且—CH3为对称结构。
考题点睛
针对训练
1. 下列化合物中,核磁共振氢谱只出现三组峰且峰面积之比为3∶2∶2的是( )
答案 B
2.有机物A只由C、H、O三种元素组成,常用作有机合成的中间体。测得8.4 g该有机物经燃烧生成22.0 g CO2和7.2 g水。质谱图表明其相对分子质量为84,红外光谱分析表明A中含有—OH和位于分子端的—C≡CH;其核磁共振氢谱显示有3组峰,且峰面积之比为6∶1∶1。
(1)写出A的分子式: 。
(2)写出A的结构简式: 。
(3)下列物质一定能与A发生反应的是 (填字母)。
a.氢溴酸 b.酸性高锰酸钾溶液
c.溴的四氯化碳溶液 d.Na
(4)有机物B是A的同分异构体,1 mol B可以与1 mol Br2加成,B分子中所有碳原子在同一平面上,核磁共振氢谱显示有3组峰,且峰面积之比为6∶1∶1,则B的结构简式是 。
(3)A中含有—C≡C—,能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应,能与溴发生加成反应,能与氢溴酸发生加成反应;含有羟基,能与Na反应。
(4)有机物B是A的同分异构体,1 mol B可与1 mol Br2加成,故1个该物质分子中含有1个碳碳双键,B分子中所有碳原子在同一平面上,则其余的碳原子连接在碳碳双键上,核磁共振氢谱有3组峰,且峰面积之比为6∶1∶1,可知含有两个甲基且连接在同一碳原子上,结合分子式可知,B中还含有
—CHO,故B的结构简式为 。
归纳总结 确定有机化合物分子式、结构式的流程图(共160张PPT)
第3讲 烃的衍生物
第九章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.以溴乙烷、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、苯酚和乙酰胺为例,认识有机化合物中的官能团;结合典型实例认识官能团与性质的关系,知道氧化、加成、取代、聚合等有机反应类型。
2.认识官能团与有机化合物特征性质的关系,认识同一分子中官能团之间存在相互影响,认识一定条件下官能团可以相互转化。知道常见官能团的鉴别方法。
3.认识卤代烃、醇、酚、醛、羧酸及其衍生物的组成、性质、转化关系及其在生产、生活中的重要应用。
强基础 增分策略
一、卤代烃
1.卤代烃及其命名
(1)卤代烃。
烃分子里的氢原子被 卤素原子 取代后生成的产物。官能团为
碳卤键 ,饱和一元卤代烃的通式为 CnH2n+1X(n≥1) 。
(2)命名。 必须含连接卤素原子的最长碳链,且相关碳原子位次最小
①卤素原子所连的碳原子数最多的碳链为主链,称为“某卤代烃”;
②从距离卤素原子所连的碳原子最近的一端给主链碳原子编号;
③将卤素原子所连的碳原子位置写在“某卤代烃”之前。
2.卤代烃的物理性质
3.卤代烃水解反应和消去反应的比较
4.卤素原子的检验
5.卤代烃的获取方法
(1)取代反应
写出有关反应的化学方程式。
(2)不饱和烃的加成反应
完成有关反应的化学方程式。
①丙烯与Br2、HBr:
旁栏边角 选择性必修3第三章第一节
根据教材“探究”内容,回答下列问题:
(1)卤代烷的取代反应和消去反应均在碱性条件下进行,其反应条件的差异是什么
提示 取代反应是碱性条件下加热进行,消去反应是碱的乙醇溶液并加热的条件下进行。
(2)预测2-溴丁烷发生消去反应的可能产物有什么
提示 1-丁烯、2-丁烯。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)CH3CH2Cl的沸点比CH3CH3的沸点高。( √ )
(2)溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热生成乙烯。( √ )
(3)在溴乙烷中加入AgNO3溶液,立即产生淡黄色沉淀。( × )
(4)取溴乙烷的水解液,向其中加入AgNO3溶液,可观察到淡黄色沉淀。
( × )
(5)所有卤代烃都能够发生水解反应和消去反应。( × )
(6)卤代烃 发生消去反应的产物只有一种。( × )
二、醇 酚
1.醇、酚的定义
(1)醇是羟基与 饱和碳原子 相连的化合物,饱和一元醇的分子通式为 CnH2n+1OH(n≥1) 。
(2)酚是羟基与苯环 直接 相连而形成的化合物,最简单的酚为苯酚( )。
(3)醇的分类。
2.醇、酚的常见性质
(1)醇类常见性质的变化规律
(2)苯酚的常见性质
3.由断键方式理解醇的化学性质
分子发生反应的部位及反应类型如下:
4.由基团之间的相互影响理解酚的化学性质
由于苯环对羟基的影响,酚羟基比醇羟基 活泼 ;由于羟基对苯环的影响,使苯环在羟基的 邻、对 位上的氢原子较易被取代。
苯酚
苯酚
应用提升 (1)醇分子内脱水属于消去反应,醇分子间脱水属于取代反应。
(2)醇类和卤代烃发生消去反应的条件不同。醇消去反应的条件是浓硫酸、加热;卤代烃消去反应的条件是氢氧化钠乙醇溶液、加热。
(3)某一元醇发生消去反应生成的烯烃不一定只有一种,要看连羟基的碳原子的邻位碳原子上不同化学环境下氢原子的种数。
(4)乙醇的催化氧化反应可理解为分两步进行:
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(4)所有的醇都能发生氧化反应和消去反应。( × )
(5)苯酚的水溶液呈酸性,说明酚羟基中的氢原子比水中羟基中的氢原子更活泼。( √ )
(6)除去苯中的苯酚,加入饱和溴水再过滤。( × )
(7)分子式为C7H8O的芳香族有机化合物有五种同分异构体。( √ )
三、醛 酮
1.醛类
(1)醛的定义:由烃基(或氢原子)与 醛基 相连而构成的化合物,简写为RCHO。甲醛是最简单的醛。饱和一元醛分子的组成通式为 CnH2nO (n≥1)。
(2)常见的醛——甲醛、乙醛
①甲醛、乙醛的分子组成和结构:
②甲醛、乙醛的物理性质:
名称 颜色 常态 气味 溶解性
甲醛 无色 气 态 刺激性 气味 易溶于 水
乙醛 液 态 与水、乙醇等互溶
(3)醛的化学性质。
以乙醛为例完成下列反应的化学方程式:
(4)含醛基的有机化合物的特征反应及检验方法。
2.酮的结构与性质
(1)通式
(2)化学性质
① 不能 发生银镜反应, 不能 被新制Cu(OH)2氧化。
②能发生加成反应
(3)丙酮。
丙酮是最简单的酮,是无色透明的液体,沸点56.2 ℃,易挥发,可与水、乙醇等互溶,是重要的有机溶剂和化工原料。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)甲醛分子中的所有原子都在同一平面上。( √ )
(2)醛基的结构简式可以写成—CHO,也可以写成—COH。( × )
(3)醛类既能被氧化为羧酸,又能被还原为醇。( √ )
(4)能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2反应的物质一定是醛类物质。
( × )
(5)乙醛不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。( × )
(6)欲检验CH2=CHCHO分子中的官能团,应先检验“ ”后检验“—CHO”。( × )
四、羧酸 羧酸衍生物
1.羧酸
(1)定义:由烃基(或氢原子)与 羧基 相连而构成的有机化合物,可表示为R—COOH,官能团为 —COOH ,饱
和一元羧酸的组成通式为 CnH2nO2 (n≥1)。
(2)分类:
(3)物理性质:
①乙酸的俗名是醋酸,是一种有强烈 刺激性 气味的 液 体,易溶于水和乙醇。
②甲酸是最简单的羧酸,又称 蚁酸 ,是一种无色、有 刺激性 气味的液体,能与水、乙醇等互溶。
③苯甲酸属于芳香酸,是一种无色晶体,易升华,微溶于水, 易 溶于乙醇。
④乙二酸(俗称 草酸 )是最简单的二元羧酸。乙二酸是无色晶体,可溶于水和乙醇。
⑤低级饱和一元羧酸能够与水互溶。随分子中碳原子数的增加,一元羧酸在水中的溶解度迅速 减小 ,沸点逐渐 升高 。
(4)化学性质:
羧酸的性质取决于羧基,反应时 的主要断键位置如图所示:
。化学性质通常有(以乙酸为例):
①酸的通性。
②酯化反应。
反应时酸脱羟基、醇脱氢。如CH3COOH和 发生酯化反应的化学方程式为
③甲酸。
甲酸酯和甲酸盐均含有醛基,具有醛的性质
2.羧酸衍生物
(1)酯。
①定义:羧酸分子羧基中的—OH被—OR'取代后的产物。可简写为
RCOOR',官能团为 。
②物理性质。
③化学性质。
(2)油脂。
①油脂是重要的营养物质。我们日常生活中食用的油脂,其成分主要是 高级脂肪酸 和 甘油 形成的酯。
②结构。
组成油脂的高级脂肪酸的种类较多,如饱和的硬脂酸(C17H35COOH)、不饱和的油酸(C17H33COOH)等。通常将常温下呈液态的油脂称为 油 ;呈固态的油脂称为脂肪。
③化学性质。
a.油脂的氢化(油脂的硬化):
经硬化制得的油脂叫人造脂肪,也称硬化油。
如油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为
b.水解反应:
酸性条件下,硬脂酸甘油酯发生水解反应的化学方程式为
硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中发生水解反应(即皂化反应)的化学方程式为
(3)酰胺。
①胺。
烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物叫做胺,一般可写作R—NH2。胺也可以看作是烃分子中的氢原子被 氨基 所替代得到的化合物。例
如甲胺(结构简式
②酰胺。
旁栏边角 选择性必修3第三章第四节
阅读教材“思考与讨论”,回答下列问题:
(1)氨、胺、酰胺和铵盐这4类物质在组成、结构、性质和用途上有何
异同
物质 氨 胺 酰胺 铵盐
组成元素 N、H C、N、H C、O、N、H N、H及其他元素
结构特点 NH3三角锥形分子 R—NH2含有氨基 含有酰胺基 含有铵根离子
化学 性质 具有碱性,与酸反应生成铵盐 具有碱性,与酸反应生成盐 在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应 受热易分解,与碱共热产生氨气
用途 制冷剂,生产硝酸和尿素 合成医药、农药和染料 溶剂和化工原料 生产化肥和炸药
提示
提示 不是一类物质。由于N,N-二甲基甲酰胺含有醛基,故可以采用银氨溶液和新制氢氧化铜鉴别两者。
(2)N,N-二甲基甲酰胺和苯胺是不是一类物质 可以采用什么试剂鉴别两者
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)羧基和酯基中的 均能与H2发生加成反应。( × )
(2)分子式为C4H8O2的同分异构体所属的物质类型有羧酸、酯、羟基醛等。
( √ )
(3)氨基是碱性基团,所以酰胺和胺类物质均能够与酸反应。( √ )
增素能 精准突破
考点一
卤代烃
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材以“资料卡片”介绍了卤代烃的命名;增加了溴乙烷的取代反应及Br-检验的相关实验,增加了1-溴丁烷的取代反应和消去反应的探究性实验
新 高 考 高频考点 在STSE中涉及卤代烃对环境的影响,在有机合成中官能团的引入和转化涉及卤代烃
预测考向 预计卤代烃的相关实验会在选择题中通过简单实验方案的评价考查;卤代烃在有机合成中的应用通过官能团的转化和增长碳链的方式考查
考向1.卤代烃的结构与性质
典例突破
下列关于甲、乙、丙、丁四种有机化合物说法正确的是( )
A.四种物质中分别加入氯水,均有红棕色液体生成
B.四种物质中加入NaOH溶液共热,然后加入稀硝酸呈酸性,再滴入AgNO3溶液,均有沉淀生成
C.四种物质中加入NaOH的乙醇溶液共热,然后加入稀硝酸呈酸性,再滴入AgNO3溶液,均有沉淀生成
D.乙发生消去反应得到两种烯烃
答案 B
解析 这四种有机化合物均不能与氯水反应,A项不正确;B项描述的是卤代烃中卤素原子的检验方法,操作正确,B项正确;甲、丙和丁均不能发生消去反应,C项不正确;乙发生消去反应只有一种产物,D项不正确。
针对训练
1.(2022辽宁大连月考)有两种有机物
A.二者的核磁共振氢谱中均只出现2组峰且峰面积之比为3∶2
B.二者在NaOH醇溶液中均可发生消去反应
C.一定条件下,二者在NaOH溶液中均可发生取代反应
D.Q的一氯代物只有1种,P的一溴代物有2种
答案 C
解析 Q中两个甲基上有6个等效氢原子,苯环上有2个等效氢原子,峰面积之比应为3∶1,A项错误;Q中苯环上的卤素原子无法发生消去反应,P中与卤素原子相连碳原子的邻位碳原子上缺少氢原子,无法发生消去反应,B项错误;在一定条件下,卤素原子均可被—OH取代,C项正确;Q中苯环上的氢原子、甲基上的氢原子均可被氯原子取代,其一氯代物有2种,D项错误。
2.下列物质中,既能发生水解反应,又能发生加成反应,但不能发生消去反应的是( )
A.CH2=CH—CH2CH2Cl
B.CH3CH2Cl
C.CH3Br
D.
答案 D
解析 有机化合物中含有卤素原子,可以发生水解反应;分子中含有不饱和键能发生加成反应;若卤素原子所连碳原子的邻位碳原子上没有氢原子就
不能发生消去反应。符合上述三项要求的是 。
归纳总结
卤代烃消去反应的“三个规律”
(1)两类卤代烃不能发生消去反应
(2)有两种或三种邻位碳原子,且碳原子上均带有氢原子时,发生消去反应可生成不同的产物。例如:
考向2.卤代烃在有机合成中的作用
典例突破
已知:CH3—CH=CH2+HBr→CH3—CHBr—CH3(主要产物),1 mol 某烃A充分燃烧后可以得到8 mol CO2和4 mol H2O。该烃A在不同条件下能发生如图所示的一系列变化。
(1)A的分子式: ;A的结构简式: 。
(2)上述反应中,①是 (填反应类型,下同)反应;
⑦是 反应。
(3)写出C、D、E、H物质的结构简式:
C ;
D ;
E ;
H 。
(4)写出D→F反应的化学方程式: 。
针对训练
1.(2022上海奉贤二模)如图为M的合成路线,下列说法错误的是( )
A.反应①的产物可能有三种
B.试剂1为氢氧化钠醇溶液
C.A的分子式为C6H8
D.若用18O标记Z中的氧原子,则M中含有18O
答案 B
2. 是一种有机烯醚,可由链烃A通过下列路线制得,下列说法正确的是( )
A.B中含有的官能团有碳溴键、碳碳双键
B.A的结构简式是CH2=CHCH2CH3
C.该有机烯醚不能发生加聚反应
D.①②③的反应类型分别为加成反应、取代反应、消去反应
答案 A
解析 由题述分析可知,A的结构简式为CH2=CHCH=CH2,B的结构简式为BrCH2CH=CHCH2Br,C的结构简式为HOCH2CH=CHCH2OH。B中含有的官能团有碳溴键、碳碳双键,A正确;A的结构简式为CH2=CHCH=CH2,B错误;该有机烯醚含有碳碳双键,能发生加聚反应,C错误;由题述分析,①②③的反应类型分别为加成反应、水解(取代)反应、取代反应,D错误。
归纳总结
卤代烃在有机合成与转化中的四大作用
(1)连接烃和烃的衍生物的桥梁
烃通过与卤素发生取代反应或加成反应转化为卤代烃,卤代烃在碱性条件下可水解转化为醇或酚,进一步可转化为醛、酮、醚、羧酸和酯等;醇在加热条件下与氢卤酸反应转化为卤代烃,卤代烃通过消去反应可转化为烯烃或炔烃。
(4)对官能团进行保护
考点二
醇与酚
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材增加了“思考与交流”讨论卤代烃和醇消去反应的不同点;通过苯酚和乙醇、苯对比,强调分子内基团间的相互作用
新 高 考 高频考点 醇、酚在选择题中重点考查相关的化学性质及分子的空间结构;在非选择题中主要考查有机合成的转化
预测考向 预计在高考题中对酚羟基的保护及相关有机化合物的鉴别等基础性知识进行考查
考向1.醇的结构与性质
典例突破
薰衣草醇的分子结构如图所示,下列有关薰衣草醇的说法不正确的是( )
A.分子式为C10H16O
B.含有两种官能团
C.能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D.能发生取代、加成反应
答案 A
解析 分子式应为C10H18O,A错误;含有碳碳双键和醇羟基两种官能团,B正确;含有碳碳双键和—CH2OH,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C正确;有碳碳双键能发生加成反应,含有羟基能和羧酸发生酯化反应(取代反应),D正确。
考题点睛
针对训练
1.下列醇类物质中既能发生消去反应,又能发生催化氧化反应生成醛类的物质是( )
答案 C
解析 发生消去反应的条件是:与—OH相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子,题给醇中,B不符合。与羟基(—OH)相连的碳原子上有氢原子的醇可被催化氧化,但只有该碳原子上含有2~3个氢原子的醇才能转化为醛。
2.(2022河北卷)茯苓新酸DM是从中药茯苓中提取的一种化学物质,具有一定生理活性,其结构简式如图。关于该化合物,下列说法不正确的是( )
A.可使酸性KMnO4溶液褪色
B.可发生取代反应和加成反应
C.可与金属钠反应放出H2
D.分子中含有3种官能团
答案 D
解析 由题干有机物的结构简式可知,分子中含有碳碳双键,故可使酸性高锰酸钾溶液褪色,A正确;由题干有机物的结构简式可知,分子中含有碳碳双键,故可发生加成反应,含有羧基和羟基,故能发生酯化反应,酯化反应属于取代反应,B正确;由题干有机物的结构简式可知,分子中含有羧基和羟基,故能与金属钠反应放出H2,C正确;由题干有机物的结构简式可知,分子中含有碳碳双键、羧基、羟基和酯基4种官能团,D错误。
归纳总结
醇的两大反应规律
(1)醇的消去反应规律
醇分子中,连有羟基(—OH)的碳原子必须有相邻的碳原子,并且此相邻的碳原子上必须连有氢原子时,才可发生消去反应,生成不饱和键。表示为
(2)醇的催化氧化规律
醇的催化氧化产物的生成情况与羟基(—OH)相连的碳原子上的氢原子的个数有关(—R为烃基)。
考向2.酚的结构与性质
典例突破
(2022湖北卷)莲藕含多酚类物质,其典型结构简式如图所示。下列有关该类物质的说法错误的是( )
A.不能与溴水反应
B.可用作抗氧化剂
C.有特征红外吸收峰
D.能与Fe3+发生显色反应
答案 A
解析 苯酚可以与溴水发生取代反应,取代位置在酚羟基的邻、对位,同理该物质也能与溴水发生取代反应,A错误;该物质含有酚羟基,酚羟基容易被氧化,故可以用作抗氧化剂,B正确;该物质红外光谱能看到有O—H等,有特征红外吸收峰,C正确;该物质含有酚羟基,能与铁离子发生显色反应,D正确。
针对训练
1.(2021北京卷)我国科研人员发现中药成分黄芩素能明显抑制新冠病毒的活性。下列有关黄芩素的说法不正确的是( )
A.分子中有3种官能团
B.能与Na2CO3溶液反应
C.在空气中可发生氧化反应
D.能和Br2发生取代反应和加成反应
答案 A
解析 根据物质结构简式可知:该物质分子中含有酚羟基、醚键、酮羰基和碳碳双键4种官能团,A错误;黄芩素分子中含有酚羟基,能与Na2CO3溶液反应产生NaHCO3,B正确;酚羟基不稳定,容易被空气中的氧气氧化,C正确;该物质分子中含有酚羟基,由于酚羟基所连的苯环的邻、对位有H原子,因此可以与饱和溴水发生苯环上的取代反应,分子中含有碳碳双键,可以与Br2等发生加成反应,D正确。
2.(2022山东卷)γ-崖柏素具有天然活性,有酚的通性,结构如图。关于γ-崖柏素的说法错误的是( )
A.可与溴水发生取代反应
B.可与NaHCO3溶液反应
C.分子中的碳原子不可能全部共平面
D.与足量H2加成后,产物分子中含手性碳原子
γ-崖柏素
答案 B
解析 本题考查学生模型认知和类比推理的能力,知识点包括酚的化学性质,分子共平面问题,手性碳原子的认识。酚可与溴水发生取代反应,γ-崖柏素有酚的通性,且γ-崖柏素的环上有可以被取代的氢原子,故γ-崖柏素可与溴水发生取代反应,A项正确;酚羟基不与NaHCO3溶液反应,γ-崖柏素分子中也没有可与NaHCO3溶液反应的其他种类的官能团,故其不可与NaHCO3溶液反应,B项错误;γ-崖柏素分子中有一个异丙基,异丙基中间的碳原子和与其相连的3个碳原子一定不共面,故其分子中的碳原子不可能全部共平
面,C项正确;γ-崖柏素与足量H2加成后转化为 ,产物分
子中含有两个手性碳原子(分别与羟基相连的两个C原子),D项正确。
归纳总结
脂肪醇、芳香醇、酚类物质性质的比较
物质类别 脂肪醇 芳香醇 酚
羟基H原子的 活泼性 酚羟基>醇羟基 特性 红热铜丝插入醇中有刺激性气味(生成醛或酮) 使FeCl3溶液显紫色;与浓溴水反应生成白色沉淀
考点三
醛和酮
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材从醛基中的键的极性及原子的电性角度出发,预测醛的加成反应产物,增加了醛基与氢气和HCN的加成反应;新增“思考与讨论”栏目以丙醛、苯甲醛为例,讨论“醇、醛、酸”之间的转化关系
新 高 考 高频考点 高考中醛是考查的重点,选择题中考查性质推断及简单量的判断;在非选择题中考查有机合成与推断
预测考向 预计醛(酮)与HCN的加成反应将是有机合成中重要的增长碳链的方法
考向1.醛、酮的结构与性质
典例突破
香茅醛(结构如图)可作为合成青蒿素的中间体,关于香茅醛的下列说法错误的是( )
A.分子式为C10H18O
B.分子中所有碳原子可能处于同一平面
C.能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色
D.1 mol 该物质最多与2 mol H2发生加成反应
答案 B
解析 根据香茅醛的结构,可知香茅醛的分子式为C10H18O,A正确;香茅醛分
子( )中标星碳原子与它所连的3个碳原子呈三角锥形结构,
所有碳原子不可能处于同一平面,B错误;香茅醛分子中含有碳碳双键和醛基,能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色,C正确;1 mol 该物质含有1 mol 碳碳双键和1 mol醛基,因此最多可与2 mol H2发生加成反应,D正确。
针对训练
1.(2022浙江6月选考)染料木黄酮的结构如图,下列说法正确的是( )
A.分子中存在3种官能团
B.可与HBr反应
C.1 mol该物质与足量溴水反应,最多可消耗4 mol Br2
D.1 mol该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗2 mol NaOH
答案 B
解析 本题考查有机物的结构与性质,明确有机物分子中含有的官能团类型为解答关键,注意掌握常见有机物的组成、结构与性质,试题侧重考查学生灵活应用基础知识的能力,题目难度不大。木黄酮分子中含有的官能团为酚羟基、醚键、羰基、碳碳双键,共4种,A项错误;碳碳双键可与HBr发生加成反应,B项正确;木黄酮分子中酚羟基的邻位、对位C原子上的H原子能够与溴发生取代反应,1 mol木黄酮可以通过取代反应消耗4 mol Br2,碳碳双键能够与溴发生加成反应,则1 mol木黄酮与溴水反应最多消耗5 mol Br2,C项错误;酚羟基可以与NaOH以物质的量之比1∶1反应,1个木黄酮分子中有3个酚羟基,故1 mol木黄酮最多可消耗3 mol NaOH,D项错误。
2.(2022湖北卷)同位素示踪是研究反应机理的重要手段之一。已知醛与H2O在酸催化下存在如下平衡:RCHO+H2O RCH(OH)2。据此推测,对羟基苯甲醛与10倍量的 在少量酸催化下反应,达到平衡后,下列化合物中含量最高的是( )
答案 D
考向2.官能团的检验
典例突破
有机化合物A是合成二氢荆芥内酯的重要原料,其结构简式为 ,下列检验A中官能团的试剂和顺序正确的是( )
A.先加酸性高锰酸钾溶液,后加银氨溶液,微热
B.先加溴水,后加酸性高锰酸钾溶液
C.先加银氨溶液,微热,再加入溴水
D.先加入新制氢氧化铜,加热至沸,酸化后再加溴水
答案 D
解析 A中先加酸性高锰酸钾溶液,醛基和碳碳双键均被氧化,B中先加溴水,醛基被氧化、碳碳双键发生加成反应,A、B错误;C中若先加银氨溶液,可检验醛基,但考虑到银氨溶液显碱性,若不酸化直接加溴水,则无法确定A中是否含有碳碳双键,C错误;D正确。
考题点睛
针对训练
1.某甲酸溶液中可能含有少量甲醛,用下列方法可以证明的是( )
A.加入新制的Cu(OH)2加热,有红色沉淀产生,则含甲醛
B.能发生银镜反应,则含甲醛
C.先将试液充分进行酯化反应,收集生成物进行银镜反应,若有银镜产生,则含甲醛
D.将该溶液与足量NaOH溶液混合后蒸馏,若其蒸馏产物可发生银镜反应,则含甲醛
答案 D
解析 甲酸和甲醛中都含有醛基,直接加入新制氢氧化铜或银氨溶液不能检验是否含有甲醛,A、B项错误;若试液先发生酯化反应,生成的甲酸某酯中仍含醛基,且酯化反应为可逆反应,加入新制氢氧化铜或银氨溶液不能检验是否含有甲醛,C项错误;先加入足量NaOH溶液,甲酸与氢氧化钠溶液反应生成难挥发的甲酸钠,然后蒸馏,可得到甲醛,再用银氨溶液或新制氢氧化铜检验,D项正确。
2.(2022江苏苏州模拟)下列操作能达到相应实验目的的是( )
选项 实验目的 操作
A 检验绿茶中是否含有酚类物质 向茶水中滴加FeCl3溶液
B 测定“84”消毒液的pH 用洁净的玻璃棒蘸取少许“84”消毒液滴在pH试纸上
C 除去苯中混有的少量苯酚 向苯和苯酚的混合物中滴加溴水,过滤后分液
D 实验室制备乙酸乙酯 向试管中依次加入浓硫酸、乙醇、乙酸和碎瓷片,加热
答案 A
解析 检验绿茶中是否含有酚类物质,向茶水中滴加FeCl3溶液,变紫色,则含有酚类物质,故A正确,符合题意;不能用pH试纸测定“84”消毒液的pH,因为“84”消毒液有漂白性,故B错误;除去苯中混有的少量苯酚,滴加溴水,苯酚与溴水反应生成2,4,6-三溴苯酚,与苯互溶,不能用过滤、分液,故C错误;实验室制备乙酸乙酯,向试管中依次加入乙醇、浓硫酸、乙酸和碎瓷片,加热,故D错误。
归纳总结
醛基与碳碳双键同时存在的有机化合物的官能团检验方法
考点四
羧酸及其衍生物
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材将酯和油脂作为羧酸衍生物进行了讲解;增加了胺、酰胺结构与性质的讲解
新 高 考 高频考点 在选择题中羧酸及其他羟基官能团的性质是高考的重点,特别是酚酯类物质是高考的难点
预测考向 预计胺及酰胺类物质在有机合成中的作用将成为高考的热点,也体现了新教材变化、新课标的要求
考向1.羧酸
典例突破
(2021全国乙卷)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
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、(醇)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、乙酸均不互为同系物,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。
针对训练
A.与稀硫酸共热后,加入足量的NaOH溶液
B.与足量的NaOH溶液共热后,再通入足量CO2
C.与稀硫酸共热后,加入足量的NaHCO3溶液
D.与足量的NaOH溶液共热后,再加入适量的H2SO4溶液
答案 B
2. 普伐他汀是一种调节血脂的药物,其结构如图。
下列关于普伐他汀的性质描述不正确的是( )
A.能与FeCl3溶液发生显色反应
B.能使酸性KMnO4溶液褪色
C.能发生加成、取代、消去反应
D.1 mol 该物质在溶液中最多可与2 mol NaOH反应
答案 A
解析 普伐他汀不含有酚羟基,所以不能与FeCl3溶液发生显色反应,A不正确;普伐他汀含有碳碳双键和醇羟基,所以能使酸性KMnO4溶液褪色,B正确;普伐他汀含有碳碳双键能发生加成反应,含有醇羟基能发生取代、消去反应,C正确;普伐他汀分子含有一个羧基和一个酯基,所以1 mol 该物质最多可与2 mol NaOH反应,D正确。
归纳总结
羟基氢原子活泼性的比较
含羟基的物质 醇 水 酚 低级羧酸
羟基上氢原子的活泼性 在水溶液中电离程度 极难电离 难电离 微弱电离 部分电离
酸碱性 中性 中性 很弱的酸性 酸性
与Na反应 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2
与NaOH反应 不反应 不反应 反应 反应
与NaHCO3反应 不反应 水解 不反应 反应放出CO2
与Na2CO3反应 不反应 水解 反应生成NaHCO3 反应放出CO2
考向2.酯和油脂
典例突破
中药透骨草中一种抗氧化性活性成分结构如下。下列说法正确的是( )
A.在一定条件下能发生氧化反应、取代反应和消去反应
B.苯环上的一溴代物共5种
C.1 mol 该化合物最多与4 mol NaOH反应
D.该分子中最多有7个碳原子共面
答案 B
解析 该有机化合物不能发生消去反应,A错误;该有机化合物中左边苯环上的一溴代物有3种,右边苯环上的一溴代物有2种,共5种,B正确;该有机化合物与NaOH反应时,2个酚羟基消耗2个NaOH,1个酚酯基消耗2个NaOH,1个醇酯基消耗1个NaOH,则1 mol该化合物共消耗5 mol NaOH,C错误;苯环是平面形结构,碳碳双键也是平面形结构,因为单键可以旋转,故该有机化合物处于同一个平面的碳原子至少有7个,最多一定大于7个,D错误。
针对训练
1. 下列关于油脂的叙述正确的是( )
A.各种油脂水解后的产物中都有甘油
B.不含其他杂质的天然油脂属于纯净物
C.油脂都不能使溴水褪色
D.油脂的烃基部分饱和程度越大,熔点越低
答案 A
解析 天然油脂都是混合物,B错误;有些油脂含有碳碳双键,可以使溴水褪色,C错误;油脂的烃基部分饱和程度越大,熔点越高,D错误。
2. 化合物X是一种抗风湿药的合成中间体,其结构简式如图所示。下列有关化合物X的说法正确的是( )
A.X易溶于水
B.X的分子式为C18H20O3
C.每个X分子中最多有8个碳原子处于同一平面
D.X与溴水发生加成反应,产物分子中含3个手性碳原子
答案 D
解析 分子中含有苯环、酯基等憎水基,故难溶于水,A项错误;根据化合物X的结构简式可以写出其分子式为C18H22O3,B项错误;碳碳双键平面可以与苯环平面重合,与苯环相连的碳一定处于苯环平面,与苯环右侧相连的碳原子类似于甲基,与其相连的一个碳原子也可以与苯环共平面,故最多可以共平面的碳原子多于8个,C项错误;X与溴水加成后,生成的有机化合物分子
考向3.胺与酰胺
典例突破
(2021浙江1月选考)有关 的说法不正确的是( )
A.分子中至少有12个原子共平面
B.完全水解后所得有机化合物分子中手性碳原子数目为1个
C.与FeCl3溶液作用显紫色
D.与足量NaOH溶液完全反应后生成的钠盐只有1种
答案 C
针对训练
1. 下列有关辣椒素(如图)的说法错误的是( )
A.分子中含有18个碳原子
B.分子中苯环上的一溴代物有3种
C.能使溴水褪色
D.分子中含有3种官能团
答案 D
解析 由结构简式知,分子中含有18个碳原子,A正确;分子中苯环上有3种氢原子,故苯环上的一溴代物有3种,B正确;分子内含碳碳双键和酚羟基,能使溴水褪色,C正确;分子中含有碳碳双键、酰胺基、醚键和(酚)羟基4种官能团,D错误。
2.(2022北京卷)高分子Y是一种人工合成的多肽,其合成路线如下。
下列说法不正确的是( )
A.F中含有2个酰胺基 B.高分子Y水解可得到E和G
C.高分子X中存在氢键 D.高分子Y的合成过程中进行了官能团保护
答案 B
解析 由结构简式可知,F中含有2个酰胺基,故A正确;由结构简式可知,高分
子Y一定条件下发生水解反应生成 和 ,
故B错误;由结构简式可知,高分子X中含有的酰胺基能形成氢键,故C正确;由结构简式可知,E分子和高分子Y中都含有氨基,而F分子和高分子X中不含氨基,则高分子Y的合成过程中进行了官能团氨基的保护,故D正确。
研专项 前沿命题
同分异构体的种类判断及书写
题型 考查内容 选择题 非选择题 考查知识 同分异构体概念、书写
核心素养 宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知
考向1同分异构体数目判断
例1.分子式为C4H8BrCl的有机化合物共有(不含立体异构)( )
A.8种 B.10种
C.12种 D.14种
思路指导
烃二元取代物同分异构体数目的判断。
第一步:写出丁烷碳架异构。
答案 C
突破方法
同分异构体数目的判断方法
常用方法 思路
基团连 接法 将有机化合物看作由基团连接而成,由基团的异构体数目可推断有机化合物同分异构体数目。其中,丙基(—C3H7)有2种结构,丁基(—C4H9)有4种结构,戊基(—C5H11)有8种结构。如C4H9Cl有4种同分异构体
换位思 考法 将有机化合物分子中的不同原子或基团进行换位思考。如乙烷分子中共有6个H原子,若有一个氢原子被Cl原子取代,所得一氯乙烷只有一种结构,那么五氯乙烷也只有一种结构(假设把五氯乙烷分子中的Cl原子看作H原子,而H原子看作Cl原子,其情况跟一氯乙烷完全相同)
常用方法 思路
等效 氢法 分子中等效氢原子有如下情况:分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效;同一个碳原子上所连接的甲基中的氢原子等效;分子中处于对称位置上的氢原子等效
定一移 一法 分析二元取代产物的方法。如分析C3H6Cl2的同分异构体数目,可先固定其中一个氯原子的位置,然后移动另一个氯原子
组合法
确定酯的同分异构体的方法。饱和一元酯 ,若R1有m种,R2有n种,共有m×n种。如丁酸戊酯的结构有2×8=16(种)
针对训练
1.分子式为C4H2Cl8的同分异构体共有(不考虑立体异构)( )
A.10种 B.9种
C.8种 D.7种
答案 B
解析 分子式为C4H2Cl8的有机化合物可以看作C4Cl10中的两个Cl原子被两个H原子取代,其同分异构体数目等于C4H10中两个H原子被两个Cl原子取代的同分异构体的数目。C4H10结构中,属于直链正丁烷的结构中,两个Cl原子有6种位置;属于支链异丁烷结构中,两个Cl原子有3种位置,因此该分子的同分异构体共有9种,因此B正确。
2.分子式为C9H10O2的有机化合物,其分子结构中含有苯环且可以与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的同分异构体有(不考虑立体异构)( )
A.12种 B.13种 C.14种 D.15种
答案 C
解析 该有机化合物能与NaHCO3发生反应产生气体,说明含有羧基—COOH;该有机化合物分子式为C9H10O2且含有苯环。当取代基为正丙酸基时,有1种。取代基为异丙酸基时,有1种。取代基为乙酸基和—CH3时,有邻、间、对3种。取代基为—COOH、—CH2CH3时,有邻、间、对3种。取代基为—COOH、—CH3、—CH3时,两个甲基邻位,有2种;两个甲基间位,有3种;两个甲基对位,有1种。因此符合条件的共有14种,C项正确。
考向2限定条件下同分异构体的书写
例题2.有机化合物A( )的同分异构体中能发生
银镜反应,且分子中含有两个苯环,其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应的结构有 种,其中核磁共振氢谱有6组峰的同分异构体的结构简式为 。
思路指导第一步:分析已知有机化合物的结构,明确其分子组成
第三步:依据限定条件,组装符合条件的有机化合物。
突破方法
1.同分异构体的常见类型与思维流程
(1)常见类型
碳架异构→位置异构→官能团异构。
(2)思维流程
①明确书写什么物质的同分异构体,该物质的组成情况怎样。(题目直接给出或联系上下文推出)
②从有机化合物性质联想官能团或结构特征。
官能团异构:a.羧基、酯基和羟基醛;b.醛与酮、烯醇;c.芳香醇与酚、醚;d.氨基酸和硝基化合物等。
③结合结构限定条件考虑官能团的位置异构(苯环上位置异构、碳架异构等)。
2.限定类型
(1)结构限定
条件 结构特点
分子中含有几种不同化学环境的氢原子(或核磁共振氢谱中有几组峰,峰面积比值等) 确定官能团的位置和数目(氢原子种类越少,则结构越对称)
(2)性质限定
3.限定条件下同分异构体的书写方法
针对训练
3.(1)(2022辽宁卷,节选)化合物Ⅰ(分子式为C10H14O)的同分异构体满足以下条件的有 种(不考虑立体异构);
ⅰ.含苯环且苯环上只有一个取代基
ⅱ.红外光谱无醚键吸收峰
其中,苯环侧链上有3种不同化学环境的氢原子,且个数比为6∶2∶1的结构简式为 (任写一种)。
(3)(2021山东卷节选)符合下列条件的A(结构简式为 )的同分异构体有 种。
①含有酚羟基 ②不能发生银镜反应
③含有四种化学环境的氢原子
(4)(2021广东卷节选)化合物Ⅵ(结构简式为 )的芳香族同分异构体中,同时满足如下条件的有 种,写出其中任意一种的结构简式:
。
条件:a)能与NaHCO3反应;b)最多能与2倍物质的量的NaOH反应;c)能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应;d)核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子;e)不含手性碳原子(手性碳原子指连有4个不同的原子或原子团的饱和碳原子)。
(5)(2021全国甲卷节选)化合物B(结构简式为 )的同分异构体中能同时满足下列条件的有 (填字母)。
a.含苯环的醛、酮
b.不含过氧键(—O—O—)
c.核磁共振氢谱显示四组峰,且峰面积比为3∶2∶2∶1
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
解析 (1)化合物Ⅰ的分子式为C10H14O,计算可得不饱和度为4,根据题目所给信息,化合物Ⅰ的同分异构体分子中含有苯环(已占据4个不饱和度),则其余碳原子均为饱和碳原子;又由红外光谱无醚键吸收峰,可得苯环上的取代基中含1个羟基;再由分子中苯环上只含有1个取代基,可知该有机物的碳链结构有如下四种:
(2)F的同分异构体中,含有苯环、—NH2,且能发生银镜反应,结构中含有醛基,可能的结构:如果苯环上含有两个取代基,一个为—CH2CHO,一个为—NH2,环上有邻、间、对三种结构;若苯环上有两个取代基,一个为—CHO,一个为—CH2NH2,环上有邻、间、对三种结构;若苯环上有一个—CH3、一个—CHO、一个—NH2,环上共有10种结构,所以共有16种;其中核磁共振氢谱峰面积之比为2∶2∶2∶2∶1的同分异构体的结构简式为:
(4)化合物Ⅵ的分子式为C10H12O4,能与NaHCO3反应说明含有羧基;能与NaOH反应说明含有酚羟基或羧基或酯基,最多能与2倍物质的量的NaOH反应,说明除一个羧基外还可能含有酚羟基、羧基、酯基中的一个;能与Na反应的官能团为醇羟基、酚羟基、羧基,能与3倍物质的量的Na发生放出H2的反应,结合Ⅵ的分子式和对条件a)、b)的分析,该分子含有羧基、酚羟基和醇羟基;核磁共振氢谱确定分子中有6个化学环境相同的氢原子,说明含有两个甲基取代基,并且高度对称,据此可知共有三个取代基,分别
是—OH、—COOH和 ,则有10种同分异构体。课时规范练30 有机化合物的结构特点与研究方法
一、选择题:本题共7小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.下列对有机化合物的分类结果正确的是 ( )
A.乙烯CH2CH2、苯、环己烷同属于脂肪烃
B.苯、环戊烷、环己烷同属于芳香烃
C.乙烯CH2CH2、乙炔CH≡CH同属于烯烃
D.、 、同属于脂环烃
2.(2022浙江6月选考)下列说法不正确的是 ( )
A.乙醇和丙三醇互为同系物
B.35Cl和37Cl互为同位素
C.O2和O3互为同素异形体
D.丙酮()和环氧丙烷()互为同分异构体
3.(2022湖南长沙期中)下列化学用语使用正确的是( )
A.CH2CHCHCH2的系统命名:
1,3-二丁烯
B.过氧化氢的电子式:H+]2-H+
C.As原子的简化电子排布式:[As]4s24p3
D.CO(NH2)2的球棍模型:
4.下列有关同分异构体数目的叙述中,正确的是( )
A.戊烷有2种同分异构体
B.C8H10中只有3种属于芳香烃的同分异构体
C.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代,所得产物有6种
D.CH3CH2CH2CH3光照下与氯气反应,只生成1种一氯代物
5.下列说法不正确的是( )
A.某芳香烃的分子式为C10H14,它不能使溴水褪色,但可使酸性KMnO4溶液褪色,且分子结构中只有一个烷基,符合条件的烃有3种
B.按系统命名法,有机化合物的命名为2,2,4,4,5-五甲基-3,3-二乙基己烷
C.甲烷、甲醛、尿素都不存在同分异构体
D.某有机化合物含有C、H、O、N四种元素,其球棍模型为,该有机化合物的结构简式为
6.分子式为C4H8Cl2的同分异构体共有(不考虑立体异构)( )
A.6种 B.7种 C.8种 D.9种
7.左旋多巴()可用于改善肌强直和运动迟缓,下列有关该物质的说法错误的是( )
A.其分子式为C9H11NO4
B.能与酸或碱反应生成盐
C.核磁共振氢谱上共有9组峰
D.分子中最多有6个碳原子共平面
二、选择题:本题共4小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
8.(2022山东泰安月考)实验室利用反应2CH3CH2CH2CHO+H2O。制备辛烯醛(在沸点177 ℃时略有分解)的流程如图。下列说法错误的是( )
A.加热回流中温度计插入液面以下
B.操作Ⅰ中用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯
C.无水Na2SO4的作用是除水
D.减压蒸馏操作中应使用空气冷凝管
9.M与N存在如图所示的转化。下列说法错误的是( )
A.M中所有原子一定共平面
B.N能发生酯化反应、氧化反应和还原反应
C.沸点:ND.属于芳香化合物且能与银氨溶液反应的N的同分异构体有3种
10.李兰娟院士通过体外细胞实验发现抗病毒药物阿比多尔能有效抑制冠状病毒,化合物M(如图所示)是合成阿比多尔的中间体,下列关于M的说法错误的是( )
A.核磁共振氢谱共有7组吸收峰
B.分子中C原子杂化类型有sp2和sp3两种
C.其酸性水解的产物均可与Na2CO3溶液反应
D.1 mol该物质与足量NaOH溶液反应时消耗5 mol NaOH
11.某有机化合物具有抗癌抑菌活性,其结构如图所示,下列关于该有机化合物的说法正确的是( )
A.其分子式为C19H25O5Cl
B.该有机化合物中的碳原子的杂化方式有2种,含5个手性碳原子
C.1 mol该有机化合物最多和4 mol H2反应
D.1 mol该有机化合物最多消耗1 mol NaOH
三、非选择题:本题共2小题。
12.环丙胺()是合成新型抗菌素、除草剂等产品的中间体。以γ-丁内酯()为原料合成环丙胺的传统“五步合成法”工艺如图。
回答下列问题:
(1)可以准确判断γ-丁内酯所含官能团的方法是 (填字母)。
a.质谱 b.核磁共振氢谱 c.红外光谱 d.X射线衍射
(2)A中官能团的名称为 ;检验A中官能团所需试剂有石蕊溶液、 。
(3)B与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
(4)符合下列条件的γ-丁内酯的同分异构体有 种。
①能与NaOH溶液反应 ②使溴的CCl4溶液褪色
γ-丁内酯的某种同分异构体中含有手性碳原子,其结构简式为 。
(5)参照“五步合成法”工艺,以为原料,设计合成的路线。
13.青蒿素是烃的含氧衍生物,为无色针状晶体,可溶于乙醇、乙醚,在水中几乎不溶,熔点为156~157 ℃,是高效的抗疟药。已知:乙醚的沸点为34.5 ℃。从青蒿中提取青蒿素的方法之一是以萃取原理为基础的,主要有乙醚浸取法和汽油浸取法。
Ⅰ.实验室用乙醚提取青蒿素的流程如图1所示。
图1
(1)实验前要对青蒿进行粉碎,其目的是 。
(2)操作Ⅱ的名称是 。
(3)操作Ⅲ的主要过程可能是 (填字母)。
A.加水溶解,蒸发浓缩、冷却结晶
B.加95%的乙醇,浓缩、结晶、过滤
C.加入乙醚进行萃取分液
Ⅱ.用如图2所示的实验装置测定青蒿素实验式的方法如下:将28.2 g青蒿素样品放在装置C的硬质玻璃管中,缓缓通入空气数分钟后,再充分燃烧,精确测定装置E和F实验前后的质量,根据所测数据计算。
图2
(4)装置A中盛放的物质是 ;装置E中盛放的物质是 ;装置F中盛放的物质是 。
(5)该实验装置可能会产生误差,造成测定含氧量偏低,改进方法是 。
(6)用合理改进后的装置进行实验,测得的数据如表所示:
装置 实验前/g 实验后/g
E 22.6 42.4
F 80.2 146.2
则青蒿素的实验式是 。
参考答案
课时规范练30 有机化合物的结构特点
与研究方法
1.D 解析 烷、烯、炔都属于脂肪烃,环己烷、环戊烷、环丁烷及乙基环己烷都属于脂环烃,苯属于芳香烃。
2.A 解析 结构相似,组成上相差若干个CH2原子团的有机化合物为同系物,乙醇(CH3CH2OH)是饱和一元醇,丙三醇是饱和三元醇,两者所含官能团数目不同,不互为同系物,A错误;质子数相同、中子数不同的同种元素互为同位素,35Cl的质子数为17,中子数为18,37Cl的质子数为17,中子数为20,两者质子数相同、中子数不同,互为同位素,B正确;由同种元素组成的不同的单质互为同素异形体,O2和O3是由氧元素组成的不同的单质,两者互为同素异形体,C正确;分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体,丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同,两者互为同分异构体,D正确。
3.D 解析 该物质的名称为1,3-丁二烯,A项错误;过氧化氢中不存在离子键,电子式为H,B项错误;As原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3,C项错误;CO(NH2)2的球棍模型为,注意原子半径的大小,D项正确。
4.C 解析 戊烷有3种同分异构体,A错误;C8H10属于芳香烃的同分异构体的结构为、、、,共有4种同分异构体,B错误;3个碳原子的丙基有2种同分异构体,所以取代甲苯苯环上的一个氢原子分别得到邻、间、对各3种同分异构体,共6种,C正确;CH3CH2CH2CH3光照条件下与Cl2发生取代反应,得到2种一氯代物,D错误。
5.C 解析 该烃的分子式C10H14符合CnH2n-6的通式,它不能使溴水褪色,但可使KMnO4酸性溶液褪色,所以应为苯的同系物,且只有一个烷基,则该分子含有丁基,所以判断丁基的同分异构体即可,苯的同系物中与苯环相连的C原子上必须含有H原子,才可使酸性高锰酸钾溶液褪色,因此符合条件的烃共有3种,A正确;该有机化合物的最长碳链有6个碳原子,是己烷,按烷烃的命名规则,命名为2,2,4,4,5-五甲基-3,3-二乙基己烷,B正确;尿素存在同分异构体,如,C错误;根据原子成键方式知,能形成4个共价键的原子是C原子、能形成1个共价键的原子是H原子、能形成3个共价键的是N原子、能形成2个共价键的是O原子,所以该有机化合物的结构简式为,D正确。
6.D 解析 C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移一”法来确定,先固定一个氯原子的位置,再移动另一个氯原子的位置,可得如下几种同分异构体:、、,故C4H8Cl2共有9种同分异构体,D正确。
7.D 解析 根据题中左旋多巴的结构简式,可知其分子式为C9H11NO4,A项正确;由左旋多巴的结构简式可知,其分子中含有羧基、氨基、酚羟基,故能与酸或碱反应生成盐,B项正确;分析左旋多巴的结构简式,其分子中有9种不同化学环境的氢原子,故其核磁共振氢谱上有9组峰,C项正确;左旋多巴分子中含有苯环,该分子中至少有7个碳原子共平面,D项错误。
8.D 解析 为测定反应液的温度,加热回流中温度计插入液面以下,A正确;碱液与辛烯醛不互溶,操作Ⅰ为分液,用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯,B正确;分液得到的产品用水洗涤过,加入无水Na2SO4可以吸收水分,C正确;减压蒸馏时压强低于标准大气压,会降低辛烯醛的沸点,蒸气与水的温差不会太大,应使用直形冷凝管,D错误。
9.CD 解析 苯环以及与苯环相连的原子共面,—CN中形成的碳氮三键为直线形结构,则M中所有原子一定共平面,A正确;N中含有羧基,可以发生酯化反应,可以燃烧,燃烧为氧化反应,可以催化加氢,属于还原反应,B正确;N中含有羧基,可以形成分子间氢键,使熔沸点升高,所以沸点:N>M,C错误;属于芳香化合物且能与银氨溶液反应,则含有苯环,同时有醛基或甲酸形成的酯基,所以苯环上的取代基可以是:①—OOCH,有1种,②—OH和—CHO,有邻、间、对3种,共4种,D错误。
10.CD 解析 该有机化合物有7种不同化学环境的H原子,则核磁共振氢谱共有7组吸收峰,A正确;分子中部分碳原子形成饱和单键,碳原子的杂化类型是sp3,部分碳原子形成双键,碳原子的杂化类型是sp2,B正确;M酸性水解后得到CH3COOH、C2H5OH和,乙醇不能与Na2CO3溶液反应,C错误;1molM含有1mol酚酯基,消耗2molNaOH,含有1mol醇酯基,消耗1molNaOH,1mol连在苯环上的溴原子,消耗2molNaOH,1mol连在—CH2—上的溴原子,消耗1molNaOH,共消耗6molNaOH,D错误。
11.AB 解析 由结构简式可知该有机化合物的分子式为C19H25O5Cl,A正确;该有机化合物中碳原子的杂化方式有sp2、sp3两种,该有机化合物的手性碳原子如图中“”所示,共有5个手性碳原子,B正确;碳碳双键和酮羰基可以和H2加成,1mol该有机化合物最多和3molH2加成,C错误;1mol酯基可以和1molNaOH发生反应,除了1mol酯基可以消耗1molNaOH外1mol氯原子也可以和1molNaOH发生取代反应,故1mol该有机化合物最多消耗2molNaOH,D错误。
12.答案 (1)c (2)羧基、碳氯键 NaOH溶液、稀硝酸、
AgNO3溶液 (3)ClCH2CH2CH2COOCH3+2NaOHHOCH2CH2CH2COONa+CH3OH+NaCl (4)8
(5)
解析 (1)质谱仪能测得有机化合物分子量,红外光谱能测定有机化合物的官能团类型,核磁共振氢谱可以获得该有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们的相对数目,X射线衍射可以获得键长、键角等分子结构有关的信息。
(2)A中官能团的名称为羧基、碳氯键;其中羧基一般用NaHCO3检验或者石蕊溶液,氯原子一般用NaOH溶液使其水解,然后用足量的稀硝酸酸化、最后加入AgNO3溶液,产生白色沉淀。
(3)B中碳氯键和酯基均可与NaOH溶液反应,反应的化学方程式为ClCH2CH2CH2COOCH3+2NaOHHOCH2CH2CH2COONa+CH3OH+NaCl。
(4)符合条件的γ-丁内酯的同分异构体有以下8种,属于羧酸的有3种:、、;属于酯类的有5种:、、、、。
C4H6O2不饱和度为2,含有一个手性碳原子,手性碳原子必须是饱和碳原子,所以另外三个碳原子是不饱和碳原子。结构简式为。
(5)利用逆推法设计合成路线,由“五步合成法”可知:,再将流程正向书写即可得合成路线:
。
13.答案 (1)增大青蒿与乙醚的接触面积,提高青蒿素的浸出速率 (2)蒸馏 (3)B (4)NaOH溶液 CaCl2(或P2O5) 碱石灰 (5)装置F后连接一个防止空气中CO2和H2O进入F的装置 (6)C15H22O5
解析 (1)对青蒿进行粉碎,可以增大青蒿与乙醚的接触面积,提高青蒿素的浸出速率。
(2)用乙醚对青蒿素进行浸取后,过滤,可得提取液和残渣,提取液经过蒸馏后可得青蒿素的粗品。
(3)青蒿素可溶于乙醇、乙醚,在水中几乎不溶,故可向粗品中加入95%的乙醇,浓缩、结晶、过滤,从而得到精品,故选B。
(4)为了能准确测定青蒿素燃烧生成的CO2和H2O的质量,实验前应通入除去CO2和H2O的空气,排尽装置内的CO2和H2O,防止干扰实验,所以装置A中可以盛放NaOH溶液;装置E和F吸收生成的CO2和H2O,应先吸收水再吸收CO2,所以装置E中可盛放CaCl2或P2O5,装置F中可盛放碱石灰。
(5)装置F和外界空气直接接触,为了减小实验误差,应在F后连接一个防止空气中CO2和H2O进入F的装置。
(6)由表中数据可知m(H2O)=42.4g-22.6g=19.8g,则n(H2O)==1.1mol,m(CO2)=146.2g-80.2g=66g,则n(CO2)==1.5mol,所以青蒿素中氧原子的质量m(O)=28.2g-(1.1×2×1)g-(1.5×12)g=8g,则n(O)==0.5mol,n(C)∶n(H)∶n(O)=1.5mol∶2.2mol∶0.5mol=15∶22∶5,所以青蒿素的实验式为C15H22O5。课时规范练32 烃的衍生物
一、选择题:本题共6小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2021辽宁卷)《天工开物》中记载:“凡乌金纸由苏、杭造成,其纸用东海巨竹膜为质。用豆油点灯,闭塞周围,只留针孔通气,熏染烟光而成此纸,每纸一张打金箔五十度……”下列说法错误的是( )
A.“乌金纸”的“乌”与豆油不完全燃烧有关
B.“巨竹膜”为造纸的原料,主要成分是纤维素
C.豆油的主要成分油脂属于天然高分子化合物
D.打金成箔,说明金具有良好的延展性
2.(2021广东卷)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
3.(2022湖北高三联考)一种光刻胶树脂单体的结构简式如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该有机物分子式为C12H19O2
B.分子中存在3个手性碳原子
C.1 mol该有机物与足量氢气加成,消耗2 mol H2
D.该单体水解产物不能发生消去反应
4.(2022山东高三联考)黄芩素能抑制新冠病毒的活性。黄芩素结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.黄芩素的核磁共振氢谱显示有8组峰
B.分子中有3种官能团
C.1 mol黄芩素最多能够消耗4 mol NaOH
D.黄芩素与足量氢气加成后,连有氧原子的碳原子中有5个手性碳原子
5.《天工开物》中记载:“凡蓝五种,皆可为靛。”靛蓝类色素是人类所知最古老的色素之一。图为靛蓝的结构简式,下列说法错误的是 ( )
A.该物质易溶于水
B.该物质能够发生还原反应和氧化反应
C.该物质苯环上的一氯代物有四种
D.1 mol靛蓝完全燃烧消耗17.5 mol O2(已知N元素转化为N2)
6.(2021辽宁卷)我国科技工作者发现某“小分子胶水”(结构如图)能助力自噬细胞“吞没”致病蛋白。下列说法正确的是( )
A.该分子中所有碳原子一定共平面
B.该分子能与蛋白质分子形成氢键
C.1 mol该物质最多能与3 mol NaOH反应
D.该物质能发生取代、加成和消去反应
二、选择题:本题共4小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
7.(2022海南卷)化合物“E7974”具有抗肿瘤活性,结构简式如下,下列有关该化合物说法正确的是( )
A.能使Br2的CCl4溶液褪色
B.分子中含有4种官能团
C.分子中含有4个手性碳原子
D.1 mol该化合物最多与2 mol NaOH反应
8.(2021河北卷)番木鳖酸具有一定的抗炎、抗菌活性,结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.1 mol该物质与足量饱和NaHCO3溶液反应,可放出22.4 L(标准状况)CO2
B.一定量的该物质分别与足量Na、NaOH反应,消耗二者物质的量之比为5∶1
C.1 mol该物质最多可与2 mol H2发生加成反应
D.该物质可被酸性KMnO4溶液氧化
9.已知过氧键(—O—O—)可以决定有机化合物的特性,有机化合物G是合成抗真菌药物的重要中间体,结构简式如图。下列说法错误的是( )
A.G的分子式为C11H13O5Cl
B.G分子中含四种官能团
C.G分子含有σ键、π键、大π键、氢键等化学键
D.1 mol G最多可与3 mol H2加成,最多与4 mol NaOH反应
10.根皮素常用于治疗分泌旺盛型粉刺,同时对各种皮肤色斑有淡化作用。关于该有机化合物下列说法正确的是( )
A.该有机化合物易溶于水和CCl4
B.该有机化合物能发生取代反应和加成反应
C.该有机化合物分子中所有碳原子可能在同一平面
D.该有机化合物与Na2CO3溶液反应可以生成CO2气体
三、非选择题:本题共2小题。
11.(2022河北石家庄二模)白藜芦醇(K)具有优异的抗氧化性,可降低血小板聚集,预防和治疗动脉粥样硬化。一种合成白藜芦醇的路线如图所示:
C
A B
D E
F G
I
H
K
已知:Ⅰ.酸性:—SO3H>H2SO3>—COOH;
Ⅱ.+R″—CHOR—CHCHR″。
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 ,K中所有官能团的名称为 。
(2)B→C的化学方程式为 。
(3)D转化为E时,加入NaHCO3可使E的产率大幅提升,原因为 。
(4)G→H的反应类型为 。
(5)I存在顺反异构,其反式结构的结构简式为 。
(6)M为F的同分异构体,满足下列条件的M的结构有 种(不考虑立体异构)。
Ⅰ.苯环上连有4个取代基
Ⅱ.1 mol M最多能与3 mol NaOH发生反应
(7)设计以苯甲醇为原料,制备的合成路线(其他试剂任选)。
12.化合物I是一种重要的有机合成中间体,其合成路线如图:
A(C6H5Br)BCDEF()
GHI(C11H10O2,含五元环结构)
已知:Ⅰ.RBrRMgBrRCH2CH2OH
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)实验室制备A的化学方程式为 ;C→D、H→I的反应类型分别为 、 。
(2)H中官能团的名称为 。
(3)符合下列条件的D的同分异构体有 种。
①能发生银镜反应;②能与FeCl3溶液发生显色反应。
(4)G、I的结构简式分别为 、 。
(5)写出以甲苯为原料制备
的合成路线(其他试剂任选)。
参考答案
课时规范练32 烃的衍生物
1.C 解析 由题干可知,“乌金纸”是用豆油点灯,闭塞周围,只留针孔通气,熏染烟光而成此纸,故“乌金纸”的“乌”与豆油不完全燃烧有关,A正确;造纸的原料主要是纤维素,故“巨竹膜”为造纸的原料,主要成分是纤维素,B正确;豆油的主要成分是油脂,但不属于高分子化合物,C错误;打金成箔,说明金具有良好的延展性,D正确。
2.A 解析 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。
3.B 解析 该有机物分子式为C12H18O2,A错误;连接4种不同基团的碳原子是手性碳原子,该分子中手性碳原子为共3个,B正确;碳碳双键能与氢气发生加成反应,加成产物为,1mol该有机物消耗1mol氢气,C错误;该单体中酯基发生水解反应生成的醇为,与羟基相连的碳的邻位碳上有H原子,可以发生消去反应,D错误。
4.A 解析 黄芩素分子内有8种不同化学环境的氢原子,核磁共振氢谱显示有8组峰,A项正确;黄芩素分子中有羟基、羰基、醚键、碳碳双键共4种官能团,B项错误;1mol黄芩素共有3mol酚羟基可以与氢氧化钠反应,反应以1∶1进行,故可消耗3molNaOH,C项错误;黄芩素与足量氢气加成后结构简式:,连有氧原子的碳原子中有6个手性碳原子,D项错误。
5.A 解析 该物质不存在亲水基,难溶于水,A错误;该物质含有苯环,能与氢气发生还原反应,含有碳碳双键,能被酸性高锰酸钾氧化,B正确;该分子是中心对称,一个苯环上有4种氢原子,则一氯代物有四种,C正确;该物质的分子式为C16H10N2O2,1mol该物质耗氧量为17.5mol,D正确。
6.B 解析 苯环、碳碳双键和酯基均为平面形结构,平面间以单键连接可以旋转,故所有碳原子可能共平面,A错误;该分子中有羟基,能与蛋白质分子中的氨基之间形成氢键,B正确;1mol该物质含有2mol酚羟基,可以消耗2molNaOH,含有1mol酚酯基,可以消耗2molNaOH,故最多能与4molNaOH反应,C错误;该物质中含有酚羟基且邻、对位上有H原子,能发生取代反应,含有苯环和碳碳双键,能发生加成反应,但没有卤素原子和醇羟基,不能发生消去反应,D错误。
7.AB 解析 根据结构,“E7974”含有碳碳双键,可使Br2的CCl4溶液褪色,A正确;由结构简式可知,分子中含有如图官能团,其中有2个酰胺基,共4种官能团,B正确;连有4个不同基团的饱和碳原子是手性碳原子,因此化合物“E7974”含有的手性碳原子如图,共3个,C错误;框内官能团均能与NaOH溶液反应,故1mol该化合物最多与3molNaOH反应,D错误。
8.BC 解析 本题考查了有机化合物的结构、官能团的性质。1mol该有机物中含有1mol羧基,可与1molNaHCO3反应生成1molCO2,标准状况下为22.4L,A项正确;1mol该有机化合物中含有5mol羟基和1mol羧基,与Na或NaOH反应,分别消耗6molNa和1molNaOH,消耗两者物质的量之比为6∶1,B项错误;1mol该有机化合物中含有1mol碳碳双键,最多与1molH2发生加成反应,C项错误;该有机化合物中含有碳碳双键和羟基,可被酸性高锰酸钾溶液氧化,D项正确。
9.CD 解析 由结构简式可知其分子式为C11H13O5Cl,A正确;有机化合物G中含有过氧键、酯基、醇羟基和碳氯键四种官能团,B正确;氢键不属于化学键,C错误;G中只有苯环能与氢气加成,1molG最多能与3mol氢气反应,G中酯基和氯原子均能与NaOH反应,最多可与2mol氢氧化钠反应,D错误。
10.BC 解析 该有机化合物有酚羟基,酚类有机化合物不易溶于水,易溶于四氯化碳等有机化合物,A错误;该有机化合物含有苯环能发生取代反应和加成反应,B正确;苯环和酮羰基均为平面形结构,单键可以旋转,则该有机化合物分子中所有碳原子可能在同一平面,C正确;苯酚酸性弱于碳酸,故不能与碳酸钠反应生成CO2气体,D错误。
11.答案 (1)苯甲酸 碳碳双键、羟基
(2)+2NaHSO3+2SO2↑+2H2O
(3)NaHCO3可以消耗生成的H2SO4,使平衡正向移动,可提高E的产率 (4)取代反应
(5)
(6)12
(7)
解析 对比A、B结构可知,A中苯环上间位的两个氢原子被—SO3H取代得到B,根据已知酸性:—SO3H>H2SO3>—COOH,B与NaHSO3可发生反应生成,即C,再经反应后得到D,对比D、E结构可知发生取代反应,E到F将酯基转化为醇羟基,F到G将羟基取代为溴原子,G到H将溴原子取代得到H,H到I的反应参照已知Ⅱ可得到I的结构简式为,最后I经取代反应得到产物K。
(1)根据A的结构简式,其名称为苯甲酸,K中所含官能团名称为碳碳双键、羟基。
(2)根据分析可知B→C的化学方程式为+2NaHSO3+2SO2↑+2H2O。
(3)根据D到E的反应可知,反应生成H2SO4,加入NaHCO3可以消耗生成的H2SO4,使平衡正向移动,可提高E的产率。
(4)根据分析可知,G→H为取代反应。
(5)根据分析可知I的反式结构简式为。
(6)M为F的同分异构体,1molM最多能与3molNaOH发生反应,说明M含有3个酚羟基,同时苯环上连有4个取代基,则另一个取代基为—CH2CH2CH3或,苯环上的取代基组合有2种,其中1种组合的同分异构体有6种,所以M的同分异构体有6×2=12种。
(7)可参照题目F到K的合成路线,以苯甲醇为原料合成,具体合成路线为
。
12.答案 (1)+Br2+HBr↑ 氧化反应 取代反应 (2)碳碳双键、羟基、羧基 (3)13
(4)
(5)
解析 根据A的分子式可知A为,发生信息Ⅰ中的反应生成B为,再生成C为,结合C和F的结构简式、C→D的反应条件和已知信息Ⅱ,可推测D为,E为,G为,G发生信息Ⅲ中的反应得到H为,在浓硫酸催化下发生自身酯化反应,得到I为。
(1)A为,实验室用苯和液溴在FeBr3的催化下制备A,化学方程式为+Br2+HBr↑;C→D是醇被氧化为羧酸的反应,反应类型是氧化反应,H→I是羟基和羧基的自身酯化反应,反应类型为取代反应。
(2)H为,官能团的名称为碳碳双键、羟基、羧基。
(3)D的分子式为C8H8O2,①能发生银镜反应,说明含有醛基;②能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,结合分子式可知满足上述条件的同分异构体有13种。
(4)G、I的结构简式分别为、。
(5)甲苯经酸性高锰酸钾氧化得到苯甲酸,再和乙醇发生酯化反应得到酯,发生信息Ⅱ中的系列反应得到,合成路线为
。
