高中化学鲁科版 (2019)选择性必修3第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物微项目 探秘神奇的医用胶——有机化学反应的创造性应用学案

微项目　探秘神奇的医用胶——有机化学反应的创造性应用

[学习目标]　1.通过对医用胶结构与性能关系的探究，深入领会“结构决定性质，性质反映结构”的学科思想，建立有机化合物宏观性能与微观分子结构之间的联系，体验有机化学反应在实践中的创造性应用。2.通过对医用胶改性的研讨，形成应用有机化合物性质分析解释实际现象、利用有机化学反应解决材料改性问题的思路，进一步巩固利用有机化学反应实现官能团转化的方法。

一、从性能需求探究医用胶的分子结构及黏合原理

1．阅读教材P104的相关资料卡片，完成下列表格。

2.分析504(α-氰基丙烯酸正丁酯)

中的官能团及性质性点，填入下表。

3.无机氰化物(含有CN－的无机盐)有剧毒，为什么504医用胶的分子含有氰基却几乎没有毒性？

提示　无机氰化物(含有CN－的无机盐)有剧毒是因为氰酸根离子具有毒性，504医用胶的分子中的氰基以共价键与碳原子相连，结合牢固，不能产生CN－，因而几乎没有毒性。

4．资料表明：氰基对碳碳双键活化作用，氰基易形成氢键能增强黏合性，从结构决定性质的角度简述其原因。

提示　氰基(—CN)中的碳原子和氮原子通过三键相连接，使得氰基相当稳定，氰基具有强吸引电子的能力，使C==C极化，对碳碳双键基团具有活化作用。氰基体积小，约为甲基的1/8，因此氰基能够深入蛋白质内部端基的氨基、羧基形成较强的相互作用——氢键。因而能增强黏合性。

5．根据有机物的结构预测有机物的特性时需要关注哪些方面的问题？

提示　(1)关注官能团、官能团与相邻基团之间的相互影响；(2)关注官能团中化学键的极性和饱和程度。

6．在探讨有机化学反应时的注意事项有哪些？

提示　对于有机化学反应，不仅要关注反应物和产物的结构特点，还要关注反应试剂和反应条件，以便于按实际需求调控和利用有机化学反应；尤其要注意对有机化学反应发生的条件进行控制，以及通过改变反应物特定部位的结构来改变有机化合物的反应活性。

二、通过结构转化改进医用胶的安全性等性能

阅读教材P105资料卡片中的相关内容，思考解答下列问题

1．分析α-氰基丙烯酸正丁酯()的结构和性质，推测其在使用过程中可能会出现哪些安全隐患？

提示　含有碳碳双键以及能活化碳碳双键的CN和酯基，快速发生加聚反应，使医用胶从液态固化成膜。

可能存在的安全隐患有：单体聚合放热对人体组织和细胞存在潜在危害、聚合后薄膜柔韧性不够而导致黏结性能降低或使用部位受限，体内使用时可能产生有害物质如甲醛等。

2．下面列出结构修饰后的几种新型医用胶分子

(1)A、B与α-氰基丙烯酸正丁酯的分子结构差异是增长酯基碳链，引入了易水解的官能团。作用提升固化胶的柔韧性并降低其聚合热，加快降解速率。

(2)C与α-氰基丙烯酸正丁酯的分子结构差异是在氰基丙烯酸部分的结构中有两个碳碳双键。

作用是：可发生交联聚合，形成体型高聚物，有助于增强医用胶的耐水、耐热、抗冷热交替等性能。

3．酯交换反应

(1)概念：羧酸酯在催化剂存在时可与醇发生反应生成新酯的反应。

(2)写出α-氰基丙烯酸甲酯()与HOCH2CH2OCH3反应的化学方程式：＋HOCH2CH2OCH3＋CH3OH，反应类型：取代反应。

4．医用胶的安全性通常从哪些方面衡量？

提示　(1)黏合过程中单体的聚合热、产生的聚合物等是否对人体有害。(2)聚合物在人体内的代谢过程中，聚合物代谢时间、产生的小分子等是否对人体有害等。

 应用有机化学反应的思路和方法

1．“五行八卦”是古代汉民族的基本哲学概念，其讲究万物相生相克，相互关联，有机物的基团和基团之间亦有相互影响，下列表述不能体现这种影响的是(　　)

A．苯酚与溴水直接就可反应，而苯与液溴反应则需要加铁屑，这体现了羟基对苯环的影响

B．苯硝化时生成硝基苯而甲苯硝化时生成三硝基甲苯，这体现了甲基对苯环的影响

C．金属钠在乙醇中反应的剧烈程度不如钠与水的反应，而苯酚的稀溶液具有一定的弱酸性，这分别体现了乙基、苯基对羟基的不同影响

D．甲苯、乙苯等苯的同系物大多能使酸性KMnO4褪色，而苯却不能，这体现了烷基对苯环的影响

答案　D

解析　苯酚与溴水直接就可反应，而苯与液溴反应则需要加铁屑，这体现了羟基对苯环的影响，邻对位活泼，故A不符合题意；苯硝化时生成硝基苯而甲苯硝化时生成三硝基甲苯，这体现了甲基对苯环的影响，甲基的邻对位活泼，故B不符合题意；金属钠在乙醇中反应的剧烈程度不如钠与水的反应，而苯酚的稀溶液具有一定的弱酸性，这分别体现了乙基、苯基对羟基的不同影响，苯环对羟基的影响更大，故C不符合题意；甲苯、乙苯等苯的同系物大多能使酸性KMnO4褪色，而苯却不能，这体现了烷基对苯环的影响，故D符合题意。

2.(2020·贵州省六盘水市)中国工程院院士李兰娟领导的团队研究发现，药物阿比朵尔、达芦那韦可有效抑制新冠病毒。如图所示有机物是合成阿比朵尔的原料，关于该有机物下列说法正确的是(　　)

A．该有机物的分子式为C12H14NO3

B．分子结构中含有三种官能团

C．分子中所有碳原子一定共平面

D．可以发生取代反应、加成反应、水解反应和氧化反应

答案　D

解析　该有机物的分子式为C12H13NO3，A错误。含有羟基、酯基、亚氨基、碳碳双键四种官能团，B错误。苯环中碳原子一定共平面，但苯环与其他碳原子不一定在同一平面内，C错误。酚羟基及酯基能发生取代反应，苯环及碳碳双键能发生加成反应，酯基能发生水解反应，可以燃烧发生氧化反应，D正确。

3．[2020·全国卷(Ⅰ)，8]紫花前胡醇可从中药材当归和白芷中提取得到，能提高人体免疫力。有关该化合物，下列叙述错误的是(　　)

A．分子式为C14H14O4

B．不能使酸性重铬酸钾溶液变色

C．能够发生水解反应

D．能够发生消去反应生成双键

答案　B

解析　由结构简式可知紫花前胡醇的分子式为C14H14O4，A项正确；该有机物分子内含有碳碳双键和醇羟基，可以被酸性重铬酸钾溶液氧化，从而使酸性重铬酸钾溶液变色，B项错误；分子内含有酯基，能够发生水解反应，C项正确；分子内含有醇羟基，且与醇羟基相连的碳原子的相邻碳原子上连有氢原子，故可发生消去反应，D项正确。

4．GMA可用作涂料、离子交换树脂和油墨的黏合剂等，通过酯交换反应制备，反应如下：

下列说法错误的是(　　)

A．与a互为同分异构体的羧酸只有1种

B．b分子中的所有C原子和O原子可能在同一平面内，含有三种官能团

C．GMA的分子式为C7H9O3

D．GMA能与NaOH溶液、溴水、酸性KMnO4溶液反应

答案　BC

解析　与a互为同分异构体的羧酸为丙酸，只有一种，故A正确；根据双键的位置可知，b分子中的所有C原子和O原子可能在同一平面内，含有双键和酯基两种官能团，故B错误；由结构简式可知GMA的分子式为C7H10O3，故C错误；GMA含有碳碳双键，可与高锰酸钾溶液发生氧化反应，含有酯基，可在NaOH溶液存在的条件下发生水解反应，含有碳碳双键，可以和溴水发生加成反应。

5．在有机化合物中，由于基团之间的相互影响，会使有机物分子中相关原子或原子团的反应活性发生显著的变化

①实验表明，丙酸分子“—CH2—”上的碳氢键因与“—COOH”相邻，反应活性明显增强，比如，在红磷存在时，丙酸可与液溴发生取代反应生成2-溴丙酸(CH3CHBrCOOH)。

②已知含有“”结构的有机物不能稳定存在，请结合①②有关信息，分析如下转化关系，图中所用NaOH都是足量的，回答问题：

(1)A的结构简式为___________________；图中A所发生的反应类型是__________________；F中所含官能团的名称是________________。

(2)C→D的化学方程式为________________________________________________。

(3)D不可能发生的反应是__________(填字母)。

a．水解反应   b．消去反应

c．银镜反应   d．酯化反应

e．加成反应   f．还原反应

g．氧化反应

(4)F有多种同分异构体，其中含有—C≡C—、能发生银镜反应且属于酯类的有机物共有________种，写出其中一种的结构简式________________________________________。

答案　(1)　取代反应　碳碳双键、羧基

(2)＋O2＋2H2O　(3)a　(4)4　HCOOC≡CCH2CH3、HCOOCH2C≡CCH3、HCOOCH2CH2C≡CH、HCOOCH(CH3)C≡CH(任写一个)

6．高聚物的合成与结构修饰是制备具有特殊功能材料的重要过程。下图是合成具有特殊功能高分子材料W()的流程：

已知：

Ⅰ.RCH2OH

Ⅱ.＋R2OH―→＋R1COOH(R、R1、R2代表烃基)

(1)反应①的反应类型是______________________________________________。

(2)反应②是取代反应，其化学方程式是_______________________________________。

(3)D的核磁共振氢谱中有两组峰且面积之比是1∶3，不存在顺反异构，D的结构简式是________________________________________________________________________。

(4)反应⑤的化学方程式是___________________________________________________。

(5)G的结构简式是_______________________________________________________。

(6)反应⑥的化学方程式是_____________________________________________________。

(7)工业上也可用合成E。由上述①～④的合成路线中获取信息，完成下列合成路线(箭头上注明试剂和反应条件，不易发生取代反应)。________________。

答案　(1)加成反应

(2)BrCH2CH2Br＋2NaCN―→NCCH2CH2CN＋2NaBr

(3)(CH3)2C==CH2

(4)CH2==C(CH3)COOH＋HOCH3CH2==C(CH3)COOCH3＋H2O

(5)

(6)

(7)HOCH2CH(CN)CH3HOCH2CH(CH3)COOHCH2==C(CH3)COOH