第1课时 有机化学反应的主要类型
新课程标准
学业质量水平
1.认识加成、取代、消去反应及氧化还原反应的特点和规律。2.了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。
1.宏观辨识与微观探析:能从物质结构的角度认识有机化合物的有关性质,并能从官能团、反应试剂以及反应条件判断反应类型与反应产物之间的关系。2.证据推理与模///型认知:从反应物和生成物的官能团转化与断键成键的角度概括反应特征与规律,利用反应类型的规律判断、说明和预测有机化合物的性质。
必备知识·素养奠基
一、加成反应
项目
内容
定义
有机化合物分子中的不饱和键两端的两个原子与其他原子或原子团结合,生成新的有机化合物的反应
可以发生加成反应的物质
不饱和键
碳碳双键、碳碳三键、苯环、碳氧双键
有机物
烯烃、炔烃、芳香族化合物、醛、酮等
试剂
常见的有H2、X2、HX、HCN、H2O等
反应规律
+-(δ+表示正电荷,δ-表示负电荷)
实例
(1)CH2CH2+H2OCH3CH2OH(2)CH≡CH+HCNCH2CH—CN(3)CH2CH2+HBrCH3CH2Br
【巧判断】
(1)能发生加成反应的有机物一定含不饱和键。
( )
提示:√。只有分子中含有不饱和键,才能发生加成反应。
(2)丙烯与氯气只能发生加成反应。
( )
提示:×。丙烯和氯气还可以发生α-H的取代反应。
(3)单烯烃加成反应的产物可以有两种。
( )
提示:√。不对称单烯烃加成时,加成产物可以有两种。
二、取代反应
1.定义:有机化合物分子中的某个(或某些)原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应。
2.反应规律
-+-A1-B2+A2-B1
3.常见反应
(1)硝化反应:+HO—NO2
+H2O;
(2)乙醇与溴化氢反应:CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O;
(3)α-H的取代反应:CH3—CHCH2+Cl2
CH2+HCl。
【情境·思考】
液化石油气的成分之一是丙烯,其球棍模型如下,其中含有碳碳双键,请问丙烯和氯气反应时是不是只能发生加成反应?
提示:不是。丙烯和氯气一般在黑暗处发生加成反应,加热条件下发生取代反应。
三、消去反应
1.实验室制乙烯
(1)原理:CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O。
(2)装置:
2.定义:在一定条件下,有机化合物脱去小分子物质(如H2O、HBr等)生成分子中有不饱和键的化合物的反应。
3.可以发生消去反应的物质及结构特点
发生消去反应的物质
醇
卤代烃
结构条件
β-H
反应条件
浓硫酸,加热
强碱的醇溶液,加热
4.常见的消去反应
四、氧化反应和还原反应
1.概念
2.常见的氧化剂和还原剂
(1)氧化剂:氧气、酸性KMnO4溶液、臭氧(O3)、银氨溶液和新制的氢氧化铜悬浊液等。
(2)还原剂:氢气、氢化铝锂(LiAlH4)和硼氢化钠(NaBH4)等。
3.常见反应(以CH3CHO为例)
(1)2CH3CHO+O22CH3COOH,氧化反应。
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH,还原反应。
【做一做】
下列反应中,属于还原反应的是________(填序号,下同),属于氧化反应的是________。?
①由乙醇制取乙醛
②由乙醛制取乙醇
③乙醛的银镜反应
④甲醛与新制的氢氧化铜反应
⑤乙烯与氢气的加成
⑥乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色
⑦丙酮(CH3COCH3)与氢气生成2-丙醇
⑧甲烷的燃烧反应
提示:②⑤⑦ ①③④⑥⑧
关键能力·素养形成
知识点一 有机反应类型的判断
1.加成反应
(1)反应实质与特点:
实质:有机物分子中的双键或三键断开一个或二个,加上其他原子或原子团。
特点:只加不减。
(2)官能团(原子团)与对应的试剂:
官能团(原子团)
试剂
H2、X2、HX、H2SO4、H2O
—C≡C—
H2、X2、HX、HCN、NH3、H2SO4
H2、Cl2
H2、HCN、NH3及其衍生物、醇、RMgX、含α-H的醛或酮
—C≡N
H2、HCN、NH3
2.取代反应
(1)反应实质与特点:
实质:有机化合物分子中的某些极性单键打开,其中的一部分原子或原子团被其他原子或原子团代替。
特点:有加有减,取而代之。
(2)有机物或官能团与对应的试剂及其取代位置:
有机物或官能团
常见试剂
取代基团或位置
饱和烃
X2
碳氢键上的氢原子
苯环
X2、HNO3、H2SO4
卤代烃(—X)
H2O、NaCN
卤素原子
醇(—OH)
HX、R—COOH
羟基上的氢或—OH
羧酸(—COOH)
R—OH
羧基中的—OH
酯(—COO—)
H2O、NaOH
酯基中的碳氧单键
烯、炔、醛、酮、羧酸
X2
α-H
3.消去反应
(1)反应特点:①分子内脱去小分子;②产物中含不饱和键。
(2)能发生消去反应的官能团:—OH(醇)、—X(卤代烃)等。
【易错警示】
有机反应类型需要注意的几个问题:
(1)氢气能与绝大多数含有不饱和键的有机化合物发生加成反应,但一般不能直接与羧基或酯基发生加成反应。
(2)饱和烃、苯与卤素单质的水溶液不反应,但可与纯卤素单质发生取代反应。
(3)α、β的含义:在含有官能团的有机物分子中,与官能团直接相连的碳原子称为α-C,其上的氢原子称为α-H;与α-C相连的碳原子称为β-C,其上的氢原子称为β-H。
【思考·讨论】
(1)醛分子在稀碱溶液存在下,可发生羟醛缩合反应,生成羟基醛,如图,请问两步反应各是什么反应类型?
提示:加成反应和消去反应。
(2)2-丁烯()和2-甲基丙烯
()均能与氯化氢发生加成反应,试写出相关反应的化学方程式,并探讨它们发生反应的特点。
提示:呈对称结构的烯烃与氯化氢发生加成反应时产物只有一种,化学反应方程式为
CH3—CHCH—CH3+HCl。非对称结构的烯烃与氯化氢发生加成反应时产物有两种,化学反应方程式为+HCl
,+HCl。
【典例】(2020·泰安高二检测)下列各组中的物质均能发生加成反应的是
( )
A.乙烯和乙醇
B.苯和氯乙烯
C.乙酸和溴乙烷
D.丙烯和丙烷
【思维建模】解答本类试题思维流程如下:
【解析】选B。乙烯、丙烯中含有碳碳双键,能发生加成反应;乙醇、溴乙烷和丙烷分子中均是饱和键,只能发生取代反应,不能发生加成反应;乙酸中含有羧基,但不能发生加成反应;只有B项,苯和氯乙烯中均含有不饱和键,能发生加成反应,答案选B。
【母题追问】(1)上述各组物质能在一定条件下能相互转化的是哪一组?
提示:A组。乙烯与水通过加成反应生成乙醇,乙醇可通过消去反应生成乙烯。
(2)将C组两种物质分别与NaOH溶液共热,发生的反应类型相同吗?
提示:不同。前者是中和反应,后者是取代反应。
【迁移·应用】
1.(2020·三明高二检测)官能团是对有机化合物的性质有重要影响的原子或原子团,现有如下4种物质,均含有一定的官能团,请根据所学知识判断它们中能发生酯化、还原、加成、消去四种反应的是
( )
A.
B.
C.CH3—CHCH—CHO
D.
【解析】选A。B的分子结构中只有—OH,不能发生还原反应和加成反应;C的分子结构中既没有—OH,也没有—COOH,故不能发生酯化反应;D的分子结构中有—CHO,可以发生还原、加成反应,有—OH,可以发生酯化反应,但是与—OH相连的碳原子的邻位碳原子上没有氢原子,不能发生消去反应;A的分子结构中有—CHO,可以发生还原、加成反应,有—OH,可以发生消去、酯化反应。
2.如图所示的某有机反应,其反应类型为
( )
A.取代反应
B.加成反应
C.水解反应
D.氧化反应
【解析】选A。根据图示可知,此反应为乙酸和乙醇生成乙酸乙酯和水的反应,属于酯化反应,酯化反应又属于取代反应。
“空山寻桂树,折香思故人。故人隔秋水,一望一回颦。”这是宋朝诗人姜夔诗《桂花》中描述桂花的诗句。金秋十月桂花香,这香味主要来自一种叫芳樟醇的物质。其结构简式如图,试从官能团的角度分析其能发生什么反应类型?
提示:芳樟醇中含有羟基,能发生消去、取代、氧化等反应;含有碳碳双键,能发生加成、氧化等反应。
知识点二 乙烯的实验室制法
1.实验装置
液体+液体气体(同“固体+液体气体”装置相似,但需要温度计)
2.实验过程
检查气密性→装药品和碎瓷片→加热→收集气体→撤导气管→停止加热→拆卸装置→洗刷整理。
3.实验步骤
①将浓硫酸与乙醇按体积比3∶1混合,即将15
mL浓硫酸缓缓加入盛有5
mL
95%乙醇的烧杯中混合均匀,冷却后再倒入圆底烧瓶中,并加入碎瓷片防止暴沸;
②加热混合溶液,迅速升温到170
℃,将生成的气体分别通入酸性KMnO4溶液和溴的四氯化碳溶液中,观察现象。
4.实验现象
酸性KMnO4溶液褪色、溴的四氯化碳溶液褪色。
5.实验结论
乙醇在浓硫酸作用下,加热到170
℃,发生了消去反应,生成乙烯和水。反应的化学方程式为CH3CH2OH
CH2CH2↑+H2O。
6.注意事项
(1)温度计的水银球插入反应液中,但不能接触瓶底。
(2)将浓硫酸缓慢加入乙醇中并不断搅拌。
(3)由于反应物都是液体而无固体,所以要向烧瓶中加入碎瓷片或沸石,避免混合液在受热沸腾时剧烈跳动(即防暴沸)。
(4)由于此反应在140
℃时容易发生分子间脱水生成乙醚,所以加热时要迅速升温并且稳定在170
℃。
(5)实验结束时,要先将导气管从溶液中取出,再熄灭酒精灯,防止溶液被倒吸进反应装置。
【易错提醒】乙醇和浓硫酸体积比约为1∶3;配制混合液应在冷却和搅拌下将15
mL浓硫酸慢慢倒入5
mL乙醇中;温度计的水银球要伸入液面以下。
【思考·讨论】
(1)实验室制备乙烯时,收集乙烯的方法是什么?
提示:由于乙烯在水中的溶解度较小且与空气的密度非常接近,所以实验室收集乙烯采用的是排水法。
(2)实验室制备乙烯时,有时会有刺激性气味的气体产生,则刺激性气味气体的主要来源是什么?
提示:主要是浓硫酸将乙醇脱水碳化,然后碳与浓硫酸反应生成二氧化硫所致。
【典例】为探究乙烯与溴的加成反应,甲同学设计并进行了如下实验:先用乙醇和浓硫酸为原料制取乙烯(CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O),生成的气体直接通入溴水中,发现溴水褪色,即证明乙烯与溴水发生了加成反应。乙同学发现在甲同学的实验中,产生的气体有刺激性气味,推测在制得的乙烯中还可能含有少量还原性的杂质气体,由此提出必须先除去杂质,再与溴水反应。
请回答下列问题:
(1)甲同学设计的实验能否验证乙烯与溴水发生了加成反应?理由是什么?
提示:不能。原因是实验室制取乙烯时,乙醇脱水碳化后与浓硫酸反应会生成SO2、CO2,而SO2也可以使溴水褪色。
(2)乙同学推测此乙烯中必定含有的一种杂质气体是什么?写出它与溴水反应的化学方程式。
提示:SO2。SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr。
(3)针对褪色物质,乙同学设计了如图所示的实验装置除去杂质气体:
请回答:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ装置中可盛放的试剂是什么?(从品红溶液、NaOH溶液、溴水或酸性高锰酸钾溶液中选填)。
提示:SO2可以与碱反应而乙烯不能,因此可以将混合气体通过装碱液的洗气瓶,故通过顺序依次是NaOH溶液、品红溶液和溴水。
【规律方法】化学除杂提纯原则
(1)不增(不引入新杂质)
(2)不减(不减少被提纯物)
(3)易分离(被提纯物与杂质易分离)
(4)易复原(被提纯物易复原)
【迁移·应用】
1.(2020·济南高二检测)有关实验室制乙烯的说法中,不正确的是
( )
A.温度计的水银球要伸入反应物的液面以下
B.反应过程中溶液的颜色逐渐变黑
C.生成的乙烯气体中混有少量有刺激性气味的气体
D.加热时不要太急,使温度缓慢上升至170
℃
【解析】选D。制备乙烯需要控制反应的温度,所以温度计的水银球需要插入反应物的液面以下,故A正确;浓硫酸具有脱水性,反应过程中使乙醇脱水生成碳,溶液的颜色会逐渐变黑,故B正确;浓硫酸具有脱水性,乙醇有少量碳化,碳和浓硫酸加热反应有二氧化硫和二氧化碳生成,则制取的乙烯中会混有少量刺激性气味的二氧化硫气体,故C正确;由于在140
℃时乙醇会发生副反应生成乙醚,所以加热时应该使温度迅速升高到170
℃,故D错误。
2.下列反应属于消去反应的是
( )
A.苯与浓硝酸、浓硫酸混合,温度保持在55～60
℃
B.乙醇与浓硫酸共热,温度保持在170
℃
C.乙烷光照下与氯气反应
D.乙醇、乙酸和浓硫酸共热
【解析】选B。苯与浓硫酸、浓硝酸混合,温度保持在55～60
℃,苯环上的氢原子被硝基取代生成硝基苯,该反应为取代反应,故A错误;乙醇与浓硫酸共热至170
℃,乙醇脱去H2O,生成不饱和的CH2CH2,属于消去反应,故B正确;乙烷与氯气在光照下的反应属于取代反应,故C错误。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·南京高二检测)下列各反应中属于加成反应的是
( )
①CH2CH2+H2OCH3CH2OH
②H2+Cl22HCl
③+H2CH3CH2OH
④CH3CH3+2Cl2CH2ClCH2Cl+2HCl
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
【解析】选C。加成反应的主要特征是有机物分子中的不饱和键变为饱和键或不饱和程度减小,符合此特征的只有①③。
2.下列反应属于取代反应的是
( )
A.乙醇在氧气中燃烧
B.甲苯中加入酸性KMnO4溶液
C.苯与浓H2SO4混合并加热
D.2-甲基-1,3-丁二烯与溴水混合
【解析】选C。A项发生反应为CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O,属于氧化反应;B项发生反应为,属于氧化反应;C项为+HO—SO3H(浓)+H2O,属于取代反应;D项发生的反应属于加成反应。
3.(2020·合肥高二检测)如图是一种形状酷似罗马两面神Janus的有机物结构简式,化学家建议将该分子叫做“Janusene”,下列说法正确的是( )
A.Janusene的分子式为C30H20
B.Janusene属于苯的同系物
C.Janusene苯环上的一氯代物有8种
D.Janusene既可发生氧化反应,又可发生还原反应
【解析】选D。A项,根据有机物结构可知分子中含有30个C原子、22个H原子,所以该有机物分子式为C30H22,错误;B项,苯的同系物含有1个苯环、侧链为烷基,该有机物含有4个苯环,不是苯的同系物,错误;C项,该有机物分子为对称结构,分子中苯环含有2种H原子,苯环上的一氯代物有2种,错误;D项,该有机物属于烃能燃烧,属于氧化反应,分子中含有苯环,可以与氢气发生加成反应,属于还原反应,正确。
4.(2020·柳州高二检测)下列有机反应中,不属于取代反应的是
( )
A.+Cl2+HCl
B.2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
C.ClCH2CHCH2+NaOHHOCH2CHCH2+NaCl
D.+HO—NO2+H2O
【解析】选B。B项中的反应是氧化反应,A、C、D三项中的反应均属于取代反应。
5.(2020·成都高二检测)如图,有机化合物Ⅰ转化为Ⅱ的反应类型是
( )
A.氧化反应
B.取代反应
C.还原反应
D.水解反应
【解析】选C。对比Ⅰ、Ⅱ结构简式的变化,可知由Ⅰ转化为Ⅱ为加氢的反应,即为还原反应。
6.下列有关反应和反应类型不相符的是
( )
A.甲苯与浓硝酸、浓硫酸混合反应制TNT(取代反应)
B.苯与乙烯在催化剂存在下反应制取乙苯(取代反应)
C.甲苯与酸性KMnO4溶液反应(氧化反应)
D.甲苯制取甲基环己烷(加成反应)
【解析】选B。A项,甲苯与浓硝酸、浓硫酸混合反应制TNT,甲苯中氢原子被硝基取代,该反应属于取代反应,正确;B项,苯与乙烯在催化剂存在下反应制取乙苯,该反应属于加成反应,不属于取代反应,错误;C项,甲苯能够被酸性高锰酸钾溶液氧化,该反应属于氧化反应,正确;D项,甲苯与氢气发生加成反应生成甲基环己烷,该反应属于加成反应,正确。
7.(2020·衡水高二检测)已知乙烯在酸性KMnO4溶液的作用下,碳碳双键完全断裂,生成CO2;在银作催化剂时,可与氧气反应生成环氧乙烷。即:①CH2CH2CO2;
②CH2CH2
下列说法正确的是
( )
A.反应①是还原反应,反应②是氧化反应
B.反应①是氧化反应,反应②是还原反应
C.反应①②都是氧化反应
D.反应①②都是还原反应
【解析】选C。反应①由CH2CH2生成CO2,在分子组成上看少了氢原子,多了氧原子,故反应①是氧化反应。反应②在分子组成上增加了氧原子,故反应②也是氧化反应。
8.实验室可用乙醇、浓硫酸做试剂来制取乙烯,但实验过程中有许多副反应发生,如反应中会生成SO2、CO2等无机物。某研究性学习小组欲用如图所示的装置制备纯净的乙烯并探究乙烯与单质溴能否反应及反应类型。
请回答下列问题:
(1)写出制备乙烯的化学方程式:___________________,?
实验中,混合浓硫酸与乙醇时是将____________慢慢加入另一种物质中;加热F装置时必须使液体温度__________。?
(2)为实现上述实验目的,装置的连接顺序为F→____________→D。(各装置限用一次)?
(3)当C中观察到________时,表明单质溴能与乙烯反应;当D中________时,表明C中发生的是取代反应;若D中没有出现前面所描述的现象,表明C中发生的是________反应。?
【解析】根据实验室制取乙烯的方法步骤以及检验乙烯的具体过程回答该题即可。
答案:(1)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O 浓硫酸 迅速升至170
℃ (2)A→B→E→C (3)溶液颜色变浅或褪去 有淡黄色沉淀生成 加成
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13
-第2课时
有机化学反应类型的应用——卤代烃的性质和制备
新课程标准
学业质量水平
1.认识卤代烃的组成和结构特点以及性质及其转化关系。2.了解卤代烃在生产生活中的重要应用。
证据推理与模型认知:通过对卤代烃水解反应有关实验操作及现象的观察、分析,了解检验卤代烃的实验方法,掌握卤代烃的化学性质,体会其在有机合成中的应用。
必备知识·素养奠基
一、卤代烃
1.概念:烃分子中的一个或多个氢原子被卤素原子取代后所生成的化合物。
2.结构:卤代烃可用R—X表示(X表示卤素原子),—X是卤代烃的官能团。
3.分类
分类依据
种类
取代卤素的不同
氟代烃、氯代烃、溴代烃和碘代烃
分子中卤素原子的个数
一卤代烃、二卤代烃和多卤代烃
烃基的不同
饱和卤代烃、不饱和卤代烃和芳香卤代烃
4.物理性质
常温下,卤代烃中除少数为气体外,大多为液体或固体,卤代烃不溶于水,可溶于大多数有机溶剂。某些卤代烃本身就是很好的有机溶剂。
【巧判断】
(1)溴乙烷属于烷烃。
( )
提示:×。溴乙烷属于卤代烃,不是烷烃。
(2)卤代烃属于有机化合物,都易燃烧。
( )
提示:×。卤代烃是有机物,但并非均易燃烧,如CCl4。
(3)一卤代烃和二卤代烃的分类方式是通过含有的卤素原子的不同进行分类的。
( )
提示:×。根据卤素原子的个数的不同分类的。
(4)卤代烃均不溶于水,但大都易溶解在有机溶剂中。
( )
提示:√。卤代烃在水中均不溶,由于卤代烃是有机物故在有机溶剂中的溶解度较大。
5.化学性质
(1)取代反应(水解反应)
实验操作
实验现象
1-溴丙烷中加入NaOH溶液,加热,振荡静置后,液体分层,取上层清液滴入过量稀HNO3,再向其中滴加AgNO3溶液,试管中有浅黄色沉淀生成
有关的化学方程式
C3H7Br+NaOHC3H7OH+NaBrNaBr+AgNO3AgBr↓+NaNO3
(2)消去反应
实验操作
实验现象
实验结论
反应产生的气体经水洗后,使酸性KMnO4溶液褪色
生成的气体分子中含有碳碳不饱和键
由实验可知:1-溴丙烷与氢氧化钠的醇溶液共热反应,化学方程式为CH3CH2CH2Br+NaOHCH2CHCH3↑+NaBr+H2O。
二、卤代烃在有机合成中的桥梁作用
1.卤代烃的制备方法
(1)取代反应
(2)不饱和烃烯烃或炔烃的加成反应
如CH3—CHCH2+Br2CH3CHBrCH2Br;
CH3—CHCH2+HBr或
CH3—CH2—CH2Br;CH≡CH+HClCH2CHCl。
2.桥梁作用的具体体现
【情境·思考】
溴乙烷是有机合成的重要原料。农业上用作仓储谷物、仓库及房舍等的熏蒸杀虫剂。溴乙烷还常用于汽油的乙基化,冷冻剂和麻醉剂。
溴乙烷可以通过两种途径制取,一种方法是可以用乙烷与溴蒸气发生取代反应制备,另一种方法是可以用乙烯与溴化氢加成制备,哪一种方法更好?为什么?
提示:第二种方法更好,因第一种方法会产生多种副产物,但是第二种方法没有副产物发生。
关键能力·素养形成
知识点一 卤代烃的化学性质和检验
1.卤代烃消去反应与水解反应的比较
卤代烃在官能团卤素原子的作用下化学性质较活泼,在其他试剂作用下,碳卤键很容易断裂而发生取代反应和消去反应。
消去反应
水解反应
反应条件
NaOH醇溶液,加热
NaOH水溶液、加热
实质
消去HX分子,形成不饱和键
—X被—OH取代
键的变化
C—X与C—H断裂形成(或—C≡C—)与H—X
C—X断裂形成C—OH
对卤代烃的要求
(1)含有两个或两个以上的碳原子,如CH3Br不能发生消去反应 (2)与卤素原子相连的碳原子相邻碳原子上有氢原子(含有β-H)。如、(CH3)3CCH2Br都不能发生消去反应,而CH3CH2Cl可以
含有—X的卤代烃绝大多数都可以发生水解反应
化学反应特点
有机物碳骨架不变,官能团由—X变为或—C≡C—
有机物碳骨架不变,官能团由—X变为—OH
主要产物
烯烃或炔烃
醇(或酚)
2.卤代烃中卤素原子的检验
(1)实验原理
R—X+H2OR—OH+HX
HX+NaOHNaX+H2O
HNO3+NaOHNaNO3+H2O
AgNO3+NaXAgX↓+NaNO3
根据沉淀(AgX)的颜色(白色、浅黄色、黄色)可确定卤素(氯、溴、碘)。
(2)实验操作
①取少量卤代烃加入试管中;②加入NaOH溶液;③加热;④冷却;⑤加入稀硝酸酸化;⑥加入AgNO3溶液。
【易错提醒】卤代烃中卤素原子检验的误区
(1)卤代烃分子中虽然含有卤素原子,但C—X键在加热时,一般不易断裂。在水溶液中不电离,无X-(卤素离子)存在,所以向卤代烃中直接加入AgNO3溶液,得不到卤化银(AgCl、AgBr、AgI)的沉淀。检验卤代烃的卤素原子,一般是先将其转化成卤素离子,再进行检验。
(2)检验的步骤可总结为水解(或消去)——中和——检验。
【思考·讨论】
卤代烃属于烃吗?卤代烃中的卤素如何存在?
提示:卤代烃含有卤素原子,不是烃,卤代烃中的卤素以卤素原子的形式存在。
【典例】(2020·安庆高二检测)下列化合物中,既能发生消去反应生成烯烃,又能发生水解反应的是
( )
A.CH3Cl
B.
C.
D.
【解题指南】解答本题注意卤代烃消去反应和水解反应的规律。
【解析】选B。卤代烃均能发生水解反应,选项中的四种物质均为卤代烃;卤素原子所连碳原子的邻位碳原子上连有氢原子的卤代烃能发生消去反应。C、D项中的两物质卤素原子所连碳原子的邻位碳原子上均没有相应的氢原子,A中无邻位碳原子,都不能发生消去反应。
【方法规律】卤代烃消去反应的规律
(1)含有β-H的卤代烃发生消去反应,无β-H不能发生消去反应。如CH3Cl、(CH3)3CCH2Cl。
(2)有两个邻位且不对称的碳原子上均有氢原子时,可得到两种不同产物。
(3)卤代烃发生消去反应可生成炔烃。如:
CH2ClCH2Cl+2NaOHCH≡CH↑+2NaCl+2H2O。
【迁移·应用】
1.(2020·惠州高二检测)下列物质能发生消去反应,生成物中存在同分异构体的是
( )
A.
B.
C.
D.CH3CH2Br
【解析】选B。C、D选项中与卤素原子相连的碳原子只有一个邻位碳,且都有氢原子,消去产物只有一种;A项虽然有两个邻位碳,但其为对称结构,消去产物只有一种;B项中有三个邻位碳原子,但其中两个为甲基,消去产物有两种,互为同分异构体。
2.为了检验某氯代烃中的氯元素,现进行如下操作。其中合理的是
( )
A.取氯代烃少许,加入AgNO3溶液
B.取氯代烃少许与NaOH水溶液共热,然后加入AgNO3溶液
C.取氯代烃少许与NaOH水溶液共热后,加入稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液
D.取氯代烃少许与NaOH乙醇溶液共热后,加入稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液
【解析】选C。检验卤代烃中是否含有氯元素时,由于卤代烃中的氯元素并非游离态的Cl-,故应加入NaOH的水溶液或NaOH的醇溶液,并加热,先使卤代烃发生水解或消去反应,产生Cl-,然后加入稀HNO3酸化,再加AgNO3溶液,根据产生白色沉淀确定卤代烃中含有氯元素。先加HNO3酸化,是为了防止NaOH与AgNO3反应生成AgOH,再转化为Ag2O棕色沉淀干扰检验;D项,有的氯代烃不能发生消去反应,故不选。
【补偿训练】
1.(2020·宜昌高二检测)卤代烃RCH2CH2X中化学键如下,则下列说法中正确的是
( )
A.当该卤代烃发生水解反应时,被破坏的键是①和③
B.当该卤代烃发生水解反应时,被破坏的键是①
C.当该卤代烃发生消去反应时,被破坏的键是①和④
D.当该卤代烃发生消去反应时,被破坏的键是①和②
【解析】选B。本题考查了卤代烃RCH2CH2X发生水解反应和消去反应时断键的位置。发生水解反应时,只断C—X键,发生消去反应时,要断C—X键和β碳原子上的C—H键(即③)。
2.(2020·西安高二检测)下列物质中加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液,能得到沉淀的是
( )
A.C2H5Br
B.氯水
C.溴的CCl4溶液
D.KClO3溶液
【解析】选B。C2H5Br不溶于水,不能电离出Br-,不与硝酸银溶液反应,A不对;溴的CCl4溶液中也无Br-,即使加入硝酸酸化的硝酸银溶液,因溴在CCl4中的溶解度远远大于其在水中的溶解度,因此不反应,C不对;KClO3与硝酸银不反应,D不对。
中国古代有“女娲补天”的传说,现代人因为氟氯代烷造成的臭氧层空洞也在进行着“补天”。已知,大气中的臭氧每减少1%,照射到地面的紫外线就增加2%,人的皮肤癌就增加3%,还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。
(1)氟氯代烷是烷烃吗?为什么?
提示:不是,因其中含有氟和氯两种元素。
(2)C3H6FCl有一种结构是CH2Cl—CHF—CH3,试预测其发生完全水解反应的产物是什么?
提示:1,2-丙二醇。
知识点二 卤代烃在有机合成中的桥梁作用
1.利用卤代烃的取代反应可实现烷烃或烯烃向醇、醛、羧酸的转化
如乙烯转化为乙酸的转化途径为
乙烯溴乙烷乙醇乙醛乙酸。
反应①的化学方程式为CH2CH2+HBrCH3CH2Br。
2.利用卤代烃的消去反应,可实现烃的衍生物中官能团的种类和数量发生变化
如乙醇转化为乙二醇的转化途径为
乙醇乙烯1,2-二溴乙烷乙二醇。
反应③的化学方程式为
+2NaOH+2NaBr。
3.利用卤代烃的消去反应与水解反应还可以实现官能团位置的变化
【易错提醒】卤代烃反应的注意点:
(1)有两个相邻碳原子,且碳原子上均带有氢原子时,发生消去反应可能生成不同的产物。
例如:发生消去反应的产物为
CH2CH—CH2—CH3或CH3—CHCH—CH3。
(2)二元卤代烃发生消去反应后,可在有机物中引入三键。
例如:CH3—CH2CHCl2+2NaOH
CH3—C≡CH↑+2NaCl+2H2O。
【思考·讨论】
(1)乙醇得到乙二醇需要经历哪些反应?
提示:乙醇先发生消去反应得到乙烯,然后乙烯与溴单质加成得到1,2-二溴乙烷,1,2-二溴乙烷水解即可得到乙二醇。
(2)卤代烃的水解可以实现官能团位置的改变吗?为什么?
提示:不能,卤代烃的水解只能实现官能团种类的变化,不能实现官能团位置的改变。
【典例】(2020·济南高二检测)由CH3CH2CH2Br制备
CH3CH(OH)CH2OH,依次发生的反应类型和反应条件都正确的是
( )
选项
反应类型
反应条件
A
加成反应、取代反应、消去反应
KOH醇溶液/加热、KOH水溶液/加热、常温
B
消去反应、加成反应、取代反应
NaOH醇溶液/加热、常温、NaOH水溶液/加热
C
氧化反应、取代反应、消去反应
加热、KOH醇溶液/加热、KOH水溶液/加热
D
消去反应、加成反应、水解反应
NaOH水溶液/加热、常温、NaOH醇溶液/加热
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)注意卤代烃发生的两类反应的条件;
(2)注意官能团增加的位置。
【解析】选B。由1-溴丙烷制取少量的1,2-丙二醇,可用逆推法判断:CH3CHOHCH2OHCH3CHBrCH2Br
CH3CHCH2CH3CH2CH2Br,则1-溴丙烷应首先发生消去反应生成CH3CHCH2,CH3CHCH2发生加成反应生成CH3CHBrCH2Br,CH3CHBrCH2Br发生水解反应(或取代反应)可生成1,2-丙二醇,故选B。
【母题追问】(1)上述反应需要经过几步反应完成?
提示:三步反应。
(2)写出上述反应中的第一步反应的化学方程式。
提示:CH3CH2CH2Br+NaOHCH3CHCH2+NaBr+H2O。
【迁移·应用】
(2020·滨州高二检测)由1-氯环己烷()制备1,2-环己二醇()时,需要经过下列哪几步反应
( )
A.加成→消去→取代
B.消去→加成→取代
C.取代→消去→加成
D.取代→加成→消去
【解析】选B。正确的途径是,即依次发生消去反应、加成反应、取代反应。
【补偿训练】
(2020·正定高二检测)下列关于甲、乙、丙、丁四种有机物的说法正确的是
( )
A.丁属于芳香烃
B.四种物质中加入NaOH溶液共热,然后加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,均有沉淀生成
C.四种物质中加入NaOH的醇溶液共热,后加入稀硝酸至酸性,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
【解析】选B。烃只含有C、H两种元素,丁不属于芳香烃,故A错误;甲和丙中加入NaOH溶液共热,水解生成氯化钠,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,有白色沉淀生成;乙和丁中加入NaOH溶液共热,水解生成溴化钠,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,有淡黄色沉淀生成,故B正确;甲只含有1个碳原子,加入NaOH的醇溶液共热,不能发生消去反应,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,无沉淀生成;乙中加入NaOH的醇溶液共热,发生消去反应,生成溴化钠,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,有淡黄色沉淀生成;丙中与氯原子相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,故加入NaOH的醇溶液共热,不能发生消去反应,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,无沉淀生成;丁中与溴原子相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,故加入NaOH的醇溶液共热,不能发生消去反应,故加入稀硝酸至酸性,再滴入AgNO3溶液,无沉淀生成,故C错误;乙中与溴原子相连的碳原子的相邻碳原子上只有1种氢原子,故乙发生消去反应,只能生成1种烯烃,故D错误。
(1)工业上用电石-乙炔法生产氯乙烯的反应如下:
CaO+3CCaC2+CO↑
CaC2+2H2OHC≡CH↑+Ca(OH)2
HC≡CH+HClCH2CHCl
电石-乙炔法的优点是流程简单,产品纯度高,而且不依赖于石油资源。电石-乙炔法的缺点是什么?
提示:根据流程可知,反应需要高温,因此缺点之一是高能耗,需要氯化汞作催化剂,汞是重金属,因此缺点之二是会污染环境。
(2)乙烯和氯气反应可制得ClCH2CH2Cl,ClCH2CH2Cl加热分解得到氯乙烯和氯化氢。
设计一种以乙烯和氯气为原料制取氯乙烯的方案(其他原料自选),用化学方程式表示(不必注明反应条件)。要求:①反应产生的氯化氢必须用于氯乙烯的制备;②不再产生其他废液。
提示:乙烯和氯气反应可制得ClCH2CH2Cl,ClCH2CH2Cl加热分解得到氯乙烯和氯化氢,产生的氯化氢可以与乙炔反应又生成氯乙烯,因此方案为CH2CH2+Cl2ClCH2CH2Cl、ClCH2CH2ClCH2CHCl+HCl、HC≡CH+HClCH2CHCl。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·银川高二检测)有机物大多易挥发,因此许多有机物保存时为避免挥发损失,可加一层水,即“水封”,下列有机物可以用“水封法”保存的是
( )
A.乙醇 B.氯仿 C.乙醛 D.乙酸乙酯
【解析】选B。乙醇、乙醛与水混溶,则不能用“水封法”保存;而乙酸乙酯的密度比水小,与水混合后在水的上层,不能用“水封法”保存;氯仿不溶于水,且密度比水大,则可用“水封法”保存,故选B。
2.某学生将氯乙烷与NaOH溶液共热几分钟后,冷却,滴入AgNO3溶液,结果最终未得到白色沉淀,其主要原因是
( )
A.加热时间太短
B.不应冷却后再加入AgNO3溶液
C.加AgNO3溶液前未用稀硝酸酸化
D.反应后的溶液中不存在Cl-
【解析】选C。氯乙烷在碱性条件下加热水解,先加入过量的稀硝酸中和未反应完的NaOH,然后再加入AgNO3溶液,可以检验Cl-的存在。
3.(2020·鹰潭高二检测)化合物Z由如下反应得到:C4H9BrYZ,Z的结构简式不可能是
( )
A.CH3CH2CHBrCH2Br
B.CH3CH(CH2Br)2
C.CH3CHBrCHBrCH3
D.CH2BrCBr(CH3)2
【解析】选B。根据题意,一溴丁烷先发生消去反应,然后再加成得到Z,两个溴原子在相邻的两个不同的碳原子上,故B项错误。
4.(2020·绵阳高二检测)下列有关卤代烃的叙述正确的是
( )
A.CH2Cl2有CHHClCl和CHClClH两种结构
B.氯乙烯只有一种结构,而1,2-二氯乙烯有两种结构
C.检验溴乙烷中的溴元素可将其与过量NaOH水溶液共热充分反应后,再滴入AgNO3溶液,可观察到有浅黄色沉淀生成
D.溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热发生消去反应时,乙醇的作用是催化剂
【解析】选B。CH2Cl2是四面体结构,所以CHHClCl和CHClClH是同种物质,故A错误;氯乙烯只有一种结构,而1,2-二氯乙烯有两种结构,一种是顺-1,2-二氯乙烯,另一种是反-1,2-二氯乙烯,故B正确;向溴乙烷中加入NaOH溶液充分反应后,再滴入AgNO3溶液,氢氧化钠和硝酸银反应,生成氢氧化银白色沉淀,该沉淀会分解生成棕色的氧化银,不可能观察到有浅黄色沉淀生成,故C错误;溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热发生消去反应时,乙醇的作用是作溶剂,故D错误。
请回答下列问题:
(1)从左向右依次填写每步所属的反应类型:________(填字母)。?
a.取代反应
b.加成反应
c.消去反应
(2)写出A→B所需的试剂和反应条件:________。?
(3)写出C这两步反应的化学方程式:_______________。?
【解析】采用逆向推断法可知,上述合成的最终产物可由与Cl2加成得到,而是卤代烃经消去反应得到的,可由与Cl2加成而得,可由经消去反应得到,与H2加成可得。
答案:(1)b、c、b、c、b (2)NaOH的醇溶液,加热
(3)+2NaOH+2NaCl+2H2O、+2Cl2
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-第1课时 醇概述 醇的化学性质
新课程标准
学业质量水平
1.认识醇的组成和结构特点、性质、转化关系及其在生产、生活中的重要应用。2.知道醚的结构特点及其应用。
1.宏观辨识与微观探析:能根据分子组成和结构特点,区分醇、酚和醚,了解醇的分类方法,能认识到羟基数量的多少、烃基的大小对醇类熔沸点、溶解性等物理性质的影响。2.证据推理与模型认知:能利用电负性的有关知识,分析醇分子中各种化学键的极性,判断碳氧键和氢氧键均属于强极性键,从而进一步推断出醇在一定条件下断键的位置,归纳出醇类可能发生的化学反应。
必备知识·素养奠基
一、醇的概述
1.概念
烃分子中饱和碳原子上的一个或几个氢原子被羟基取代的产物,其官能团的结构简式为—OH。
2.分类
(1)根据醇分子中羟基的数目,醇可分为
①一元醇:如甲醇CH3OH、苯甲醇()
②二元醇:如乙二醇()
③多元醇:如丙三醇()
(2)根据醇分子中烃基是否饱和,醇可分为
①饱和醇:如CH3OH、、
②不饱和醇:如
【巧判断】
(1)羟基与烃基相连的化合物一定是醇。
( )
提示:×。羟基与苯环直接相连就不是醇了。
(2)乙醇比丁烷、丁烯的沸点高。
( )
提示:√。因为乙醇分子中存在氢键,所以乙醇比丁烷、丁烯的沸点高。
(3)乙醇与乙醚互为同分异构体。
( )
提示:×。乙醚的分子式为C4H10O,乙醇的分子式为C2H6O。
3.通式
(1)烷烃的通式为Cn,则饱和一元醇的通式为
CnOH(n≥1),饱和多元醇的通式为CnOm。
(2)单烯烃的通式为CnH2n(n≥2),则相应一元醇的通式为CnH2nO(n≥3)。
(3)苯的同系物的通式为CnH2n-6(n≥7),则相应一元醇的通式为CnH2n-6O(n≥7)。
【微思考】符合CnH2n+2O(n≥1)这一通式的有机物一定属于醇吗?
提示:不一定属于醇。因为符合此通式的有机物也可能是醚,如CH3OCH3。
4.命名
例如:命名为3-甲基-2-戊醇,命名为1,2-丙二醇。
5.醇的物理性质
(1)沸点
①相对分子质量相近的醇和烷烃相比,醇的沸点高于烷烃;
②饱和一元醇随碳原子数的增加,沸点逐渐增大。
(2)溶解性
①甲醇、乙二醇、丙三醇等低级醇能与水以任意比互溶;
②含羟基较多的醇在水中溶解度较大。随着烃基的增多,醇的水溶性明显降低。C4以下的醇可与水混溶,C4～C11的醇部分溶于水,C12以上的醇难溶于水。
(3)状态:C4以下的醇为液体,C4～C11的醇为油状液体,C12以上的醇是蜡状固体。
【微思考】饱和一元醇的沸点比与其相对分子质量接近的烃的沸点高的原因是什么?
提示:一个醇分子中羟基上的氢原子可与另一个醇分子中羟基上的氧原子相互吸引形成氢键,增强了醇分子间的相互作用所致。
6.重要的醇
俗名
色、态、味
毒性
水溶性
用途
甲醇
木醇
无色、特殊气味、易挥发的液体
有毒
互溶
燃料、化工原料
乙二醇
甘醇
无色、无臭、甜味、黏稠的液体
无毒
互溶
防冻剂、合成涤纶
丙三醇
甘油
无色、无臭、甜味、黏稠的液体
无毒
互溶
制日用化妆品、制硝化甘油
【想一想】乙醇、乙二醇、丙三醇是否互为同系物?
提示:不是同系物。各分子中—OH数目不同,组成不相差CH2的整数倍。
二、醇的化学性质
1.醇发生反应的断键位置及反应类型
2.化学性质
【情境·思考】
酒精测试仪是交警测试司机是否酒驾常用的仪器,其中湿化学法其原理是酒精蒸气被酸性高锰酸钾溶液氧化,根据溶液褪色的时间来推测乙醇的浓度。请问在此反应中体现了乙醇的什么性质?
提示:挥发性和还原性。
关键能力·素养形成
知识点一 醇的结构与化学性质
1.醇的化学性质主要由官能团——羟基决定,由于氧原子吸引电子能力比氢原子和碳原子强,O—H键和C—O键的电子对偏向于氧原子,使O—H键和C—O键易断裂。
2.醇分子发生反应的部位及反应类型:
分子结构
化学性质
化学键断裂位置
氢被活泼金属取代
①
催化氧化
①③
消去(脱去H2O)
②④
分子间脱水
①②
3.乙醇在不同条件下的反应类型和断键位置
反应物或条件
反应类型
反应基团
与金属钠
置换反应
羟基H
与氢溴酸
取代反应
羟基
浓硫酸共热至170
℃
消去反应
羟基和β-H
浓硫酸共热至140
℃
取代反应
羟基或羟基H
醋酸、浓硫酸共热
取代反应
羟基H
Ag催化下与O2
氧化反应
羟基H和α-H
【思考·讨论】
(1)为什么金属钠与乙醇反应不如钠与水反应剧烈?
提示:由于醇分子中的烷基具有推电子作用,使醇分子中的氢氧键不如水分子中的氢氧键容易断裂,即醇分子中羟基上的氢原子不如水分子中的氢原子活泼,所以乙醇与钠的反应不如钠与水反应剧烈。
(2)在有机反应中,反应物相同,产物是否一定相同?
提示:不一定相同。在有机反应中,反应条件很重要,条件(如温度、溶剂、催化剂等)改变,反应产物可能会随之改变。例如温度不同,苯的硝化反应、醇的脱水反应产物不同;溶剂不同,卤代烃与碱的反应产物不同。
【典例】(2020·南京高二检测)芳樟醇常用于合成香精,香叶醇存在于香茅油、香叶油、香草油和玫瑰油等物质中,有玫瑰花和橙花香气,它们的键线式如图所示:
下列说法不正确的是
( )
A.两种醇都能与溴水反应
B.两种醇互为同分异构体
C.两种醇与氧气在铜的催化作用下,均可以被氧化为相应的醛
D.两种醇中只有香叶醇与氧气在铜的催化作用下,可被氧化为相应的醛
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)注意两种醇分子的结构;
(2)根据结构预测两种醇能发生的化学反应。
【解析】选C。两种醇分子中均含碳碳双键,故均可与溴水反应,A正确。两种醇的分子式均为C10H18O,且结构不同,B正确。芳樟醇分子中,与羟基相连的碳原子上没有氢原子,所以不能与氧气在铜的催化作用下发生氧化反应生成醛,C错误、D正确。
【母题追问】(1)芳樟醇和香叶醇的分子式是什么?
提示:C10H18O
(2)写出芳樟醇与HBr发生取代反应的化学方程式。
提示:。
【迁移·应用】
1.(2020·三明高二检测)乙醇、乙二醇(HOCH2CH2OH)、甘油(丙三醇:HOCH2CHOHCH2OH)分别与足量金属钠作用,产生等量的氢气,则三种醇的物质的量之比为
( )
A.6∶3∶2
B.1∶2∶3
C.3∶2∶1
D.4∶3∶2
【解析】选A。醇与金属钠反应产生氢气的量主要取决于羟基的量,1
mol羟基可以产生0.5
mol
H2,三种醇产生等量的氢气,说明三种醇中羟基的物质的量相等,所以乙醇、乙二醇、丙三醇三者的物质的量之比为1∶1/2∶1/3=6∶3∶2。
2.薰衣草醇具有薰衣草花的香气,带有青涩的辛香气息,可以用于日化香精的调配。其结构简式如下,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.能发生取代反应、加成反应
【解析】选A。分子式为C10H18O,A错误;含有碳碳双键和羟基,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。
【补偿训练】
1.(2020·杭州高二检测)由得到HCHO,反应条件和断键位置是
( )
A.Cu、加热;①②
B.Cu、加热;①③
C.浓H2SO4、加热;①②
D.浓H2SO4、加热;①③
【解析】选B。由CH3OH得到HCHO发生了催化氧化,需要的条件是Cu作催化剂并加热,断键位置是和α-C
上的,故选B。
2.在下列各反应中,乙醇分子断裂C—O键而失去羟基的是
( )
A.乙醇在浓硫酸存在下发生消去反应
B.乙醇与金属钠反应
C.乙醇氧化为乙醛
D.与乙酸反应生成乙酸乙酯
【解析】选A。乙醇发生消去反应时断裂C—O键;与Na反应时断裂O—H键;氧化为乙醛时断裂O—H键及与羟基相连碳上的一个C—H键;乙醇与乙酸发生酯化时,断裂O—H键。
生产和生活中醇类物质存在广泛:假酒中含的甲醇是一种无色的有毒液体,易燃;口香糖中的木糖醇又名1,2,3,4,5-戊五醇,是一种重要的安全甜味剂,极易溶于水,具有防龋齿的作用。
(1)甲醇和木糖醇都有羟基,它们和乙醇是同系物吗?
提示:甲醇和乙醇互为同系物,木糖醇和乙醇不是。
(2)甲醇和木糖醇都易溶于水,所有醇都易溶于水吗?
提示:不是。醇在水中的溶解性与羟基和烃基结构都有关系。烃基相同时,羟基越多越易溶于水,羟基个数相同的醇类物质,烃基中碳原子个数越多,越难溶于水。
知识点二 醇的重要反应规律
1.醇的消去反应规律
(1)醇分子中,连有—OH的碳原子的相邻碳原子上必须连有氢原子时,才能发生消去反应而形成不饱和键。
(2)若醇分子中与—OH相连的碳原子无相邻碳原子或其相邻碳原子上无氢原子,则不能发生消去反应。如CH3OH、(CH3)3CCH2OH不能发生消去反应生成烯烃。
2.醇的催化氧化规律
醇能否被氧化以及被氧化的产物的类别,取决于与羟基相连的碳原子上的氢原子的个数,具体分析如下:
3.醇的取代反应规律
醇分子中,—OH或—OH上的氢原子在一定条件下可被其他原子或原子团替代,如醇与羧酸的酯化反应、醇分子间脱水及与HX的取代反应。
+H—O—R′+H2O
【特别提醒】(1)某些醇发生消去反应生成的烯烃不止一种。如:,其消去产物有3种:
、、。
(2)多元醇的反应规律
【思考·讨论】
(1)乙醇与氧气反应生成乙醛,产物中生成不饱和键,该反应能看作消去反应吗?
提示:不能。消去反应是在有机物分子内消去小分子并生成含不饱和键的有机物,乙醇与氧气生成乙醛的反应过程中并没有消去H2,
而是去掉两个H原子并与氧气反应生成H2O。该反应属于有机物的去H氧化。
(2)乙醇和1-丙醇的混合物在浓硫酸条件下加热能生成哪几种有机物?
提示:醇类物质在浓硫酸、加热条件下可能发生消去反应生成烯烃,也可能发生取代反应生成醚。所以乙醇可能生成乙烯和乙醚,1-丙醇可能生成丙烯和丙醚,1-丙醇和乙醇之间还可以形成一种醚,所以有机产物有5种。
【典例】乙酸戊酯是青霉素、丹宁生产中的溶剂和萃取剂。它还广泛用于油漆、香料、木材、纺织、医药等领域。它也可用于牛乳中脂肪的分离,锇与铂族金属的分离等。其中的合成原料之一为戊醇(C5H12O),根据要求回答下列问题:
(1)戊醇共有多少种?
提示:8种。五个碳原子的骨架共有三种:正戊烷、异戊烷和新戊烷,分别放上羟基后醇为3、4、1种,共8种。
(2)所有醇中能被氧化为醛的有几种?
提示:4种。能被氧化为醛的醇羟基碳上必须有两个氢原子,即羟基必须在端点上,三种碳骨架羟基在端点上的醇共有4种:C—C—C—C—C—OH、
、、
。
(3)写出醇被氧化为酮后有两类氢的酮的结构简式。
提示:。
【迁移·应用】
(2020·福州高二检测)乙醇分子中各种化学键如图所示,关于乙醇在各种反应中断裂键的说法不正确的是
( )
A.和金属钠反应时键①断裂
B.和浓H2SO4共热到170
℃时键②和⑤断裂
C.和浓H2SO4共热到140
℃时仅有键②断裂
D.在Ag催化下与O2反应时键①和③断裂
【解析】选C。根据乙醇在发生反应时的实质进行分析。A选项乙醇与钠反应生成乙醇钠,是乙醇羟基中O—H键断裂,故是正确的。B选项是乙醇发生消去反应生成乙烯和水,是②和⑤键断裂,也是正确的。C选项发生分子间脱水生成醚,其中一分子乙醇断键①,另一分子乙醇断键②,故是错误的。D选项是乙醇催化氧化为乙醛,断键为①和③,也是正确的。
【补偿训练】
1.以下四种有机物的分子式皆为C4H10O,其中能被氧化为含相同碳原子数的醛的是
( )
①
②
③
④
A.①②
B.②
C.②③
D.③④
【解析】选C。如果羟基连接的是碳链的端点碳原子,则被氧化的产物是醛,如②③,其脱氢方式可表示如下:
如果羟基连接的是碳链中间的碳原子,则被氧化的产物是酮,如①,其脱氢方式可表示如下:
④中羟基连接的碳原子上无氢可脱,则无法按以上方式脱氢生成醛或酮。综上所述,能被氧化成含相同碳原子数的醛的是②和③。
2.(2020·齐齐哈尔高二检测)用如图所示装置检验乙烯时不需要除杂的是
( )
乙烯的制备
试剂X
试剂Y
A
CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热
H2O
酸性KMnO4溶液
B
CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热
H2O
Br2的CCl4溶液
C
C2H5OH与浓H2SO4加热至170
℃
NaOH溶液
酸性KMnO4溶液
D
C2H5OH与浓H2SO4加热至170
℃
NaOH溶液
Br2的CCl4溶液
【解析】选B。利用溴乙烷和氢氧化钠的乙醇溶液制备乙烯时,乙烯中可能混有溴乙烷、乙醇、水蒸气等杂质,乙醇也能使酸性高锰酸钾溶液褪色,因此在检验乙烯时,应先将气体通入水中以除去乙醇,防止其对乙烯检验的干扰。溴乙烷、乙醇、水蒸气都不能使溴的四氯化碳溶液褪色,因此对乙烯的检验没有影响,故可以不除杂质。利用乙醇与浓硫酸共热制备乙烯时,乙烯中混有的二氧化硫也能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故检验乙烯前必须将二氧化硫除去。二氧化硫也能使溴的四氯化碳溶液褪色,故检验乙烯前必须将二氧化硫除去。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.《北山酒经》开头说“酒之作尚矣,仪狄作酒醪,杜康秫酒,岂以善酿得名,盖抑始于此耶?”文中“秫酒”的主要成分属于有机物中的
( )
A.芳香烃 B.卤代烃 C.醇 D.酚
【解析】选C。《北山酒经》开头说描述了酒的起源——仪狄、杜康作酒的传说,文中“秫酒”的主要成分是乙醇,属于醇。
【补偿训练】
(2020·三门峡高二检测)下列物质不属于醇类的是
( )
A.
B.
C.
D.
【解析】选C。羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物是醇,所以A、B、D都是醇类,C不是醇,含有的官能团是醛基和羧基。
2.某化学反应过程如图所示,由图得出的判断,正确的是
( )
A.生成物是丙醛和丙酮
B.1?丙醇发生了还原反应
C.反应中有红黑颜色交替变化的现象
D.醇类都能发生图示的催化氧化反应
【解析】选C。图示中发生的化学反应可以表述为2Cu+O22CuO,CuO+CH3CH2CH2OHCH3CH2CHO+Cu+H2O,总反应为醇的催化氧化。与—OH相连的碳原子上有2个氢的醇(—CH2OH)氧化成醛,与—OH相连的碳原子上有1个氢的醇氧化为酮,与—OH相连的碳原子上无氢原子的醇不发生催化氧化反应,故只有C项正确。
3.(2020·武汉高二检测)
下列关于乙二醇和丙三醇的说法中,错误的是
( )
A.乙二醇的水溶液的凝固点很低,可作内燃机的防冻液
B.丙三醇的沸点比乙二醇的沸点高
C.这两种醇易溶于乙醇,难溶于水
D.丙三醇可用于制造烈性炸药,乙二醇是制涤纶的主要原料
【解析】选C。乙二醇和丙三醇分子中含有多个羟基,能与水以任意比互溶。
4.下列说法中,不正确的是
( )
A.乙醇与金属钠反应时,分子中的O—H键断裂
B.检验乙醇中是否含有水可加入少量无水硫酸铜,若变蓝则含水
C.乙醇能被强氧化剂如重铬酸钾、酸性高锰酸钾溶液氧化
D.甲烷、乙烯、苯、乙醇都是无色不溶于水的有机化合物
【解析】选D。甲烷、乙烯、苯都不溶于水,但乙醇却能与水以任意比例混溶,D项不正确。
5.(2020·贵阳高二检测)丙烯醇(CH2CHCH2OH)可发生的化学反应有
( )
①加成 ②氧化 ③燃烧 ④加聚 ⑤取代
A.①②③
B.①②③④
C.①②③④⑤
D.①③④
【解析】选C。物质的化学性质由结构决定,关键是找出物质所含的官能团。丙烯醇中含有两种官能团“”和“—OH”,因此题述五种反应均能发生。
6.(2020·大连高二检测)分子式为C7H16O的饱和一元醇的同分异构体有多种,在下列该醇的同分异构体中,
A.
B.
C.
D.CH3(CH2)5CH2OH
(1)可以发生消去反应,生成两种单烯烃的是________(填字母,下同)。?
(2)可以发生催化氧化生成醛的是____________。?
(3)不能发生催化氧化的是____________。?
(4)能被催化氧化为酮的有________种。?
(5)能使KMnO4酸性溶液褪色的有________种。?
【解析】(1)因为其发生消去反应时,生成两种单烯烃,这表明连有—OH的碳原子的相邻碳原子上应连有氢原子,且以—OH所连碳原子为中心,分子不对称。(2)～(4)连有—OH的碳原子上有2个氢原子时可被催化氧化为醛,有1个氢原子时可被催化氧化为酮,不含氢原子时不能发生催化氧化。(5)连有—OH的碳原子上有氢原子时,可被KMnO4酸性溶液氧化为羧酸或酮,它们都会使KMnO4酸性溶液褪色。
答案:(1)C (2)D (3)B (4)2 (5)3
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-第2课时 酚
新课程标准
学业质量水平
1.认识酚的组成和结构特点、性质、转化关系。2.了解酚在生产、生活中的重要应用。3.认识苯酚分子中苯环和羟基之间的相互影响。
1.宏观辨识与微观探析:能通过羟基与芳香烃基的连接方式,认识酚与芳香醇在结构上的差异。2.科学探究与创新意识:通过苯酚与氢氧化钠溶液以及苯酚钠溶液与二氧化碳反应的有关实验,探究苯酚的有关性质,推断其具有弱酸性,并能结合乙醇的结构与性质,进一步认识烃基对羟基活泼性的影响。
必备知识·素养奠基
一、酚
1.酚
芳香烃分子中苯环上的一个或几个氢原子被羟基取代的产物称为酚。如:(邻甲基苯酚)、(萘酚)。
2.结构特点:羟基直接与苯环相连。
【想一想】
判断结构为的有机物是酚类还是醇类并命名。
提示:醇类。因为羟基没有和苯环直接相连,名字是苯甲醇。
二、苯酚的结构和物理性质
1.苯酚的分子结构
2.苯酚的物理性质
(1)苯酚俗称石炭酸,是有特殊气味的无色晶体,熔点为40.9__℃。?
(2)常温下,苯酚在水中的溶解度不大,温度高于65
℃时,能与水互溶。
(3)苯酚有毒,其浓溶液对皮肤有强烈的腐蚀性。若不慎沾到皮肤上应立即用酒精清洗。
【微思考】苯酚俗名石炭酸,溶液呈弱酸性,所以苯酚属于酸类物质这种说法对不对?
提示:不对。苯酚属于酚类。
三、苯酚的化学性质
1.苯环对羟基的影响
实验步骤
实验现象
①得到浑浊液体
②液体不变红
③液体变澄清
④或⑤液体变浑浊
化学方程式
③+NaOH+H2O④+HCl+NaCl⑤+CO2+H2O+NaHCO3
实验结论
室温下,苯酚在水中溶解度较小
苯酚虽不能使紫色石蕊溶液变红,但能与NaOH溶液反应,表现出酸性
酸性:HC解释
苯环对羟基的影响,使羟基上的氢原子更活泼,在水溶液中能发生电离,显酸性
2.羟基对苯环的影响
实验操作
实验现象
试管中立即产生白色沉淀
化学方程式
+3Br2↓+3HBr
应用
用于苯酚的检验和定量测定
解释
羟基对苯环的影响,使苯环上羟基邻、对位氢原子更活泼,易被取代
【微思考】苯酚与溴水反应时,溴水要过量,为什么?
提示:苯酚与溴水反应,溴水要过量,否则2,4,6-三溴苯酚会溶于过量苯酚中,观察不到白色沉淀。
3.显色反应:苯酚遇FeCl3溶液会立即显紫色。因而利用这一反应来进行酚类的鉴别。
4.聚合反应:苯酚与甲醛发生聚合反应,可制造酚醛树脂,反应的化学方程式为
n+nHCHO+
(n-1)H2O
5.氧化反应:常温下苯酚易被空气中的氧气氧化而显粉红色。
【巧判断】
(1)苯酚与三氯化铁溶液反应生成紫色沉淀。
( )
提示:×。苯酚与三氯化铁溶液发生络合反应生成可溶于水的紫色物质,不是沉淀。
(2)苯酚钠溶液中通入二氧化碳不管多少,产物均为苯酚和碳酸氢钠。
( )
提示:√。因为酸性:H2CO3>C6H5OH>HC
,所以苯酚钠溶液中通入二氧化碳只能生成碳酸氢钠
+CO2+H2O+NaHCO3。
(3)除去苯中的苯酚应加入过量的浓溴水再过滤。
( )
提示:×。苯酚与溴水反应生成的三溴苯酚和过量的溴水中的溴均和苯互溶,仍然得不到纯净的苯。
四、酚类的用途
1.苯酚常用于制造日常生活中有消毒作用的酚皂。
2.从葡萄中提取的酚可用于制造化妆品。
3.从茶叶中提取的酚可用于制备食品防腐剂和抗癌药物。
4.很多农药的主要成分中也含有酚类物质。
【情境·思考】
盛有苯酚的试剂瓶上有如下标识,其含义说明了苯酚的什么性质?
提示:图示的含义是腐蚀性、有毒。
关键能力·素养形成
知识点一 苯酚中苯环与羟基的相互影响
1.苯环对羟基的影响
苯酚分子中,苯环影响羟基,使酚羟基比醇羟基更活泼,苯酚的羟基在水溶液中能够发生电离:
+H+,所以苯酚具有弱酸性,能与NaOH和Na2CO3反应,而乙醇不与NaOH和Na2CO3反应。
2.羟基对苯环的影响
苯酚分子中,苯环受羟基的影响,使羟基碳邻、对位上的氢原子更活泼,比苯上的氢原子更容易被其他原子或原子团取代。
3.苯、甲苯、苯酚的比较
类别
苯
甲苯
苯酚
结构简式
氧化反应
不能被KMnO4酸性溶液氧化
可被KMnO4酸性溶液氧化
常温下在空气中被氧化,呈粉红色
取代反应
溴的状态
液溴
液溴
浓溴水
条件
催化剂
催化剂
无催化剂
产物
甲苯的邻、间、对三种一溴代物
特点
苯酚与溴的取代反应比苯、甲苯易进行
原因
酚羟基对苯环的影响使苯环上的邻、对位氢原子变得活泼,易被取代
与H2的加成反应
条件
催化剂、加热
催化剂、加热
催化剂、加热
结论
都含苯环,故都可发生加成反应
【特别提醒】(1)苯酚溶液的酸性较弱,不能使酸碱指示剂变色。
(2)苯酚的酸性比碳酸弱,由于电离能力H2CO3>>HC,所以与Na2CO3溶液反应生成
NaHCO3,而不与NaHCO3溶液反应放出CO2。即+Na2CO3+NaHCO3。
(3)向溶液中通入CO2,无论CO2过量与否,产物均是NaHCO3。即+H2O+CO2+NaHCO3。
(4)酚类物质与溴反应时,酚羟基邻、对位上的氢原子都能被溴原子取代。
【思考·讨论】
(1)如何证明苯酚的酸性比碳酸的酸性弱?
提示:利用强酸制弱酸,向苯酚钠溶液中通入二氧化碳气体,溶液变浑浊,发生反应为
+CO2+H2O+NaHCO3。
(2)怎样证明苯酚与浓溴水发生的反应是取代反应还是加成反应?
提示:从组成和结构上看,苯酚分子的不饱和程度很大,它与溴分子之间既可能发生取代反应也可能发生加成反应。如果是加成反应,则只有一种产物而且是有机物;如果是取代反应,则有HBr和一种有机物两种产物。其中,HBr易溶于水,在溶液中能完全电离。如果苯酚与溴水反应后的水溶液导电能力明显增强,或溶液的酸性明显增强,则表明反应有HBr生成,可证明苯酚与溴发生的反应是取代反应。
(3)比较①水、②乙醇、③碳酸、④苯酚、⑤醋酸五种物质羟基上氢原子的活泼性由强到弱的顺序。
提示:⑤>③>④>①>②。
【典例】有机物分子中原子(或原子团)间的相互影响会导致化学性质的不同。下列叙述不能说明上述观点的是
( )
A.苯酚能与NaOH溶液反应,而乙醇不行
B.受羰基影响,丙酮(CH3COCH3)分子中的氢比乙烷分子中的氢更易被卤原子取代
C.受苯环的影响,使甲基氢变得更加活泼,甲苯可以使酸性高锰酸钾褪色,而苯却不能
D.相同物质的量的甘油和乙醇分别与足量金属钠反应,甘油产生的H2多
【解题指南】解答本题应注意以下两个方面:
(1)原子或原子团的相互影响必须考虑相同的原子团连接不同的取代基;
(2)因官能团个数或不同官能团引起的性质不同不是相互影响。
【解析】选D。相同物质的量的甘油和乙醇分别与足量金属钠反应,甘油产生的H2多,是因为等物质的量的甘油中含有的羟基物质的量多,甘油产生的氢气多,这是由官能团数目决定的。
【规律方法】不同基团对其他官能团影响的结果
(1)链烃基对其他官能团的影响
甲苯的硝化反应产物是三硝基甲苯,而同样的条件下的苯的硝化只能生成一硝基苯。
(2)苯环对其他基团的影响
①水、醇、苯酚提供氢离子的能力大小:
R—OH②烷烃和苯均不能使高锰酸钾酸性溶液褪色,而苯的同系物可使高锰酸钾酸性溶液褪色。
(3)羟基对其他官能团的影响
①羟基对C—H键的影响:使和羟基相连的C—H键更不稳定。
②羟基对苯环的影响:使苯环羟基碳邻、对位上的氢原子更易被取代。
【迁移·应用】
1.(2020·南京高二检测)下列反应能说明苯酚分子中由于羟基影响苯环使苯酚分子中苯环比苯活泼的是
( )
①2+2Na2+H2↑
②+3Br2↓+3HBr
③+NaOH+H2O
A.①③ B.只有② C.②和③ D.全部
【解析】选B。—OH对苯环的影响结果是使苯环上的H活泼性增强,更易发生取代反应。
2.能证明苯酚具有弱酸性的实验是
( )
A.加入浓溴水生成白色沉淀
B.苯酚钠溶液中通入CO2后,溶液由澄清变浑浊
C.浑浊的苯酚加热后变澄清
D.苯酚的水溶液中加NaOH溶液,生成苯酚钠
【解析】选B。加入浓溴水后生成白色沉淀只能说明浓溴水与苯酚反应,浑浊的苯酚加热后变澄清说明加热增大了苯酚的溶解度。与NaOH反应也只能说明苯酚有酸性。B中发生如下反应:+CO2+H2O+NaHCO3,属于强酸制弱酸反应。
3.(2020·杭州高二检测)
关于、、的下列说法中不正确的是
( )
A.都能与金属钠反应放出氢气
B.都能与FeCl3溶液发生显色反应
C.都能使酸性KMnO4溶液褪色
D.都能在一定条件下发生取代反应
【解析】选B。属于酚类,、属于醇类,只有酚能与FeCl3溶液发生显色反应,选项B不正确;三种物质都含有—OH,能与钠反应产生氢气;苯酚和含结构的醇都能被酸性KMnO4溶液氧化而使其褪色;含—OH或苯环,在一定条件下能发生取代反应。
4.俗话说:“饭后一苹果,疾病远离我。”吃苹果能帮助消化,当我们把苹果切开后不久,果肉上会产生一层咖啡色的物质,好像生了“锈”一般,其原因是果肉里的酚在空气中转变为二醌,这些二醌很快聚合成为咖啡色的聚合物。
这一变化(酚变为二醌)的反应类型为
( )
A.氧化反应
B.还原反应
C.加成反应
D.取代反应
【解析】选A。该反应脱去了氢原子,属于氧化反应。
银杏,又名白果、公孙树、鸭脚。明代李时珍曰:“原生江南,叶似鸭掌,因名鸭脚。宋初始入贡,改呼银杏,因其形似小杏而核色白也。今名白果。”中国是银杏的故乡,银杏叶提取物有“捍卫心脏,保护大脑”之功效,从其中可以提取到槲皮素(结构简式如图)。槲皮素的分子式是多少?1
mol槲皮素能和几摩尔的溴反应?
提示:分子式为C15H10O7。1
mol槲皮素能和6
mol的溴反应。
知识点二 脂肪醇、芳香醇、酚类物质比较
类别
脂肪醇
芳香醇
苯酚
实例
CH3CH2OH
官能团
醇羟基—OH
醇羟基—OH
酚羟基—OH
结构特点
—OH与链烃基相连
—OH与苯环侧链碳原子相连
—OH与苯环直接相连
主要化学性质
(1)与钠反应;(2)取代反应;(3)消去反应;(4)氧化反应;(5)酯化反应
(1)弱酸性;(2)取代反应;(3)显色反应;(4)加成反应;(5)与钠反应;(6)氧化反应
特性
灼热的铜丝插入醇中,有刺激性气味物质生成(醛或酮)
与FeCl3溶液反应显紫色
【特别提醒】(1)醇、酚均与金属钠反应,醇不与NaOH溶液和Na2CO3溶液反应,但酚能与NaOH溶液和Na2CO3溶液反应。
(2)同样的基团或原子,连在不同的其他基团上,其性质表现不同,是受其他基团影响的结果。如电离产生H+的难易程度:R—OH【思考·讨论】
(1)乙醇、苯甲醇、苯酚都能被酸性高锰酸钾溶液氧化吗?
提示:都能。乙醇、苯甲醇分子中与羟基相连的碳原子上都存在氢原子,可以被氧化;苯酚易被氧气氧化,也能被酸性高锰酸钾氧化。
(2)分子式为C7H8O的芳香族化合物中,与FeCl3溶液混合后能发生显色反应的种类有几种?
提示:3种。
符合C7H8O分子式的所有同分异构体为
、、、
、,
其中,属于酚的有3种(①②③)。
【典例】有以下物质,根据要求回答问题。
① ②
③ ④
(1)能与氢氧化钠溶液、溴水、钠反应的都是哪些物质?
提示:能与氢氧化钠溶液、溴水反应的是②③;能与钠反应的是①②③④。
(2)能发生消去反应、能催化氧化生成醛或酮都是哪些物质?
提示:能发生消去反应的为④、能催化氧化生成醛或酮的是①④。
(3)写出②和浓溴水的反应、④的消去反应。
提示:+2Br2
+2HBr;
+H2O。
(4)如何区别①②?
提示:可用氯化铁溶液,呈紫色的为②,无变化的为①。
【迁移·应用】
1.(2020·秦皇岛高二检测)丁香酚可用于配制康乃馨型香精及制作杀虫剂和防腐剂,结构简式如图所示。下列物质在一定条件下不能跟丁香酚反应的是
( )
A.NaOH溶液
B.NaHCO3溶液
C.FeCl3溶液
D.Br2的CCl4溶液
【解析】选B。丁香酚中存在的酚羟基可与NaOH溶液反应,也能与FeCl3溶液发生显色反应,但不与NaHCO3溶液反应;丁香酚中存在碳碳双键,可与Br2的CCl4溶液发生加成反应。
2.(2019·日照高二检测)下列说法正确的是
( )
A.苯甲醇和苯酚都能与浓溴水反应产生白色沉淀
B.苯甲醇、苯酚在分子组成上相差一个CH2原子团,故两者互为同系物
C. 、、互为同分异构体
D.乙醇、苯甲醇、苯酚都既能与钠反应,又能与NaOH反应
【解析】选C。苯甲醇不能与浓溴水反应,A错误;同系物必须符合两点:结构相似,分子组成上相差1个或若干个CH2原子团,苯甲醇、苯酚的结构不相似,故不属于同系物,B错误;酚与分子式相同的芳香醇、芳香醚互为同分异构体,C正确;乙醇、苯甲醇的羟基都不显酸性,都不与NaOH反应,D错误。
3.(2020·昆明高二检测)一种免疫抑制剂麦考酚酸结构简式如图:
,下列有关说法不正确的是
( )
A.分子式为C17H20O6
B.能与FeCl3溶液显色,与浓溴水反应,最多消耗1
mol
Br2
C.1
mol麦考酚酸最多与3
mol
NaOH反应
D.在一定条件下可发生加成、加聚、取代、消去四种反应
【解析】选D。A项,由结构可知,分子式为C17H20O6,正确;B项,含酚羟基,能与FeCl3溶液显色,含双键能与溴水发生加成反应,与浓溴水反应,最多消耗1
mol
Br2,正确;C项,酚羟基、—COOH、—COOC—均可与NaOH反应,1
mol
麦考酚酸最多与3
mol
NaOH反应,正确;D项,该有机物不能发生消去反应,错误。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·中山高二检测)微博热传的“苯宝宝表情包”是一系列苯的衍生物配以相应的文字形成的(如图所示)。这两图所代表的物质分别为
( )
苯宝宝装个纯(醇)
苯宝宝多虑(氯)了
A.醇、卤代烃
B.酚、芳香烃
C.醇、芳香烃
D.酚、卤代烃
【解析】选D。是苯酚,属于酚;
是卤代烃,故D符合题意。
2.(2020·福州高二检测)下列反应与酚羟基对苯环的影响有关的是
( )
①苯酚在水溶液中可以电离出
②苯酚溶液中加入浓溴水生成白色沉淀
③用苯酚与甲醛为原料制备酚醛树脂
④苯酚与氢氧化钠反应生成苯酚钠
A.①② B.②③ C.②④ D.①④
【解析】选B。①④的反应中断裂的是羟基中的氢氧键,属于苯环对羟基的影响;②的反应是苯酚中羟基邻位、对位碳原子上的氢原子被取代的反应,属于羟基对苯环的影响;③的反应是发生在羟基邻位上的反应,属于羟基对苯环的影响。
3.苯中可能混有少量的苯酚,通过下列实验能判断苯中是否混有少量苯酚的是
( )
①取样品,加入少量高锰酸钾酸性溶液,振荡,看高锰酸钾酸性溶液是否褪色,褪色则有苯酚,不褪色则无苯酚。
②取样品,加入氢氧化钠溶液,振荡,观察样品是否减少。
③取样品,加入过量的浓溴水,观察是否产生白色沉淀,若产生白色沉淀则有苯酚,没有白色沉淀则无苯酚。
④取样品,滴加少量的FeCl3溶液,观察溶液是否显紫色,若显紫色则有苯酚,若不显紫色则无苯酚。
A.③④
B.①③④
C.①④
D.全部
【解析】选C。苯酚极易被氧化,故能使KMnO4(H+)溶液褪色,而苯不能,①可以作出判断;②的实验现象不明显,无法作出明确的判断;苯酚可以和浓溴水反应生成2,4,6-三溴苯酚,但生成的2,4,6-三溴苯酚易溶于有机溶剂苯,故③不能作出判断;苯酚与FeCl3溶液反应显紫色,常用于检验苯酚,④可以作出判断。
4.(2020·徐州高二检测)下列关于苯酚的叙述,不正确的是
( )
A.将苯酚晶体放入少量水中,加热至全部溶解,冷却至50
℃形成乳浊液
B.苯酚可以和浓溴水发生取代反应
C.苯酚易溶于NaOH溶液中
D.苯酚的酸性比碳酸强,比醋酸弱
【解析】选D。苯酚微溶于冷水,65
℃以上与水互溶,故A正确;由于羟基对苯环的影响,苯环上羟基碳邻、对位上氢原子较活泼,易被取代,与浓溴水反应生成2,4,6-三溴苯酚,B正确;苯酚能与NaOH反应而易溶于NaOH溶液,C正确;苯酚的酸性比碳酸、醋酸都弱,D错。
5.(2020·济南高二检测)苯酚分子结构中化学键如图所示,关于苯酚在各种反应中断键的说明不正确的是
( )
A.和氢气发生加成反应时大π键⑧断裂
B.和金属钠反应时键⑦断裂
C.和饱和溴水反应时键①、③、⑤断裂
D.制备酚醛树脂时键②、⑥断键
【解析】选D。苯酚和氢气发生加成反应时,大π键⑧断裂,A正确;酚羟基和金属钠反应生成苯酚钠和氢气,则键⑦断裂,B正确;苯酚和饱和溴水发生苯环上氢原子的取代反应,其中羟基的两个邻位氢原子和对位氢原子断键,即键①、③、⑤断裂,C正确;苯酚和甲醛发生反应制备酚醛树脂时羟基的两个邻位氢原子断键,即键①、⑤断裂,D不正确。
6.己烷雌酚是人工合成的非甾体雌激素物质,主要用于治疗雌激素低下症及激素平衡失调所引起的功能性出血等,如图所示,分别取1
mol
己烷雌酚进行4个实验。
下列对实验数据的预测与实际情况吻合的是
( )
A.①中生成7
mol
H2O
B.②中无CO2生成
C.③中最多消耗3
mol
Br2
D.④中发生消去反应
【解析】选B。己烷雌酚的分子式为C18H22O2,反应①中应生成11
mol
H2O,A项错;酚的酸性比H2CO3的弱,不能与NaHCO3溶液反应生成CO2,B项对;两个酚羟基的邻位上共有4个氢原子,它们均可被卤素原子取代,故反应③中最多可以消耗4
mol
Br2,C项错;苯环上的酚羟基不能发生消去反应,D项错。
7.(2020·安阳高二检测)如图是从苯酚的乙醇溶液中分离回收苯酚的操作流程图:
根据图示完成下列问题:
(1)试剂A的化学式为____________________________。?
(2)步骤③的操作名称为____________________________。?
(3)写出C+DE+C6H5OH的化学方程式:?____________________________。?
【解析】由于NaOH(或KOH)能与苯酚反应生成苯酚钠(或苯酚钾)而不与C2H5OH反应,故可以加入NaOH(或KOH等)溶液;利用C2H5OH与苯酚钠有较大的沸点差,蒸馏出乙醇;再向所得苯酚钠的溶液中通入足量的CO2,使苯酚钠转化为苯酚,通过分液操作使之分离出来。
答案:(1)NaOH(或KOH) (2)分液
(3)+CO2+H2O
NaHCO3+
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14
-第1课时 常见的醛、酮 醛、酮的化学性质
必备知识·素养奠基
一、常见的醛、酮
1.概念及结构特点
项目
醛
酮
概念
羰基碳原子分别与氢原子和烃基(或氢原子)相连
羰基的碳原子与两个烃基相连构成的有机物
官能团名称
醛基
酮羰基
官能团结构简式
或—CHO
饱和一元醛(酮)的组成通式
CnH2nO(n≥3)
【巧判断】
(1)醛基的结构简式为—COH或—CHO。
( )
提示:×。醛基不能写成—COH。
(2)含有羰基的化合物只能是酮。
( )
提示:×。含有羰基的化合物可以是醛、酮等化合物。
(3)的名称为3?甲基丁醛。
( )
提示:×。应该为2-甲基丁醛。
2.命名:醛、酮的命名与醇的命名相似,一是选主链(含羰基的最长碳链为主链),二是定碳位(靠近羰基的一端开始编号),如,命名为3-甲基丁醛;,命名为3-甲基-2-丁酮。
3.醛、酮的同分异构现象
(1)饱和一元醛、酮的通式为CnH2nO,分子中碳原子数相同的饱和一元醛酮互为同分异构体。
(2)C5H10O的同分异构体有以下7种:
①CH3CH2CH2CH2CHO ②
③
④
⑤
⑥
⑦
异构类型
同分异构体
官能团类型异构
醛(①、②、③、④)与酮(⑤、⑥、⑦)之间
官能团位置异构
⑤、⑥之间
碳骨架异构
①、②、③、④之间
【微思考】
(1)丙醛(CH3CH2CHO)与丙酮(CH3COCH3)有何联系?
提示:两者互为同分异构体。
(2)分子式为C2H4O和C3H6O的有机物一定是同系物吗?
提示:不一定,分子式为C2H4O的有机物是乙醛,分子式为C3H6O的有机物可能是丙醛,也可能是丙酮,还可能是环丙醇或烯丙醇。
4.常见的醛和酮
名称
结构简式
状态
气味
溶解性
用途
甲醛
HCHO
气体
刺激性
易溶于水
制酚醛树脂、脲醛树脂
乙醛
CH3CHO
液体
刺激性
易溶于水
苯甲醛
液体
苦杏仁味,工业上称苦杏仁油
微溶于水
染料、香料的中间体
丙酮
液体
特殊气味
与水以任意比互溶
有机溶剂、有机合成原料
【情境·思考】
醛类物质在自然界中广泛存在,要辩证地认识其利弊。例如甲醛是一种重要的有机原料,应用于制酚醛塑料,甲醛水溶液具有杀菌和防腐能力,是良好的杀菌剂,可以浸泡种子或生物标本。但是甲醛是居室污染的罪魁祸首之一,还有不法商贩用甲醛溶液浸泡蔬菜进行保鲜,这样对人体的危害更大。结合甲醛性质,思考食用蔬菜和居室装修如何防甲醛污染?
提示:甲醛是烃的含氧衍生物中的唯一气态物质,易溶于水,易挥发,从市场买的蔬菜最好用清水多洗几遍或泡一泡,基本上可以溶解洗掉甲醛。居室装修最好选择夏季高温季节进行,并注意通风。
二、醛、酮的化学性质
1.羰基的加成反应
(1)原理
醛基上的CO键在一定条件下可与H2、HX、HCN、NH3、氨的衍生物、醇类等发生加成反应。具体原理如下:
+
(2)几种与醛反应的试剂及加成产物如下表:
试剂名称
化学式
δ
+
δ-电荷分布A—B
与乙醛加成的产物
氢氰酸
H—CN
δ
+
δ-H—CN
氨及氨的衍生物(以氨为例)
NH3
δ+
δ- H—NH2
醇类(以甲醇为例)
CH3—OH
δ+
δ- H—OCH3
(3)醛、酮与氢氰酸加成
①CH3CHO+H—CN;
②+H—CN。
应用:有机合成中用于增长碳链。
2.氧化反应和还原反应
(1)氧化反应
①催化氧化反应
乙醛在一定温度和催化剂存在下,能被空气中的氧气氧化,反应的化学方程式为2CH3CHO+O22CH3COOH。
②与弱氧化剂的反应
实验操作
实验现象
实验结论
银镜反应
先生成白色沉淀,之后白色沉淀逐渐溶解
AgNO3(aq)与过量的稀氨水作用制得银氨溶液
试管内壁出现光亮的银镜
银氨溶液的主要成分[Ag(NH3)2]OH是一种弱氧化剂,将乙醛氧化成乙酸,而[Ag(NH3)2]+中的银离子被还原成单质银
与新制的氢氧化铜悬浊液反应
有蓝色沉淀产生
NaOH溶液与CuSO4溶液反应制得Cu(OH)2悬浊液
有砖红色沉淀生成
新制的Cu(OH)2悬浊液是一种弱氧化剂,将乙醛氧化,自身被还原为Cu2O
以上实验可知,乙醛能与弱氧化剂银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液反应,写出反应的化学方程式:
a.AgNO3+NH3·H2OAgOH↓+NH4NO3,
AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]OH+2H2O,
CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OHCH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O。
b.2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O。
【情境·思考】
工业银镜反应制镜工艺用的是银氨溶液(多伦试剂)与葡萄糖反应。之所以选葡萄糖,而不是用甲醛,是因为葡萄糖无毒无害,成本低。由此可知葡萄糖中含有什么官能团?能不能说葡萄糖一定属于醛类?此反应中葡萄糖发生了什么反应?
提示:能发生银镜反应说明葡萄糖中含有醛基,但含有醛基的物质并不一定是醛,由名称可知葡萄糖属于糖类物质。银镜反应中葡萄糖被氧化,发生氧化反应。
③酮的氧化反应
酮对一般的氧化剂比较稳定,只能被很强的氧化剂氧化,氧化时碳碳单键断裂。
饱和一元醛(酮)燃烧的通式为CnH2nO+O2nCO2+nH2O。
(2)还原反应
醛、酮能在铂、镍等催化剂的作用下与H2加成,还原产物一般是醇,反应的化学方程式分别为
RCHO+H2RCH2OH;
+H2。
【巧判断】
(1)含有羰基的化合物就是酮。
( )
提示:×。酮是羰基与两个烃基相连形成的化合物,如果羰基与一个烃基、一个氢原子相连,则该化合物属于醛。
(2)能发生银镜反应的有机物一定是醛。
( )
提示:×。醛基能发生银镜反应,但能发生银镜反应的不一定是醛,如甲酸(HCOOH)。
(3)醛能使酸性高锰酸钾溶液褪色,而酮不能。
( )
提示:√。醛具有很强的还原性,能被强氧化剂酸性高锰酸钾溶液氧化;酮不能被一般的氧化剂氧化。
关键能力·素养形成
知识点一 醛基的检验方法
1.醛基的检验
银镜反应
与新制Cu(OH)2悬浊液反应
反应原理
R—CHO+2[Ag(NH3)2]OHRCOONH4+3NH3+2Ag↓+H2O
R—CHO+2Cu(OH)2+NaOHRCOONa+Cu2O↓+3H2O
反应现象
产生光亮银镜
产生砖红色沉淀
量的关系
R—CHO～2AgHCHO～4Ag
R—CHO～2Cu(OH)2～Cu2OHCHO～4Cu(OH)2～2Cu2O
注意事项
(1)试管内壁必须洁净。(2)银氨溶液随用随配,不可久置。(3)水浴加热,不可用酒精灯直接加热。(4)醛用量不宜太多,如乙醛一般滴3滴。(5)银镜可用稀硝酸浸泡洗涤除去
(1)新制Cu(OH)2悬浊液要随用随配,不可久置。(2)配制新制Cu(OH)2悬浊液时,所用NaOH必须过量。(3)反应液必须直接加热煮沸
2.醛的还原性较强,可被较弱氧化剂银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液氧化,也可被KMnO4(H+)溶液、溴水等较强氧化剂氧化。
3.醛基既具有还原性,又具有氧化性,醛基可被氧化剂氧化为羧基,也可被H2还原为醇羟基,其转化关系如下:
—CH2OH
—CHO—COOH
因此,在有机推断题中,醛通常作为中间物质出现。
【易错提醒】醛基与酮羰基的区别
(1)醛基能被酸性KMnO4溶液、溴水、氧气、新制氢氧化铜悬浊液、银氨溶液等氧化剂氧化。
(2)酮羰基不能被酸性KMnO4溶液、溴水、新制Cu(OH)2悬浊液、银氨溶液等氧化剂氧化。
【思考·讨论】
(1)某学生做乙醛还原性的实验,取1
mol·L-1的硫酸铜溶液2
mL和0.4
mol·L-1的氢氧化钠溶液4
mL,在一个试管里混合后加入0.5
mL
40%的乙醛溶液加热至沸腾,无红色沉淀,该同学实验失败的原因可能是什么?
提示:氢氧化钠的量不够。乙醛和氢氧化铜悬浊液的反应需要在碱性条件下进行。
(2)某醛的结构简式为(CH3)2CCHCH2CH2CHO。要对其中的碳碳双键和醛基进行检验。
①检验分子中的醛基用什么方法?
提示:可加入银氨溶液后,水浴加热有银镜生成,可证明分子中存在醛基。
②检验分子中碳碳双键用什么方法?
提示:在加银氨溶液氧化—CHO后,调节pH至弱酸性再加入溴水,看是否褪色。
③实验操作中,应先检验什么官能团?
提示:醛基。由于溴水也能氧化醛基,所以必须先用银氨溶液氧化醛基,又因为氧化后溶液为碱性,溴水能与碱反应,应先加酸酸化后再检验双键。
【典例】萜类化合物广泛存在于动植物体内,关于下列萜类化合物的说法正确的是
( )
A.a和b都属于芳香族化合物
B.a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上
C.a、b和c均能使酸性KMnO4溶液褪色
D.b和c均能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质有醛基、碳碳双键、与苯环直接相连的碳上有氢原子的有机物等。
(2)有饱和碳原子的有机物所有原子不可能共面。
【解析】选C。A项,a中没有苯环,不属于芳香族化合物,错误;B项,a和c分子中都存在着,且与碳原子相连,为四面体构型,所以a、c分子中不可能所有的碳原子都在同一平面上,错误;C项,a中的碳碳双键,b中的与苯环相连的甲基,c中的醛基均可以被酸性KMnO4溶液氧化,正确;D项,与新制Cu(OH)2悬浊液反应的官能团为醛基,只有c可以与其反应,而b不能,错误。
【母题追问】(1)上述a、b、c三种化合物中能够发生银镜反应的是哪些?
提示:化合物c能发生银镜反应。银镜反应是含有醛基的物质具有的性质,a、b、c三种化合物中只有c含有醛基。
(2)试写出c与新制氢氧化铜悬浊液反应的化学方程式。
提示:与新制氢氧化铜悬浊液反应时,醛基被氧化为羧基,据此写出有关化学方程式:
【迁移·应用】
1.(2020·铁岭高二检测)已知柠檬醛的结构简式为,根据已有知识判断下列说法不正确的是
( )
A.它可使酸性KMnO4溶液褪色
B.它可以与溴发生加成反应
C.它可以发生银镜反应
D.它被催化加氢后最终产物的化学式为C10H20O
【解析】选D。柠檬醛的分子结构中有碳碳双键和醛基,无论哪一种官能团都能使酸性高锰酸钾溶液褪色,A正确;碳碳双键可与溴发生加成反应,B正确;醛基在一定条件下可以发生银镜反应,C正确;柠檬醛与氢气完全加成后分子式应为C10H22O,D不正确。
2.下列有关银镜反应实验的说法正确的是
( )
A.试管必须洁净
B.向2%的稀氨水中滴入2%的硝酸银溶液,配得银氨溶液
C.可采用水浴加热,也能直接加热
D.可用浓盐酸洗去银镜
【解析】选A。做银镜反应的试管必须洁净,否则不能出现银镜而得到黑色沉淀;银氨溶液配制时将稀氨水逐滴加入AgNO3溶液中,至最初产生的沉淀恰好溶解为止;银镜反应不能直接加热;银镜用稀硝酸清洗。
【补偿训练】
(2019·湖州高二检测)新制氢氧化铜溶液滴入含下列物质的溶液中,不能产生砖红色沉淀的是
( )
A.HCOONa
B.HCHO
C.CH3COOCH3
D.CH2CHCH2CHO
【解析】选C。能与新制氢氧化铜溶液发生反应的物质为含有醛基的物质,C中含有酯基,没有醛基。
茉莉醛具有浓郁的茉莉花香,其结构简式如图所示。可用于香料的合成。
(1)试分析1
mol茉莉醛和氢气完全反应,需要氢气多少摩尔?
提示:1
mol苯环和3
mol氢气反应、1
mol碳碳双键和1
mol氢气反应、1
mol醛基和1
mol氢气反应。所以1
mol茉莉醛能和5
mol氢气反应。
(2)能不能通过使溴水褪色现象证明茉莉醛中含有碳碳双键?
提示:不能。因为醛基也能使溴水褪色。
(3)如何检验茉莉醛中的醛基?
提示:可用银镜反应验证。
知识点二 醛和酮同分异构体的书写及醛的相关计算
1.醛和酮同分异构体的书写方法
(1)官能团类型异构
饱和一元醛、饱和一元酮的通式都是CnO,即含有相同碳原子数的饱和一元醛与饱和一元酮互为同分异构体。如丙醛(CH3CH2CHO)和丙酮(CH3COCH3)。
脂环醇、烯醇与等碳原子数的醛互为同分异构体。如
CH2CH—CH2OH和CH3CH2CHO。
(2)官能团位置异构
因为醛基在链端,所以醛不存在此类异构,但酮存在官能团位置异构。如2-戊酮与3-戊酮。
(3)碳骨架异构
①醛类碳骨架异构的写法:
如C5H10O可写成C4H9—CHO,C4H9—的碳骨架异构数目,即为C5H10O醛类异构体的数目,C4H9—的碳骨架异构数目有4种,C5H10O醛类异构体的数目也有4种。
②酮类碳骨架异构的写法:
如C5H10O从形式上去掉一个酮基后还剩余4个碳原子,碳骨架有以下2种结构:;然后将酮基放在合适的位置,一共有如下6个位置可以安放:,但由于①和③位置相同,④、⑤和⑥位置相同,所以共有3种同分异构体。
2.醛的相关计算
(1)一元醛发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液反应时,量的关系如下:
1
mol～2
mol
Ag
1
mol～1
mol
Cu2O
(2)甲醛发生氧化反应时,可理解为
(H2CO3)
所以,甲醛分子中相当于有2个—CHO,当与足量的银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液作用时,可存在如下量的关系:
1
mol
HCHO～4
mol
Ag
1
mol
HCHO～4
mol
Cu(OH)2～2
mol
Cu2O
(3)二元醛发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液反应时有如下量的关系:
1
mol二元醛～4
mol
Ag
1
mol二元醛～4
mol
Cu(OH)2～2
mol
Cu2O
【方法规律】醛反应的规律
(1)凡是含有醛基的化合物均具有氧化性、还原性,1
mol的醛基(—CHO)可与1
mol的H2发生加成反应,与2
mol的新制Cu(OH)2悬浊液或2
mol的[Ag(NH3)2]+发生氧化反应。
(2)醇(R—CH2OH)R—CHOR—COOH
Mr
Mr-2
Mr+14
【思考·讨论】
(1)醛基、酮基、羧基中都存在结构,它们都能与氢气发生加成反应吗?
提示:通常情况下,羧基中的碳氧双键不发生加成反应,醛基和酮基中的碳氧双键可以与氢气发生加成反应。
(2)已知甲醛的分子式为CH2O,其分子可以看成含两个醛基,如图:
试写出甲醛与足量银氨溶液和新制的Cu(OH)2反应的化学方程式。
提示:HCHO+4[Ag(NH3)2]OH(NH4)2CO3+4Ag↓+6NH3+2H2O;
HCHO+4Cu(OH)2+2NaOHNa2CO3+2Cu2O↓+6H2O。
【典例】(2020·合肥高二检测)3
g某一元醛和足量的银氨溶液反应,结果析出43.2
g
Ag,则该醛为
( )
A.甲醛 B.乙醛 C.丙醛 D.丁醛
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)甲醛的组成、结构和性质。
(2)甲醛氧化反应的简单计算。
【解析】选A。1
mol醛基发生银镜反应会产生2
mol的Ag单质。n(Ag)==0.4
mol,则在3
g醛中含有0.2
mol的醛基。一个甲醛()分子中相当于含有2个醛基,甲醛的相对分子质量是30,3
g甲醛的物质的量为0.1
mol,含有0.2
mol醛基,A项符合题意。
【迁移·应用】
1.(2020·济南高二检测)在甲醛、乙醛、丙酮组成的混合物中,氢元素的质量分数是9%,则氧元素的质量分数是
( )
A.16% B.37% C.48% D.无法确定
【解析】选B。甲醛、乙醛、丙酮三者具有相同的通式:CnO,因此混合物中m(C)∶m(H)=12n∶2n=6∶1,在该混合物中碳元素的质量分数是氢元素的质量分数的6倍,即碳元素的质量分数为9%×6=54%,则氧元素的质量分数为1-9%-54%=37%。
2.某有机化合物能跟新制的氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀,相对分子质量为44。燃烧该有机化合物2.2
g,生成2.24
L(已换算成标准状况下的体积)二氧化碳。下列说法不正确的是
( )
A.该有机化合物是乙醛
B.1
mol该有机化合物能够和1
mol氢气加成
C.燃烧该有机化合物4.4
g,生成1.8
g水
D.0.01
mol该有机化合物与足量银氨溶液充分反应,析出金属银2.16
g
【解析】选C。由已知可得,该有机化合物有—CHO,0.05
mol
的该有机化合物燃烧后生成0.1
mol
CO2,该分子有2个碳原子,是乙醛,A、B、D正确;燃烧该有机物4.4
g,生成3.6
g水,C错误。
【补偿训练】
1.
(2020·九江高二检测)
1
mol有机物与足量的氢气和新制氢氧化铜悬浊液反应,消耗的氢气与氢氧化铜的量分别为
( )
A.1
mol、2
mol
B.1
mol、4
mol
C.3
mol、2
mol
D.3
mol、4
mol
【解析】选D。该分子中含有醛基和碳碳双键,具有醛和烯烃的性质,能发生氧化反应、加成反应,醛基和碳碳双键能和氢气发生加成反应,醛基和新制氢氧化铜悬浊液发生氧化反应,1
mol该物质和氢气发生加成反应最多消耗3
mol氢气,和新制氢氧化铜悬浊液反应最多消耗4
mol氢氧化铜,故选D。
2.(2019·徐州高二检测)一定量的某一元醛发生银镜反应,析出银10.8
g。等量的此醛完全燃烧时产生2.7
g的水。下列说法正确的是
( )
A.可能是乙醛
B.一定是丙醛
C.不可能是丁醛
D.可能是丁烯醛
【解析】选D。一元醛(分子结构中只有一个醛基),一般发生银镜反应时,生成银物质的量为醛的2倍。饱和一元醛与生成的银和燃烧生成的水,有如下关系:
2Ag～CnH2nO～nH2O
2×108
18n
10.8
g
2.7
g
=,n=3,该醛可能是饱和醛——丙醛,也可能为不饱和醛——丁烯醛(C4H6O)。故正确答案为D。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.下列物质不属于醛类的是
( )
A.
B.
C.CH2CH—CHO
D.CH3—CH2—CHO
【解析】选B。醛是由烃基和醛基相连而构成的化合物,B项的结构简式为,其中CH3—O—不是烃基,故B不属于醛类。
2.(2020·临川高二检测)丙烯醛的结构简式为CH2CHCHO,下列有关其性质的叙述中错误的是
( )
A.能使溴水褪色,也能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B.在一定条件下与H2充分反应,生成1-丙醇
C.能发生银镜反应,且反应过程中表现出氧化性
D.在一定条件下能被空气氧化
【解析】选C。丙烯醛(CH2CH—CHO)中含碳碳双键,能使溴水褪色,也能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故A正确;碳碳双键、—CHO均能与氢气发生加成反应,则在一定条件下与H2充分反应生成1-丙醇,故B正确;含—CHO,能发生银镜反应,表现了还原性,故C错误;—CHO在铜催化、加热条件下能被空气中的氧气氧化,故D正确。
3.已知丁基共有4种同分异构体,不必试写,立即可断定分子式为C5H10O的醛应有
( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
【解析】选B。C5H10O符合饱和一元脂肪醛的通式CnH2nO,可写为C4H9—CHO的结构形式,又已知丁基共有4种同分异构体,故分子式为C5H10O的醛应有4种。
4.(2020·徐州高二检测)下列反应中属于有机物发生还原反应的是
( )
A.乙醛与银氨溶液反应
B.丙醛在催化剂存在下与氢气反应
C.丁醛在催化剂作用下与O2反应生成丁酸
D.甲醛与新制的Cu(OH)2悬浊液反应
【解析】选B。选项A、C、D中,均为加氧变成,有机物发生的是氧化反应;选项B中加氢变成—CH2OH,有机物发生的是还原反应。
5.(2020·济宁高二检测)某饱和一元脂肪醛中所含碳元素质量是氧元素质量的3倍,则此醛的结构式可能有
( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.1种
【解析】选A。由饱和一元醛通式CnO及含碳元素质量是氧元素质量的3倍,可得n==4,即分子式为C4H8O,也即C3H7—CHO,因丙基有2种,正丙基(CH3—CH2—CH2—)和异丙基(),所以此醛应有2种。
6.(2020·郑州高二检测)醛的结构简式为
(CH3)2CCHCH2CH2CHO,请回答下列问题:
(1)检验该分子中醛基的方法是_________,?
化学方程式为_________。?
(2)检验该分子中的方法是_________,?
化学方程式为_________。?
(3)实验中应先检验______________,原因是_________。?
具体操作:
_________。?
【解析】依次检验多种官能团化合物的官能团时,应注意官能团之间的干扰,如选用溴水检验时,—CHO也会被溴水氧化,故需先检验并除去—CHO再检验,同时应注意连续操作过程中溶液酸碱性的调节。
答案:(1)加入银氨溶液,水浴加热,观察是否有银镜产生(答案合理即可) (CH3)2CCHCH2CH2CHO+2[Ag(NH3)2]OH(CH3)2CCHCH2CH2COONH4+3NH3+2Ag↓+H2O
(2)加入溴水,观察溴水是否褪色
(CH3)2CCHCH2CH2CHO+Br2
(3)—CHO —CHO会干扰的检验 取少量醛加入适量银氨溶液,水浴加热后观察到银镜的产生可证明含—CHO,然后再加酸将溶液调至pH<7,加入少量溴水后,溴水褪色,可证明含(其他答案合理也可)
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-第2课时 糖类和核酸
必备知识·素养奠基
一、糖类概述
1.概念
分子中有两个或两个以上羟基的醛或酮以及水解后可以生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物。
2.糖类的组成
糖类由C、H、O三种元素组成,官能团为—OH、—CHO或。
3.分类
糖类
【巧判断】
(1)糖类又称碳水化合物,其通式都为Cn(H2O)m,符合通式Cn(H2O)m的一定属于糖。
( )
提示:×。大多数可以用Cn(H2O)m表示。但也有的糖如鼠李糖(分子式为C6H12O5)不符合Cn(H2O)m的形式;同时符合通式Cn(H2O)m的也不一定属于糖,如乙酸(C2H4O2)
。
(2)蔗糖、麦芽糖的水解产物都相同,淀粉、纤维素水解的最终产物相同。
( )
提示:×。蔗糖水解得到葡萄糖和果糖,麦芽糖水解得到葡萄糖;淀粉和纤维素水解的最终产物都是葡萄糖。
(3)淀粉和纤维素的通式都是Cn(H2O)m,两者互为同分异构体。
( )
提示:×。淀粉和纤维素是由几百个到几千个葡萄糖单元构成的高分子化合物,组成通式都是Cn(H2O)m,因为n的数值不固定,分子式并不相同,因此不能互称同分异构体。
二、单糖
1.实验探究——葡萄糖中的醛基的检验方法
实验名称
用银氨溶液检验醛基
利用新制的氢氧化铜悬浊液检验醛基
实验用品
葡萄糖溶液,银氨溶液,试管,烧杯,酒精灯,三脚架,石棉网等
葡萄糖溶液,2%的CuSO4溶液,10%NaOH溶液,试管,酒精灯,石棉网等
实验步骤
a.取一支洁净的试管,加入1
mL葡萄糖溶液;b.向葡萄糖溶液中加入2
mL的银氨溶液,不要振荡;c.水浴加热混合溶液,观察现象
a.配制氢氧化铜悬浊液;b.向新配制的氢氧化铜悬浊液中加入2
mL葡萄糖溶液,加热,观察颜色变化
现象及解释
在试管内壁产生光亮的银镜,说明有单质银生成,进而证明葡萄糖中含有醛基
有砖红色沉淀产生,说明二者发生反应,葡萄糖中含有醛基
反应方程式
CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]OHCH2OH(CHOH)4COONH4+H2O+2Ag↓+3NH3
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH2OH(CHOH)4COONa+3H2O+Cu2O↓
【情境·思考】
糖是人体三大主要营养素之一,是人体热能的主要来源。糖类物质及其产物存在广泛,在生产、生活中用途广泛,例如葡萄糖在糖果制造业和医药领域有着广泛应用。试根据葡萄糖的结构,写出葡萄糖与银氨溶液和氢氧化铜悬浊液反应的化学方程式。
提示:CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]OH
CH2OH(CHOH)4COONH4+H2O+2Ag↓+3NH3,
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH
CH2OH(CHOH)4COONa+3H2O+Cu2O↓。
2.葡萄糖
(1)组成与结构:分子式为C6H12O6,是六碳醛糖,官能团是醛基和羟基,结构简式为CH2OH—(CHOH)4—CHO。
(2)物理性质:白色晶体,易溶于水,有甜味。
(3)化学性质:
①可与银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等发生氧化反应。
CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]OH
CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O;
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH
CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O。
②可与H2等发生加成反应。
③可与羧酸发生酯化反应。
④在酒化酶的作用下产生乙醇
C6H12O62C2H5OH+2CO2↑。
3.果糖
分子式:C6H12O6,是六碳酮糖,是自然界中甜度最高的单糖,与葡萄糖互为同分异构体。
【巧判断】
(1)葡萄糖属于电解质。
( )
提示:×。葡萄糖溶于水不能电离,所以是非电解质。
(2)果糖与葡萄糖互为同系物。
( )
提示:×。果糖和葡萄糖是同分异构体。
(3)葡萄糖能发生银镜反应。
( )
提示:√。葡萄糖中含有醛基,能发生银镜反应。
三、双糖
1.蔗糖水解及其产物性质实验探究
在一支试管中加入20%蔗糖溶液5
mL,加入稀硫酸,水浴加热;然后用NaOH溶液中和呈弱碱性;再加入新制的Cu(OH)2悬浊液加热,观察到的实验现象是有砖红色沉淀生成,实验结论是蔗糖水解产物中有还原性糖。
2.双糖
又称二糖,1
mol双糖能水解成2
mol单糖。常见的双糖有麦芽糖和蔗糖,分子式均为C12H22O11,麦芽糖分子中有醛基,具有还原性,蔗糖分子中无醛基,二者互为同分异构体,水解的化学方程式分别为
+H2O,
+H2O+
【微思考】
如何鉴别蔗糖和麦芽糖?
提示:蔗糖分子结构中没有醛基,所以没有还原性,麦芽糖分子结构中含有醛基,是一种还原性糖,可用银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液来鉴别蔗糖和麦芽糖。
四、多糖
1.用银氨溶液和碘水来检验淀粉在水溶液中是否发生了水解及水解是否已进行完全,实验步骤如下:
(1)实验现象及结论:
现象A
现象B
结论
1
未出现银镜
溶液变蓝色
淀粉尚未水解
2
出现银镜
溶液变蓝色
淀粉部分水解
3
出现银镜
溶液不变蓝色
淀粉完全水解
(2)实验中加入NaOH溶液的作用是中和稀硫酸。
2.多糖广泛存在于自然界中,是一类天然有机高分子化合物,常见的多糖有淀粉和纤维素
(1)淀粉
①组成:通式为(C6H10O5)n。
②水解反应:
淀粉发生水解反应的化学方程式为
+nH2O。
③特征反应:
利用淀粉遇碘变蓝的性质可以检验淀粉的存在。
(2)纤维素
①组成:通式为(C6H10O5)n或[C6H7O2(OH)3]n。
②水解反应:
纤维素比淀粉难以水解,在酸的催化作用下,发生水解反应的化学方程式为
+nH2O。
③酯化反应:
纤维素中的葡萄糖单元含有三个醇羟基,表现出醇的性质,与硝酸发生酯化反应制得纤维素硝酸酯(俗名硝酸纤维),与乙酸发生酯化反应制得纤维素乙酸酯(俗名醋酸纤维)。
【想一想】
(1)淀粉、纤维素通式为(C6H10O5)n,它们是否互为同分异构体?
提示:否。虽然淀粉和纤维素的通式相同,但它们的结构不同,分子里所包含的单糖单元(C6H10O5)的数目也不同,即n值不同,故它们不互为同分异构体。
(2)在检验淀粉水解产物之前,加入氢氧化钠溶液的目的是什么?
提示:中和作为催化剂的硫酸,以免硫酸破坏银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液,从而导致实验失败。
五、五碳醛糖与核酸
1.五碳醛糖
种类
核糖
脱氧核糖
分子式
C5H10O5
C5H10O4
结构式
链式结构
环式结构
2.核苷酸
分类
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
组成
环式核糖、碱基、磷酸基团
脱氧核糖、碱基、磷酸基团
结构
有一个五碳醛糖分子、一个磷酸分子、一个碱基分子脱水连接
碱基构成
腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、尿嘧啶(U)、胞嘧啶(C)
3.生命之源——核酸
分类
核糖核酸(RNA)
脱氧核糖核酸(DNA)
组成
多个核糖核苷酸分子间脱水形成磷酯键后聚合而成的核糖核苷酸链
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
区别
五碳醛糖是核糖
五碳醛糖是脱氧核糖
联系
参与构成DNA的碱基除将U替换成T之外,其余碱基与RNA相同
结构
螺旋状双链结构
性质
生物学特性
【微思考】
结合教材中的DNA分子的结构说出在DNA分子中含有哪些官能团?
提示:含有氨基、醚键等官能团。
关键能力·素养形成
知识点一 糖类性质的比较
1.葡萄糖与果糖
葡
萄
糖
果 糖
分子式
C6H12O6(同分异构体)
结构特点
多羟基醛
多羟基酮
存在
自然界分布最广,葡萄及甜味水果中
水果、蜂蜜
物理性质
无色晶体,溶于水
不易结晶,常为黏稠状液体、纯净的为无色晶体,溶于水
化学性质
羟基性质:酯化反应醛基性质:还原性[与新制Cu(OH)2悬浊液反应、银镜反应、与溴水反应]、氧化性生物作用:氧化反应
可发生银镜反应及与新制Cu(OH)2悬浊液的反应,不与溴水反应
用途
制药、制糖果、制镜
食物
制法
淀粉水解
2.蔗糖和麦芽糖
类别
蔗糖
麦芽糖
相似点
①组成相同,化学式均为C12H22O11,互为同分异构体②都属于双糖,每摩尔双糖水解后生成两摩尔单糖③水解产物都能发生银镜反应,都能还原新制的Cu(OH)2④都具有甜味(蔗糖更甜)
不同点
官能团
不含醛基(非还原性糖)
含有醛基(还原性糖)
化学性质
不能发生银镜反应,也不能还原新制的Cu(OH)2
能发生银镜反应,能还原新制的Cu(OH)2
水解产物
葡萄糖和果糖各半
葡萄糖
来源
以甘蔗和甜菜含量最多
淀粉在酶作用下的水解产物
用途
甜味食物、制红糖、白糖等
甜味食物、制饴糖
3.淀粉和纤维素的比较
名称
淀粉
纤维素
存在
存在于植物种子、块根、谷类等中
存在于棉花、木材等中
通式
(C6H10O5)n
(C6H10O5)n
结构特点
由几百个到几千个单糖单元构成的高分子化合物
由比淀粉更多的单糖单元构成的高分子化合物
相互关系
两者不是同分异构体,不是同系物,均属于天然高分子化合物
物理性质
白色粉末,不溶于冷水,一部分可溶于热水,无甜味
白色、无味的物质,不溶于水,无甜味
化学性质
加碘水
与碘作用呈现蓝色
与碘不反应、不变蓝,可用于鉴别淀粉和纤维素
水解
在淀粉酶的作用下水解成麦芽糖,在无机酸作用下水解成葡萄糖
在无机酸催化作用下水解,最后生成葡萄糖,比淀粉水解困难
酯化
能发生酯化反应
能发生酯化反应,生成硝酸纤维、醋酸纤维等
用途
作工业原料,制取葡萄糖、酒精、变性淀粉等
可用于纺织工业、造纸工业,制硝酸纤维、醋酸纤维和黏胶纤维等
【易错提醒】糖类判断的误区
(1)大多数糖类的组成可以用通式Cn(H2O)m表示,其中m和n可以相同也可以不同;通式的使用有一定的限度,少数糖类不符合通式,如脱氧核糖(C5H10O4)、鼠李糖(C6H12O5);少数符合糖类通式的物质不是糖类,如乙酸(CH3COOH)、甲酸甲酯(HCOOCH3);通式只表明糖类的元素组成,并不反映糖类的结构。糖类分子中并不存在水分子。
(2)判断某物质是否属于糖类,要根据其结构特点,只有多羟基醛或多羟基酮以及能水解生成多羟基醛或多羟基酮的物质才属于糖类。
(3)葡萄糖和果糖属于单糖不是因为它们分子中碳原子数最少,而是因为不能水解。葡萄糖和果糖是六碳糖,而核糖、脱氧核糖均为五碳糖,分子中碳原子数比葡萄糖和果糖少一个;碳原子数最少的糖为三碳糖,即丙糖。
【思考·讨论】
(1)请结合葡萄糖的结构推测葡萄糖能和金属钠反应吗?如果能反应,1
mol葡萄糖和足量的钠反应生成几摩尔氢气?
提示:能。葡萄糖中有羟基,能和钠反应放出氢气。因为1个葡萄糖分子中有5个羟基,所以1
mol葡萄糖和足量的钠反应生成2.5
mol氢气。
(2)将20%的蔗糖水溶液与稀硫酸混合后水浴加热,蔗糖能发生水解反应,如何证明蔗糖已发生水解?
提示:取少许水解液,加入NaOH溶液至溶液呈碱性,再加入适量的银氨溶液并水浴加热,若有明亮的银镜产生,则证明蔗糖已经发生水解。
【典例】(2020·芜湖高二检测)下列说法中,错误的是
( )
A.通常淀粉和纤维素都不显还原性
B.麦芽糖分子中含有醛基,能发生银镜反应,故属于醛
C.淀粉和纤维素的结构不同,两者不互为同分异构体
D.纤维素分子是由葡萄糖单元组成的,可以表现出一些多元醇的性质
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)了解还原糖、非还原糖的概念。
(2)了解常见糖类化合物的组成、结构及主要性质。
【解析】选B。淀粉、纤维素都是非还原糖,都不显示还原性,A对;麦芽糖是还原糖,能发生银镜反应,分子中含有醛基,但它是多羟基醛,属于糖类,B错;淀粉纤维素的结构不同,由于组成它们的n值不同,其分子式也不同,两者不是同分异构体,C对;纤维素的每个葡萄糖单元分子中含有三个醇羟基,具有醇的性质,如能与醋酸、硝酸酯化等,D对。
【母题追问】蔗糖在不同浓度硫酸作用下可以发生哪些反应?
提示:蔗糖与稀硫酸共热时,能发生水解反应:+H2O+,蔗糖在浓硫酸作用下可发生脱水反应:12C+11H2O。
【迁移·应用】
1.(2020·铁岭高二检测)下列关于二糖的说法中不正确的是( )
A.蔗糖与麦芽糖互为同分异构体
B.蔗糖与麦芽糖的分子式都是C12H22O11
C.蔗糖和麦芽糖的水解产物完全相同
D.麦芽糖能发生银镜反应,蔗糖不能发生银镜反应
【解析】选C。蔗糖和麦芽糖的分子式相同,
结构式不同,互为同分异构体,A项正确;蔗糖和麦芽糖的分子式都是C12H22O11,B项正确;蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,麦芽糖水解只生成葡萄糖,C项错误;麦芽糖是还原性糖,能发生银镜反应,蔗糖是非还原性糖,不能发生银镜反应,D项正确。
2.(2020·冀州高二检测)下列反应中能检验尿液中存在葡萄糖的是
( )
A.加金属钠,看是否有氢气放出
B.与新制的Cu(OH)2悬浊液混合煮沸,观察有无砖红色沉淀生成
C.与醋酸和浓硫酸共热,看能否发生酯化反应
D.加入饱和碳酸钠溶液中看是否分层
【解析】选B。尿液中含有水,无论是否含葡萄糖,加入钠都会有氢气放出,A项错误;检验葡萄糖可利用其分子结构中含有醛基,将其与新制的Cu(OH)2悬浊液共热,根据是否有砖红色沉淀生成来检验,B项正确;因尿液中葡萄糖含量很低,与醋酸反应不明显,C项错误;葡萄糖是五羟基醛,与饱和碳酸钠溶液互溶,混合后溶液不会分层,D项错误。
3.下列糖类物质能与新制Cu(OH)2悬浊液、银氨溶液反应的是
( )
A.麦芽糖 B.蔗糖 C.纤维素 D.淀粉
【解析】选A。麦芽糖分子中含—CHO,为还原性糖。蔗糖、纤维素、淀粉均不是还原性糖。
4.(2020·宝鸡高二检测)下列说法中,正确的是
( )
A.多糖是很多个单糖分子按照一定的方式,通过分子内脱水而结合成的
B.多糖在性质上跟单糖、双糖不同,通常不溶于水,没有甜味,没有还原性
C.淀粉和纤维素都是重要的多糖,它们的通式都是(C6H10O5)n,二者互为同分异构体
D.淀粉在稀硫酸作用下水解最终生成葡萄糖和果糖
【解析】选B。多糖是通过多个单糖分子间脱水结合而成,A项错误;多糖通常不溶于水,没有甜味,没有还原性,如淀粉和纤维素,B项正确;淀粉和纤维素的化学式中的n值不同,不互为同分异构体,C项错误;淀粉水解最终生成葡萄糖,D项错误。
成熟的苹果中含有淀粉、葡萄糖和无机盐等,某课外兴趣小组设计了一组实验证明某些成分的存在,请你参与并协助他们完成相关实验。
(1)如何检验苹果汁中含有淀粉?
提示:取少量苹果汁,加入碘水,溶液变蓝,则苹果中含有淀粉。
(2)已知苹果汁为酸性溶液,检验苹果汁中含有葡萄糖时应注意什么?
提示:检验醛基时溶液需要碱性环境,所以在和银氨溶液或新制的氢氧化铜悬浊液反应时应先加入氢氧化钠使溶液呈碱性。
(3)苹果汁在适当的条件下发酵能得到果汁酒,试用化学方程式表示其变化。
提示:C6H12O62C2H5OH+2CO2↑。
(4)青苹果酸涩,熟苹果甜香,试从以上成分转化的角度加以解释。
提示:青苹果中主要含淀粉,熟苹果中主要含葡萄糖。苹果成熟的过程就是淀粉转化为葡萄糖的过程。
知识点二 糖类水解产物和水解程度的检验
1.糖类还原性的检验
糖类还原性是指糖类中的醛基被氧化的性质。某些糖类有较强的还原性,能被银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液氧化。若糖类不能发生银镜反应或不与新制Cu(OH)2悬浊液反应,则该糖不具有还原性,为非还原性糖,如蔗糖。
2.水解产物中葡萄糖的检验
(1)水解条件
①蔗糖:稀硫酸(1∶5)作催化剂,水浴加热。
②纤维素:90%的浓硫酸作催化剂,小火微热。
③淀粉:稀酸或酶催化,水浴加热。
(2)水解产物中葡萄糖的检验:欲检验糖类水解产物中的葡萄糖,必须先加入NaOH溶液中和其中的酸,再加入银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液进行检验。
【规律总结】三个重要实验的条件
(1)银镜反应:①水浴加热;②碱性(因为酸会破坏银氨溶液)。
(2)与新制Cu(OH)2悬浊液的反应:①加热煮沸;②碱性[因为酸与Cu(OH)2反应]。
(3)检验淀粉水解是否完全时,要在水解液中加入碘水,不能在加入氢氧化钠溶液后再加碘水。
【思考·讨论】
(1)水解后使溶液呈碱性,且验证能发生银镜反应,则是不是说明水解的物质是糖类?
提示:不一定。甲酸某酯在NaOH溶液中水解后甲酸钠也能发生银镜反应。
(2)如何通过实验证明蔗糖水解的产物具有还原性?
提示:将蔗糖与稀硫酸混合加热一段时间后,再加入NaOH溶液至溶液呈碱性,最后加入新制Cu(OH)2悬浊液共热,若有红色沉淀生成,证明蔗糖的水解产物具有还原性。
【典例】(2020·文昌高二检测)下列实验能获得成功的是
( )
A.蔗糖溶液中加入稀硫酸,加热,然后加入银氨溶液,水浴加热,有银镜生成
B.在硫酸铜溶液中加入几滴稀NaOH溶液后,加入葡萄糖溶液,煮沸后,有砖红色沉淀析出
C.在淀粉溶液中加入唾液(含淀粉酶),水浴加热(36
℃左右),冷却后加入银氨溶液,再水浴加热,有银镜生成
D.在淀粉溶液中加入稀硫酸,微热后,再加入新制Cu(OH)2悬浊液,无明显现象,说明淀粉没有水解
【思维建模】解答淀粉水解的问题思维流程如下:
【解析】选C。银镜反应须在碱性环境下进行,应该先加碱中和稀硫酸,再做银镜实验;葡萄糖能与含氢氧化钠的氢氧化铜溶液反应,产生砖红色沉淀,B项NaOH用量太少;C项可成功;D项在加新制Cu(OH)2悬浊液之前应先加NaOH溶液,中和催化剂稀硫酸。
【母题追问】(1)淀粉发生水解时的产物中会有蔗糖吗?
提示:不会。根据淀粉水解的程度,其水解产物可能为麦芽糖或葡萄糖,不会生成蔗糖。
(2)选项D中微热后加入碘水后变蓝,能否说明淀粉没有水解?
提示:不能。加入碘水变蓝,说明还有淀粉,可能没有水解,也可能是部分水解。
【迁移·应用】
1.(2020·淄博高二检测)如图表示一个反应过程,图中的黑球表示两个相同的单糖,则图中的a、b、c分别表示
( )
A.麦芽糖、麦芽糖酶、葡萄糖 B.蔗糖、蔗糖酶、果糖
C.乳糖、乳糖酶、葡萄糖
D.淀粉、淀粉酶、葡萄糖
【解析】选A。据图示,b在反应前后未变化,应为催化剂即酶,a是水解后生成两个相同的单糖分子的二糖。1
mol
麦芽糖水解生成2
mol葡萄糖,1
mol蔗糖水解生成1
mol葡萄糖和1
mol果糖,故a为麦芽糖,c为葡萄糖。
2.下列说法中,错误的是
( )
A.碘化钾溶液能使淀粉显蓝色
B.纤维素的水解难于淀粉的水解
C.用淀粉制乙醇不仅仅发生了水解反应
D.多糖一般没有还原性,也没有甜味
【解析】选A。I2使淀粉显蓝色,淀粉水解生成葡萄糖,葡萄糖在酒化酶作用下分解生成乙醇:C6H12O62C2H5OH+2CO2↑,淀粉制乙醇的反应包括水解反应和分解反应。
3.(2020·三明高二检测)下列实验操作和结论错误的是
( )
A.用新制Cu(OH)2悬浊液可鉴别麦芽糖和蔗糖
B.用银镜反应可证明蔗糖是否转化为葡萄糖,但不能证明是否完全转化
C.浓硫酸可使蔗糖脱水变黑,证明蔗糖含C、H、O三种元素
D.蔗糖溶液中滴加几滴稀硫酸,水浴加热几分钟,加入新制Cu(OH)2悬浊液中,加热煮沸没有砖红色沉淀生成,证明蔗糖不水解
【解析】选D。麦芽糖属于还原性糖,而蔗糖是非还原性糖,利用新制Cu(OH)2悬浊液可鉴别,A项正确;产生银镜只能说明蔗糖水解生成葡萄糖,但蔗糖是否剩余则无法确定,B项正确;浓硫酸具有脱水性,可使蔗糖脱水变黑,C项正确;发生银镜反应的条件是溶液显碱性,实验中没有用碱液中和硫酸,D项错误。
4.用来证明棉花和淀粉都是多糖的实验方法是
( )
A.放入氧气中燃烧,检验燃烧产物都是CO2和H2O
B.放入银氨溶液中微热,都不发生银镜反应
C.加入浓硫酸后微热,都脱水而变黑
D.分别放入稀酸后煮沸几分钟,用NaOH溶液中和反应后的溶液,再加入新制的Cu(OH)2悬浊液共热,都生成砖红色沉淀
【解析】选D。多糖在H2SO4存在下水解生成单糖(葡萄糖),再加入新制的Cu(OH)2悬浊液共热时生成Cu2O沉淀。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.对于糖类化合物的概念叙述正确的是
( )
A.含有碳、氢、氧三种元素的有机化合物
B.是碳和水的化合物,又称碳水化合物
C.有甜味的物质
D.一般是多羟基醛或多羟基酮及它们的脱水缩合物
【解析】选D。含有C、H、O三种元素的有机物不一定是糖类,A选项错误;并不是所有的糖类都可以写成Cm(H2O)n的形式,B选项错误;有甜味的物质不一定是糖类,C选项错误。
2.(2020·临沂高二检测)
下列物质中,在一定条件下既能发生银镜反应,又能发生水解反应的是
( )
A.乙酸甲酯 B.蔗糖 C.葡萄糖 D.麦芽糖
【解析】选D。A的结构简式为,由此可知虽然能水解但没有醛基,B为非还原性糖,不能发生银镜反应,C为单糖不能水解,D是二糖能水解,同时又是还原性糖,能发生银镜反应。
3.下列物质中,属于糖类,但是分子组成不符合Cm(H2O)n的是
( )
A.CH3CH2CHO
B.
C.
D.
【解析】选C。糖类的分子结构是多羟基醛或酮,A中没有羟基,B是多元醇,不含醛基或羰基,所以A、B都不是糖;C是多羟基酮,且其分子组成为C6H12O5,不符合Cm(H2O)n,故C符合题意;D是多羟基醛,属于糖,但是其分子组成为C4(H2O)4,所以D不符合题意。
4.(2020·长治高二检测)关于淀粉和纤维素的下列说法中,不正确的是
( )
A.两者都能水解且水解的最终产物相同
B.两者实验式相同,通式相同,互为同分异构体
C.两者都属于糖类,与新制Cu(OH)2共热都无砖红色沉淀生成
D.两者均属于高分子化合物,淀粉遇I2变蓝色,而纤维素不能
【解析】选B。淀粉和纤维素属于多糖,都能水解,且水解的最终产物都是葡萄糖,A正确;淀粉与纤维素的通式均为(C6H10O5)n,但由于n值不同,分子式不同,所以不是同分异构体,B不正确;淀粉和纤维素均无醛基,与新制Cu(OH)2不反应,C正确;纤维素遇I2不变蓝色,D正确。
5.如图是核酸的基本组成单位核苷酸的结构示意图,下列说法正确的是
( )
A.比较组成DNA与RNA的④,只有②存在不同
B.若③是T,则④叫胸腺嘧啶脱氧核酸
C.若③是尿嘧啶,则②是脱氧核糖
D.若②是脱氧核糖,则④构成的核酸是遗传物质的主要载体
【解析】选D。DNA与RNA在核苷酸上的不同点在②五碳糖和③含氮碱基方面,A错误;若③是T,则④是DNA的组成单位,叫胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B错误;若③是尿嘧啶,则②是核糖,C错误;若②是脱氧核糖,则④是DNA的组成单位,DNA是遗传物质的主要载体,D正确。
6.(2020·兰州高二检测)下列物质间有如下转化关系,请按要求填空。
(1)在制镜工业和热水瓶胆镀银时,常利用上述的反应______
(填序号)。
(2)①②的反应类型为________(填字母)。?
A.氧化反应 B.加成反应 C.水解反应 D.消去反应
(3)反应⑦可用于检验糖尿病人尿液中的含糖量,该反应的化学方程式为__。?
【解析】工业上制镜和制热水瓶胆镀银都是利用了葡萄糖与银氨溶液的反应,所以应为反应⑥,①②反应为淀粉与水反应生成葡萄糖、麦芽糖,因此为水解反应。
答案:(1)⑥ (2)C
(3)CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH
CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
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-第1课时
羧酸
必备知识·素养奠基
一、羧酸的概述
1.羧酸的含义
分子由烃基(或氢原子)和羧基相连而组成的有机化合物。羧酸的官能团是或—COOH。饱和一元脂肪酸的通式为CnO2(n≥1)或CnH2n+1COOH(n≥0)。
2.羧酸的分类
依据
类别
举例
烃基种类
脂肪酸
乙酸:CH3COOH
芳香酸
苯甲酸:
羧基数目
一元羧酸
甲酸:HCOOH
二元羧酸
乙二酸:HOOC—COOH
多元羧酸
——
烃基是否饱和
饱和羧酸
丙酸:CH3CH2COOH
不饱和羧酸
丙烯酸:CH2CHCOOH
3.羧酸的命名——系统命名法
(1)选取含有羧基的最长碳链作为主链,按主链碳原子数称为“某酸”。
(2)从羧基开始给主链碳原子编号。
(3)在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。如:名称为4-甲基-3-乙基戊酸。
4.羧酸的物理性质
(1)水溶性:分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶;随着分子中碳链的增长,羧酸在水中的溶解度迅速减小,直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。
(2)沸点:比相对分子质量相近的醇的沸点高。
5.三种常见的羧酸
羧酸
结构简式
俗名
性质
甲酸
HCOOH
蚁酸
最简单的羧酸,有刺激性气味、无色液体,与水、乙醇等溶剂互溶,有腐蚀性。有羧酸和醛的化学性质
苯甲酸
安息香酸
最简单的芳香酸,白色针状晶体,易升华;微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,有羧酸的性质
乙二酸
HOOC—COOH
草酸
最简单的二元羧酸,无色透明晶体,能溶于水或乙醇,有羧酸的性质
【巧判断】
(1)乙酸分子中有4个氢原子,所以乙酸是4元酸。
( )
提示:×。乙酸中只有羧基中的一个氢原子能电离,所以乙酸是一元酸。
(2)羧酸常温常压下均为液体。
( )
提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸为固态。
(3)所有的羧酸都易溶于水。
( )
提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸不易溶于水。
二、羧酸的化学性质
1.取代反应
(1)酯化反应
(2)生成酰胺
(3)α-H的取代
RCH2COOH+Cl2+HCl
2.具有酸的通性(强于碳酸)
RCOOH+NaHCO3RCOONa+CO2↑+H2O
3.还原反应
RCOOHRCH2OH
【情境·思考】
醋是谁发明的,又为什么叫“醋”呢?传说在古代的中兴国,即今山西省运城有个叫杜康的人发明了酒。他儿子黑塔也跟杜康学会了酿酒技术。后来,黑塔率族移居现江苏省镇江的地方。在那里,他们酿酒后觉得酒糟扔掉可惜,就存放起来,在缸里浸泡。到了二十一日的酉时,一开缸,一股从来没有闻过的香气扑鼻而来。在浓郁的香味诱惑下,黑塔尝了一口,酸甜兼备,味道很美,便储藏着作为“调味浆”。这种调味浆叫什么名字呢?黑塔就把二十一日加“酉”字来命名这种酸水叫
“醋”。乙醇是如何变为乙酸的?发生的反应属于什么类型?
提示:乙醇被氧气氧化为乙酸,发生了氧化反应。
三、羧酸的衍生物
1.羧酸衍生物:羧酸分子中羧基上的羟基被其他原子或原子团取代后的产物。羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团称为酰基,常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。
2.酯
(1)概念:酰基(RCO—)和烃氧基(RO—)相连后的产物。
(2)官能团的名称:酯基,结构简式:。
(3)命名:依据水解生成的酸和醇的名称命名,称为“某酸某酯”,如HCOOC2H5命名为:甲酸乙酯。
【微思考】
分子式符合CnO2的物质一定是酯吗?
提示:不一定。如羧酸等。
(4)物理性质
酯类密度一般比水小,难溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。低级酯是有香味的液体,易挥发。
(5)化学性质——水解反应
①酸性条件:RCOOR′+H2ORCOOH+R′OH;
②碱性条件:RCOOR′+NaOHRCOONa+R′OH;
(6)皂化反应:油脂在碱性条件下的水解反应。
+3NaOH3RCOONa+
3.乙酸乙酯的制备实验
实验装置
实验步骤
在试管中加入3
mL乙醇和2
mL乙酸的混合物,然后边振荡试管边慢慢加入2
mL浓硫酸,加入2～3块碎瓷片,连接实验装置;用酒精灯小心均匀地加热试管3～5
min。将产生的气体经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上
实验现象
饱和Na2CO3溶液的液面上有透明的不溶于水的油状液体产生,并可闻到香味
实验结论
在浓硫酸存在的条件下加热,乙醇和乙酸发生反应,生成无色、透明、不溶于水、有香味的油状液体——乙酸乙酯
化学方程式
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
【微思考】
(1)乙酸与乙醇的酯化反应的化学方程式为何用可逆号连接?
提示:酯化反应是可逆反应,不能进行到底,故用可逆号。
(2)乙酸与乙醇的酯化反应实验装置中,导管末端为何不伸入饱和Na2CO3溶液液面以下?
提示:防止倒吸而炸裂试管。
4.乙酸乙酯水解实验
实验操作
现象及结论
反应方程式
现象:几乎无变化结论:中性条件下乙酸乙酯几乎不水解
现象:有一点酯的气味结论:酸性条件下乙酸乙酯发生部分水解反应
CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+CH3CH2OH
现象:酯的气味消失结论:碱性条件下乙酸乙酯发生水解且趋于完全
CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH
【巧判断】
(1)在酯化反应和酯的水解反应中所用硫酸的浓度相同。
( )
提示:×。酯化反应中使用的是浓硫酸,酯的水解中使用的是稀硫酸。
(2)NaOH在酯的水解反应中只起催化剂的作用。
( )
提示:×。NaOH在酯的水解反应中除了作催化剂之外,还可以与酸反应,使平衡正向移动。
(3)酯和油脂含有相同的官能团。
( )
提示:√。酯和油脂中均存在相同的官能团酯基。
(4)油脂的水解反应叫做皂化反应。
( )
提示:×。油脂在碱性条件下的水解反应被称为皂化反应。
(5)酯水解原理为→RCO18OH+R′OH。
( )
提示:√。酯的水解与酯化反应的原理相反。
5.酰胺
(1)概念:分子中由酰基(RCO—)和氨基(—NH2)相连构成的羧酸衍生物。
(2)官能团:酰胺基(—CONH—)。
(3)物理性质:
①除甲酰胺(HCONH2)是液体外,其他多为无色晶体。
②低级的酰胺可溶于水,随着相对分子质量的增大,酰胺的溶解度逐渐减小。
(4)化学性质——水解反应(以乙酰胺为例)
①强酸性条件下:
CH3CONH2+H2OCH3COOH+N
②强碱性条件下:
CH3CONH2+H2OCH3COONa+NH3
【微思考】
酯的性质和酰胺的性质为什么相似?二者都有什么化学性质?
提示:因为二者均为羧酸的衍生物,二者均可以发生水解反应。
关键能力·素养形成
知识点一 含羟基物质性质的比较
含羟基物质性质的比较
含羟基的物质比较项目
醇
水
酚
羧酸
羟基上氢原子活泼性
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
弱酸性
与Na反应
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
不反应
不反应
反应放出CO2
能否由酯水解生成
能
不能
能
能
【易错提醒】羟基与酸性强弱的关系
(1)醇、酚、羧酸的结构中均有—OH,可分别称之为“醇羟基”“酚羟基”和“羧羟基”。由于这些—OH相连的基团不同,—OH受相连基团的影响就不同。故羟基上的氢原子活性也就不同,表现在性质上也相差较大,一般来说,羟基上的氢原子活性“羧羟基”>“酚羟基”>“醇羟基”。
(2)羧酸都是弱酸,不同的羧酸酸性不同,但低级羧酸都比碳酸的酸性强。几种简单的羧酸的酸性关系为甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。乙酸与H2SO3、H2CO3、HF等几种弱酸的酸性关系为H2SO3>HF>CH3COOH>H2CO3。
(3)低级羧酸才会使紫色石蕊试液变红,醇、酚、高级脂肪酸不会使紫色石蕊试液变红。
【思考·讨论】
1.如何通过实验证明乙酸、碳酸、苯酚的酸性强弱?
提示:实验装置如图所示。乙酸与Na2CO3反应,放出CO2气体,说明乙酸的酸性比碳酸强;将产生的CO2气体通入苯酚钠溶液中,生成苯酚,溶液变浑浊,说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下:
2CH3COOH+Na2CO32CH3COONa+CO2↑+H2O
CO2+H2O+C6H5ONaC6H5OH+NaHCO3
2.某有机物的结构简式如图:
(1)此有机物与哪种物质反应时,可转化为?
提示:NaHCO3。由于酸性—COOH>H2CO3>>HC,所以向该有机物中应加入NaHCO3,只与—COOH反应。
(2)
此有机物与哪种物质反应时,可转化为。
提示:NaOH或Na2CO3。加入NaOH或Na2CO3,与酚羟基和—COOH反应。
(3)
此有机物与哪种物质反应时,可转化为。
提示:Na。加入Na,与三种官能团都反应。
【典例】分枝酸可用于生化研究,其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述不正确的是
( )
分枝酸
A.分子中含有3种含氧官能团
B.可发生取代、加成、消去、加聚等反应
C.该物质的分子式为C10H10O6
D.1
mol
分枝酸最多可与3
mol
NaOH发生中和反应
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)注意分析分枝酸中含有的官能团类型;
(2)注意掌握分枝酸中各种官能团的性质。
【解析】选D。A项,该物质中含氧官能团是羧基、醇羟基、醚键三种,正确;B项,该物质中含有碳碳双键、羧基、醇羟基、醚键,能发生取代反应、加成反应、加聚反应、氧化反应、中和反应、消去反应、酯化反应等,正确;C项,根据结构简式可确定分子式为C10H10O6,正确;D项,因为分子中只有2个羧基,所以1
mol分枝酸最多可与2
mol
NaOH发生中和反应,错误。
【母题追问】(1)分枝酸中与环相连的羟基是酚羟基吗?为什么?
提示:不是。因为分枝酸中的六元环不是苯环。
(2)1
mol分枝酸若与1
mol碳酸钠反应会生成多少mol二氧化碳?
提示:根据分枝酸中的官能团类别可知,1
mol分枝酸中含有2
mol羧基,会与1
mol碳酸钠反应生成1
mol二氧化碳。
【迁移·应用】
1.(双选)咖啡酸具有止血、镇咳、祛痰等疗效,其结构简式为,下列有关咖啡酸的说法中,不正确的是
( )
A.咖啡酸可以发生还原、取代、加聚等反应
B.咖啡酸与FeCl3溶液可以发生显色反应
C.1
mol咖啡酸可以与3
mol
H2发生加成反应
D.1
mol咖啡酸与足量NaHCO3溶液反应,最多能消耗3
mol
NaHCO3
【解析】选C、D。咖啡酸含有碳碳双键,可发生还原、加聚反应,含有羧基和苯环,可发生取代反应;咖啡酸中含有酚羟基,可与FeCl3溶液发生显色反应;咖啡酸含1个苯环和1个碳碳双键,1
mol咖啡酸最多可与4
mol
H2发生加成反应;官能团中能与NaHCO3反应的只有羧基,故1
mol咖啡酸最多可与1
mol
NaHCO3发生反应。
2.(2020·郴州高二检测)
莽草酸可用于合成药物达菲,其结构简式如图,下列关于莽草酸的说法正确的是
( )
A.分子式为C7H6O5
B.分子中含有2种官能团
C.可发生加成和取代反应
D.在水溶液中羧基和羟基均能电离出H+
【解析】选C。A项,根据莽草酸的分子结构及C、H、O原子的成键特点可知,其分子式为C7H10O5。B项,分子中含有羧基、羟基和碳碳双键三种官能团。C项,分子中含有碳碳双键,可发生加成反应;含有羟基和羧基,可发生酯化反应(即取代反应)。D项,在水溶液中,羧基可电离出H+,但羟基不能发生电离。
【补偿训练】
(2020·南宁高二检测)
某有机物的结构简式如图,若等物质的量的该有机物分别与Na、NaOH、NaHCO3恰好反应时,则消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比是
( )
A.3∶3∶2
B.6∶4∶3
C.1∶1∶1
D.3∶2∶1
【解析】选D。分析该有机物的结构,可以发现分子中含有1个醛基、1个醇羟基、1个酚羟基、1个羧基,醇羟基、酚羟基和羧基均能与钠反应生成氢气,所以1
mol该有机物可以与3
mol
Na反应;能与NaOH溶液发生反应的是酚羟基和羧基,所以1
mol该有机物可以与2
mol
NaOH反应;只有羧基可以与NaHCO3反应,1
mol
羧基可与1
mol
NaHCO3反应;所以等物质的量的该有机物消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比是3∶2∶1。
医药阿司匹林常用于消炎、清热和解毒,对于治疗心脑血管疾病也有一定的疗效。已知阿司匹林的结构简式如下图所示。
(1)试分析1
mol阿司匹林能和多少摩尔氢氧化钠反应?
提示:3
mol。羧基需要1
mol,酯基水解后需要2
mol。
(2)1
mol阿司匹林和足量的碳酸钠反应能生成多少摩尔二氧化碳?
提示:0
mol。若Na2CO3足量则阿司匹林中只有羧基和碳酸钠反应生成NaHCO3。
(3)如何检验阿司匹林酸性水解后含有苯环的有机物是酚类?
提示:向水解后的溶液中滴加三氯化铁溶液,如果溶液变紫则证明是酚类。
知识点二 酯化反应与酯的水解的对比及酯化反应的机理和类型
1.酯的水解反应与酸和醇的酯化反应比较
酯化反应
水解反应
反应关系
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
催化剂
浓硫酸
稀硫酸或NaOH溶液
断键机理
酸中醇中
酯中
催化剂的其他作用
吸水,提高乙酸和乙醇的转化率
氢氧化钠中和酯水解产生的乙酸,提高酯的水解率
最佳加热方式
加热
热水浴加热
反应类型
酯化反应,取代反应
水解反应,取代反应
2.酯化反应的原理
酯化反应的原理是“酸脱羟基醇脱氢”,机理如下:
+H—O—R′
+H—O—H
3.酯化反应的类型
(1)一元羧酸和一元醇的酯化反应。
R—COOH+R′—CH2OH。
(2)一元羧酸与二元醇的酯化反应。
(3)二元酸与二元醇的酯化反应。
①反应生成普通酯:
+
HOOC—COOCH2—CH2OH+H2O。
②反应生成环酯:
++2H2O。
③反应生成聚酯:
n+n+2nH2O。
(4)无机含氧酸的酯化反应。
+3HO—NO2+3H2O。
(5)高级脂肪酸与甘油的酯化反应。
3C17H35COOH++3H2O。
【规律总结】酯化反应的特点
(1)所有的酯化反应,条件均为浓硫酸、加热。酯化反应为可逆反应,书写方程式时用“”。
(2)利用自身酯化或相互酯化生成环酯的结构特点以确定有机物中羟基位置。
(3)在形成环酯时,酯基()中只有一个O参与成环。
(4)酸与醇发生反应时,产物不一定生成酯。若是羧酸或者无机含氧酸与醇反应,产物是酯;若是无氧酸如氢卤酸与醇反应则生成卤代烃。
【思考·讨论】
(1)乙酸乙酯在酸性条件下和在碱性条件下的水解产物相同吗?
提示:不相同。在酸性条件下生成乙酸和乙醇,而在碱性条件下生成乙酸盐和乙醇。
(2)用什么方法证明乙酸发生酯化反应时断裂C—O
键?
提示:使用同位素示踪法探究乙酸酯化反应中可能的脱水方式。
乙酸(CH3—COOH)
乙醇(CH3—CH2—18OH)
方式a
酸脱羟基,醇脱氢,产物:CH3CO18OC2H5,H2O
方式b
酸脱H,醇脱—OH,产物:CH3COOC2H5、H2
18O
在乙酸乙酯中检测到了同位素18O,证明乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基,醇脱氢”。
(3)羟基酸的酯化反应:由于分子中既有羟基,也有羧基,因此在不同条件下可以通过酯化反应生成多种酯,如环酯、内酯、聚酯等。
已知乳酸的结构简式为,试写出其通过酯化反应生成链状酯、环酯、聚酯的化学方程式。
提示:
;
(乳酸)
(链状酯)
;
(环酯)
+nH2O。
(聚酯)
【典例】乳酸A最早发现于酸牛奶中,它是人体内糖代谢的中间体,可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得,A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。
A在某种催化剂的存在下进行氧化,其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下,A可发生如下所示的反应:
(1)试推断出化合物A、B、C的结构简式。
提示: 。A与CH3COOH、C2H5OH均发生酯化反应,分别生成C、B,故A中含有—COOH和—OH。结合A的分子式为C3H6O3,可知A中只含一个—COOH和一个—OH,则A有两种可能的结构简式:、。再根据两分子A形成的F为六原子环状化合物,知A的结构简式为,其他物质即可依次推出。
(2)试写出反应A→E、A→C的反应类型。
提示:消去反应、取代反应。
(3)试写出A→E、A→F反应的化学方程式。
提示:CH3CHOHCOOHCH2CHCOOH+H2O
2CH3CHOHCOOH
【迁移·应用】
1.某分子式为C10H20O2的酯,在一定条件下可发生如图的转化过程:
则符合上述条件的酯的结构有
( )
A.2种 B.4种 C.6种 D.8种
【解析】选B。因C在一定条件下可氧化成E,则C为C4H9—CH2OH,B为C4H9—COOH,而—C4H9有四种结构,所以有机物共有同分异构体4种。
2.(2020·三明高二检测)中国女科学家屠呦呦获诺贝尔医学奖。屠呦呦从中医古籍里得到启发,用乙醚从青蒿中提取出可以高效抑制疟原虫的成分——青蒿素(结构简式如图),这一发现在全球范围内挽救了数以百万人的生命。下列说法中不正确的是
( )
A.青蒿素的分子式为C15H22O5
B.青蒿素能与NaOH溶液反应
C.青蒿素易溶于水、乙醇、苯等溶剂
D.用乙醚从青蒿中提取青蒿素,用到了萃取的原理
【解析】选C。A项,根据有机物的结构简式可知分子式为C15H22O5,正确;B项,含有酯基,可与氢氧化钠溶液反应,主要发生水解反应,正确;C项,该有机物含有较多疏水基,难溶于水,错误;D项,青蒿素易溶于乙醚,符合萃取的分离操作,正确。
【补偿训练】
某吸水性高分子化合物(Z)的一种合成路线如下:
X
Y Z
下列说法正确的是
( )
A.Y可发生酯化反应而X不能
B.过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为Y
C.Y转化为Z的反应类型是加聚反应
D.Z与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n
【解析】选D。X分子中有两个醇羟基,
Y分子中有两个醇羟基和一个羧基,均可以发生酯化反应,故A错误;羟基和醛基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为,故B错误;加聚反应的过程没有小分子化合物产生,故Y转化为Z的反应类型不是加聚反应,故C错误;
Z中含有n个苯环,与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n,故D正确。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.下列说法中正确的是
( )
A.分子中含有苯环的羧酸叫做芳香酸
B.分子中羧基的数目决定了羧酸的元数
C.羧酸分子中都含有极性官能团—COOH,因此都易溶于水
D.乙酸的沸点比乙醇的沸点高,主要是因为乙酸的相对分子质量更大一些
【解析】选B。芳香酸是指羧基直接连在苯环上的羧酸,分子中含有苯环的羧酸不一定是芳香酸,A项错;羧酸的元数是根据分子中含有羧基的数目来确定的,B项正确;羧酸分子中虽含有亲水基团羧基,但也含有疏水基团烃基,烃基越大,该羧酸在水中的溶解度就越小,高级脂肪酸都难溶于水的原因就在于此,C项错;乙酸的沸点比乙醇的沸点高的主要原因是乙酸分子间更易形成氢键,D项错。
2.(2020·枣庄高二检测)
分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B。将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物。若C可发生银镜反应,则原有机物的结构简式为
( )
A.HCOOCH2CH2CH3
B.CH3COOCH2CH3
C.CH3CH2COOCH3
D.HCOOCH(CH3)2
【解析】选C。分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B,将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物,说明C4H8O2为酯,酯水解生成羧酸和醇,A为醇,B和C为羧酸,C可发生银镜反应,则C为HCOOH,则A应为CH3OH,B为CH3CH2COOH,对应的酯的结构简式为CH3CH2COOCH3,故C正确。
3.(2020·忻州高二检测)下列有关常见羧酸的说法中正确的是
( )
A.甲酸是一种无色有刺激性气味的气体,易溶于水
B.乙酸的沸点低于丙醇,高于乙醇
C.苯甲酸的酸性比碳酸弱,不能和碳酸氢钠反应制取CO2
D.乙二酸具有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】选D。常温下甲酸是液体,A不正确;乙酸的沸点高于丙醇的沸点,B不正确;苯甲酸的酸性比碳酸强,可以和NaHCO3反应制取CO2,C不正确。
4.1
mol与足量的NaOH溶液充分反应,消耗的NaOH的物质的量为
( )
A.5
mol B.4
mol C.3
mol D.2
mol
【解析】选A。1
mol该酯水解后,产生2
mol羧基和3
mol酚羟基,它们都会与NaOH反应,共需5
mol
NaOH。
5.(2020·东莞高二检测)
生活中常见的荧光棒的发光原理可用下式表示:
+H2O2→2+2CO2
上述反应产生的能量传递给荧光染料分子后,使染料分子释放出荧光。下列说法正确的是
( )
A.上述反应是酯的水解反应
B.荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化
C.二苯基草酸酯苯环上的一氯代物有4种
D.二苯基草酸酯与草酸()互为同系物
【解析】选B。A项,二苯基草酸酯水解应该生成和草酸,错误;B项,荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化,正确;C项,二苯基草酸酯苯环上的一氯代物共有3种(),错误;D项,二苯基草酸酯与草酸()的结构不相似,不是同系物关系,错误。
6.(2020·西安高二检测)已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸(C3H6O3)。
(1)取9
g
乳酸与足量的金属Na反应,可生成2.24
L
H2(标准状况),另取等量乳酸与足量的乙醇反应,生成0.1
mol乳酸乙酯和1.8
g水,由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为__________。?
(2)乳酸在Cu作催化剂时可被氧化成丙酮酸(),由以上事实推知乳酸的结构简式为__________________________。?
(3)两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环酯(C6H8O4),则此环酯的结构简式是_______________。?
(4)乳酸在浓H2SO4作用下,三分子相互反应,生成链状结构的物质,写出其生成物的结构简式:
_______________。?
【解析】根据乳酸的分子式,可求出其相对分子质量为90,9
g乳酸为0.1
mol,1.8
g
H2O为0.1
mol。0.1
mol乳酸与0.1
mol乙醇反应生成0.1
mol乳酸乙酯,可知1
mol乳酸分子中含有1
mol羧基;又因为0.1
mol乳酸与足量金属钠反应生成0.1
mol
H2,所以1
mol乳酸分子中还含有1
mol醇羟基。根据乳酸在Cu催化条件下被氧化成可知,醇羟基的位置在碳链中间。据此可推导出乳酸的结构简式为。
答案:(1)羧基、醇羟基 (2)
(3)
(4)
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-第2课时 氨基酸和蛋白质
必备知识·素养奠基
一、氨基酸的结构和性质
1.概念:羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代形成的取代羧酸。
2.分子结构
3.常见的α-氨基酸
甘氨酸(氨基乙酸)
丙氨酸(α-氨基丙酸)
苯丙氨酸(α-氨基-β-苯基丙酸)
谷氨酸(α-氨基戊二酸)
4.氨基酸的性质
(1)氨基酸分子中既含有氨基又含有羧基,是一种两性化合物,通常以两性离子形式存在,根据溶液的pH不同,可以发生不同的解离。
阳离子 两性离子 阴离子
(2)氨基酸与酸、碱的反应(以甘氨酸为例)。
【巧判断】
(1)属于氨基酸。
( )
提示:×。该分子中存在羧基,不存在氨基,所以不是氨基酸。
(2)甘氨酸与1-硝基乙烷互为同分异构体。
( )
提示:√。甘氨酸和1-硝基乙烷分子式二者均为C2H5NO2,故二者互为同分异构体。
(3)氨基酸分子中只有一个官能团。
( )
提示:×。氨基酸分子中含有氨基和羧基两个官能团。
(4)H2NCH2CH2COOH既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应。
( )
提示:√。氨基酸中的氨基具有碱性,可以与酸反应,羧基具有酸性,可以与碱反应。
(5)1
mol—NH2含有10NA个电子。
( )
提示:×。1
mol—NH2含有9NA个电子。
二、多肽
1.肽和肽键:一个α-氨基酸分子的羧基与另一个α-氨基酸分子的氨基脱去一分子水所形成的酰胺键称为肽键。生成的化合物称为肽。
2.分类
如甘氨酸与丙氨酸形成二肽:
3.作用:如谷胱甘三肽参与人体细胞内的氧化还原作用,做解毒药等。
【情境·思考】
氨基酸在人体内通过代谢可以发挥下列一些作用:合成组织蛋白质、变成酸、激素、抗体、肌酸等含氮物质、转变为碳水化合物和脂肪等。
氨基酸与形成二肽时最多形成几种?
提示:4种。H2N—CH2CONHCH2COOH、
、、
三、蛋白质
1.氨基酸的基本知识
(1)概念
由α-氨基酸分子按一定的顺序、以肽键连接起来的生物大分子。
(2)物质基础
α-氨基酸。
(3)核心官能团
肽键()。
(4)分子大小
相对分子质量一般在10__000以上,含肽键50个以上。?
(5)形成
氨基酸脱水缩合。
(6)生理功能
每一种蛋白质都有一定的生理活性,且结构与功能是高度统一的。
2.氨基酸的性质
蛋白质的性质
原因
水解
天然蛋白质水解的最终产物都是α-氨基酸
盐析
加入轻金属盐的浓溶液,蛋白质聚沉
变性
蛋白质失去生理活性而发生聚沉的现象
显色反应
天然蛋白质遇浓硝酸变黄
灼烧
灼烧时有烧焦羽毛的气味
【微思考】
你如何鉴别想要购买的毛线是“纯毛”的还是“腈纶”的?
提示:可以用灼烧的方法,“纯毛”毛线灼烧后有烧焦羽毛的气味。
四、酶
1.概念
酶是一种高效的生物催化剂,大多数酶属于蛋白质。
2.催化特点
【微思考】
试画出酶的催化效率与温度的关系曲线。
提示:
关键能力·素养形成
知识点一 氨基酸的脱水缩合规律
1.两分子间缩合
一个氨基酸分子中的氨基和另一个氨基酸分子中的羧基,发生分子间脱水反应生成肽键。
A、B两种不同的氨基酸生成二肽时,可能是A的氨基脱去氢、B的羧基脱去羟基形成肽键;也可能是A的羧基脱去羟基而B的氨基脱去氢形成肽键;还有可能是两个A分子之间或两个B分子之间形成肽键。
2.分子间或分子内缩合成环
+2H2O
3.缩聚生成多肽或蛋白质
+nH2O
【规律方法】氨基酸缩合与蛋白质水解的断键规律
(1)氨基酸缩合机理为,
脱去一分子水后形成肽键(),肽键可简写为“—CONH—”,不能写为“—CNHO—”。
(2)多肽、蛋白质水解时,断裂—CO—NH—键中的碳氮键,形成—COOH和—NH2。
【思考·讨论】
(1)氨基酸形成二肽的反应类型是什么反应?
提示:取代反应。
(2)二肽是不是有两个肽键?
提示:不是。几肽是按合成的氨基酸的个数确定的。
【典例】中科院蒋锡夔院士和中科院上海有机化学所计国桢研究员等因在有机分子簇集和自由基化学研究领域取得重大成果,而荣获国家自然科学一等奖。据悉,他们在研究过程中曾涉及如下一种有机物。请根据所示化合物的结构简式回答问题:
(1)该化合物中,官能团⑦的名称是________,官能团①的名称是________。该化合物是由________个氨基酸分子脱水形成的。?
(2)写出该化合物水解生成的从左边数第一种氨基酸的结构简式____________,写出该氨基酸与氢氧化钠溶液反应的化学方程式__?____________。?
【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)氨基酸“酸脱羟基氨脱氢”形成肽键。
(2)氨基酸中氨基显碱性,羧基显酸性。
【解析】本题考查肽键的水解反应,如图③⑤⑥三处肽键水解断开,生成4种氨基酸。
答案:(1)羧基 氨基 4
(2)H2NCH2COOH
H2NCH2COOH+NaOHH2NCH2COONa+H2O
【母题追问】(1)该有机物属于蛋白质吗?
提示:不属于,蛋白质分子中通常含有50个以上的肽键,该有机物显然不符合。
(2)该有机物能否发生酯化反应?
提示:能,由于该有机物中含有羧基,因此能发生酯化反应。
【迁移·应用】
1.(2020·武汉高二检测)下面是蛋白质分子结构的一部分,其中标出了分子中不同的键,当蛋白质发生水解反应时,断裂的键是
( )
A.① B.② C.③ D.④
【解析】选C。蛋白质水解时,肽键()中的C—N键断裂。
2.(2020·杭州高二检测)
由甘氨酸(H2NCH2COOH)和苯丙氨酸()组成的混合物,发生分子间脱水生成的二肽有
( )
A.2种
B.3种
C.4种
D.5种
【解析】选C。
由上述可知,分子间的氨基与羧基脱水生成的二肽有4种。
艾滋病是一种危害性极大的传染病,由感染艾滋病病毒(HIV病毒)引起。科学家发现半胱氨酸能增强艾滋病病毒感染者的免疫力,对控制艾滋病病毒的蔓延有奇效。已知半胱氨酸的结构简式为。
据此思考以下两个问题:
(1)两分子半胱氨酸,脱水形成的二肽结构简式是什么?
提示:两分子半胱氨酸脱水的反应为
+H2O,
根据此反应可知其结构简式为
。
(2)可与NaOH溶液反应放出氨气吗?为什么?
提示:可以。因可电离产生N,故其与碱加热时会放出NH3。
知识点二 蛋白质的结构和性质
1.蛋白质的结构及性质
(1)结构:分子中存在肽键()。
(2)化学性质
①两性:既可与酸反应,又可与碱反应
②水解(在酸、碱或酶的作用下)的最终产物为氨基酸
③溶于水具有胶体性质
④盐析
⑤变性
⑥显色反应:含苯环的蛋白质遇浓HNO3呈黄色
⑦灼烧时具有烧焦羽毛的气味
2.盐析、变性和渗析的比较
蛋白质的盐析
蛋白质的变性
蛋白质的渗析
内涵
在蛋白质溶液中加浓的无机盐溶液,会使其溶解度降低而析出
蛋白质在某些条件下聚沉,失去原有的生理活性
利用半透膜分离蛋白质胶体和溶液
条件
碱金属、镁、铝等轻金属盐、铵盐的浓溶液
加热,紫外线,X射线,强酸,强碱,强氧化剂,重金属盐,甲醛、酒精、苯酚等有机物
胶体、水和半透膜
特点
可逆,蛋白质仍然保持原有的性质
不可逆,蛋白质失去原有的生理活性
可逆,须多次换水或采用流动的水
实质
物理变化(溶解度降低)
化学变化(结构、性质改变)
-
用途
分离、提纯蛋白质
杀菌,消毒,缓解重金属盐中毒等
精制蛋白质
【特别提醒】盐溶液与蛋白质作用时,要特别注意盐溶液的浓度及所含的金属阳离子对蛋白质性质的影响:
(1)稀盐溶液能够促进蛋白质的溶解。
(2)浓盐溶液能够使蛋白质发生盐析。
(3)重金属盐溶液,无论浓稀,均能够使蛋白质变性。
【思考·讨论】
(1)为何误服硫酸铜等重金属盐,可以立即食用牛奶、豆浆或鸡蛋清解毒?
提示:牛奶、豆浆或鸡蛋清均含大量蛋白质,可与重金属盐结合。
(2)医院常用碘酒、紫外线、高锰酸钾、双氧水消毒,家庭常用煮沸、“84”消毒,这些消毒方法的实质是什么?
提示:若将细菌病毒的蛋白质变性,则细菌病毒会失活。
【典例】下列关于蛋白质的说法中不正确的是
( )
A.蛋白质是由多种α-氨基酸加聚而生成的天然高分子化合物
B.通常用酒精消毒,其原理是酒精使细菌中的蛋白质变性而失去生理活性
C.浓的Na2SO4溶液能使溶液中的蛋白质析出,加水后析出的蛋白质又溶解
D.鉴别织物成分是蚕丝还是“人造丝”可采用灼烧闻气味的方法
【解析】选A。氨基酸生成蛋白质的反应是缩聚反应,不是加聚反应,A项错误;无论何种形式的消毒,其原理都是使细菌中的蛋白质变性而失去原有生理活性(死亡),B项正确;盐析是可逆的过程,C项正确;“人造丝”的成分是纤维素,灼烧时没有烧焦羽毛的气味,D项正确。
【母题追问】(1)氨基酸合成蛋白质与蛋白质水解生成氨基酸是可逆反应吗?
提示:不是。氨基酸脱水缩合成蛋白质与蛋白质的水解所需要的反应条件不同,因此不属于可逆反应。
(2)除酒精外还有哪些物质可以使蛋白质变性?
提示:高锰酸钾、双氧水等强氧化剂,强酸、强碱和重金属盐,以及甲醛、苯酚等有机物等。
【迁移·应用】
1.(2020·苏州高二检测)下列有关蛋白质的说法不正确的是
( )
A.蛋白质均不溶于水
B.有些蛋白质遇浓硝酸会变黄色
C.误食重金属盐,可饮用大量牛奶或鸡蛋清缓解
D.可用灼烧法鉴别羊毛织品和化纤织品
【解析】选A。鸡蛋清蛋白可溶于水形成胶体,A选项错误;若蛋白质分子中含苯环,可以与浓硝酸反应生成多硝基化合物,显黄色,B选项正确;误食重金属盐时,可饮用大量牛奶或鸡蛋清,利用蛋白质变性的原理缓解中毒症状,C选项正确;羊毛属于蛋白质,灼烧时有烧焦羽毛的气味,化纤织品没有此气味,D选项正确。
2.下列关于蛋白质的说法正确的是
( )
A.蛋白质属于天然高分子化合物,组成元素只有C、H、O、N
B.用浓Na2SO4、CuSO4溶液或浓HNO3使蛋清发生盐析,进而分离、提纯蛋白质
C.蛋白酶是蛋白质,它不仅可以催化蛋白质的水解反应,还可以催化淀粉的水解反应
D.蛋白质水解产生的甘氨酸(H2N—CH2—COOH)既显酸性,又显碱性,是最简单的氨基酸
【解析】选D。蛋白质的组成元素除有C、H、O、N外,还有S等元素,A错;浓CuSO4溶液和浓HNO3均会使蛋白质变性,不能用于蛋白质的分离、提纯,B错;酶的催化作用具有高度的专一性,蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应,不能催化其他反应,C错。
3.(2020·丽水高二检测)把①蔗糖、②淀粉、③蛋白质、④油脂在稀酸存在的条件下分别进行水解,最后生成物只有一种的是
( )
A.①和② B.只有② C.②③和④ D.只有④
【解析】选B。蔗糖水解产物为果糖和葡萄糖;淀粉最终水解产物只有葡萄糖;蛋白质水解产物为氨基酸,但是构成蛋白质的氨基酸有多种;油脂水解产物为高级脂肪酸和甘油。
4.由下列结构片段组成的蛋白质在胃液中水解,能产生的氨基酸是
( )
A.
B.H2NCH2CH2CH2COOH
C.
D.
【解析】选A。根据蛋白质的分子结构片段可知可以产生、、
NH2CH2COOH,因此由该结构片段组成的蛋白质在胃液中水解,能产生的氨基酸是。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·石家庄高二检测)关于生物体内氨基酸的叙述错误的是
( )
A.构成蛋白质的氨基酸分子的结构通式可表示为
B.人体内氨基酸的分解代谢最终产物是水、二氧化碳和尿素
C.人体内所有氨基酸均可以相互转化
D.两分子氨基酸通过脱水缩合可以形成二肽
【解析】选C。部分氨基酸可以在人体内相互转化,但是有几种氨基酸在人体内不能合成,必须从食物中获得,称为必需氨基酸。
2.如图所示是某有机物分子的简易球棍模型,该有机物中含C、H、O、N四种元素。下列关于该有机物的说法中错误的是
( )
A.分子式为C3H7O2N
B.能发生取代反应
C.能通过聚合反应生成高分子化合物
D.不能跟NaOH溶液反应
【解析】选D。根据“碳四价、氮三价、氧二价和氢一价”原则和球棍模型,可以确定该有机物的结构简式为。
3.(2020·朔州高二检测)
下列表示蛋白质分子结构的一部分:
它的水解产物可能是
( )
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
A.④⑤⑥ B.①②④ C.②③⑦ D.②④⑦
【解析】选D。蛋白质水解原理:肽键()中C—N键断开,接—OH形成—COOH,接—H形成—NH2。则根据原理可断键如下,即可得水解产物。
4.
(2020·六安高二检测)扎那米韦(其结构如图所示)可用于治疗由病毒感染引起的疾病。下列关于扎那米韦的说法正确的是
( )
A.能与蛋白质形成分子间氢键
B.不能使溴的四氯化碳溶液褪色
C.在一定条件下能水解生成乙醇
D.分子中的羟基不能被氧化为羧基
【解析】选A。有机物含有羧基、羟基以及酰胺基等官能团,可与蛋白质分子形成氢键,故A正确;含有碳碳双键,可与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,故B错误;能发生水解的为酰胺基,可水解生成乙酸,故C错误;具有—CH2OH结构,可被氧化生成羧基,故D错误。
5.“埃博拉”病毒的形状宛如中国古代的“如意”(如图),病毒的基本化学组成是核酸和蛋白质,有的病毒还含有脂质、糖类等其他组分。下列有关有机物的说法不正确的是
( )
A.漂白粉、双氧水都可以杀灭埃博拉病毒
B.组成病毒的糖类、酯类和蛋白质在一定条件下都可以发生水解反应
C.酯在酸性条件下的水解反应属于取代反应,也属于可逆反应
D.糖类和蛋白质的燃烧产物不同
【解析】选B。漂白粉和双氧水具有强氧化性,能够使蛋白质变性,故可以杀菌消毒,A项正确;单糖不能水解,B项错误;酯在酸性条件下水解生成醇和酸,属于取代反应,也属于可逆反应,C项正确;糖类含有C、H、O三种元素,蛋白质主要含有C、H、O、N等元素,因此燃烧产物不同,D项正确。
6.(2018·全国卷Ⅰ改编)下列说法错误的是
( )
A.蔗糖、果糖和麦芽糖均为双糖
B.大多数酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质
C.植物油含不饱和脂肪酸酯,能使Br2/CCl4褪色
D.淀粉和纤维素水解的最终产物均为葡萄糖
【解析】选A。果糖是单糖,A不正确;大多数酶为蛋白质,B正确;不饱和高级脂肪酸酯中含有碳碳双键,可以和溴发生加成反应,C正确;淀粉和纤维素水解的最终产物都是葡萄糖,D正确。
7.营养品和药品都是保证人类健康不可缺少的物质,其性质和制法是化学研究的主要内容。已知酪氨酸是一种生命活动不可缺少的氨基酸,它的结构简式是
。
(1)酪氨酸能发生的化学反应类型有________。?
A.取代反应
B.氧化反应
C.酯化反应
D.中和反应
(2)已知氨基酸能与碱反应,写出酪氨酸与足量NaOH溶液反应的化学方程式:__________________。?
(3)写出酪氨酸形成的二肽的结构简式:______________。?
【解析】—COOH能发生酯化反应(取代反应)、中和反应,酚羟基易被氧化,可发生氧化反应,苯环上羟基邻位的H可与溴水发生取代反应。
答案:(1)ABCD (2)+
+2H2O
(3)
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