第1课时 有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入
[目标导航] 1.了解有机合成的基本程序和方法。2.理解卤代烃在不同条件下可发生取代反应和消去反应。 3.掌握碳链的增长和引入官能团的化学反应。
一、碳骨架的构建
1．有机合成的基本程序
(1)有机合成的基本流程
明确目标化合物的结构→设计合成路线→合成目标化合物→对样品进行结构测定，试验其性质或功能→大量合成。
(2)合成路线的核心
合成路线的核心在于构建目标化合物分子的碳骨架和引入必需的官能团。
2．碳骨架的构建
(1)碳链的增长
①卤代烃的取代
a．CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr，
CH3CH2CNCH3CH2COOH；
b．2CH3C≡CH＋2Na2CH3C≡CNa＋H2，
CH3CH2Br＋CH3C≡CNa―→CH3CH2C≡CCH3＋NaBr。
②醛酮的羟醛缩合(其中至少一种有α-H)
。
(2)碳链的减短
①烯烃、炔烃的氧化反应
如：CH3CH===CHCH32CH3COOH；
HC≡CH CO2＋H2O。
②苯的同系物的氧化反应
如：。
③羧酸及其盐的脱羧反应
如：无水醋酸钠晶体与氢氧化钠(通常用碱石灰——氢氧化钠与氧化钙的混合物)共热的化学方程式为CH3COONa＋NaOHCH4↑＋Na2CO3。
④水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。
⑤烃的裂化或裂解：C16H34C8H16＋C8H18；C8H18C4H10＋C4H8。
议一议
构建碳骨架时应注意哪些问题？
答案 (1)选择增长碳链反应时，一方面要注意碳链变化的位置或结构，另一方面要注意分析需要变化位置的官能团，一般采用加成或取代的方法。
(2)选择减短碳链时，依据所需碳原子，一般采用氧化的方法。
(3)成环物质的分子特点是：在同一个分子中存在能够相互反应的两个官能团，一般是通过官能团间脱水而形成环状物。
(4)开环可以看成是成环的逆反应，一般是通过水解反应完成。
二、官能团的引入和转化
1．官能团的引入
(1)在碳链上引入碳碳双键()的途径
①卤代烃的消去反应：
CH3CH2Br＋NaOHCH2===CH2↑＋NaBr＋H2O。
②醇的消去反应：
CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O。
③炔烃的不完全加成：
HC≡CH＋HClCH2===CHCl。
(2)在碳链上引入卤素原子(－X)的途径
①烷烃或苯及其同系物的卤代(取代)反应：
CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl；
②不饱和烃与HX、X2的加成反应：
CH2===CH2＋HBr―→CH3—CH2Br；
HC≡CH＋2Br2―→CHBr2—CHBr2。
③醇与氢卤酸的取代反应：
CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O。
(3)在碳链上引入羟基(—OH)的途径
①烯烃与水的加成：如CH2===CH2＋H2O催化剂,CH3CH2OH。
②卤代烃的水解：如CH3CH2Cl＋NaOH
CH3CH2OH＋NaCl。
③醛、酮与H2的加成：如＋H2。
④酯的水解：RCOOR′＋NaOHRCOONa＋R′OH。
(4)在碳链上引入羧基()的途径
①醛的氧化：2R—CHO＋O22RCOOH。
②烯烃的氧化：R—CH===CH—R′RCOOH＋R′COOH。
③酯的水解：RCOOR′＋H2ORCOOH＋R′OH。
④苯的同系物氧化：
。
2．官能团的转化
在有机合成中，官能团的转化可以通过取代、_消去、_加成、氧化、还原等反应实现。某些官能团的转化关系：
上述反应中属于取代反应的是g、h、m、n、w、z；属于加成反应的是a、f、i；属于消去反应的是b、e；属于氧化反应的是c、j、k；属于还原反应的是d、i。转化步骤b的条件为浓硫酸、170 ℃；转化步骤e的条件为NaOH、乙醇溶液、加热。
议一议
1．官能团的转化在有机合成中的应用有哪些？
答案 (1)利用转化关系引入官能团
如：卤代烃伯醇醛羧酸。
(2)通过化学反应增加官能团
如：C2H5OHCH2===CH2XCH2CH2XOHCH2CH2OH。
(3)通过某种手段，改变官能团位置
如：CH3CH2CH2OHCH3CH===CH2CH3CHCH3ClCHCH3OHCH3。
(4)在引入官能团的过程中要注意先后顺序，以及对先引入官能团的保护。
2．官能团如何通过有机化学反应而进行消除呢？
答案 (1)通过有机物加成可消除不饱和键，如：
①CH2===CH2＋H2CH3CH3。
②＋ H2。
(2)通过消去、氧化或酯化可消除羟基，如：
①CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O；
②2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O；
③CH3CH2OH＋CH3COOH
CH3COOCH2CH3＋H2O。
(3)通过加成或氧化可消除醛基，如：
①CH3CH2CHO＋H2CH3CH2CH2OH；
②2CH3CH2CHO＋O22CH3CH2COOH。
(4)通过消去或取代可消除卤素原子，如：
①＋NaOHCH3CH===CH2↑＋NaBr
＋H2O；
②＋2NaOH
＋2NaBr。
一、碳链的变化
1．常见碳链的增长和减短方法
(1)增长碳链的反应主要有卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应等。
①醛、酮与HCN加成：
＋H—CN。
②醛、酮的羟醛缩合(其中至少一种有α-H):
＋
③卤代烃与NaCN、CH3CH2ONa、CH3C≡CNa等取代：RCl＋NaCN―→RCN＋NaCl。
④卤代烃与活泼金属作用：2CH3Cl＋2Na―→CH3—CH3↑＋2NaCl。
(2)常见减短碳链的方法：减短碳链的反应主要有烯烃、炔烃和芳香烃的氧化反应，羧酸及其盐的脱羧反应，酯、蛋白质和多糖的水解反应以及烷烃的裂化或裂解反应。
2．有机成环反应方法
(1)有机成环反应规律：
①有机成环方式：一种是通过加成反应、聚合反应来实现的；另一种是至少含有两个相同或不同官能团的有机物分子，如多元醇、多元酸、羟基酸、氨基酸等通过分子内或分子间脱去小分子水或氨而成环。
②成环反应生成的环上含有5个或6个碳原子比较稳定。
(2)有机成环反应类型：
①双烯合成。共轭二烯烃与含有的化合物进行1,4-加成反应生成六元环状化合物。
②聚合反应。
③脱水反应。
④酯化反应。
特别提醒
像由CH3CH2OH―→CH3CH2OCH2CH3不属于碳链增长，酯化反应引入“”，也不属于碳链增长。
例1 已知：，如果要合成，所用的起始原料可以是( )
①2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔
②1,3-戊二烯和2-丁炔
③2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔
④2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔
A．①④ B．②③ C．①③ D．②④
解析 由信息：断键后可得到和。，，若按①断键可得到CH3C≡CH(丙炔)和 (2,3-二甲基-1,3-丁二烯)，若按②断键可得到 (2-甲基-1,3-丁二烯)和CH3—C≡C—CH3(2-丁炔)。
答案 A
变式训练1 下列物质中，不能使有机物成环的是( )
A．HO—CH2—CH2—CH2—COOH
B．HO—CH2—CH2—CH2—CH2—OH
D．H2N—CH2—CH2—CH2—COOH
答案 C
解析 因为HOCH2CH2CH2COOH有两个官能团，分子之间可以生成环内酯；HO—CH2—CH2—CH2—CH2—OH分子内脱水生成不能直接参与反应形成环状；H2N—CH2CH2CH2—COOH两端反应形成肽键可结合成环状，因而应选C。
二、官能团引入和转化的办法
1．官能团的引入
(1)引入羟基(—OH):
①醇羟基的引入：烯烃与水加成、卤代烃水解、醛 (酮)与氢气的加成、酯的水解等。
②酚羟基的引入：酚钠盐中通入CO2、卤代苯的水解等。
③羧羟基的引入：醛氧化为酸[被新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液氧化]、酯的水解、烯烃的氧化、苯的同系物的氧化等。
(2)引入卤原子(—X)：烃与卤素取代、不饱和烃与HX或X2加成、醇与HX取代等。
(3)引入双键：某些醇或卤代烃的消去引入、醇的氧化引入、炔烃的不完全加成引入等。
2．官能团的消除
(1)通过加成消除不饱和键。
(2)通过消去、氧化或酯化等消除羟基。
(3)通过加成或氧化等消除醛基(—CHO)。
(4)通过消去反应或水解(取代)反应清除卤素原子。
例2 转变成需经过下列哪种合成途径( )
A．消去→加成→消去 B．加成→消去→脱水
C．加成→消去→加成 D．取代→消去→加成
解析
答案 A
变式训练2 在下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是( )
A．卤代烃的水解
B．腈(R—CN)在酸性条件下水解
C．酮的氧化
D．烯烃的氧化
答案 C
解析 卤代烃的水解反应可以引入“—OH”，若有—CHX2―→若有—CX3―→某些情况下，卤代烃的水解反应可以引入羧基；R—C≡NR—COOH；酮不能被催化氧化，被强氧化剂氧化时，得到CO2，不能得到—COOH。
1．下列反应可以使碳链增长的是( )
A．CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热
B．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热
C．CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共热
D．CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照
答案 A
解析 只有A项中产物CH3CH2CH2CH2CN比反应物多一个碳原子，增长了碳链。
2．下列反应中，可能在有机化合物分子中引入羟基“—OH”的是( )
A．羧酸与醇的酯化反应
B．醛类与新制Cu(OH)2悬浊液反应
C．乙炔与水的加成反应
D．烯烃的水化反应
答案 D
解析 酯化反应引入“”；与新制Cu(OH)2悬浊液反应可使生成羧基；乙炔与水加成生成乙醛；烯烃水化可生成醇，从而引入“—OH”。
3．下列反应可使碳链增长的有( )
①加聚反应 ②缩聚反应 ③酯化反应 ④卤代烃的氰基取代反应 ⑤乙酸与甲醇的反应
A．全部 B．①②④
C．①③④ D．①②③④
答案 B
解析 酯化反应引入“COO”，不属于碳链增长。
4．化合物丙由如下反应得到：C4H8Br2(甲)C4H6(乙)C4H6Br2(丙)，丙的结构简式不可能是( )
答案 D
解析 由反应条件知甲→乙为消去反应，乙为炔烃或二烯烃，乙→丙为加成反应。若乙为炔烃则丙为A，若乙为二烯烃，与等物质的量的溴加成可得到B或C。
5．(1)已知：①乙烯在催化剂和加热条件下能被氧气氧化为乙醛，这是乙醛的一种重要的工业制法；②两个醛分子在NaOH溶液作用下可以发生自身加成反应，生成一种羟基醛：
若两种不同的醛，例如乙醛与丙醛在NaOH溶液中最多可以形成羟基醛(填字母)。
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
(2)已知乙烯与氯水反应时，可以与次氯酸发生加成反应：CH2===CH2＋HO—Cl―→Cl—CH2—CH2OH。请利用上述信息，写出以乙烯为主要原料合成化合物HO—CH2COOH的化学方程式。
答案 (1)D
(2)①CH2===CH2＋HO—Cl―→Cl—CH2—CH2OH
②2Cl—CH2—CH2OH＋O2
2Cl—CH2—CHO＋2H2O
③2Cl—CH2—CHO＋O22Cl—CH2COOH
④Cl—CH2COOH＋2NaOHHO—CH2COONa
＋NaCl＋H2O
⑤HO—CH2COONa＋HCl―→HO—CH2—COOH
＋NaCl
解析 (1)乙醛、丙醛在NaOH溶液中发生加成反应可以有乙醛与乙醛、丙醛与丙醛、乙醛与丙醛(乙醛中打开碳氧双键)或丙醛与乙醛(丙醛中打开碳氧双键)，共4种。
(2)要引入两个官能团—OH和—COOH，虽然羧基可以用—CH2OH多步氧化得到，但显然不可能一次引入两个—OH再氧化一个而保留另一个。也不可能直接运用题给信息，制得Cl—CH2—CH2OH后，直接将—Cl转化为—COOH，如果用卤代烃与NaCN反应，会使碳链增长。于是可以考虑先把Cl—CH2—CH2OH中的—CH2OH连续氧化为—COOH，再使—Cl水解变为—OH。
[经典基础题]
题组1 碳骨架的变化
1．一定条件下，炔烃可以进行自身化合反应。如乙炔的自身化合反应为2H—C≡C—H―→H—C≡C—CH===CH2。
下列关于该反应的说法不正确的是( )
A．该反应使碳链增长了2个碳原子
B．该反应引入了新官能团
C．该反应是加成反应
D．该反应属于取代反应
答案 D
解析 由化学方程式可以看出，该反应是两分子乙炔间发生的加成反应，加成后碳链增加2个碳原子，引入了碳碳双键，所以D错误。
2．已知卤代烃(R—X)在强碱的水溶液中可发生水解反应，生成相应的醇(R—OH)。若有机物可通过如下表示的方法制得：
，则烃A应是( )
A．1-丁烯 B．2-丁烯
C．乙烯 D．乙炔
答案 C
解析 根据反应条件可判断出反应类型依次为：加成、水解、取代(脱水成醚)。由此判断A、B项最终得到的环状物质还具有支链。而乙炔能与4个溴原子发生加成，当再发生水解时得不到HOCH2CH2OH，从而无法得到目标产物。只有CH2===CH2符合。
3．由无水醋酸钠与碱石灰共热可得甲烷。你预测将无水苯乙酸钠与碱石灰共热时，所得有机化合物主要是( )
A．苯 B．甲苯
C．乙苯 D．苯甲酸钠与甲烷
答案 B
解析 ＋Na2CO3。
题组2 官能团的引入和转化
4．下列反应可以在分子中引入卤素原子的是( )
A．向浓溴水中滴加苯
B．光照甲苯与溴的蒸气
C．溴乙烷与NaOH的水溶液共热
D．溴乙烷与NaOH的醇溶液共热
答案 B
解析 A项，苯与溴水不发生取代反应；B项，甲苯与溴蒸气光照，溴取代甲基上的氢原子，可得到等；C项，生成乙醇，除去了溴原子；D项，发生消去反应，除去溴原子。
5．常见的有机反应类型有：①取代反应 ②加成反应 ③消去反应 ④酯化反应 ⑤加聚反应 ⑥缩聚反应 ⑦氧化反应 ⑧还原反应，其中能在有机物中引入羟基的反应类型有( )
A．①②③④ B．①②⑧
C．⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥
答案 B
解析 卤代烃、酯的水解反应，烯烃等与H2O的加成反应，醛、酮与H2的还原反应均能在有机物中引入羟基。
6．已知乙烯醇(CH2===CH—OH)不稳定，可自动转化为乙醛。乙二醇在一定条件下发生脱水反应，也有类似现象产生，所得产物的结构简式有人写出下列几种，其中不可能的是( )
①CH2===CH2 ②CH3CHO ③
④ ⑤(CH2—CH2—O(
A．① B．②③
C．③④ D．④⑤
答案 A
解析 乙二醇发生消去反应脱去一分子水生成乙烯醇，转化为CH3CHO，脱去两分子水生成CH≡CH，两个—OH之间脱去一个水分子生成，两分子乙二醇脱去两分子水生成，若干个乙二醇聚合在一起生成(CH2—CH2—O(。
7．化合物丙由如下反应得到：C4H10OC4H8C4H8Br2(丙)，丙的结构简式不可能是( )
A．CH3CH2CHBrCH2Br
B．CH3CH(CH2Br)2
C．CH3CHBrCHBrCH3
D．(CH3)2CBrCH2Br
答案 B
解析 丙为烯与Br2的加成产物，两个Br原子应在相邻的两个碳原子上。
8．在下述有机反应类型中：①消去反应，②水解反应，③加聚反应，④加成反应，⑤还原反应，⑥氧化反应。
已知：CH2Cl—CH2Cl＋2H2OCH2OH—CH2OH＋2HCl，以丙醛为原料制取1,2-丙二醇，所需进行的反应类型依次是( )
A．⑥④②① B．⑤①④②
C．①③②⑤ D．⑤②④①
答案 B
解析 先和H2加成(还原)为1-丙醇，然后消去成丙烯，再和卤素加成，最后水解。
9．已知：①苯环上的硝基可被还原为氨基：
②苯胺还原性很强，易被氧化；
则由苯合成对氨基苯甲酸的合理步骤是( )
A．苯甲苯XY对氨基苯甲酸
B．苯硝基苯XY对氨基苯甲酸
C．苯甲苯XY对氨基苯甲酸
D．苯硝基苯XY对氨基苯甲酸
答案 A
解析 因为苯胺具有很强的还原性，易被氧化，因此应先制得对硝基苯甲酸，再还原硝基得到对氨基苯甲酸。
10．某有机化合物甲经氧化得乙(分子式为C2H3O2Cl)，而甲经水解可得丙，1 mol丙和2 mol乙反应得一种含氯的酯(C6H8O4Cl2)。由此推断甲的结构简式为( )
A．Cl—CH2—CH2OH
B．HCOOCH2Cl
C．Cl—CH2CHO
D．HO—CH2CH2—OH
答案 A
解析 本题主要采用筛选法，A项中，甲氧化为乙：Cl—CH2COOH，甲水解为丙：HOCH2CH2OH，二者反应生成C6H8O4Cl2；B项中，HCOOCH2Cl氧化为不是乙；C项中，氧化后为Cl—CH2COOH，水解后为HO—CH2CHO，二者不能反应生成C6H8O4Cl2；D项中，不能水解。
11．卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应，可得格林试剂R—MgX，它可与醛、酮等羰基化合物加成：
所得产物经水解可以得到醇，这是某些复杂醇的合成方法之一。现欲合成(CH3)3C—OH，下列所选用的卤代烃和羰基化合物的组合正确的是( )
A．乙醛和一氯乙烷 B．甲醛和1-溴丙烷
C．甲醛和2-溴丙烷 D．丙酮和一氯甲烷
答案 D
解析 由题给信息可知产物中与—OH相连的碳原子是羰基碳原子，要合成需要丙酮和一氯甲烷。
[能力提升题]
12．1928年，狄尔斯和阿尔德(Diels－Alder)在研究1,3-丁二烯的性质时发现如下反应：
(也可表示为：＋―→)，据此回答下列问题。
(1)现有反应：＋A，则物质A的结构式为：________。
(2)物质与物质发生“Diels－Alder反应”的生成物为：________。
答案 (1)CH2===CH—COOH (2)
解析 题目中的反应是烯烃与1,3-丁二烯发生1,4加成反应。(1)将物质B从虚线处断开即可得到1,3-丁二烯和A，A为CH2===CH—COOH。(2)
13．由环己烷可制备1,4?环己二醇的二醋酸酯。下面是有关的八步反应(无机产物已略去)：
根据以上反应关系回答下列问题：
(1)写出A的结构简式______________。
(2)确定下列反应所属反应类型：
反应①______________，反应⑤______________。
(3)反应⑦的化学方程式________________________________________________________。
答案 (1)
(2)取代反应 加成反应
解析 此题显然要求解题者明确上述合成路线中各步反应的原理，从题面上看，八步反应中多次涉及烃与卤素单质的作用及卤代烃参与的反应。其中，反应①很明确，就是环己烷与氯气在光照条件下的取代反应；从条件来看，反应②应该属于卤代烃的消去反应，产物A是环己烯；反应③是环己烯与氯气在不见光的条件下发生的，得到的产物发生反应④后形成一个共轭二烯烃1,3?环己二烯，显然B应是环己烯与氯气加成的产物1,2?二氯环己烷而反应④属于消去反应；⑤是共轭二烯烃的1,4?加成；⑥发生的是什么反应应该与⑦联系起来思考：反应⑦的条件告诉我们，这一步发生的是酯化反应，要发生酯化，化合物C中应该有醇羟基才可以，故反应⑥应该是卤代烃的水解反应；则反应⑧为环上双键的加氢。
14．根据下列转化网络图回答相关问题。该网络图中化合物B可发生银镜反应，C可与NaHCO3水溶液反应放出气体。
(1)写出A、B、D的结构简式：
A________，B________，D________。
(2)指出①、④、⑤三个反应的反应类型：
①________，④________，⑤________。
答案 (1)CH3CH2OH CH3CHO CH2===CH2 (2)取代(或水解)反应 消去反应 加成反应
解析 由题意可知其反应过程为
15．阅读如下信息和反应关系：
Ⅰ.烯烃通过臭氧氧化并经锌和水处理后可得到醛或酮(羰基和两个烃基相连接的化合物)。
(R1、R2、R3均为烷基或H原子)
Ⅱ.醛、酮均可与HCN加成，经酸性条件水解变成羟基羧酸：
Ⅲ.烯烃A(CnH2n)发生如下反应：
其中B不能发生银镜反应，D、F、G的碳原子数相同，I是常见的塑料。请根据以上信息和反应关系回答相关问题：
(1)书写下列化合物的结构简式：
A，B，I。
(2)填写反应类型：
F→G：，H→I：。
(3)书写反应的化学方程式：
D→F：；
E＋G→H：。
(2)消去反应 加聚反应
解析 B不能发生银镜反应，可推知B中最少有3个碳原子，B为酮，由B→D→F的过程结合信息Ⅱ可知F或G中最少有4个碳原子。又因为I为(C5H8O2)n，可知E分子结构中有1个碳原子，G分子结构中有4个碳原子，再结合信息Ⅰ，可推知E为CH3OH，C为HCHO，
课件44张PPT。第1课时 有机合成的关键——碳骨架的
构建和官能团的引入第3章 第1节 有机化合物的合成1.了解有机合成的基本程序和方法。
2.理解卤代烃在不同条件下可发生取代反应和消去反应。
3.掌握碳链的增长和引入官能团的化学反应。 目标导航基础知识导学重点难点探究随堂达标检测栏目索引一、碳骨架的构建
1.有机合成的基本程序
(1)有机合成的基本流程
明确目标化合物的结构→ →合成目标化合物→对样品进行结构测定，试验其性质或功能→大量合成。
(2)合成路线的核心
合成路线的核心在于构建目标化合物分子的 和引入必需的
。 基础知识导学设计合成路线碳骨架官能团答案2.碳骨架的构建
(1)碳链的增长
①卤代烃的取代
a.CH3CH2Br＋NaCN―→ ， ； ，CH3CH2CN＋NaBrCH3CH2COOH答案CH3CH2Br＋CH3C≡CNa―→ 。2CH3C≡CNa＋H2CH3CH2C≡CCH3＋NaBr 。②醛酮的羟醛缩合(其中至少一种有α--H)2CH3COOH答案(2)碳链的减短
①烯烃、炔烃的氧化反应②苯的同系物的氧化反应答案如： 。③羧酸及其盐的脱羧反应
如：无水醋酸钠晶体与氢氧化钠(通常用碱石灰——氢氧化钠与氧化钙的混合物)共热的化学方程式为CH3COONa＋NaOH 。④水解反应：主要包括酯的水解、蛋白质的水解和多糖的水解。⑤烃的裂化或裂解：C16H34 C8H16＋C8H18；C8H18 C4H10＋C4H8。CH4↑＋Na2CO3议一议构建碳骨架时应注意哪些问题？答案 (1)选择增长碳链反应时，一方面要注意碳链变化的位置或结构，另一方面要注意分析需要变化位置的官能团，一般采用加成或取代的方法。
(2)选择减短碳链时，依据所需碳原子，一般采用氧化的方法。
(3)成环物质的分子特点是：在同一个分子中存在能够相互反应的两个官能团，一般是通过官能团间脱水而形成环状物。
(4)开环可以看成是成环的逆反应，一般是通过水解反应完成。答案二、官能团的引入和转化
1.官能团的引入
(1)在碳链上引入碳碳双键( )的途径
①卤代烃的 ：
CH3CH2Br＋NaOH 。
②醇的 ：
CH3CH2OH 。
③炔烃的不完全加成：
HC≡CH＋HCl 。消去反应消去反应CH2==CH2↑＋H2O答案CH2==CHClCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O②不饱和烃与HX、X2的 ：
CH2==CH2＋HBr―→ ；
HC≡CH＋2Br2―→ 。
③醇与氢卤酸的 ：(2)在碳链上引入卤素原子(－X)的途径
①烷烃或苯及其同系物的 ：
CH4＋Cl2 ；卤代(取代)反应CH3Cl＋HCl加成反应答案CH3—CH2BrCHBr2—CHBr2取代反应CH3CH2Br＋H2O(3)在碳链上引入羟基(—OH)的途径
①烯烃与水的加成：如CH2==CH2＋H2O 。
②卤代烃的水解：如CH3CH2Cl＋NaOH 。
③醛、酮与H2的加成：如 ＋H2 。
④酯的水解：RCOOR′＋NaOH 。CH3CH2OHCH3CH2OH＋NaClRCOONa＋R′OH答案 。②烯烃的氧化：R—CH==CH—R′ 。 。(4)在碳链上引入羧基(2RCOOHRCOOH＋R′COOHRCOOH＋R′OH答案)的途径①醛的氧化：2R—CHO＋O2③酯的水解：RCOOR′＋H2O④苯的同系物氧化： 。2.官能团的转化
在有机合成中，官能团的转化可以通过取代、 、 、氧化、
等反应实现。某些官能团的转化关系：消去加成还原答案上述反应中属于取代反应的是 ；属于加成反应的是 ；属于消去反应的是 ；属于氧化反应的是 ；属于还原反应的是 。转化步骤b的条件为 ；转化步骤e的条件为 。g、h、m、n、w、za、f、ib、e答案c、j、kd、i浓硫酸、170 ℃NaOH、乙醇溶液、加热议一议1.官能团的转化在有机合成中的应用有哪些？答案答案 (1)利用转化关系引入官能团答案(2)通过化学反应增加官能团(4)在引入官能团的过程中要注意先后顺序，以及对先引入官能团的保护。2.官能团如何通过有机化学反应而进行消除呢？答案返回答案 (1)通过有机物加成可消除不饱和键，如：答案(2)通过消去、氧化或酯化可消除羟基，如：(3)通过加成或氧化可消除醛基，如：(4)通过消去或取代可消除卤素原子，如：返回一、碳链的变化
1.常见碳链的增长和减短方法
(1)增长碳链的反应主要有卤代烃的取代反应，醛、酮的加成反应等。
①醛、酮与HCN加成： 重点难点探究②醛、酮的羟醛缩合(其中至少一种有α--H): ＋③卤代烃与NaCN、CH3CH2ONa、CH3C≡CNa等取代：RCl＋NaCN―→ RCN＋NaCl。
④卤代烃与活泼金属作用：2CH3Cl＋2Na―→ CH3—CH3↑＋2NaCl。
(2)常见减短碳链的方法：减短碳链的反应主要有烯烃、炔烃和芳香烃的氧化反应，羧酸及其盐的脱羧反应，酯、蛋白质和多糖的水解反应以及烷烃的裂化或裂解反应。2.有机成环反应方法
(1)有机成环反应规律：
①有机成环方式：一种是通过加成反应、聚合反应来实现的；另一种是至少含有两个相同或不同官能团的有机物分子，如多元醇、多元酸、羟基酸、氨基酸等通过分子内或分子间脱去小分子水或氨而成环。
②成环反应生成的环上含有5个或6个碳原子比较稳定。 (2)有机成环反应类型：
①双烯合成。共轭二烯烃与含有 的化合物进行1,4--加成反应生成六元环状化合物。
②聚合反应。
③脱水反应。
④酯化反应。 像由CH3CH2OH―→ CH3CH2OCH2CH3不属于碳链增长，酯化反应引
入“特别提醒”，也不属于碳链增长。例1 已知： ，如果要合成 ，所用的起始
原料可以是( )
①2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔
②1,3-戊二烯和2-丁炔
③2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔
④2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔
A．①④ B．②③ C．①③ D．②④解析答案答案 A变式训练1 下列物质中，不能使有机物成环的是( )
A.HO—CH2—CH2—CH2—COOH
B.HO—CH2—CH2—CH2—CH2—OH解析答案D.H2N—CH2—CH2—CH2—COOH答案 C二、官能团引入和转化的办法
1.官能团的引入
(1)引入羟基(—OH):
①醇羟基的引入：烯烃与水加成、卤代烃水解、醛 (酮)与氢气的加成、酯的水解等。
②酚羟基的引入：酚钠盐中通入CO2、卤代苯的水解等。
③羧羟基的引入：醛氧化为酸[被新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液氧化]、酯的水解、烯烃的氧化、苯的同系物的氧化等。
(2)引入卤原子(—X)：烃与卤素取代、不饱和烃与HX或X2加成、醇与HX取代等。 (3)引入双键：某些醇或卤代烃的消去引入 、醇的氧化引入
、炔烃的不完全加成引入 等。 2.官能团的消除
(1)通过加成消除不饱和键。
(2)通过消去、氧化或酯化等消除羟基。
(3)通过加成或氧化等消除醛基(—CHO)。
(4)通过消去反应或水解(取代)反应清除卤素原子。例2 转变成需经过下列哪种合成途径( )A.消去→加成→消去 B.加成→消去→脱水
C.加成→消去→加成 D.取代→消去→加成A解析答案变式训练2 在下列反应中，不可能在有机物中引入羧基的是( )
A.卤代烃的水解
B.腈(R—CN)在酸性条件下水解
C.酮的氧化
D.烯烃的氧化解析答案返回某些情况下， 卤代烃的水解反应可以引入答案 C返回1.下列反应可以使碳链增长的是( )
A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热
B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热
C.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的水溶液共热
D.CH3CH2CH2CH2Br(g)和Br2(g)光照A 随堂达标检测解析答案12345解析 只有A项中产物CH3CH2CH2CH2CN比反应物多一个碳原子，增长了碳链。2．下列反应中，可能在有机化合物分子中引入羟基“—OH”的是( )
A．羧酸与醇的酯化反应
B．醛类与新制Cu(OH)2悬浊液反应
C．乙炔与水的加成反应
D．烯烃的水化反应12345D解析答案解析答案123453．下列反应可使碳链增长的有( )
①加聚反应 ②缩聚反应 ③酯化反应 ④卤代烃的氰基取代反应 ⑤乙酸与甲醇的反应
A．全部 B．①②④
C．①③④ D．①②③④A解析 酯化反应引入“COO”，不属于碳链增长。12345解析答案12345解析 由反应条件知甲→乙为消去反应，乙为炔烃或二烯烃，乙→丙为加成反应。若乙为炔烃则丙为A，若乙为二烯烃，与等物质的量的溴加成可得到B或C。
答案 D123455.(1)已知：①乙烯在催化剂和加热条件下能被氧气氧化为乙醛，这是乙醛的一种重要的工业制法；②两个醛分子在NaOH溶液作用下可以发生自身加成反应，生成一种羟基醛：解析答案12345若两种不同的醛，例如乙醛与丙醛在NaOH溶液中最多可以形成羟基醛
(填字母)。
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种解析 乙醛、丙醛在NaOH溶液中发生加成反应可以有乙醛与乙醛、丙醛与丙醛、乙醛与丙醛(乙醛中打开碳氧双键)或丙醛与乙醛(丙醛中打开碳氧双键)，共4种。D解析答案返回12345(2)已知乙烯与氯水反应时，可以与次氯酸发生加成反应：CH2==CH2＋HO—Cl―→ Cl—CH2—CH2OH。请利用上述信息，写出以乙烯为主要原料合成化合物HO—CH2COOH的化学方程式。12345解析 要引入两个官能团—OH和—COOH，虽然羧基可以用—CH2OH多步氧化得到，但显然不可能一次引入两个—OH再氧化一个而保留另一个。也不可能直接运用题给信息，制得Cl—CH2—CH2OH后，直接将—Cl转化为—COOH，如果用卤代烃与NaCN反应，会使碳链增长。于是可以考虑先把Cl—CH2—CH2OH中的—CH2OH连续氧化为—COOH，再使—Cl水解变为—OH。答案 ①CH2==CH2＋HO—Cl―→ Cl—CH2—CH2OH解析答案返回12345⑤HO—CH2COONa＋HCl―→ HO—CH2—COOH＋NaCl第2课时 有机合成路线的设计及应用
[目标导航] 1.了解设计合成路线的一般程序。2.使学生通过苯甲酸苯甲酯的合成路线的分析提炼出有机合成路线设计的一般程序——逆推法。 3.了解原子经济性等绿色合成思想的重要性。4.在分析苯甲酸苯甲酯的合成路线的过程中培养学生的阅读能力和处理信息的能力。
一、有机合成路线的设计
1．正推法
从确定的某种原料分子开始，逐步经过碳链的连接和官能团的安装来完成。首先要比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同，包括官能团和碳骨架两个方面的异同，然后，设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。
2．逆推法
采取从产物逆推出原料，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。
3．优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合化学原理。
(2)合成操作是否安全可靠。
(3)绿色合成：绿色合成主要考虑有机合成中的原子经济性，原料的绿色化，试剂与催化剂的无公害性。
4．逆推法设计有机合成路线的一般程序
议一议
1．有机合成的目标和任务是什么？
答案 包括目标化合物分子碳骨架的构建和官能团的转化。其合成过程示意图如图所示。
2．绿色化学在有机合成中体现在哪些方面？
答案 (1)原子经济性；(2)原材料无毒害；(3)产品无污染；(4)最大限度节约能源。
二、合成路线选择
1．合成路线的设计
2．合成方法的设计(设计四种不同的合成方法)
(1)
(2)
(3)
3．合成方法的优选
(1)路线由甲苯制取苯甲酸和苯甲醇，较合理。
(2)(4)路线中制备苯甲酸步骤多、价格高，且Cl2的使用不利于环境保护。
(3)的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求无水操作，成本高。
议一议
1. 有机合成遵循的原则是什么？
答案 (1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。
(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少，最后产率越高。
(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。
(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、反应的安全系数高、能耗低、易于实现。
(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。
2．有机合成、推断的方法和步骤是什么？
答案 (1)根据官能团特征反应作出推理。如某有机物的“水溶液显酸性，能跟碳酸钠溶液反应”，可推断它含有羧基(—COOH)；若它“能使溴水退色”，说明含不饱和键。
(2)根据现有的原料、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、消除、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。
(3)根据框图已知信息利用将正向推导和逆向推导相结合的方法进行推断，一定要将题目中的信息理清，寻找突破口，同时结合性质，按逻辑推理顺序解题。
一、有机合成路线的设计
1．有机合成的三种常见方法
(1)正向合成法，此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料―→中间产物―→产品。
(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品―→中间产物―→原料。
(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型→找出原料与合成物质的内在联系→确定中间产物→产品”。
2．有机合成路线设计应遵循的五个原则
(1)符合绿色化学思想。
(2)符合原子经济性的要求。
(3)原料价廉，原理正确。
(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。
(5)易于分离，产率高。
3．有机合成常见的四条合成路线
(1)一元合成路线：R—CH===CH2→卤代烃→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯
(2)二元合成路线：
(3)芳香化合物合成路线：
(4)改变官能团的位置：CH3CH2CH2Br
CH3CH===CH2
4．有机合成中常见官能团的保护
(1)酚羟基的保护：因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH变为—ONa(或—OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
(3)氨基(—NH2)的保护：如对硝基甲苯合成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。
例1 已知：
请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。
解析 由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成后脱水反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。本题基本采用正向思维方法。
乙烯乙醛2-羟基丁醛丁烯醛正丁醇。
本题中乙烯合成乙醛的方法有两种：
其一：乙烯乙醇乙醛，
其二：乙烯乙醛。
答案 (1)CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
(2)2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O
(4)――→CH3CH===CHCHO＋H2O
(5)CH3CH===CHCHO＋2H2CH3CH2CH2CH2OH
解题反思
(1)有机合成的正向合成分析法(即顺推法)
设计思路：基础原料―→中间体―→中间体―→目标有机物。
采用正向思维方法，从已知原料分子开始，找出可直接合成所需的中间产物，并同样找出它的下一步产物，依次类推，逐步推向合成目标产物。
(2)有机合成的逆向合成分析法(即逆推法)
设计思路：目标有机物―→中间体―→中间体―→基础原料。
采用逆向思维方法，先找出合成目标有机物的前一步原料(中间体)，依次类推，直至选出合适的起始原料为止。
(3)有机合成的综合分析法
采用综合思维的方法，将正向和逆向推导的几条不同的合成路线进行比较，得出最佳合成路线。
变式训练1 写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备的各步反应方程式(必要的无机试剂自选)。
答案 ①2CH2ClCH2CH2CH2OH＋O22CH2ClCH2CH2CHO＋2H2O
②2CH2ClCH2CH2CHO＋O22CH2ClCH2CH2COOH
③CH2ClCH2CH2COOH＋NaOHHOCH2CH2CH2COOH＋NaCl
④CH2CH2CH2COOHOH
＋H2O
解析 本题考查“逆合成分析法”，突破口在于最终产物是一种环酯，应通过酯化反应生成，故其上一步中间产物是HO—CH2—CH2—CH2—COOH。分析比较给出的原料与所要制备的产品的结构特点可知：原料为卤代醇，产品为同碳原子数的环内酯，因此可以用醇羟基氧化成羧基，卤原子再水解成为—OH，最后再酯化。但氧化和水解顺序不能颠倒，因为先水解后无法控制只氧化一个—OH。
二、绿色合成思想
1．绿色化学
(1)绿色化学的目标
研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。
(2)绿色化学的特点
在始端应采用预防实际污染的科学手段，其过程和终端均为零排放和零污染。
(3)绿色化学的研究意义
绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学，是对环境更友善的化学。这种绿色意识是人类追求自然完善的一种高级表现，它不把人看成自然界的主宰者，而是看做自然界中普通的一员，追求的是人对自然的尊重以及人与自然和谐的关系。
2．绿色合成的具体要求
(1)原料要廉价、易得、低毒性、低污染，选择与目标产物结构相似的四个碳以下的单官能团化合物或单取代苯。
(2)零排放，零污染。
(3)减少步骤，合成反应操作要简单，条件要温和，耗能低，易于实现。
(4)按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应。
例2 绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列生产乙苯()的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)( )
解析 符合“原子节约性”即只有乙苯这一种产物，没有其他的副产物。这道题目，只要认真领会题干信息，便很容易解决。
答案 C
变式训练2 下列合成路线原子经济性最好的可能是( )
A．CH2===CH2―→CH3CH2Cl
B．CH3CH3―→CH3CH2Cl
C．CH3CH2OH―→CH3CH2Cl
D．CH2ClCH2Cl―→CH3CH2Cl
答案 A
解析 经济性最好的路线应是原料分子中的原子全部进入目标产物中，分析4个选项，可看出仅有A(为加成反应)符合题意。
1．用苯做原料，经过一步化学反应不能制得的是( )
A．硝基苯 B．环己烷 C．苯酚 D．溴苯
答案 C
2．乙烯酮(CH2===C===O)在一定条件下能跟含活泼氢原子的化合物发生加成反应，反应的通式可表示为CH2===C===O＋HA―→ (极不稳定)―→，试指出下列反应不合理的是( )
A．CH2===C===O＋HClCH3COCl
B．CH2===C===O＋H2OCH3COOH
C．CH2===C===O＋CH3CH2OHCH3COCH2CH2OH
D．CH2===C===O＋CH3COOH(CH3CO)2O
答案 C
解析 由所给方程式可以看出乙烯酮与含活泼氢原子的化合物发生加成反应，是加成，而不是加成；活泼的氢原子加在CH2上，活泼氢化合物中其余部分与羰基碳相连。故C项不正确。
3．近年来，食品安全事故频繁发生，人们对食品添加剂的认识逐渐加深。Butylated Hydroxy Toluene(简称BHT)是一种常用的食品抗氧化剂，合成方法有如下两种：
下列说法正确的是( )
A．能与Na2CO3溶液反应生成CO2
B．与BHT互为同系物
C．BHT久置于空气中不会被氧化
D．两种方法的反应类型都是加成反应
答案 B
解析 酚羟基不能和Na2CO3反应产生CO2，A选项错误；BHT是一种常用的食品抗氧化剂，故它可以被空气中的氧气氧化，C选项错误；方法一是加成反应，方法二是取代反应，D选项错误。
4．在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是( )
A．CCH2===CH2＋ (过氧乙酸)―→＋CH3COOH
B．CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O
C．2CH2===CH2＋O2
D．HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋＋2H2O
答案 C
解析 根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项没有副产物，则原子利用率为100%，答案为C。
5．氯乙烯是合成高聚物聚氯乙烯塑料的单体，工业上制氯乙烯需要以下反应：①乙炔与氯化氢制氯乙烯；②高温煅烧石灰石；③电解饱和食盐水(2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑)；④制乙炔；⑤制乙烯；⑥合成氯化氢；⑦制水煤气；⑧制盐酸；⑨制电石。则制氯乙烯的正确操作顺序是( )
答案 C
解析 制取氯乙烯最好的途径是由乙炔和HCl发生加成反应。因此需要制取乙炔和HCl，而制取HCl又需制取Cl2和H2，需要应用反应③；制乙炔需制CaC2，可利用生石灰和C(碳)反应制取CaC2。因此可知正确的操作为C项。
[经典基础题]
题组1 有机合成路线的设计和选择
1．有机合成的三个步骤的正确的顺序为( )
①对不同的合成路线进行优选 ②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线 ③观察目标分子的结构
A．①②③ B．③②①
C．②③① D．②①③
答案 B
解析 进行有机合成时，先确定有机物分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。
2．以氯乙烷为原料制取乙二酸(HOOC—COOH)的过程中，要依次经过下列步骤中的( )
①与NaOH的水溶液共热 ②与NaOH的醇溶液共热
③与浓硫酸共热到170℃ ④在催化剂存在情况下与氯气加成 ⑤在Cu或Ag存在的情况下与氧气共热 ⑥与新制的Cu(OH)2悬浊液共热
A．①③④②⑥ B．①③④②⑤
C．②④①⑤⑥ D．②④①⑥⑤
答案 C
解析 采取逆向分析可知，乙二酸→乙二醛→乙二醇→1,2-二卤代烃→乙烯→氯乙烷。然后再逐一分析反应发生的条件，可知C项设计合理。
3．下图中a、b、c、d、e、f是6种有机物，其中a是烃类，其余是烃的衍生物，下列有关说法正确的是( )
A．若a的相对分子质量是42，则d是乙醛
B．若d的相对分子质量是44，则a是乙炔
C．若a为苯乙烯(C6H5—CH===CH2)，则f的分子式是C16H32O2
D．若a为单烯烃，则d与f的实验式一定相同
答案 D
解析 a为烃，能与HBr在一定条件下发生加成反应，则b为溴代烃，溴代烃在NaOH溶液中水解，可得醇，醇经催化氧化得醛或者酮，即d为醛或者酮，又由d能发生银镜反应，故d为醛，e为羧酸，f为酯。设a的分子式为CnHm，若a的相对分子质量是42，则a为丙烯，d为丙醛；若醛d的相对分子质量是44，则d应为乙醛C2H4O，a必为乙烯；若a为苯乙烯(C6H5—CH===CH2)，此时b只能为C6H5—CH2—CH2Br(因为b水解后可氧化为醛)，故f为苯乙酸与苯乙醇形成的酯，其分子式应为C16H16O2；a为单烯烃，d为同碳原子数的醛，f是e与c形成的酯，且c、d、e含有相同的碳原子数，故d、f二者实验式均为CnH2nO。
4．分析下列合成路线：
则B物质应为下列物质中的( )
答案 D
解析 结合产物特点分析：A为1,4-加成产物经过三步反应生成—COOH由—CH2OH氧化而来，为防止双键被氧化，需保护双键，先加成再氧化，因此B为HOCH2—CH===CH—CH2OH，C为最后消去HCl得到碳碳双键。
5．把有机物氧化为所用氧化剂最合理的是( )
A．氧气 B．酸性高锰酸钾
C．银氨溶液 D．溴水
答案 C
解析 银氨溶液是弱氧化剂，不会破坏碳碳双键。
6．已知实验室以乙醇为原料来制备乙酸乙酯时，经历了下面三步反应，已知反应①、反应②、反应③的转化率分别为a、b、c。则由乙醇制乙酸乙酯时总的转化率为( )
A. B．abc
C. D．2abc
答案 C
解析 设有x mol乙醇，则可生成xa mol乙醛，进而产生xab mol乙酸，另取xab mol乙醇与xab mol乙酸反应转化为酯。同时xab mol乙酸中有xabc mol乙醇转化。故当有(x＋xab) mol乙醇的经反应转化为乙酸乙酯时，共有2xabc mol乙醇发生了转化，所以乙醇转化率为：＝。
7．以溴乙烷为原料制取1,2-二溴乙烷，下列转化方案中最合理的是( )
A．CH3CH2BrCH3CH2OHCH2===CH2CH2BrCH2Br
B．CH3CH2BrCH2BrCH2Br
C．CH3CH2BrCH2===CH2CH3CH2BrCH2BrCH2Br
D．CH3CH2BrCH2===CH2CH2BrCH2Br
答案 D
解析 在有机物的制备反应中，应尽量选择步骤少、产率高、副反应少的合成路线。对此题而言，选择加成反应比取代反应要好得多，而使用加成反应，必须先发生消去反应生成不饱和烃，显然D的步骤较少，最后产率也较高。
题组2 有机合成中的绿色化学思想
8．绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变为所需产物，不产生副产物，实现零排放。以下反应均可在一定条件下进行，其符合绿色化学原理的是( )
①乙烯与氧气在银催化作用下生成环氧乙烷
()：
2CH2===CH2＋O2
②乙烷与氯气制备氯乙烷
③乙醇与浓硫酸共热制取乙烯
④乙烯在一定条件下制备聚乙烯
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案 D
解析 以“原料分子中原子全部转变为所需产物”为解题依据进行分析，乙烷与氯气发生取代反应，生成产物有一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等和氯化氢，原子不能全部转化为一种产物，不符合题意要求；乙醇在浓硫酸作用下生成乙烯、水及其他副产物，也不符合要求；而①、④中反应物的原子可以完全转化为产物，符合要求。
9．在“绿色化学工艺”中，理想状况是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%，在用1-丙炔(CH3C≡CH)合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的其他反应物有( )
A．CO和CH3OH B．CO2和H2O
C．CO2和H2 D．CH3OH和H2
答案 A
解析 将目标产物可以分解为三部分，即 “—OCH3”，将三部分与提供的原料相对照，显然除1-丙炔外，还需要CO和CH3OH。
[能力提升题]
10．乙酰水杨酸，又名邻乙酰氧基苯甲酸，是阿司匹林的主要成分，为白色晶体或粉末，略有酸味，易溶于乙醇等有机溶剂，微溶于水，是常用的解热镇痛药。下面是某化学小组利用逆推法设计乙酰水杨酸合成路线的过程。
(1)查阅资料：
通过查阅资料得知，以水杨酸为原料合成乙酰水杨酸的反应为：
由苯酚制备水杨酸的途径：
(2)实际合成路线的设计：
①观察目标分子——乙酰水杨酸的结构
乙酰水杨酸分子中有2种典型的官能团，即________、________(填名称)。
②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线
首先，考虑酯基的引入：由水杨酸与乙酸酐反应引入酯基，然后分别考虑水杨酸和乙酸酐的合成路线。其中，乙酸酐的合成路线为________。
根据题给信息和以前所学知识，水杨酸可以有以下几种不同的合成路线：
(3)优选水杨酸的合成路线：以上两种合成路线中较合理的是________，理由是________________________________________________________________________。
答案 (2)①羧基 酯基 ②CH2===CH2―→CH3CHO―→CH3COOH―→
(3)途径1 因为途径1原料易得，工艺相对简单，而途径2过程复杂
解析 通过观察，乙酰水杨酸分子中有2个典型的官能团，即羧基、酯基。根据所学知识逆推，乙酸酐可由乙酸合成，乙酸可由乙醛氧化得到，乙醛可由乙烯氧化得到，而乙烯是一种基本的原料。因此乙酸酐的合成路线为：CH2===CH2―→CH3CHO―→CH3COOH―→
。水杨酸的2种合成路线中：邻甲基苯酚上的甲基氧化为羧基时，所用的氧化剂(如酸性高锰酸钾溶液)还会将酚羟基氧化。需要在氧化甲基前将酚羟基转化为不能被氧化剂氧化的基团，在氧化甲基后再把酚羟基还原出来。由于此过程较为复杂，因此一般不采用此合成路线合成水杨酸。在工业上常由苯酚出发，采用由干燥苯酚钠与二氧化碳在加温、加压下生成邻羟基苯甲酸钠，邻羟基苯甲酸钠酸化得到水杨酸，进而合成乙酰水杨酸的合成方法。这种合成水杨酸的方法原料易得，工艺相对简单，适合大规模生产。
11．苯乙酸乙酯是一种常见的合成香料。请设计合理的方案以苯甲醛和乙醇为原料合成苯乙酸乙酯(用合成路线流程图表示，并注明反应条件)。
苯乙酸乙酯
提示：①R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr；②合成过程中无机试剂任选；③合成路线流程图示例如下：
解析 要获得则必须有和CH3CH2OH，原料CH3CH2OH已有，而无原料，仅提供，要用合成，根据题目信息R—Br＋NaCN―→R—CN＋NaBr，则
12．以石油裂解气为原料，通过一系列化学反应可得到一种重要的化工产品增塑剂G，如图。
请完成下列各题：
(1)写出反应类型：反应①________________，反应④________________。
(2)写出反应条件：反应③________________，反应⑥________________。
(3)反应②③的目的是________________。
(4)写出反应⑤的化学方程式：________________。
(5)B被氧化成C的过程中会有中间产物生成，该中间产物可能是________________ (写出一种物质的结构简式)，
检验该物质存在的试剂是________________。
(6)写出G的结构简式：________________。
答案 (1)加成反应 取代反应 (2)NaOH/醇溶液，加热(或KOH/醇溶液 加热) NaOH/水溶液，加热
(3)防止碳碳双键被氧化 (4)CH2===CHCH2Br＋HBrBrCH2—CH2—CH2Br
(5)HOCH2CHClCH2CHO(或OHCCHClCH2CHO或HOCH2CH2CHClCHO或OHCCHClCH2COOH或OHCCH2CHClCOOH，任选一种答案即可) 新制氢氧化铜悬浊液(或银氨溶液)
解析 1,3-丁二烯(CH2===CH—CH===CH2)经过反应①生成A，然后转化成了HO—CH2—CH===CH—CH2—OH，所以反应①是1,3-丁二烯与卤素的1,4-加成反应；HO—CH2—CH===CH—CH2—OH经过一系列反应生成了E，从反应条件和组成看，E是HOOC—CH===CH—COOH，由于BC是氧化反应，所以②是加成反应，③是消去反应，安排这两步反应的目的是防止碳碳双键被氧化；从物质的组成、结构及反应条件看，反应④是CH2===CHCH3中饱和碳原子上的取代反应，反应⑤是加成反应，反应⑥是取代(水解)反应，HOCH2CH2CH2OH和E到G的反应是以酯化反应形式进行的缩聚反应。
13．环己烯可以通过丁二烯与乙烯发生环化加成反应得到：
(也可表示为)
实验证明，下列反应中反应物分子的环外双键比环内双键更容易被氧化：现仅以丁二烯为有机原料，无机试剂任选，按下列途径合成甲基环己烷：
请按要求填空：
(1)A的结构简式为；B的结构简式为。
(2)写出下列反应的化学方程式和反应类型。
④，
反应类型；
⑤，
反应类型。
答案 (1)
(2)＋H2O 消去反应
加成反应
解析 由合成途径和信息一可推知，A是由两分子丁二烯经下列反应制得的：而由C的分子式C7H14O和第二个信息可知B是A的氧化产物，其结构简式为C是B的加成产物，结构简式应为要得到可使C消去—OH而得到D，反应为＋H2O，再由D发生加成反应而得到甲基环己烷：＋H2。
课件48张PPT。第2课时 有机合成路线的设计及应用第3章 第1节 有机化合物的合成1.了解设计合成路线的一般程序。
2.使学生通过苯甲酸苯甲酯的合成路线的分析提炼出有机合成路线设计的一般程序——逆推法。
3.了解原子经济性等绿色合成思想的重要性。
4.在分析苯甲酸苯甲酯的合成路线的过程中培养学生的阅读能力和处理信息的能力。 目标导航基础知识导学重点难点探究随堂达标检测栏目索引一、有机合成路线的设计
1.正推法
从确定的某种 开始，逐步经过 和官能团的安装来完成。首先要比较原料分子和目标化合物分子在 上的异同，包括 和 两个方面的异同，然后，设计由 转向
的合成路线。 基础知识导学原料分子碳链的连接结构答案官能团碳骨架原料分子目标化合物分子2.逆推法
采取从 逆推出 ，设计合理的合成路线的方法。在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的 ，直至选出合适的 。
3.优选合成路线依据
(1)合成路线是否符合 。
(2)合成操作是否 。
(3)绿色合成：绿色合成主要考虑有机合成中的 ，原料的 ，试剂与催化剂的 。产物原料中间有机化合物答案起始原料化学原理安全可靠原子经济性绿色化无公害性目标化合物分子 的构建，以及官能团的 由目标化合物分子逆推原料分子并设计合成路线目标化合物分子的 ，
以及 的种类和位置4.逆推法设计有机合成路线的一般程序 碳骨架特征官能团碳骨架答案观察目标化合物分子的结构对不同的合成路线进行优选以 思想为指导引入或转化绿色合成议一议1.有机合成的目标和任务是什么？答案 包括目标化合物分子碳骨架的构建和官能团的转化。其合成过程示意图如图所示。答案2.绿色化学在有机合成中体现在哪些方面？答案 (1)原子经济性；(2)原材料无毒害；(3)产品无污染；(4)最大限度节约能源。 答案二、合成路线选择
1.合成路线的设计 2.合成方法的设计(设计四种不同的合成方法)
(1)答案(2)答案(3)答案答案3.合成方法的优选
(1)路线由甲苯制取 和 ，较合理。
(2)(4)路线中制备苯甲酸 多、 高，且Cl2的使用不利于环境保护。
(3)的步骤虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂 和要求 操作，成本高。 苯甲酸苯甲醇步骤答案价格LiAlH4无水议一议1.有机合成遵循的原则是什么？答案答案 (1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。通常采用四个碳以下的单官能团化合物和单取代苯。
(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。为减少合成步骤，应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少，最后产率越高。
(3)合成路线要符合“绿色、环保”的要求。高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标化合物中，达到零排放。
(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、反应的安全系数高、能耗低、易于实现。
(5)要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法。2.有机合成、推断的方法和步骤是什么？ 答案 (1)根据官能团特征反应作出推理。如某有机物的“水溶液显酸性，能跟碳酸钠溶液反应”，可推断它含有羧基(—COOH)；若它“能使溴水退色”，说明含不饱和键。
(2)根据现有的原料、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、消除、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。
(3)根据框图已知信息利用将正向推导和逆向推导相结合的方法进行推断，一定要将题目中的信息理清，寻找突破口，同时结合性质，按逻辑推理顺序解题。 答案返回 重点难点探究一、有机合成路线的设计
1.有机合成的三种常见方法
(1)正向合成法，此法采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向合成目标有机物，其思维程序是原料―→ 中间产物―→ 产品。(2)逆向合成法：简称逆推法，此法采用逆向思维方法 ，从合成目标有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品―→ 中间产物―→ 原料。
(3)类比分析法：此法要点是采用综合思维的方法，其思维程序为“比较题目所给知识原型→找出原料与合成物质的内在联系→确定中间产物→产品”。2.有机合成路线设计应遵循的五个原则
(1)符合绿色化学思想。
(2)符合原子经济性的要求。
(3)原料价廉，原理正确。
(4)路线简捷，便于操作，条件适宜。
(5)易于分离，产率高。3.有机合成常见的四条合成路线
(1)一元合成路线：R—CH==CH2→卤代烃→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯
(2)二元合成路线：(3)芳香化合物合成路线：4.有机合成中常见官能团的保护
(1)酚羟基的保护：因酚羟基易被氧化，所以在氧化其他基团前可以先使其与NaOH反应，把—OH变为—ONa(或—OCH3)将其保护起来，待氧化后再酸化将其转变为—OH。
(2)碳碳双键的保护：碳碳双键也容易被氧化，在氧化其他基团前可以利用其与HCl等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
(3)氨基(—NH2)的保护：如对硝基甲苯合成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。例1 已知： 请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。解析答案解析 由题给信息知：两个醛分子在一定条件下通过自身加成后脱水反应，得到的不饱和醛分子中的碳原子数是原参加反应的两个醛分子的碳原子数之和。根据最终产物正丁醇中有4个碳原子，原料乙烯分子中只有2个碳原子，运用题给信息，将乙烯氧化为乙醛，两个乙醛分子再进行自身加成变成丁烯醛，最后用H2与丁烯醛中的碳碳双键和醛基进行加成反应，便可得到正丁醇。本题基本采用正向思维方法。解析答案本题中乙烯合成乙醛的方法有两种：解析答案答案 (1)CH2==CH2＋H2O―→ CH3CH2OH
(2)2CH3CH2OH＋O2―→ 2CH3CHO＋2H2O(5)CH3CH==CHCHO＋2H2―→ CH3CH2CH2CH2OH(1)有机合成的正向合成分析法(即顺推法)
设计思路：基础原料―→ 中间体―→ 中间体―→ 目标有机物。
采用正向思维方法，从已知原料分子开始，找出可直接合成所需的中间产物，并同样找出它的下一步产物，依次类推，逐步推向合成目标产物。解题反思(2)有机合成的逆向合成分析法(即逆推法)
设计思路：目标有机物―→ 中间体―→ 中间体―→ 基础原料。
采用逆向思维方法，先找出合成目标有机物的前一步原料(中间体)，依次类推，直至选出合适的起始原料为止。
(3)有机合成的综合分析法
采用综合思维的方法，将正向和逆向推导的几条不同的合成路线进行比较，得出最佳合成路线。变式训练1 写出以CH2ClCH2CH2CH2OH为原料制备解析答案的各步反应方程式(必要的无机试剂自选)。解析 本题考查“逆合成分析法”，突破口在于最终产物是一种环酯，应通过酯化反应生成，故其上一步中间产物是HO—CH2—CH2—CH2—COOH。分析比较给出的原料与所要制备的产品的结构特点可知：原料为卤代醇，产品为同碳原子数的环内酯，因此可以用醇羟基氧化成羧基，卤原子再水解成为—OH，最后再酯化。但氧化和水解顺序不能颠倒，因为先水解后无法控制只氧化一个—OH。解析答案＋H2O二、绿色合成思想
1.绿色化学
(1)绿色化学的目标
研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节都实现净化和无污染的反应途径。
(2)绿色化学的特点
在始端应采用预防实际污染的科学手段，其过程和终端均为零排放和零污染。 (3)绿色化学的研究意义
绿色化学是人类和自然界的生物和谐相处的化学，是对环境更友善的化学。这种绿色意识是人类追求自然完善的一种高级表现，它不把人看成自然界的主宰者，而是看做自然界中普通的一员，追求的是人对自然的尊重以及人与自然和谐的关系。 2.绿色合成的具体要求
(1)原料要廉价、易得、低毒性、低污染，选择与目标产物结构相似的四个碳以下的单官能团化合物或单取代苯。
(2)零排放，零污染。
(3)减少步骤，合成反应操作要简单，条件要温和，耗能低，易于实现。
(4)按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应。例2 绿色化学对化学反应提出了“原子经济性”(原子节约)的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列生产乙苯( )的方法中，原子经济性最好的是(反应均在一定条件下进行)( )
解析答案解析 符合“原子节约性”即只有乙苯这一种产物，没有其他的副产物。这道题目，只要认真领会题干信息，便很容易解决。答案 C变式训练2 下列合成路线原子经济性最好的可能是( )
A.CH2==CH2―→ CH3CH2Cl
B.CH3CH3―→ CH3CH2Cl
C.CH3CH2OH―→ CH3CH2Cl
D.CH2ClCH2Cl―→ CH3CH2Cl 解析 经济性最好的路线应是原料分子中的原子全部进入目标产物中，分析4个选项，可看出仅有A(为加成反应)符合题意。 A解析答案返回1.用苯做原料，经过一步化学反应不能制得的是( )
A.硝基苯 B.环己烷
C.苯酚 D.溴苯C 随堂达标检测答案123452．乙烯酮(CH2===C===O)在一定条件下能跟含活泼氢原子的化合物发生加成反应，反应的通式可表示为CH2===C===O＋HA―→
(极不稳定)―→ ，试指出下列反应不合理的是( )
A．CH2===C===O＋HCl CH3COCl
B．CH2===C===O＋H2O CH3COOH
C．CH2===C===O＋CH3CH2OH CH3COCH2CH2OH
D．CH2===C===O＋CH3COOH (CH3CO)2O12345解析答案答案 C12345解析答案123453．近年来，食品安全事故频繁发生，人们对食品添加剂的认识逐渐加深。Butylated Hydroxy Toluene(简称BHT)是一种常用的食品抗氧化剂，合成方法有如下两种：
下列说法正确的是( )
A． 能与Na2CO3溶液反应生成CO2
B． 与BHT互为同系物
C．BHT久置于空气中不会被氧化
D．两种方法的反应类型都是加成反应12345解析 酚羟基不能和Na2CO3反应产生CO2，A选项错误；BHT是一种常用的食品抗氧化剂，故它可以被空气中的氧气氧化，C选项错误；方法一是加成反应，方法二是取代反应，D选项错误。
答案 B123454.在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是( )A.CCH2==CH2＋(过氧乙酸)―→ ＋CH3COOHB.CH2==CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→ ＋CaCl2＋H2O12345解析答案C.2CH2==CH2＋O2D.HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋＋2H2O12345解析 根据原子利用率内涵，副产物越少原子利用率越高。C项没有副产物，则原子利用率为100%，答案为C。
答案 C解析答案返回123455.氯乙烯是合成高聚物聚氯乙烯塑料的单体，工业上制氯乙烯需要以下反应：①乙炔与氯化氢制氯乙烯；②高温煅烧石灰石；③电解饱和食盐水(2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑)；④制乙炔；⑤制乙烯；⑥合成氯化氢；⑦制水煤气；⑧制盐酸；⑨制电石。则制氯乙烯的正确操作顺序是( )返回12345解析 制取氯乙烯最好的途径是由乙炔和HCl发生加成反应。因此需要制取乙炔和HCl，而制取HCl又需制取Cl2和H2，需要应用反应③；
制乙炔需制CaC2，可利用生石灰和C(碳)反应制取CaC2。因此可知正确的操作为C项。
答案 C第2节 有机化合物结构的测定
[目标导航] 1.了解有机化合物结构的测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。2.能利用官能团的化学检验方法鉴定单官能团化合物分子中是否存在常见官能团。3.初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。4.懂得有机化合物结构的测定是有机化合物合成的重要环节。
一、测定有机化合物结构的流程及分子式的确定
1．测定有机化合物结构的流程
(1)流程
(2)核心：测定有机化合物结构的核心步骤是确定其分子式，及检测分子中所含的官能团及其在碳骨架上的位置。
2．确定有机化合物的元素组成
要确定有机化合物的分子式，首先要知道该物质的组成元素、各元素的质量分数_，必要时还要测量其相对分子质量_。
(1)燃烧分析法测定烃分子中碳、氢两元素的质量分数：取一定质量样品；将样品在氧气流中燃烧；将燃烧后的产物依次通过吸水剂和碱溶液吸收；根据吸水剂和碱溶液的质量变化计算样品中碳、氢元素的质量分数。
(2)氮元素质量分数的测定：取一定质量的样品通入二氧化碳气流中，在CuO的催化作用下燃烧生成氮气。反应时，可能有一部分氮转变成氮的氧化物，需借金属铜将它们还原为氮气。借助二氧化碳气流，将装置中生成的气体全部赶出。用浓KOH(或NaOH)溶液吸收CO2气体后，测得剩余气体的体积，即为氮气的体积。
(3)卤素质量分数的测定：取一定质量样品与NaOH溶液混合加热，将卤素原子转变为卤素离子，再加入稀HNO3和AgNO3溶液得到卤化银沉淀。根据卤化银沉淀的颜色确定卤素的种类。若为白色，则有机物中含氯元素；若为浅黄色，则有机物中含溴元素；若为黄色，则有机物中含碘元素。将生成的卤化银沉淀洗涤、干燥，称其质量。
议一议
1．一种有机物完全燃烧后的产物只有CO2和H2O，该有机物所含元素只有碳和氢吗？如何判断是否含有氧元素？
答案 不一定，若产物只有CO2和H2O ，其组成元素肯定有C、H元素，可能有O元素。欲判断该有机物中是否含氧元素：
设有机物燃烧后CO2中碳元素的质量为m(C)，H2O中氢元素质量为m(H)。若
m(有机物)＞m(C)＋m(H)→有机物中含有氧元素；
m(有机物)＝m(C)＋m(H)→有机物中不含氧元素。
2．实验式(最简式)和分子式有何异同？知道了有机物的实验式(最简式)，要确定分子式，必须要知道该有机物的相对分子质量才能确定其分子式吗？
答案 实验式只是说明了物质中各元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成。二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的个数，有时实验式和分子式相同，如CH4。知道了有机物的实验式(最简式)，要确定分子式，可能需要相对分子质量，可能不需要相对分子质量，如(1)某些特殊组成的最简式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据其组成特点确定其分子式。例如最简式为CH3的有机物，其分子式可表示为(CH3)n，仅当n＝2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C2H6。同理，最简式为CH3O的有机物，其分子式为(CH3O)n，仅当n＝2时，氢原子已达饱和，其分子式为C2H6O2。(2)部分有机物的最简式中，氢原子已达饱和，则该有机物的最简式即为分子式。例如最简式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有机物，其最简式即为分子式。
3．确定有机物分子式的一般步骤是什么？
答案
二、有机化合物结构式的确定
1．测定有机化合物的结构的关键步骤
判断分子的不饱和度及典型的化学性质，进而确定分子中所含有的官能团及其所处的位置。
2．有机化合物分子不饱和度的计算
(1)几种常见官能团的不饱和度：
化学键
不饱和度
化学键
不饱和度
一个碳碳双键
1
一个碳碳叁键
2
一个羰基
1
一个苯环
4
一个脂环
1
一个氰基
2
(2)有机化合物分子不饱和度的计算公式为
分子的不饱和度＝n(C)＋1－。
其中：n(C)为碳原子数，n(H)为氢原子数。在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧原子，则不予考虑；若含有氮原子，就在氢原子总数中减去氮原子数。例如，分子式为C6H5NO2的分子的不饱和度为5。
3．有机化合物官能团的确定
(1)化学检验方法
一些官能团的化学检验方法
官能团种类
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳叁键
溴的四氯化碳溶液
红棕色溶液退色
酸性KMnO4溶液
紫色溶液退色
卤素原子
NaOH溶液(加热)、AgNO3溶液和稀硝酸
有沉淀产生
醇羟基
钠
有氢气放出
酚羟基
FeCl3溶液
显紫色
溴水
有白色沉淀产生
醛基
银氨溶液(水浴)
有银镜生成
新制氢氧化铜悬浊液(加热)
有砖红色沉淀产生
羧基
NaHCO3溶液
有CO2放出
(2)物理方法
①红外光谱：不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上出现位置不同，由此可判断官能团种类以及样品浓度。
②核磁共振氢谱：用电磁波照射氢原子核，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置不同，且吸收面积与氢原子个数成正比，由此来测定氢原子在碳骨架上的位置和数目。
议一议
1. 怎样理解有机化合物分子的不饱和度的求算和应用？
答案 不饱和度的概念：不饱和度又称缺氢指数。有机物分子中与碳原子数相等的开链烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1。
不饱和度的一般计算方法：
(1)根据有机物的化学式计算，若有机物的化学式为CnHm，则该有机化合物分子的不饱和度为。
①若有机物为含氧化合物，因为氧为二价，与“等效”，故在进行不饱和度计算时可不考虑氧原子，如：CH2===CH2、C2H4O、C2H4O2的不饱和度均为1。
②有机物分子中的卤素原子为取代基，可视作氢原子来计算分子的不饱和度，如C2H3Cl的不饱和度为1，其他基团：—NH2、—SO3H等都视为氢原子。
③碳的同素异形体，可把它视作m＝0的烃，按上式来计算分子的不饱和度，如足球烯C60：
分子的不饱和度＝＝61。
综上可知，烷烃和烷基的不饱和度为0，一个苯环的不饱和度为4。
如：a.CH3C≡CCH2CH===CH2的不饱和度为3，分子式为C6H8。
b．的不饱和度为6，分子式为C8H6。
c．的不饱和度为10，分子式为C14H10。
d．的不饱和度为5，分子式为C14H20O。
④立体封闭有机化合物分子(多面体或笼状结构)不饱和度的计算，其成环的不饱和度比面数少1。
如：立方烷如图：
面数为6，不饱和度为5，分子式为C8H8。
(2)不饱和度的应用
应用不饱和度求物质的分子式，对于结构较复杂的有机化合物，碳、氧原子数较为直观，而氢原子往往不容易确定，应用不饱和度可顺利求出物质的分子式。
2. 确定有机化合物结构的一般流程是什么？
答案 确定有机化合物结构式流程示意图
3．如何确定医用胶单体结构？
(1)确定分子式
①测定实验式
燃烧30.6 g医用胶的单体样品。实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O和2.24 L N2(已换算为标准状况)，请通过计算确定其实验式。
②确定分子式
由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，请确定其分子式。
(2)推导结构式
①计算该样品分子的不饱和度，推测分子中是否有苯环、碳碳双键、碳碳叁键或碳氧双键。
②用化学方法测定样品分子中的官能团。
a．利用医用胶的单体分别做如下实验：
Ⅰ.加入溴的CCl4溶液，红棕色溶液退色。说明分子中有______或________(用结构简式表示)。
Ⅱ.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化。说明分子中无________(用名称表示)。
Ⅲ.加入稀碱水溶液并加热，有氨气放出。说明分子中有氰基(—CN)。通过实验说明该分子中含有__________(或________)、________(用结构简式表示)。
b．通过红外光谱图分析，可知该样品分子中含有—C≡N—、、等官能团。
③推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置通过核磁氢谱图和核磁碳谱图知，该分子中含有、—O—CH2—CH2—CH2—CH3和基团，所以，该有机化合物的结构简式为__________________________。
答案 (1)①n(C)＝n(CO2)＝＝1.6 mol，
n(H)＝2n(H2O)＝2×＝2.2 mol，
n(N)＝2n(N2)＝2×＝0.2 mol
n(O)＝
＝0.4 mol
n(C)∶n(H)∶n(N)∶n(O)＝1.6 mol∶2.2 mol∶0.2 mol∶0.4 mol＝8∶11∶1∶2。
该医用胶单体的实验式为C8H11NO2。
②设该有机化合物的分子式为(C8H11NO2)n。
则n＝＝1
所以分子式为C8H11NO2。
(2)①分子的不饱和度＝n(C)＋1－
＝8＋1－＝4，
该分子中可能含有1个苯环或4个双键或2个叁键或2个双键和1个叁键。
② —C≡C— 硝基
—C≡C— —C≡N
一、有机物分子式的确定方法
1．确定有机化合物分子式的一般途径
2．确定有机化合物分子式的方法
(1)实验式法：由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。
(2)物质的量关系法：由密度或其他条件→求摩尔质量→求1 mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。
(3)化学方程式法：利用化学方程式求分子式。
(4)燃烧通式法：利用通式和相对分子质量求分子式。
CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O(x、y为正整数)
CxHyOz＋(x＋－)O2xCO2＋H2O(x、y、z为正整数)
由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。
(5)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定
类别
通式
相对分子质量
烷烃
CnH2n＋2
Mr＝14n＋2(n≥1)
环烷烃，烯烃
CnH2n
Mr＝14n(烯烃n≥2，
环烷烃n≥3)
二烯烃，炔烃
CnH2n－2
Mr＝14n－2(炔烃n≥2)
苯及苯的同系物
CnH2n－6
Mr＝14n－6(n≥6)
饱和醇
CnH2n＋2Ox
Mr＝14n＋2＋16x
饱和一元醛
CnH2nO
Mr＝14n＋16
饱和一元羧酸及酯
CnH2nO2
Mr＝14n＋32
(6)商余法(只适用于烃)
＝n…＋2(烷烃)，＝n(烯烃、环烷烃)，
＝n…－2(炔烃、二烯烃)，＝n…－6(苯或苯的同系物)。
例1 为了测定一种气态烃A的分子式，取标准状况下A气体置于密闭容器内燃烧，实验表明产物是CO2、CO和H2O，学生甲、乙设计如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式，他们测定的数据如图所示(假设每次处理均反应完全)：
甲方案：
乙方案：
(1)根据两方案，你认为能否测得A的最简式(填“能”或“不能”)。
甲方案________，乙方案________。
根据能测出A的最简式方案，回答下列问题：
(2)A的最简式为__________。
(3)若要确定A的分子式是否需要测定其他数据_____________________________________
(填“是”或“否”)，如果需要，测定数据是_________________________________。
解析 (1)甲方案碱石灰增加的质量为CO2和H2O的质量之和，再通过灼热的CuO减少的质量或石灰水增加的质量，可求出烃不完全燃烧生成CO的质量，但它不能求出CO2及水各自的质量，故无法确定有机物的最简式；而乙方案浓硫酸增加的质量为水的质量，再通过灼热的CuO减少的质量可求出CO的质量，最后通过碱石灰可求出CO2的总质量，结合上述三个数据可求出烃中C、H的质量比，即得最简式。
(2)根据乙方案可知，n(H2O)＝＝0.3 mol，则n(H)＝0.6 mol；再由最后碱石灰增加的质量，可求出CO2的总物质的量为n(CO2)＝＝0.3 mol，据此可求出该烃的最简式为CH2。
(3)因为题目已知烃在标准状况下为气体，故只要知道了气体的体积，即可求出烃的物质的量，进而可求出1 mol烃中所含C、H原子的物质的量，即可求出烃A的分子式。
答案 (1)不能 能 (2)CH2 (3)是 烃A在标准状况下的体积
解题反思
(1)通过元素分析法，只能求得有机物的实验式，再测知有机物的相对分子质量，可求有机物的分子式。
(2)某些特殊组成的实验式不必测知其相对分子质量，可根据其组成特点确定其分子式。如：实验式CH3―→分子式C2H6(H原子饱和)；实验式CH3O―→C2H6O2(乙二醇，H原子饱和)。
变式训练1 某有机化合物的蒸气完全燃烧时，所需氧气体积为相同状况下该有机物的蒸气体积的3倍，产生二氧化碳的体积是自身体积的2倍，该有机化合物可能是( )
①乙烯 ②乙醇 ③乙醚 ④乙烷
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案 A
解析 燃烧后CO2的体积是本身的2倍，说明该有机化合物含碳原子数为2。烃完全燃烧时消耗氧气的物质的量＝碳的物质的量＋氢的物质的量/4，因此乙烯燃烧时耗氧量是它本身体积的2＋4/4＝3倍，乙烷的耗氧量是它本身体积的2＋6/4＝3.5倍，若为烃的含氧衍生物，则需适当转化，如将乙醇转化为C2H4·H2O，则耗氧量与C2H4相同；乙醚可转化为C4H8·H2O，耗氧量与C4H8相同。
二、有机物结构的确定方法
1．有机物结构式的确定
2．官能团的种类、数目及位置的判断方法
(1)根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构。如C2H6只能是CH3CH3；CH4O只能是CH3OH。
(2)化学法确定有机物的官能团；官能团决定有机物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，可以确定有机物含有何种官能团。
(3)根据反应产物推断：
①与银氨溶液反应，若1 mol有机物生成2 mol银(或1 mol Cu2O)，则该有机物分子中含有一个醛基；若生成4 mol银(或2 mol Cu2O)，则含有二个醛基或该物质为甲醛。
②与金属钠反应，若1 mol有机物生成0.5 mol H2，则其分子中含有一个活泼氢原子，或为一个醇羟基，或一个酚羟基，也可能为一个羧基。
③与碳酸钠反应，若1 mol有机物生成0.5 mol CO2，则说明其分子中含有一个羧基。
④与碳酸氢钠反应，若1 mol有机物生成1 mol CO2，则说明其分子中含有一个羧基。
(4)根据特征数据判断：
①某有机物与醋酸反应，相对分子质量增加42，则分子中含有一个—OH；增加84，则分子中含有两个—OH。(原由：—OH转变为—OOCCH3)
②某有机物在催化剂作用下被氧气氧化，若相对分子质量增加16，则表明有机物分子内有一个—CHO(变为—COOH)；若增加32，则表明有机物分子内有两个—CHO(变为—COOH)。
③有机物与Cl2反应，若有机物的相对分子质量增加71，则说明有机物分子内含有一个碳碳双键；若增加142，则说明有机物分子内含有两个碳碳双键或一个碳碳叁键。
④当醇被氧化成醛或酮后，其相对分子质量减小2，则含有一个—OH；若相对分子质量减小4，则含有2个—OH。
(5)根据反应产物推知官能团位置：
①若由醇氧化得醛或羧酸，可推知—OH一定连接在至少有2个氢原子的碳原子上，即存在—CH2OH或CH3OH；由醇氧化为酮，推知—OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在若醇不能在催化剂作用下被氧化，则—OH所连的碳原子上无氢原子。
②由消去反应的产物，可确定—OH或—X的位置。
③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。
④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子中或—C≡C—的位置。
⑤由有机物发生酯化反应能生成环酯或聚酯，可确定有机物是羟基酸，并根据环的大小，可确定“—OH”与“—COOH”的相对位置。
特别提醒
(1)能与钠反应：醇羟基、酚羟基、羧基。
(2)能与NaOH反应：酚羟基、羧基、酯基、卤代烃。
(3)能与Na2CO3反应：酚羟基、羧基。
(4)能与NaHCO3反应：羧基。
(5)能发生银镜反应(或与新制氢氧化铜悬浊液反应)的物质：醛、甲酸、甲酸盐、甲酸某酯、还原性糖。
(6)R—CH2OH―→RCHO―→RCOOH的连续氧化关系。
例2 某有机物3.24 g装入元素分析装置，通入足量的氧气使之完全燃烧，将生成的气体依次通过无水CaCl2(A)管和碱石灰(B)管，测得A管增重2.16 g，B管增重9.24 g，已知该有机化合物的相对分子质量小于200。实验式是________，分子式是________。若此物质是一种酚，试写出这种物质的所有可能的结构简式是__________________________________。
解析 由题意可知：碳原子的物质的量为＝0.21 mol，氢原子的物质的量为×2＝0.24 mol，3.24 g有机化合物中氧原子的质量为3.24 g－0.21 mol×12 g·mol－1－0.24 mol×1 g·mol－1＝ 0.48 g，氧原子的物质的量为＝0.03 mol，所以，碳原子、氢原子、氧原子的物质的量之比为7∶8∶1，实验式为C7H8O，因其相对分子质量小于200，所以分子式为C7H8O；若这种物质是酚，羟基与苯环相连接，侧链上的碳原子是甲基，位置有邻、间、对三种可能。
答案 C7H8O C7H8O
解题反思
分子可能存在不同结构时，需根据物质的特殊性质，通过定性或定量实验确定其结构式。
变式训练2 现有分子式均为C3H6O2的四种有机物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它们分别进行下列实验加以鉴别，实验记录如下：
NaOH溶液
银氨溶液
新制Cu(OH)2悬浊液
金属钠
A
中和反应
－
溶解
产生氢气
B
－
有银镜
加热后有砖红色沉淀
产生氢气
C
水解反应
有银镜
加热后有砖红色沉淀
－
D
水解反应
－
－
－
则A、B、C、D的结构简式分别为
A________，B________，C________，D________。
答案 CH3CH2COOH CH3CHOHCHO HCOOCH2CH3 CH3COOCH3
解析 分子式为C3H6O2的不饱和度为3＋1－＝1，即分子结构中含有一个双键或含有一个环状结构。A物质能与NaOH溶液发生中和反应，能使新制的氢氧化铜悬浊液溶解，还能与Na反应放出氢气，可说明A为羧酸，含有甲基，故A应为CH3CH2COOH；B与银氨溶液反应有银镜生成，与金属钠可产生氢气，说明B中既含有醛基，又含有羟基，故B应为CH3CHOHCHO；C与NaOH溶液可发生水解反应，说明其中含有酯基，又可与银氨溶液发生银镜反应，说明其中含有醛基。综合上述两点可知C应为甲酸酯，故为HCOOCH2CH3；D可发生水解反应，说明其为酯类，含有酯基，它不能与银氨溶液、新制的氢氧化铜悬浊液反应，即不含醛基，故D为CH3COOCH3。
1．某有机物在氧气中充分燃烧，生成36 g水和44 g CO2，则关于该有机物的说法正确的是( )
A．分子式一定是CH4
B．分子式一定是CH4O
C．分子式可能是CH4或CH4O
D．以上说法均不正确
答案 C
解析 根据燃烧产物中H2O和CO2的质量，可以求出其中的n(C)∶n(H)＝∶(×2)＝1∶4，但是无法确认是否含有氧元素，故最简式为CH4Ox，C项正确。
2．取一定量的某有机物在空气中完全燃烧，测得生成CO2和H2O的物质的量之比为2∶3，则该有机物的分子式不可能是( )
A．CH4 B．C2H6 C．C2H6O D．C2H6O2
答案 A
解析 由燃烧产物的物质的量之比可推知原有机物符合通式CnH3n或CnH3nOx。
3．分子式为C4H8O3的有机物，一定条件下具有如下性质：①在浓硫酸存在下，能分别与CH3CH2OH或CH3COOH反应；②在浓硫酸存在下，能脱水生成一种能使溴水退色的物质，该物质只存在一种结构形式；③在浓硫酸存在下，能生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物，则C4H8O3的结构简式为( )
A．HOCH2COOCH2CH3
B．CH3CH(OH)CH2COOH
C．HOCH2CH2CH2COOH
D．CH3CH2CH(OH)COOH
答案 C
解析 由①知C4H8O3中有—COOH和—OH，由②③知C4H8O3分子中碳链上无支链，且—OH在4号碳原子上，即结构简式为CH2OH(CH2)2COOH。
4．X是一种烃，它不能使KMnO4酸性溶液退色，0.5 mol X完全燃烧时生成27 g水和67.2 L CO2(标准状况)，则X是( )
A．环己烷 B．1,3-丁二烯
C．苯 D．甲苯
答案 C
解析 n(烃)∶n(H)∶n(C)＝0.5∶∶＝1∶6∶6，故X为C6H6。
5．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题：
(1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)＝__________________________。
(2)三聚氰胺分子中碳原子数为________，理由是__________________________________(写出计算式)。
(3)三聚氰胺的分子式为_________________________________________________。
(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，红外光谱表明有1个由碳、氮两种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为______________________。
答案 (1)1∶2∶2
(2)3 ＜N(C)＜，即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)为正整数，所以N(C)＝3 (3)C3H6N6
(4)
解析 (1)N(C)∶N(H)∶N(N)＝∶∶≈1∶2∶2。
(2)＜N(C)＜，即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)为正整数，所以N(C)＝3。
(3)因为N(C)∶N(H)∶N(N)＝1∶2∶2，又N(C)＝3，所以，分子中N(C)、N(H)、N(N)分别为3、6、6。
(4)核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，说明是对称结构，这6个H原子的环境相同，又碳为四价元素，氮为三价元素，六元环中C、N各有3个原子交替出现。
[经典基础题]
题组1 实验式、分子式的确定
1．A是一种含碳、氢、氧三种元素的有机化合物。已知：A中碳的质量分数为44.1%，氢的质量分数为8.82%，那么 A的实验式是( )
A．C5H12O4 B．C5H12O3
C．C4H10O4 D．C5H10O4
答案 A
解析 n(C)∶n(H)∶n(O)＝∶∶＝5∶12∶4，所以实验式为C5H12O4。
2．两种气态烃组成的混合气体0.1 mol，完全燃烧得0.16 mol CO2和3.6 g水，下列说法正确的是( )
A．混合气体中一定有甲烷
B．混合气体一定是甲烷和乙烯
C．混合气体中一定有乙烷
D．混合气体中一定有乙炔
答案 A
解析 n(烃)∶n(CO2)∶n(H2O)＝0.1 mol∶0.16 mol∶＝1∶1.6∶2，所以该混合烃的平均分子式为C1.6H4，故混合烃中一定有CH4，又H原子数平均为4，故另一种烃可能是C2H4、C3H4等。
3．某气态有机化合物X含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，至少需知的条件是( )
①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的体积 ④X对氢气的相对密度 ⑤X的质量
A．①② B．①②④
C．①②⑤ D．③④⑤
答案 B
解析 已知C、H的质量分数可求得有机化合物X的最简式，再根据相对分子质量可确定其分子式。
题组2 不饱和度的计算及应用
4．某芳香族有机化合物的分子式为C8H6O2，它的分子(除苯环外不含其他环)中不可能有( )
A．两个羟基 B．一个醛基
C．两个醛基 D．一个羧基
答案 D
解析 由该有机化合物的分子式可求出不饱和度Ω＝6，分子中有一个苯环，其不饱和度Ω＝4，余下2个不饱和度、2个碳原子和2个氧原子。具有2个不饱和度的基团组合可能有三种情况：①两个碳原子形成1个—C≡C—、两个氧原子形成2个羟基，均分别连在苯环上；②两个碳原子形成1个羰基、1个醛基，相互连接；③两个碳原子形成2个醛基，分别连在苯环上。三种情况中氧原子数目都为2；而选项D中，1个羧基的不饱和度仅为1，氧原子数目已为2，羧基和苯环上的C的价健已饱和，都不能与剩下的1个碳原子以C===C键结合。
5．鲨鱼是世界上唯一不患癌症的动物，科学研究表明，鲨鱼体内含有一种角鲨烯，具有抗癌性。已知角鲨烯分子中含有30个碳原子，其中有6个碳碳双键且不含环状结构，则其分子式为( )
A．C30H60 B．C30H56
C．C30H52 D．C30H50
答案 D
解析 由题意，角鲨烯分子不饱和度为6，故其分子中的氢原子数比C30H62少12个氢原子。
题组3 结构式的判断与确定
6．某有机化合物中碳原子和氢原子的原子个数比为3∶4，不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液退色。其蒸气密度是相同状况下甲烷密度的7.5倍。在铁存在时与溴反应，能生成两种一溴代物。该有机化合物可能是( )
A．CH≡C—CH3 B．H3CC2H5
C． D．
答案 B
解析 有机化合物的最简式为C3H4，设分子式为(C3H4)n，其相对分子质量为7.5×16＝120。12×3n＋4n＝120，故n＝3，即分子式为C9H12，不饱和度为4，因其不能与溴水反应却能使酸性KMnO4溶液退色，所以有机化合物含有苯环，苯环的不饱和度为4，故苯环上的取代基为烷基。由于苯环上有两种一溴代物，两取代基在苯环上处于对位，该有机化合物的结构简式为。
呈紫色，判断有机化合物中含有酚羟基，只有A项符合题意。
7．2.9 g烃A在足量O2中燃烧生成0.2 mol CO2，且其1H核磁共振谱图中含有两类峰，其面积之比为2∶3，则该有机化合物的结构简式为( )
A．CH3CH3 B．CH3CH2CH2CH3
C．CH3CH3 D．CH3CH2CH3
答案 B
解析 由烃的质量和CO2的质量求出含氢的质量，可以确定出n(C)∶n(H)＝2∶5，且1H核磁共振谱图中的峰面积之比为2∶3，只有B符合。
8．A物质与(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液反应，在1分钟内溶液由淡绿色变为红棕色；能与溴水反应产生白色沉淀；与碱作用后能与AgNO3和稀HNO3的混合液产生淡黄色沉淀。A可能的结构是( )
答案 D
解析 A物质与(NH4)2Fe(SO4)2、硫酸溶液以及KOH的甲醇溶液反应，在1分钟内反应，溶液由淡绿色变为红棕色是硝基的特征性质；能与溴水反应产生白色沉淀，是酚羟基的性质；水解产物能与AgNO3溶液和稀HNO3的混合液反应产生淡黄色沉淀是溴元素的特征性质。只有D项物质具有上述三个性质的官能团。
9.设H＋的质荷比为β，其有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关)，则该有机物可能是( )
A．甲醇 B．甲烷
C．丙烷 D．乙烯
答案 B
解析 从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16，是H＋质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，为甲烷。
10．核磁共振氢谱是指有机物分子中的氢原子核所处的化学环境(即其附近的基团)不同，表现出的核磁性就不同，代表核磁性特征的峰在核磁共振图中坐标的位置(化学位移，符号为δ)也就不同。现有一物质的核磁共振氢谱如下图所示。则可能是下列物质中的( )
A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH
D．CH3CH2CHO
答案 B
解析 由核磁共振氢谱的定义可知，在氢谱图中从峰的个数即可推知有机物有几种化学环境不同的氢原子，从上图中可知有4种化学环境不同的氢原子。分析选项可得A项是2种，B项是4种，C项是2种，D项是3种。
[能力提升题]
11．化学式为C8H10O的化合物A具有如下性质：
①A＋Na―→慢慢产生气泡
②A＋RCOOH有香味的产物
③A―→苯甲酸
④其催化脱氢产物不能发生银镜反应
⑤脱水反应的产物，经聚合反应可制得一种塑料制品(它是目前造成“白色污染”的主要污染源之一)
试回答：
(1)根据上述信息，对该化合物的结构可作出的判断是________(填字母)。
A．苯环上直接连有羟基 B．苯环侧链末端有甲基
C．肯定有醇羟基 D．肯定是芳香烃
(2)化合物A的结构简式：__________。
(3)A和金属钠反应的化学方程式：__________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)BC (2)
(3)＋2Na―→＋H2↑
解析 据信息①②可以判断该有机物为醇，据信息③可进一步判断该醇分子内含有一个苯环，据信息④⑤可以判断该醇分子的苯环上只有一个支链，且支链上羟基不连在末端碳原子上，据化学式C8H10O，可知该化合物为
12．为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO2和2.7 g水；
②用质谱仪测定其相对分子质量，得如图一所示的质谱图；
③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图二所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
试回答下列问题：
(1)有机物A的相对分子质量是________。
(2)有机物A的实验式是________。
(3)A的分子式是______________________________________________________。
(4)A的结构简式为________________________________________________________。
答案 (1)46 (2)C2H6O (3)C2H6O
(4)CH3CH2OH
解析 (1)在A的质谱图中，最大质荷比为46，所以其相对分子质量也是46。
(2)在2.3 g该有机物中，n(C)＝0.1 mol
m(C)＝0.1 mol×12 g·mol－1＝1.2 g
n(H)＝×2＝0.3 mol
m(H)＝0.3 mol×1 g·mol－1＝0.3 g
m(O)＝2.3 g－1.2 g－0.3 g＝0.8 g
n(O)＝＝0.05 mol
所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol＝2∶6∶1，A的实验式是C2H6O。
(3)该有机物的实验式是C2H6O，其相对分子质量是46，故其实验式即为分子式。
(4)由A的核磁共振氢谱知A中有3种氢原子，个数比为1∶2∶3，所以A的结构简式为CH3—CH2—OH。
13．查尔酮类化合物G是黄酮类药物的主要合成中间体，其中一种合成路线如下：
已知以下信息：
①芳香烃A的相对分子质量在100～110之间，1 mol A充分燃烧可生成72 g水。
②C不能发生银镜反应。
③D能发生银镜反应、可溶于饱和Na2CO3溶液、核磁共振氢谱显示其有4种氢。
④ONa＋RCH2I―→OCH2R＋NaI
⑤RCOCH3＋R′CHORCOCHCHR′＋H2O
回答下列问题：
(1)A的化学名称为____________。
(2)由B生成C的化学方程式为____________。
(3)E的分子式为____________，由E生成F的反应类型为____________。
(4)G的结构简式为____________。
(5)D的芳香同分异构体H既能发生银镜反应，又能发生水解反应，H在酸催化下发生水解反应的化学方程式为________________________。
(6)F的同分异构体中，既能发生银镜反应，又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有________种，其中核磁共振氢谱为5组峰，且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的为____________(写结构简式)。
答案 (1)苯乙烯
(2)2＋2H2O
(3)C7H5O2Na 取代反应
(4)
(5) ＋HCOOH
(6)13 HOCH2CHO
解析 ①1 mol A充分燃烧生成72 g水，则A中含氢原子数＝×2＝8，n(C)＞＝7.7，n(C)＜＝8.5，则A中含有碳原子数为8
A为CH===CH2。
②C不能发生银镜反应，推知B为，
C为。
③D发生银镜反应含有—CHO，能溶于Na2CO3，不属于酯物质，依据D的化学式，以及4种H，综合得出D为HOCHO，E为NaOCHO，根据信息④确定F为CH3—OOCH
结合信息⑤知G为
(6)中F的同分异构体确定方法是先定官能团，再定最后一个饱和C原子的位置。
，，
符合条件的同分异构体数＝5＋5＋3＝13种，
符合5组峰的F只有：HOCH2CHO。
14．化学上常用燃烧法确定有机物的组成。这种方法是在电炉里加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成。下图所列装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。
回答下列问题：
(1)产生的氧气按从左到右流向，所选装置的连接顺序是____________________________。
(2)C装置中浓H2SO4的作用是____________。
(3)D装置中MnO2的作用是_____________。
(4)燃烧管中CuO的作用是_____________。
(5)若准确称取0.90 g样品(只含C、H、O三种元素的二种或三种)，经充分燃烧后，A管质量增加1.32 g，B管质量增加0.54 g，则该有机物的最简式为________。
(6)要确定该有机物的分子式，还要知道___________________。
答案 (1)g－f，e－h，i－c(或d)，d(或c)－a(或b)，b(或a) (2)干燥O2 (3)催化剂 (4)使有机物充分燃烧 (5)CH2O (6)相对分子质量
解析 本题利用H2O2在MnO2催化下分解产生氧气，用浓硫酸除去其中的水蒸气后氧化有机物生成CO2和H2O，利用装置B测定H2O的质量，利用装置A测定CO2的质量，从而求出有机物含有的C、H(或O)的质量，进而求出有机物的实验式。电炉中CuO的作用是为了尽可能保证有机物全部氧化生成CO2和H2O。(5)n(CO2)＝＝0.03 mol，n(H2O)＝＝0.03 mol，m(O)＝0.90 g－m(C)－m(H)＝0.90 g－0.03 mol×12 g·mol－1－0.03 mol×2×1 g·mol－1＝0.48 g，n(O)＝＝
0．03 mol。因n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.03∶(0.03×2)∶0.03＝1∶2∶1，故该有机物的实验式为CH2O。(6)要确定该有机物的分子式，还需要测出该有机物的相对分子质量。
课件62张PPT。第2节 有机化合物结构的测定第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物1.了解有机化合物结构的测定的一般步骤和程序，能进行确定有机化合物分子式的简单计算。
2.能利用官能团的化学检验方法鉴定单官能团化合物分子中是否存在常见官能团。
3.初步了解一些测定有机化合物结构的现代手段。
4.懂得有机化合物结构的测定是有机化合物合成的重要环节。目标导航基础知识导学重点难点探究随堂达标检测栏目索引一、测定有机化合物结构的流程及分子式的确定
1.测定有机化合物结构的流程
(1)流程 基础知识导学元素组成官能团答案(2)核心：测定有机化合物结构的核心步骤是确定其 ，及检测分子中所含的 及其在碳骨架上的位置。
2.确定有机化合物的元素组成
要确定有机化合物的分子式，首先要知道该 、
，必要时还要测量其 。
(1)燃烧分析法测定烃分子中碳、氢两元素的质量分数：取一定质量样品；将样品在 中燃烧；将燃烧后的产物依次通过 和 吸收；根据 和 的 变化计算样品中碳、氢元素的质量分数。分子式官能团物质的组成元素答案各元素的质量分数相对分子质量氧气流吸水剂碱溶液吸水剂碱溶液质量(2)氮元素质量分数的测定：取一定质量的样品通入 气流中，在CuO的催化作用下燃烧生成 。反应时，可能有一部分氮转变成氮的氧化物，需借金属铜将它们还原为氮气。借助二氧化碳气流，将装置中生成的气体全部赶出。用 吸收CO2气体后，测得 的体积，即为氮气的体积。
(3)卤素质量分数的测定：取一定质量样品与 溶液混合加热，将
转变为 ，再加入稀HNO3和AgNO3溶液得到
沉淀。根据卤化银沉淀的 确定卤素的 。若为 ，则有机物中含氯元素；若为 ，则有机物中含溴元素；若为 ，则有机物中含碘元素。将生成的卤化银沉淀洗涤、干燥，称其质量。二氧化碳氮气浓KOH(或NaOH)溶液答案剩余气体NaOH卤素原子卤素离子卤化银颜色种类白色浅黄色黄色议一议1.一种有机物完全燃烧后的产物只有CO2和H2O，该有机物所含元素只有碳和氢吗？如何判断是否含有氧元素？答案 不一定，若产物只有CO2和H2O ，其组成元素肯定有C、H元素，可能有O元素。欲判断该有机物中是否含氧元素：
设有机物燃烧后CO2中碳元素的质量为m(C)，H2O中氢元素质量为m(H)。若
m(有机物)＞m(C)＋m(H)→有机物中含有氧元素；
m(有机物)＝m(C)＋m(H)→有机物中不含氧元素。答案2.实验式(最简式)和分子式有何异同？ 知道了有机物的实验式(最简式)，要确定分子式，必须要知道该有机物的相对分子质量才能确定其分子式吗？答案答案 实验式只是说明了物质中各元素原子的物质的量之比，分子式说明了物质分子的具体组成。二者中各元素的百分比相同。可能不同的是原子的个数，有时实验式和分子式相同，如CH4。知道了有机物的实验式(最简式)，要确定分子式，可能需要相对分子质量，可能不需要相对分子质量，如(1)某些特殊组成的最简式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据其组成特点确定其分子式。例如最简式为CH3的有机物，其分子式可表示为(CH3)n，仅当n＝2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C2H6。同理，最简式为CH3O的有机物，其分子式为(CH3O)n，仅当n＝2时，氢原子已达饱和，其分子式为C2H6O2。(2)部分有机物的最简式中，氢原子已达饱和，则该有机物的最简式即为分子式。例如最简式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有机物，其最简式即为分子式。3.确定有机物分子式的一般步骤是什么？答案 答案二、有机化合物结构式的确定
1.测定有机化合物的结构的关键步骤
及 ，进而确定分子中所含有的 及其所处的位置。判断分子的不饱和度典型的化学性质官能团答案2.有机化合物分子不饱和度的计算
(1)几种常见官能团的不饱和度： 121答案412?5答案3.有机化合物官能团的确定
(1)化学检验方法
一些官能团的化学检验方法红棕色溶液退色紫色溶液退色卤素原子答案氢气显紫色白色沉淀CO2答案(2)物理方法
①红外光谱：不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上出现位置不同，由此可判断官能团种类以及样品浓度。
②核磁共振氢谱：用电磁波照射氢原子核，处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收的频率不同，在谱图上出现的位置不同，且吸收面积与氢原子个数成正比，由此来测定氢原子在碳骨架上的位置和数目。议一议1.怎样理解有机化合物分子的不饱和度的求算和应用？答案?答案答案②有机物分子中的卤素原子为取代基，可视作氢原子来计算分子的不饱和度，如C2H3Cl的不饱和度为1，其他基团：—NH2、—SO3H等都视为氢原子。?答案b.的不饱和度为6，分子式为C8H6。c.的不饱和度为10，分子式为C14H10。d.答案的不饱和度为5，分子式为C14H20O。④立体封闭有机化合物分子(多面体或笼状结构)不饱和度的计算，其成环的不饱和度比面数少1。
如：立方烷如图：面数为6，不饱和度为5，分子式为C8H8。
(2)不饱和度的应用
应用不饱和度求物质的分子式，对于结构较复杂的有机化合物，碳、氧原子数较为直观，而氢原子往往不容易确定，应用不饱和度可顺利求出物质的分子式。2. 确定有机化合物结构的一般流程是什么？答案答案 确定有机化合物结构式流程示意图3.如何确定医用胶单体结构？
(1)确定分子式
①测定实验式
燃烧30.6 g医用胶的单体样品。实验测得生成70.4 g CO2、19.8 g H2O和2.24 L N2(已换算为标准状况)，请通过计算确定其实验式。答案＝0.4 mol
n(C)∶n(H)∶n(N)∶n(O)＝1.6 mol∶2.2 mol∶0.2 mol∶0.4 mol＝8∶11∶1∶2。该医用胶单体的实验式为C8H11NO2。②确定分子式
由质谱分析法测定出该样品的相对分子质量为153.0，请确定其分子式。答案?(2)推导结构式
①计算该样品分子的不饱和度，推测分子中是否有苯环、碳碳双键、碳碳叁键或碳氧双键。答案?②用化学方法测定样品分子中的官能团。
a.利用医用胶的单体分别做如下实验：
Ⅰ.加入溴的CCl4溶液，红棕色溶液退色。说明分子中有______或__________(用结构简式表示)。
Ⅱ.加入(NH4)2Fe(SO4)2溶液、硫酸及KOH的甲醇溶液，无明显变化。说明分子中无________(用名称表示)。
Ⅲ.加入稀碱水溶液并加热，有氨气放出。说明分子中有氰基(—CN)。通
过实验说明该分子中含有__________(或__________)、________(用结构简式表示)。答案—C≡C—硝基—C≡C— —C≡Nb.通过红外光谱图分析，可知该样品分子中含有—C≡N—、 、等官能团。③推测样品分子的碳骨架结构和官能团在碳链上的位置通过核磁氢谱图
和核磁碳谱图知，该分子中含有 、—O—CH2—CH2—
CH2—CH3和 基团，所以，该有机化合物的结构简式为
______________________________________。答案返回 重点难点探究一、有机物分子式的确定方法
1.确定有机化合物分子式的一般途径 2.确定有机化合物分子式的方法
(1)实验式法： 由各元素的质量分数→求各元素的原子个数之比(实验式)→相对分子质量→求分子式。
(2)物质的量关系法： 由密度或其他条件→求摩尔质量→求1 mol分子中所含各元素原子的物质的量→求分子式。
(3)化学方程式法： 利用化学方程式求分子式。
(4)燃烧通式法： 利用通式和相对分子质量求分子式。由于x、y、z相对独立，借助通式进行计算，解出x、y、z，最后求出分子式。
(5)利用各类有机物的分子式通式和相对分子质量确定(6)商余法(只适用于烃)例1 为了测定一种气态烃A的分子式，取标准状况下A气体置于密闭容器内燃烧，实验表明产物是CO2、CO和H2O，学生甲、乙设计如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式，他们测定的数据如图所示(假设每次处理均反应完全)：(1)根据两方案，你认为能否测得A的最简式(填“能”或“不能”)。
甲方案________，乙方案________。解析答案解析 甲方案碱石灰增加的质量为CO2和H2O的质量之和，再通过灼热的CuO减少的质量或石灰水增加的质量，可求出烃不完全燃烧生成CO的质量，但它不能求出CO2及水各自的质量，故无法确定有机物的最简式；而乙方案浓硫酸增加的质量为水的质量，再通过灼热的CuO减少的质量可求出CO的质量，最后通过碱石灰可求出CO2的总质量，结合上述三个数据可求出烃中C、H的质量比，即得最简式。不能 能根据能测出A的最简式方案，回答下列问题：
(2)A的最简式为__________。?CH2解析答案(3)若要确定A的分子式是否需要测定其他数据____(填“是”或“否”)，如果需要，测定数据是________________________。解析 因为题目已知烃在标准状况下为气体，故只要知道了气体的体积，即可求出烃的物质的量，进而可求出1 mol烃中所含C、H原子的物质的量，即可求出烃A的分子式。是解析答案烃A在标准状况下的体积(1)通过元素分析法，只能求得有机物的实验式，再测知有机物的相对分子质量，可求有机物的分子式。
(2)某些特殊组成的实验式不必测知其相对分子质量，可根据其组成特点确定其分子式。如：实验式CH3―→ 分子式C2H6(H原子饱和)；实验式CH3O―→ C2H6O2(乙二醇，H原子饱和)。解题反思变式训练1 某有机化合物的蒸气完全燃烧时，所需氧气体积为相同状况下该有机物的蒸气体积的3倍，产生二氧化碳的体积是自身体积的2倍，该有机化合物可能是( )
①乙烯 ②乙醇 ③乙醚 ④乙烷
A．①② B．②③
C．③④ D．①④解析答案解析 燃烧后CO2的体积是本身的2倍，说明该有机化合物含碳原子数为2。烃完全燃烧时消耗氧气的物质的量＝碳的物质的量＋氢的物质的量/4，因此乙烯燃烧时耗氧量是它本身体积的2＋4/4＝3倍，乙烷的耗氧量是它本身体积的2＋6/4＝3.5倍，若为烃的含氧衍生物，则需适当转化，如将乙醇转化为C2H4·H2O，则耗氧量与C2H4相同；乙醚可转化为C4H8·H2O，耗氧量与C4H8相同。答案 A二、有机物结构的确定方法
1.有机物结构式的确定2.官能团的种类、数目及位置的判断方法
(1)根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构。如C2H6只能是CH3CH3；CH4O只能是CH3OH。
(2)化学法确定有机物的官能团；官能团决定有机物的特殊化学性质，通过一些特殊的化学反应和反应的实验现象，可以确定有机物含有何种官能团。(3)根据反应产物推断：
①与银氨溶液反应，若1 mol有机物生成2 mol银(或1 mol Cu2O)，则该有机物分子中含有一个醛基；若生成4 mol银(或2 mol Cu2O)，则含有二个醛基或该物质为甲醛。
②与金属钠反应，若1 mol有机物生成0.5 mol H2，则其分子中含有一个活泼氢原子，或为一个醇羟基，或一个酚羟基，也可能为一个羧基。
③与碳酸钠反应，若1 mol有机物生成0.5 mol CO2，则说明其分子中含有一个羧基。
④与碳酸氢钠反应，若1 mol有机物生成1 mol CO2，则说明其分子中含有一个羧基。(4)根据特征数据判断：
①某有机物与醋酸反应，相对分子质量增加42，则分子中含有一个—OH；增加84，则分子中含有两个—OH。(原由：—OH转变为—OOCCH3)
②某有机物在催化剂作用下被氧气氧化，若相对分子质量增加16，则表明有机物分子内有一个—CHO(变为—COOH)；若增加32，则表明有机物分子内有两个—CHO(变为—COOH)。
③有机物与Cl2反应，若有机物的相对分子质量增加71，则说明有机物分子内含有一个碳碳双键；若增加142，则说明有机物分子内含有两个碳碳双键或一个碳碳叁键。
④当醇被氧化成醛或酮后，其相对分子质量减小2，则含有一个—OH；若相对分子质量减小4，则含有2个—OH。(5)根据反应产物推知官能团位置：
①若由醇氧化得醛或羧酸，可推知—OH一定连接在至少有2个氢原子的碳原子上，即存在—CH2OH或CH3OH；由醇氧化为酮，推知—OH一定
连在有1个氢原子的碳原子上，即存在 若醇不能在催化
剂作用下被氧化，则—OH所连的碳原子上无氢原子。②由消去反应的产物，可确定—OH或—X的位置。
③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子中 或—C≡C—的位置。
⑤由有机物发生酯化反应能生成环酯或聚酯，可确定有机物是羟基酸，并根据环的大小，可确定“—OH”与“—COOH”的相对位置。(1)能与钠反应：醇羟基、酚羟基、羧基。
(2)能与NaOH反应：酚羟基、羧基、酯基、卤代烃。
(3)能与Na2CO3反应：酚羟基、羧基。
(4)能与NaHCO3反应：羧基。
(5)能发生银镜反应(或与新制氢氧化铜悬浊液反应)的物质：醛、甲酸、甲酸盐、甲酸某酯、还原性糖。
(6)R—CH2OH―→ RCHO―→ RCOOH的连续氧化关系。特别提醒例2 某有机物3.24g装入元素分析装置，通入足量的氧气使之完全燃烧，将生成的气体依次通过无水CaCl2(A)管和碱石灰(B)管，测得A管增重2.16g，B管增重9.24g，已知该有机化合物的相对分子质量小于200。实验式是________，分子式是________。若此物质是一种酚，试写出这种物质的所有可能的结构简式是__________________________________。解析答案?解析答案答案 C7H8O C7H8O分子可能存在不同结构时，需根据物质的特殊性质，通过定性或定量实验确定其结构式。解题反思变式训练2 现有分子式均为C3H6O2的四种有机物A、B、C、D，且分子中均含甲基，把它们分别进行下列实验加以鉴别，实验记录如下：则A、B、C、D的结构简式分别为
A________，B________，C________，D________。解析答案返回?解析答案D可发生水解反应，说明其为酯类，含有酯基，它不能与银氨溶液、新制的氢氧化铜悬浊液反应，即不含醛基，故D为CH3COOCH3。
答案 CH3CH2COOH CH3CHOHCHO HCOOCH2CH3 CH3COOCH3返回1.某有机物在氧气中充分燃烧，生成36 g水和44 g CO2，则关于该有机物的说法正确的是( )
A.分子式一定是CH4 B.分子式一定是CH4O
C.分子式可能是CH4或CH4O D.以上说法均不正确C 随堂达标检测解析答案12345?2.取一定量的某有机物在空气中完全燃烧，测得生成CO2和H2O的物质的量之比为2∶3，则该有机物的分子式不可能是( )
A.CH4 B.C2H6 C.C2H6O D.C2H6O2解析答案12345解析 由燃烧产物的物质的量之比可推知原有机物符合通式CnH3n或CnH3nOx。A解析答案123453.分子式为C4H8O3的有机物，一定条件下具有如下性质：①在浓硫酸存在下，能分别与CH3CH2OH或CH3COOH反应；②在浓硫酸存在下，能脱水生成一种能使溴水退色的物质，该物质只存在一种结构形式；③在浓硫酸存在下，能生成一种分子式为C4H6O2的五元环状化合物，则C4H8O3的结构简式为( )
A.HOCH2COOCH2CH3 B.CH3CH(OH)CH2COOH
C.HOCH2CH2CH2COOH D.CH3CH2CH(OH)COOHC解析 由①知C4H8O3中有—COOH和—OH，由②③知C4H8O3分子中碳链上无支链，且—OH在4号碳原子上，即结构简式为CH2OH(CH2)2COOH。123454.X是一种烃，它不能使KMnO4酸性溶液退色，0.5 mol X完全燃烧时生成27 g水和67.2 L CO2(标准状况)，则X是( )
A.环己烷 B.1,3--丁二烯
C.苯 D.甲苯解析答案C解析 n(烃)∶n(H)∶n(C)＝0.5∶ ＝1∶6∶6，故X为C6H6。解析答案123455．三聚氰胺最早被李比希于1834年合成，它有毒，不可用于食品加工或食品添加剂。经李比希法分析得知，三聚氰胺分子中，氮元素的含量高达66.67%，氢元素的质量分数为4.76%，其余为碳元素。它的相对分子质量大于100，但小于150。试回答下列问题：
(1)分子式中原子个数比N(C)∶N(H)∶N(N)＝______________。1∶2∶2解析答案12345(2)三聚氰胺分子中碳原子数为________，理由是_________________
______________________________________________________________
(写出计算式)。
(3)三聚氰胺的分子式为_______________。
(3)因为N(C)∶N(H)∶N(N)＝1∶2∶2，又N(C)＝3，所以，分子中N(C)、N(H)、N(N)分别为3、6、6。即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)为正整数，所以N(C)＝33即2.4＜N(C)＜3.6，又N(C)为正整数，所以N(C)＝3。解析答案返回12345(4)若核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，红外光谱表明有1个由碳、氮两
种元素组成的六元杂环。则三聚氰胺的结构简式为________________。解析 (4)核磁共振氢谱显示只有1个吸收峰，说明是对称结构，这6个H原子的环境相同，又碳为四价元素，氮为三价元素，六元环中C、N各有3个原子交替出现。第3节 合成高分子化合物
[目标导航] 1.了解高分子化合物的分类、组成与结构特点，能根据加成聚合反应产物的化学式确定单体和链节。2.能说明加成聚合反应和缩合聚合反应的特点，并能进行反应类型的判断。3.知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方法，并能够知道高分子化合物的特性。4.知道高分子材料与高分子化合物的关系，能举例说明一些常见高分子材料的用途。
一、高分子化合物
1．高分子化合物概述
(1)概念
高分子化合物：由许多小分子化合物以共价键结合成的、相对分子质量很高(通常为104～106)的一类化合物。也称聚合物或高聚物。
(2)基本概念
基本概念
含义
单体
能用来合成高分子化合物的小分子化合物
链节
高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位，也称重复结构单元
重复结构单元数或链节数
高分子链中含有链节的数目，通常用n表示
高聚物
由单体聚合而成的相对分子质量较大的化合物
例如：
nCH2===CH2
↓ ↓ ↓
单体 链节 链节数
2．高分子化合物的分类
(1)按来源分类，可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。如棉花、羊毛、天然橡胶属于天然高分子化合物；塑料、合成纤维、涂料等属于合成高分子化合物。
(2)按分子链的连接形式分类，可分为线型高分子，支链型高分子和体型高分子。
(3)按受热时的不同行为分类，可分为热塑性高分子和热固性高分子。热塑性高分子化合物可以反复加工，多次使用。热固性高分子化合物初次受热变软时，可以塑制成一定的形状，但硬化后，加热不会再软化。
(4)按工艺性质和使用分类，可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂与密封材料。
3．高分子化合物的合成——聚合反应
(1)概念
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反应，简称加聚反应，既属于加成反应，又属于聚合反应。如聚异戊二烯合成反应：
(异戊二烯) (聚异戊二烯(天然橡胶))。
②单体结构特点
含有、—C≡C—、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。
(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、HX等)产生。如：
＋nHOCH2CH2OH
＋2nH2O]。
②单体的结构特点
单体一般至少有两个官能团。如：乙二酸与乙二醇的缩聚反应等。
＋nHOCH2CH2OH
＋2nH2O。
nH2N—CH2＋nH2O。
有的单体也有其他结构特点。如：
＋CnHOH＋nH2O。
③缩聚反应产物的特点
单体与高分子化合物的链节组成不同，相差小分子化合物的组成。
议一议
1．单体与结构单元是否相同？有何关系？
答案 不相同。单体是反应物，结构单元是高分子中的最小重复单位；单体是物质，能独立存在，结构单元不是物质，只能存在于高分子中；单体含不饱和键，结构单元不一定含不饱和键。单体发生聚合反应就产生了结构单元。
2．今有高聚物
(1)单体是__________。
(2)基本结构单元是__________。
答案
3．下列合成有机高分子化合物的反应中：
＋nH2O
②nHCHO(CH2—O(
④nCH2===CH—CH===CH2＋
(CH2—CH===CH—CH2—CH2—
(1)属于加聚反应的是________(写序号，下同)。
(2)属于缩聚反应的是________。
答案 (1)②④ (2)①③
二、高分子化学反应及合成高分子材料
1．高分子化学反应
(1)概念：指有高分子化合物参与的化学反应。
(2) 应用：
①合成带有特定功能基团的新的高分子化合物。如纤维素改性制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维。
②合成不能直接通过小分子物质聚合而得到的高分子化合物。如聚乙烯醇，可先制得聚乙酸乙烯酯，再使其与甲醇发生酯交换反应而间接制得聚乙烯醇。化学方程式为
＋nCH3OH＋nCH3COOCH3。
③橡胶的硫化
线型的橡胶分子经过单硫键或双硫键等交联，形成空间网状结构，称为硫化橡胶。其弹性和耐磨性明显提高。
④降解——将高分子化合物的链节数变小或直接得到单体，这是处理有机化合物污染环境的最佳途径。
2．合成高分子材料
合成高分子材料是以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂，经过一定加工过程制成的材料。包括常见的合成高分子材料和功能高分子材料。
(1)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，可以起到保护、指示以及美化的作用。
③黏合剂
目前使用的黏合剂的主要成分是树脂，是由酚醛树脂、脲醛树脂等为主要成分制成的。
(2)功能高分子材料
①功能高分子
在合成高分子的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子称为功能高分子。
②几种常见的功能高分子材料
a．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对苯二乙烯的交联聚合物。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
按照交换基团性质的不同
b．医用高分子
最早使用的医用高分子是代替手术缝合线的聚乳酸。目前，常见的医用高分子包括硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等，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。
c．膜用高分子和催化剂高分子
具有各种分离功能的高分子分离膜在食品加工和污水处理等领域有着独特的应用；高分子催化剂可以极大地改变化学反应速率。
议一议
1．高分子化合物的化学性质由什么决定？
答案 结构决定性质，高分子化合物的化学性质，也由分子中特殊的结构官能团决定。
2. 举出几个实例加深理解高分子化学反应的应用？
答案 (1)硝酸和纤维素反应可制取硝化纤维。
(2)甲醇和聚乙酸乙烯酯反应可制取聚乙烯醇。
(3)。
有机玻璃
(4)线型橡胶和硫单质作用，可制取硫化橡胶。
3．人造纤维和合成纤维有什么不同？
答案 (1)人造纤维的主要原料是天然高分子化合物，主要是纤维素；而合成纤维的主要原料是石油化工或煤化工产品——气态或液态烃及其衍生物，是小分子化合物。
(2)人造纤维的主要生产目的是改变天然高分子化合物的性能，如醋酸纤维比纤维素难燃烧。合成纤维的生产目的是把非纤维状物质转变为纤维状的物质。
一、合成高分子化合物的基本反应类型
1．加聚反应和缩聚反应的对比
加聚反应
缩聚反应
单体结构
单体必须是含有双键等不饱和键的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)
单体为含有两个或两个以上官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物
反应机理
反应发生在不饱和键上
反应发生在官能团之间
聚合方式
通过在不饱和键上的加成而连接
通过缩合脱去小分子而连接
反应特点
只生成高聚物，没有副产物产生
生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成(如H2O、NH3、HCl等)
聚合物的化学组成
所得高聚物的化学组成跟单体的最简式相同，其相对分子质量r＝Mr(单体)×n(链节数)
所得的高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同。其相对分子质量r<[Mr(单体)×n(链节数)]
2.聚合反应的常见类型
(1)加聚反应
①自聚反应：发生反应的单体只有一种。如：
②共聚反应：发生反应的单体有两种或多种。如：
nCH2===CH2＋nCH2===CH—CH3
(2)缩聚反应
①聚酯类：—OH与—COOH间的缩聚
nHOCH2—CH2—OH＋nHOOC—COOH
＋2nH2O
nHOCH2—CH2—COOH＋nH2O
②聚氨基酸类：—NH2与—COOH间的缩聚
nH2N—CH2COOH＋nH2O
nH2NCH2COOH＋
③酚醛树脂类
特别提醒
(1)加聚反应聚合物的书写：加聚反应实质是发生加成反应，因此在书写聚合物时要把单键上的原子或原子团“一边”写在垂直的位置上。例如：
(2)缩聚产物聚合物的书写
书写缩聚物时，单体的物质的量与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的物质的量。一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为n，由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的物质的量为2n。
例1 下列化合物中：a.
b．HO(CH2)2OH c．CH3CH===CH—CN
d． e．HOOC(CH2)4COOH
(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母，下同)，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________，缩聚物的结构简式为________________________________________________________________________。
(3)两种分子间可发生缩聚反应的化合物是________和________，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分子结构中含有两个不同的官能团，所以同一单体间可发生缩聚反应。b、e分子中含有两个相同的官能团，所以两种分子之间可发生缩聚反应。
答案 (1)c
(2)a
(3)b e (O(CH2)2OOC(CH2)4CO(
解题反思
判断是发生加聚反应还是缩聚反应，要看单体的结构：单体中含有不饱和键，往往发生加聚反应，并且链节主链上只有碳原子；单体中含有两种或两种以上的官能团，往往发生缩聚反应，主链上除碳原子外还有其他原子。
变式训练1 下列有机化合物，既能发生加成反应，又能发生加聚反应，还能发生缩聚反应的是( )
C．CH2===CH—COOH
答案 B
解析 能发生加成反应的含有、—C≡C—或—CHO等；能发生加聚反应的含有、—C≡C—等；能发生缩聚反应的含有—NH2与—COOH、—OH与—COOH或酚羟基与醛基等。
二、有机高分子化合物单体的推断
1．加聚产物单体的推断
(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。
如其单体是
(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。
如的单体为
CH2===CH2和CH3—CH===CH2。
(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。
如： 的单体是CHCH2CHCH2和
(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
(1)若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。如的单体是和HCHO。
(2)若链节中含有以下结构，(O—R(、其单体必为一种，如
(O—CH2CH2(的单体为HO—CH2CH2—OH，
的单体为
(3)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中碳氧单链断开，去掉括号和n，左边加羟基，右边加氢即可，如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。
(4)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CH3CHNH2COOH。
特别提醒
链节特点
聚合物
全是C—C键或有C—C键和C===C键
加聚物
含“—COO—”或“—CO—NH—”或
缩聚物
(O—CH2(
HCHO的加聚物
例2 下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( )
B．(CH2CH===CHCH2(
解析 分析题中四个选项：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；只有D项中含有官能团故D项是通过缩聚反应生成的。
答案 D
解题反思
找单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维反推单体，找准分离处，聚合时的结合点必为分离处，同时在进行单体判断时，不要被书写方式迷惑，要注意单键可以旋转。推导思路：
变式训练2 请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应空格内。
(1)聚氯乙烯单体为________，反应类型为________。
(2)单体为________，反应类型为________。
(3)的单体为________________、________________、________________。
(4)天然橡胶单体为____________________________________，
反应类型为________。
(5)锦纶单体为________，反应类型为________。
(6)涤纶单体是
________________________________________________________________________，
反应类型为________________，制备涤纶的化学方程式为______________________。
(7)单体为________，反应类型为
________，由单体合成该物质反应的化学方程式为_______________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)CH2===CH—Cl 加聚反应
(2)CH2===CH—CH3、 加聚反应
(3)CH2===CH—CH===CH2
(4) 加聚反应
(5)H2N—(CH2)5COOH 缩聚反应
(6) HOCH2CH2OH 缩聚反应
＋nHOCH2CH2OH＋2nH2O
(7) 缩聚反应
＋nH2O
解析 根据高分子化合物的结构特点，确定聚合反应的反应类型，再依据加聚、缩聚产物单体的判断方法，逐个进行分析、判断。
1．聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好，不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等特点。聚丙烯酸酯的结构简式是，它属于( )
①无机化合物 ②有机化合物 ③高分子化合物 ④离子化合物 ⑤共价化合物
A．①③④ B．①③⑤
C．②③⑤ D．②③④
答案 C
解析 聚丙烯酸酯是有机高分子化合物，不属于无机化合物，也不是离子化合物。
2．丁腈橡胶具有优良的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶的原料是( )
①CH2===CH—CH===CH2
②CH3CCCH3
③CH2===CH—CN
④CH3—CH===CH—CN
⑤CH3—CH===CH2
⑥CH3—CH===CH—CH3
A．③⑥ B．②③ C．①③ D．④⑤
答案 C
解析 由丁腈橡胶的结构简式可知为加聚产物，根据加聚产物单体的判断方法，“见双键，四个碳”，断键后单双键交替，即得单体为CH2===CH—CN和CH2===CH—CH===CH2。
3．喷水溶液法是科学家近期研制出的一种使沙漠变绿洲的新技术。它是先在沙漠上喷洒一定量的聚丙烯酸酯()“水溶液”，“水溶液”中的高分子化合物与沙土粒子结合，在地下30～50 cm处形成一个厚0.5 cm的隔水层，既能阻止地下的盐碱上升，又有拦截、蓄积雨水的作用。下列关于聚丙烯酸酯的说法不正确的是( )
A．合成它的单体是CH2===CH—COOR
B．它是通过加聚反应得到的
C．在一定条件下能发生水解反应
D．在一定条件下能发生加成反应
答案 D
解析 本题中聚丙烯酸酯类似聚乙烯(CH2—CH2(，那么单体也可以类推为CH2===CH—COOR，A正确；发生的是加聚反应，B正确；又因为该聚合物高分子中含有—COOR，属于酯类，可以水解，C正确；由于加聚之后，该高分子中不含有碳碳双键，因此不能发生加成反应，D不正确。
4．下列高分子化合物只由一种单体缩聚而成的是( )
答案 C
解析 A是由乙烯和丙烯以物质的量之比为1∶1加聚反应生成的；B是由和HOCH2CH2OH两种单体缩聚反应生成的；C是由发生缩聚反应生成的；D是由
H2N(CH2)6NH2和HOOC(CH2)4COOH发生缩聚反应生成的。
5．聚合物 (结构简式)可被人体吸收，常作为外科缝合手术的材料，该物质由下列哪种物质聚合而成( )
A．CH3CH(OH)COOH
B．HCOOCH2OH
C．HOCH2CH2COOH
D．HOCH(CH3)COOCH(CH3)CH2OH
答案 A
解析 由题干中给出的高聚物的部分结构可知，该高聚物中含有酯基，是单位间通过缩聚反应制得的，将题干给出的部分结构中的酯基水解，可得到单体CH3CH(OH)COOH。
6．按要求解答下列各题。
(1)丁苯橡胶的结构简式为合成此种橡胶的单体应是________________(填序号)。
②CH3—CH===CH—CH3
③CH2===CH—CH===CH2
④CH≡C—CH3
(2)作为单体，能在一定条件下发生加聚反应生成的是________(填字母，下同)。
a．氯乙烯 b．氯乙烯 乙烯
(3)下列单体在一定条件下能发生加聚反应生成的是________。
a．CH3CH===CH2和CH4
c．CH3CHCH2和CH≡CH
(4)下列可作为高分子化合物单体的是________。
a．CH2===CH—CH3和CH2===CH—CH===CH2
b．CH2===CH2和CH2===CH—CH===CH2
c．CH3—CH2—CH===CH2和CH2===CH—CH3
d．CH2===CH2和CH2===CH—CH3
(5)和的单体分别为__________________________，__________________________。
答案 (1)①③ (2)c (3)c (4)d
HOCOCOOH、HOCH2CH2OH
解析 (1)由丁苯橡胶的结构简式可知它是由加聚反应而得，按“见双键，四个碳，无双键，两个碳”画线断开，将单双键互换即得到单体。
聚合物的两种单体分别为和CH2===CH—CH===CH2。
(2)该高聚物主链全部是碳原子，它是加聚反应的产物，其单体为
(3)该高聚物主链由于双键位于链节端处的两个碳原子之间，故其单体必有CH≡CH，另一单体必为CH2===CH—CH3。
(4)该高聚物为加聚产物，主链含碳原子，可知其单体为CH2===CH2和CH2===CH—CH3。
(5)两种有机物主链上含有键，可知它们都是缩聚产物。根据“断碳氧键，碳补羟基，氧补氢”的原则，可得其单体分别为
HOCH2CH2OH。
[经典基础题]
题组1 高分子化合物及合成高分子材料
1．下列涉及有机物性质或应用的说法正确的是( )
A．利用可降解的“玉米塑料”替代一次性饭盒，可减少白色污染
B．乙烯、聚氯乙烯都能使溴水退色
C．保鲜膜、一次性食品袋的主要成分是聚氯乙烯
D．人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子化合物
答案 A
解析 A项，使用普通塑料做一次性饭盒，因普通塑料难以分解，导致白色污染，使用可降解的“玉米塑料”替代一次性饭盒，可减少白色污染，A项正确；B项，聚氯乙烯中没有碳碳双键，不能使溴水退色，B项错误；C项，聚氯乙烯中常含有对人体有害的增塑剂，不能用做保鲜膜、一次性食品袋，C项错误；D项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，不是有机高分子化合物，D项错误。
2．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．①②③④⑤
答案 D
解析 常用功能高分子材料的分类如下：(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。
3．某高分子化合物R的结构简式为，下列有关R的说法正确的是( )
A．R的一种单体的分子式可能为C9H10O2
B．R完全水解后生成物均为小分子有机物
C．可以通过加聚反应和缩聚反应合成R
D．碱性条件下，1 mol R完全水解消耗NaOH的物质的量为2 mol
答案 C
解析 R的一种单体的分子式为C9H10O3，A项错误；R的水解产物中含高分子化合物，B项错误；R为高分子化合物，碱性条件下，1 mol R完全水解消耗NaOH的物质的量远大于2 mol，D项错误。
题组2 单体与聚合反应
4．下列物质中既能发生加聚反应，又能发生缩聚反应的有( )
C．HO—CH2—COOH
D．H2N—CH2—CH===CH—COOH
答案 D
解析 能发生加聚反应和缩聚反应的化合物中应含有的官能团是—COOH、—NH2(或—OH)等。
5．分别用下列各组物质作为单体，在一定条件下，通过缩合聚合反应能合成高分子化合物的是( )
①乙烯、丙烯、苯乙烯 ②乙酸、乙二醇 ③1,6-己二酸、1,6-己二胺 ④对苯二甲酸、乙二醇 ⑤α-氨基乙酸、α-氨基丙酸 ⑥α-羟基丙酸(或乳酸)
A．①③⑤⑥ B．①②③④
C．③④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
答案 C
解析 缩聚反应中，单体必须含有两个官能团。③中含有—COOH和—NH2；④中含有—COOH和—OH；⑤中含有—COOH和—NH2；⑥中含有—COOH和—OH。
6．有4种有机物、 ④H3C—CH===CH—CN，其中可用于合成结构简式为高分子材料的单体是( )
A．①③④ B．①②③
C．①②④ D．②③④
答案 D
解析 本题是找出合成该高分子材料的单体。从所给高分子材料的结构和4种有机物来看，应是加聚产物。采用“逢双开路断单键，端头加键成单体”的方法，可得④③②这3种物质。应选D。
7．PLA()是一种新型可生物降解的高分子材料。PLA的合成路线如下：
淀粉葡萄糖乳酸PLA
下列说法中，正确的是( )
A．PLA结构中含有酯基
B．淀粉和葡萄糖互为同分异构体
C．过程②的反应类型是水解反应
D．1 mol乳酸与足量的金属钠反应最多可生成0.5 mol H2
答案 A
解析 由PLA的结构简式知其为缩聚产物，单体乳酸为，PLA中含有酯基，故A正确；乳酸中含有一个—OH和一个—COOH，都可以与金属钠反应，故1 mol乳酸可产生1 mol H2，D错误；淀粉和葡萄糖分子式不同，B错误；葡萄糖在催化剂作用下生成乳酸，不属于水解反应，C错误。
8．某种具有较好耐热性、耐水性和高频电绝缘性的高分子化合物的结构片断为
则生成该树脂的单体的种数和化学反应所属类型正确的是( )
A．1种，加聚反应 B．2种，缩聚反应
C．3种，加聚反应 D．3种，缩聚反应
答案 D
解析 从分子的组成来看，应是缩聚反应的产物，而且分子是由三种单体缩聚得到的，分别是OH、HCHO、NH2。
9．ABS合成树脂的结构简式可表示为则生成该树脂的单体种类和化学反应所属类别正确的是( )
A．1种 加聚反应 B．2种 缩聚反应
C．3种 加聚反应 D．3种 缩聚反应
答案 C
解析 对ABS合成树脂的结构简式进行分析：主链上只有碳原子，没有其他原子或官能团，一定是加聚反应产物，且有一个碳碳双键，有一种单体为二烯烃：CH2===CHCH===CH2，另外两种单体为CH2===CHCN和
10．DAP是电器和仪表中常用的一种高分子化合物，它的结构简式如下：
则合成这一化合物分子的单体是( )
A．CH3—CH===CH—CH2OH和
B．和CH2===CH2
C．和H2C===CHCOOH
D．CH2===CH—CH2OH和
答案 D
解析 该高聚物的形成过程属于加聚反应，直接合成该高聚物的物质为
该物质属于酯类，由CH2===CH—CH2OH和通过酯化反应生成，因此该高聚物是由CH2===CH—CH2OH和先发生酯化反应，后发生加聚反应生成的。
[能力提升题]
11．在国际环境问题中，一次性使用的聚苯乙烯材料带来的白色污染问题较为突出。德国Danone公司开发出具有60天自行降解功能的聚乳酸()包装材料。
(1)聚苯乙烯造成白色污染的原因是__________________________________________。
(2)乳酸可从甜菜发酵的糖液中提取，试写出乳酸的结构简式__________。
(3)由乳酸合成聚乳酸的反应属于________类型，写出该反应的化学方程式________________________________________________________________________。
(4)聚乳酸的降解可分成两个阶段，先降解为乳酸单体，然后乳酸在微生物作用下彻底分解，则分解的最终产物是____________。
(5)科学家研究出了以下可降解塑料：
3HB的单体叫3?羟基丙酸，则4HB的单体叫_________________________________。
答案 (1)不易分解 (2)
(3)缩聚反应
＋nH2O
(4)CO2和H2O (5)4?羟基丁酸
12．PBS是一种可降解的聚酯类高分子材料，可由马来酸酐等原料以下列路线合成：
(1)A→B的反应类型是____________；B的结构简式是____________。
(2)C中含有的官能团名称是________；D的名称(系统命名)是________。
(3)半方酸是马来酸酐的同分异构体，分子中含1个环(四元碳环)和1个羟基，但不含—O—O—，半方酸的结构简式是________。
(4)由B和D合成PBS的化学方程式是________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)下列关于A的说法正确的是________(填字母)。
a．能使酸性KMnO4溶液或溴的CCl4溶液退色
b．能与Na2CO3反应，但不与HBr反应
c．能与新制Cu(OH)2悬浊液反应
d．1 mol A完全燃烧消耗5 mol O2
答案 (1)加成反应(或还原反应)
HOOCCH2CH2COOH
(2)碳碳叁键、羟基 1,4?丁二醇
(4)nHOOCCH2CH2COOH＋nHOCH2CH2CH2CH2OH
(5)ac
解析 结构决定性质，性质反映结构，解题时要先观察分子内的官能团，然后再根据官能团的性质确定有机物能发生的反应；写同分异构体时应根据分子式和题目所给要求来写。
(1)A的结构中含有碳碳双键，与H2发生加成反应生成B：HOOCCH2CH2COOH。(2)甲醛分子内的醛基与乙炔分子内的氢原子发生加成反应生成C：含有碳碳叁键和羟基。D的名称是1,4?丁二醇。(3)马来酸酐的分子式为C4H2O3，不饱和度为4，根据要求可写出半方酸的结构简式为 (4)HOOCCH2CH2COOH与HOCH2CH2CH2CH2OH发生酯化反应的化学方程式为nHOOCCH2CH2COOH＋nHOCH2CH2CH2CH2OH＋2nH2O。(5)A分子内含有碳碳双键，可以被酸性高锰酸钾溶液氧化，使酸性高锰酸钾溶液退色，能与溴发生加成反应而使溴的CCl4溶液退色，也能与HBr发生加成反应；分子内含有羧基，可以与Na2CO3反应生成CO2；A分子内不含醛基，但含有羧基，与氢氧化铜发生酸碱中和反应；A的分子式为C4H4O4,1 mol A完全燃烧消耗氧气3 mol。
13．尼龙-66广泛用做制造机械、汽车、化学与电气装置的零件，亦可制成薄膜用做包装材料，其合成路线如下图所示(中间产物E给出了两条合成路线)。
已知：R—ClR—CNR—CH2NH2
完成下列填空：
(1)写出反应类型：反应②______________________；反应③________________。
(2)写出化合物D的结构简式：_______________________________________________。
(3)写出一种与C互为同分异构体，且能发生银镜反应的化合物的结构简式：________________________________________________________________________。
(4)写出反应①的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)下列化合物中能与E发生化学反应的是______(填字母)。
a．NaOH b．Na2CO3 c．NaCl d．HCl
(6)用化学方程式表示化合物B的另一种制备方法(原料任选)：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)氧化反应 缩聚反应
(2)H4NOOC(CH2)4COONH4
(5)d
(合理即可)
解析 此题可采用倒推的方式来解。根据尼龙-66的结构简式可推出C、E分别是HOOC(CH2)4COOH、H2N(CH2)6NH2。根据题给信息可知A为
Cl—CH2—CH===CH—CH2—Cl，
由CH2===CH—CH===CH2到A应是1,3-丁二烯与Cl2的1,4-加成。B是环己醇，由应属于醇的催化氧化。
(3)关于C的同分异构体，符合题意的有很多，常见的有两类：一类是将—COOH拆成—CHO和—OH，另一类是将—COOH改成HCOO—(即甲酸酯类)。
(5)H2N(CH2)6NH2有碱性，能与HCl发生反应。
14．化合物C和E都是医用功能高分子材料，且有相同的元素百分组成，均可由化合物A(C4H8O3)制得，如图所示，B和D互为同分异构体。
请回答下列问题：
(1)试写出化学方程式：
A→D：________________________________________________________________________；
B→C：________________________________________________________________________。
(2)反应类型：
A→B________________________________________________________________________；
B→C________________________________________________________________________；
A→E________________________________________________________________________。
(3)E的结构简式：___________________________________。
(4)A的同分异构体(同类别且有支链)的结构简式：
______________、______________。
(2)消去反应 加聚反应 缩聚反应
解析 由题目给定条件“A分子式为C4H8O3，具有酸性”知A分子中应有一个—COOH，且除“”外再无双键。又A可以发生消去反应生成B，也可以脱去一分子H2O形成五元环状化合物，则A的结构简式为
课件75张PPT。第3节 合成高分子化合物第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物1.了解高分子化合物的分类、组成与结构特点，能根据加成聚合反应产物的化学式确定单体和链节。
2.能说明加成聚合反应和缩合聚合反应的特点，并能进行反应类型的判断。
3.知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方法，并能够知道高分子化合物的特性。
4.知道高分子材料与高分子化合物的关系，能举例说明一些常见高分子材料的用途。目标导航基础知识导学重点难点探究随堂达标检测栏目索引一、高分子化合物
1.高分子化合物概述
(1)概念
高分子化合物：由许多小分子化合物以共价键结合成的、相对分子质量很高(通常为104～106)的一类化合物。也称 或 。 基础知识导学聚合物高聚物答案(2)基本概念小分子化合物化学组成相同、可重复的最小单位单体答案↓ ↓ ↓例如：单体链节链节数答案 相关视频2.高分子化合物的分类
(1)按来源分类，可分为 和 。如棉花、羊毛、天然橡胶属于 高分子化合物；塑料、合成纤维、涂料等属于 高分子化合物。
(2)按分子链的连接形式分类，可分为 ，支链型高分子和
。
(3)按受热时的不同行为分类，可分为 高分子和 高分子。 高分子化合物可以反复加工，多次使用。 高分子化合物初次受热变软时，可以塑制成一定的形状，但硬化后，加热不会再软化。天然高分子化合物合成高分子化合物天然答案合成线型高分子体型高分子热塑性热固性热塑性热固性(4)按工艺性质和使用分类，可分为塑料、 、 、涂料、 与密封材料。
3.高分子化合物的合成——聚合反应
(1)概念
①定义：由 物质合成 化合物的化学反应。
②分类： 反应和 反应。橡胶纤维黏合剂答案小分子高分子加成聚合缩合聚合(2)加成聚合反应
①反应特点
单体通过 的方式生成高分子化合物的反应，简称 ，既属于 反应，又属于 反应。如聚异戊二烯合成反应：加成加聚反应加成答案聚合(聚异戊二烯(天然橡胶))。③加聚产物特点
单体与高分子的组成 ，即元素的质量比、原子个数比 ，聚合产物的相对分子质量为单体的整数倍。②单体结构特点
含有相同相同答案、—C≡C—、等不饱和键。(3)缩合聚合反应
①反应特点
单体通过分子间的 而生成高分子化合物的聚合反应，简称
反应。所得的高分子化合物称为 ，在反应过程中伴随有
(如H2O、HX等)产生。如：相互缩合缩聚缩聚物答案小分子化合物＋nHOCH2CH2OH＋2nH2O 。＋nHOCH2CH2OH②单体的结构特点
单体一般至少有两个官能团。如：乙二酸与乙二醇的缩聚反应等。答案＋2nH2O 。nH2N—CH2答案＋nH2O 。有的单体也有其他结构特点。如：＋nH2O 。③缩聚反应产物的特点
单体与高分子化合物的链节组成不同，相差 。小分子化合物的组成议一议1．单体与结构单元是否相同？有何关系？ 答案 不相同。单体是反应物，结构单元是高分子中的最小重复单位；单体是物质，能独立存在，结构单元不是物质，只能存在于高分子中；单体含不饱和键，结构单元不一定含不饱和键。单体发生聚合反应就产生了结构单元。 答案2.今有高聚物答案(1)单体是_______________。(2)基本结构单元是__________________。3.下列合成有机高分子化合物的反应中：＋nH2O②nHCHO?CH2—O?④nCH2==CH—CH==CH2＋答案?CH2—CH==CH—CH2-—CH2(1)属于加聚反应的是________(写序号，下同)。
(2)属于缩聚反应的是________。②④①③1.高分子化学反应
(1)概念：指有 参与的化学反应。
(2)应用：
①合成带有 的新的高分子化合物。如纤维素改性制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维。
②合成不能直接通过 聚合而得到的高分子化合物。如聚乙烯醇，可先制得聚乙酸乙烯酯，再使其与甲醇发生酯交换反应而间接制得聚乙烯醇。化学方程式为高分子化合物特定功能基团小分子物质答案 。③橡胶的硫化
线型的橡胶分子经过 或 等交联，形成 结构，称为硫化橡胶。其弹性和耐磨性明显提高。
④降解——将高分子化合物的链节数变小或直接得到 ，这是处理有机化合物污染环境的最佳途径。单硫键双硫键空间网状答案＋nCH3COOCH3单体2.合成高分子材料
合成高分子材料是以合成高分子化合物为基本原料，加入适当 ，经过一定加工过程制成的材料。包括常见的合成高分子材料和功能高分子材料。
(1)常见的合成高分子材料
①塑料
塑料通常是由 及各种 组成的。
②涂料
涂料是一种涂布于物体表面后能结成 的物质，可以起到保护、指示以及美化的作用。助剂助剂坚韧保护膜答案树脂③黏合剂
目前使用的黏合剂的主要成分是 ，是由酚醛树脂、脲醛树脂等为主要成分制成的。
(2)功能高分子材料
①功能高分子
在合成高分子的主链或支链上接上 ，使高分子具有特殊的功能，以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子称为功能高分子。树脂带有某种特定功能的官能团答案阳离子交换树脂：含 、 等酸性
基团，如磺酸型阳离子交换树脂的交换原理为(以Ca2＋为例)：
2R—SO3H＋Ca2＋(R—SO3)2Ca＋2H＋
阴离子交换树脂：含有 、 等
碱性基团，用于与溶液中的阴离子进行交换按照交换基团性质的不同对苯二乙烯离子交换磺酸基(—SO3H)②几种常见的功能高分子材料
a.离子交换树脂：由一种 溶于水的高分子骨架和若干 组成的树脂，最常用的树脂母体是 与 的交联聚合物。具有 能力，常用于物质分离提纯。离子交换树脂可分为不活性基团苯乙烯答案羧基(—COOH)季铵基[R—N＋(CH3)3]氨基(—NH2)b.医用高分子
最早使用的医用高分子是代替手术缝合线的 。目前，常见的医用高分子包括硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等，它们的 较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。
c.膜用高分子和催化剂高分子
具有各种分离功能的高分子分离膜在食品加工和污水处理等领域有着独特的应用；高分子催化剂可以极大地改变化学反应速率。聚乳酸生物相容性答案议一议1.高分子化合物的化学性质由什么决定？ 答案 结构决定性质，高分子化合物的化学性质，也由分子中特殊的结构官能团决定。 答案2.举出几个实例加深理解高分子化学反应的应用？答案 (1)硝酸和纤维素反应可制取硝化纤维。
(2)甲醇和聚乙酸乙烯酯反应可制取聚乙烯醇。答案(4)线型橡胶和硫单质作用，可制取硫化橡胶。3.人造纤维和合成纤维有什么不同？答案 (1)人造纤维的主要原料是天然高分子化合物，主要是纤维素；而合成纤维的主要原料是石油化工或煤化工产品——气态或液态烃及其衍生物，是小分子化合物。
(2)人造纤维的主要生产目的是改变天然高分子化合物的性能，如醋酸纤维比纤维素难燃烧。合成纤维的生产目的是把非纤维状物质转变为纤维状的物质。答案返回 重点难点探究一、合成高分子化合物的基本反应类型
1.加聚反应和缩聚反应的对比2.聚合反应的常见类型
(1)加聚反应
①自聚反应：发生反应的单体只有一种。如：②共聚反应：发生反应的单体有两种或多种。如：(2)缩聚反应
①聚酯类：—OH与—COOH间的缩聚＋2nH2O＋nH2O②聚氨基酸类：—NH2与—COOH间的缩聚＋nH2OnH2NCH2COOH＋③酚醛树脂类(1)加聚反应聚合物的书写：加聚反应实质是发生加成反应，因此在书写聚合物时要把单键上的原子或原子团“一边”写在垂直的位置上。例如：特别提醒(2)缩聚产物聚合物的书写
书写缩聚物时，单体的物质的量与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的物质的量。一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为n，由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的物质的量为2n。例1 下列化合物中：a. b.HO(CH2)2OH c.CH3CH==CH—CN d.e.HOOC(CH2)4COOH(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母，下同)，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________，缩聚物的结构简式为_____________________________________________。
(3)两种分子间可发生缩聚反应的化合物是________和________，缩聚物的结构简式为________。解析答案解析 c分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；a分子结构中含有两个不同的官能团，所以同一单体间可发生缩聚反应。b、e分子中含有两个相同的官能团，所以两种分子之间可发生缩聚反应。答案 (1)c (2)a(3)b e ?O(CH2)2OOC(CH2)4CO?判断是发生加聚反应还是缩聚反应，要看单体的结构：单体中含有不饱和键，往往发生加聚反应，并且链节主链上只有碳原子；单体中含有两种或两种以上的官能团，往往发生缩聚反应，主链上除碳原子外还有其他原子。解题反思变式训练1 下列有机化合物，既能发生加成反应，又能发生加聚反应，还能发生缩聚反应的是( )解析答案C.CH2==CH—COOH答案 B二、有机高分子化合物单体的推断
1.加聚产物单体的推断
(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。如 其单体是 (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。
如 的单体为CH2==CH2和CH3—CH==CH2。(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。如： 的单体是CHCH2CHCH2和 (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
(1)若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。如
的单体是 和HCHO。(2)若链节中含有以下结构，?O—R?、
其单体必为一种，如?O—CH2CH2? 的单体为HO—CH2CH2—OH，
的单体为 (3)若链节中含有 部分，则单体为羧酸和醇，将 中碳氧单链断开，去掉括号和n，左边加羟基，右边加氢即可，如
的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。(4)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CH3CHNH2COOH。特别提醒例2 下列高聚物中，由两种不同的单体通过缩聚反应制得的是( )B.?CH2CH==CHCH2?解析答案解析 分析题中四个选项：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；只有D项
中含有官能团 故D项是通过缩聚反应生成的。答案 D找单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维反推单体，找准分离处，聚合时的结合点必为分离处，同时在进行单体判断时，不要被书写方式迷惑，要注意单键可以旋转。推导思路：解题反思变式训练2 请将合成下列高分子材料所用的单体、反应类型填入相应空格内。(1)聚氯乙烯单体为________，反应类型为________。(2) 单体为______，反应类型为________。(3) 的单体为____、_____、____。(4)天然橡胶 单体为______________________，
反应类型为________。(5)锦纶 单体为________，反应类型为________。(6)涤纶 单体是_________，
反应类型为________________，制备涤纶的化学方程式为___________。解析答案(7) 单体为________，反应类型为______________，
由单体合成该物质反应的化学方程式为________________________。返回解析 根据高分子化合物的结构特点，确定聚合反应的反应类型，再依据加聚、缩聚产物单体的判断方法，逐个进行分析、判断。答案 (1)CH2==CH—Cl 加聚反应(2)CH2==CH—CH3、 加聚反应(3)CH2==CH—CH==CH2 (4) 加聚反应解析答案(5)H2N—(CH2)5COOH 缩聚反应解析答案(7) 缩聚反应＋nH2O返回1．聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好，不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等特点。聚丙烯酸酯的结构简式是
，它属于( )
①无机化合物 ②有机化合物 ③高分子化合物 ④离子化合物 ⑤共价化合物
A．①③④ B．①③⑤
C．②③⑤ D．②③④ 随堂达标检测解析答案123456解析 聚丙烯酸酯是有机高分子化合物，不属于无机化合物，也不是离子化合物。答案 C1234562.丁腈橡胶 具有优良
的耐油、耐高温性能，合成丁腈橡胶的原料是( )
①CH2==CH—CH==CH2 ②CH3C≡CCH3 ③CH2==CH—CN
④CH3—CH==CH—CN ⑤CH3—CH==CH2 ⑥CH3—CH==CH—CH3
A.③⑥ B.②③ C.①③ D.④⑤解析答案123456解析 由丁腈橡胶的结构简式可知为加聚产物，根据加聚产物单体的判断方法，“见双键，四个碳”，断键后单双键交替，即得单体为CH2==CH—CN和CH2==CH—CH==CH2。
答案 C123456解析答案3．喷水溶液法是科学家近期研制出的一种使沙漠变绿洲的新技
术。它是先在沙漠上喷洒一定量的聚丙烯酸酯( )
“水溶液”，“水溶液”中的高分子化合物与沙土粒子结合，在
地下30～50 cm处形成一个厚0.5 cm的隔水层，既能阻止地下的盐碱上升，又有拦截、蓄积雨水的作用。下列关于聚丙烯酸酯的说法不正确的是( )
A．合成它的单体是CH2===CH—COOR
B．它是通过加聚反应得到的
C．在一定条件下能发生水解反应
D．在一定条件下能发生加成反应123456解析答案123456答案 D4.下列高分子化合物只由一种单体缩聚而成的是( )解析答案123456解析 A是由乙烯和丙烯以物质的量之比为1∶1加聚反应生成的；D是由H2N(CH2)6NH2和HOOC(CH2)4COOH发生缩聚反应生成的。答案 C1234565.聚合物 (结构简式)可被人
体吸收，常作为外科缝合手术的材料，该物质由下列哪种物质聚合而成( )
A.CH3CH(OH)COOH
B.HCOOCH2OH
C.HOCH2CH2COOH
D.HOCH(CH3)COOCH(CH3)CH2OH解析答案123456解析 由题干中给出的高聚物的部分结构可知，该高聚物中含有酯基，是单位间通过缩聚反应制得的，将题干给出的部分结构中的酯基水解，可得到单体CH3CH(OH)COOH。
答案 A1234566.按要求解答下列各题。
(1)丁苯橡胶的结构简式为 合成
此种橡胶的单体应是________________(填序号)。解析答案②CH3—CH==CH—CH3 ③CH2==CH—CH==CH2④CH≡C—CH3123456答案 ①③ 123456(2)作为单体，能在一定条件下发生加聚反应生成
的是________(填字母，下同)。
a.氯乙烯 b.氯乙烯 乙烯解析答案123456答案 c123456(3)下列单体在一定条件下能发生加聚反应生成
的是_____。
a.CH3CH==CH2和CH4解析答案c.CH3CHCH2和CH≡CH解析 该高聚物主链由于双键位于链节端处的两个碳原子之间，故其单体必有CH≡CH，另一单体必为CH2==CH—CH3。c123456(4)下列可作为高分子化合物 单体的是
______。解析答案a.CH2==CH—CH3和CH2==CH—CH==CH2
b.CH2==CH2和CH2==CH—CH==CH2
c.CH3—CH2—CH==CH2和CH2==CH—CH3
d.CH2==CH2和CH2==CH—CH3解析 该高聚物为加聚产物，主链含碳原子，可知其单体为CH2==CH2和CH2==CH—CH3。d123456(5) 和
的单体分别为____________________，__________________________。解析答案返回123456解析答案123456返回123456
