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2022届高中化学一轮复习 选修5 第4节 生命中的基础有机化合物 有机合成与推断 课件
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这是一份2022届高中化学一轮复习 选修5 第4节 生命中的基础有机化合物 有机合成与推断 课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，③分类，②性质，关键能力考向突破，答案D，答案A，CH2CHCN，RCOOH，②④①⑤⑥，解题技巧等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.糖类(1)糖类的定义和分类。①定义:从分子结构上看,糖类可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。②组成:含碳、氢、氧三种元素。大多数糖类化合物符合通式Cn(H2O)m,所以糖类也叫碳水化合物。
(2)单糖——葡萄糖、果糖。①组成和分子结构:
CH2OH(CHOH)4CHO
CH2OH(CHOH)3COCH2OH
②葡萄糖的化学性质:
(3)二糖——蔗糖和麦芽糖。
(4)多糖——淀粉与纤维素。①相似点:a.都属于高分子化合物,属于多糖,分子式都可表示为(C6H10O5)n;b.都能发生水解反应;c.都不能发生银镜反应。②不同点:a.结构不同;通式中n值不同;b.淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。
2.油脂(1)定义:油脂属于酯类,是高级脂肪酸和甘油形成的酯。(2)结构。
(3)物理性质①油脂一般难溶于水,易溶于有机溶剂,其密度比水的密度小。②天然油脂都是混合物,没有固定的熔、沸点。
①油脂的氢化(油脂的硬化):经硬化制得的油脂叫人造脂肪,也称硬化油。如油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为
②水解反应:a.酸性条件下,硬脂酸甘油酯发生水解反应的化学方程式为
b.碱性条件下(即皂化反应),硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中发生水解反应的化学方程式为
3.氨基酸、蛋白质(1)氨基酸的结构与性质。①定义。羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代后的产物。α-氨基酸的通式为 ,官能团为—NH2和—COOH。②氨基酸的性质。a.两性:甘氨酸与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式分别为HOOC—CH2—NH2+HCl→HOOC—CH2—NH3Cl,H2N—CH2—COOH+NaOH→H2N—CH2—COONa+H2O。
b.成肽反应:氨基酸在酸或碱存在的条件下加热,通过一分子的氨基与一分子的羧基间脱去一分子水,缩合形成含肽键的化合物叫做成肽反应。两分子氨基酸脱水形成二肽,如:
多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合,可形成蛋白质。
(2)蛋白质的组成、结构与性质。①组成与结构:a.蛋白质主要含有C、H、O、N、S等元素。b.蛋白质是由多种氨基酸分子按不同的排列顺序通过肽键相互结合形成的天然有机高分子化合物。
自我诊断1.符合通式Cn(H2O)m的有机物都属于糖类吗?
提示 不一定。例如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)的分子式可分别改写为C(H2O)、C2(H2O)2,但它们分别属于醛和羧酸。
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)淀粉水解制葡萄糖不属于取代反应。( )(2)油脂与浓NaOH溶液反应制高级脂肪酸钠不属于取代反应。( )(3)磨豆浆的大豆富含蛋白质,豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸。( )(4)食用花生油和鸡蛋清都能发生水解反应。( )(5)油脂经过皂化反应得到高级脂肪酸盐与甘油。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
3.甘氨酸与丙氨酸在一定条件下反应,可以形成的二肽的结构简式是 。
考向1 基本营养物质的组成、结构和性质【典例1】 (2020天津化学,3)下列说法错误的是( )A.淀粉和纤维素均可水解产生葡萄糖B.油脂的水解反应可用于生产甘油C.氨基酸是组成蛋白质的基本结构单元D.淀粉、纤维素和油脂均是天然高分子
答案 D 解析 淀粉和纤维素都是由葡萄糖单元组成的,完全水解产生葡萄糖,A项正确;油脂水解可生成高级脂肪酸和甘油,B项正确;氨基酸通过缩合反应生成蛋白质,C项正确;油脂不是高分子化合物,D项错误。
易错警示 (1)检验淀粉水解的产物能否发生银镜反应,首先要加碱中和为催化剂的酸,然后再加银氨溶液。(2)蛋白质的盐析是可逆的,蛋白质的变性是不可逆的。(3)油脂在碱性条件下的水解反应属于皂化反应,在酸性条件下的水解反应不属于皂化反应;小分子的酯在碱性条件下的水解反应不属于皂化反应。
对点演练1(2020浙江月考)下列说法正确的是( )A.向皂化反应结束后的溶液、豆浆中加入热的饱和食盐水,试管底部均有固体析出B.糖类和蛋白质都是天然高分子化合物,均能在人体内发生水解C.向麦芽糖中加入少量稀硫酸,加热一段时间后,加氢氧化钠溶液至碱性,再加入新制Cu(OH)2悬浊液,加热,检验是否有葡萄糖生成D.向溴水中加入适量正己烷,光照下振荡后静置,溶液出现分层,上下两层液体均为无色
解析 油脂完全皂化后生成高级脂肪酸盐、甘油,NaCl可降低高级脂肪酸盐的溶解度,由于肥皂的密度小于甘油和氯化钠混合液的密度,肥皂会漂浮在上层,试管底部没有固体生成,豆浆胶体中加电解质溶液会聚沉,故A错误;单糖与二糖不是高分子化合物,单糖不能水解,二糖和多糖才能发生水解反应,而且纤维素在人体中不能水解,蛋白质属于高分子化合物,在人体中能发生水解反应,故B错误;麦芽糖在加热并在稀硫酸催化作用下发生水解,反应有葡萄糖生成,但麦芽糖是还原性糖,葡萄糖、麦芽糖都能与新制Cu(OH)2悬浊液反应,所以不能用新制Cu(OH)2悬浊液检验是否有葡萄糖生成,故C错误;向溴水中加入适量正己烷,正己烷萃取了溴,水层呈无色,上层为溴的正己烷溶液,在光照下振荡后静置,发生取代反应生成无色的溴代烷,故D正确。
深度指津 1.氨基酸的缩合反应(1)氨基酸的缩合机理。
2.有机化合物的水解小结
考向2 糖类的水解程度及产物的判断【典例2】 为检验淀粉水解的情况,进行如下图所示的实验,试管甲和丙均用60~80 ℃的水浴加热5~6 min,试管乙不加热。待试管甲中的溶液冷却后再进行后续实验。
实验1:取少量甲中溶液,加入新制氢氧化铜,加热,没有砖红色沉淀出现。实验2:取少量乙中溶液,滴加几滴碘水,溶液变为蓝色,但取少量甲中溶液做此实验时,溶液不变蓝色。实验3:取少量丙中溶液加入NaOH溶液调节至碱性,再滴加碘水,溶液颜色无明显变化。下列结论错误的是( )A.淀粉水解需要在催化剂和一定温度下进行B.欲检验淀粉是否完全水解,最好在冷却后的水解液中直接加碘C.欲检验淀粉的水解产物具有还原性,可在水解液中加入新制氢氧化铜并加热D.若用唾液代替稀硫酸,则实验1可能出现预期的现象
答案 C 解析 实验甲与乙、甲与丙都是对照实验,前者探究温度的影响,后者探究催化剂的影响,通过对照实验可知A项正确;因为I2可与NaOH发生反应:I2+2NaOH==NaI+NaIO+H2O,故用I2检验淀粉时,不能有NaOH存在,B项正确;用新制Cu(OH)2检验水解产物的还原性时,必须在碱性环境中进行,故在水解液中先加NaOH中和稀硫酸至碱性后,再加入新制Cu(OH)2并加热,C项错误;若用唾液代替稀硫酸,则不必加碱中和,直接加入新制Cu(OH)2,加热即可出现预期现象,D项正确。
对点演练2某学生设计了如下实验方案用以检验淀粉水解的情况:
下列结论中正确的是( )A.淀粉尚有部分未水解B.淀粉已完全水解C.淀粉没有水解D.淀粉已发生水解,但不知是否完全水解
答案 D 解析 混合液中加入新制Cu(OH)2,加热至沸腾,有砖红色沉淀生成,说明淀粉已经水解;另取混合液加入碘水,由于混合液中含过量的NaOH,与I2反应导致无法判断是否水解完全。
深度指津 淀粉水解程度的判断方法(1)实验流程。
(2)实验现象及结论。
(3)注意问题。①检验淀粉时,必须直接取水解液加入碘水,不能取中和液,因为碘能与NaOH溶液反应。②淀粉、蔗糖的水解实验是用稀硫酸作催化剂,而其水解产物与银氨溶液反应或与新制Cu(OH)2反应的实验必须在碱性条件下进行,所以检验淀粉或蔗糖的水解产物时,应先在水解液中加入NaOH溶液至溶液呈碱性。
知识梳理1.高分子化合物的组成(1)单体:能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。(2)链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小结构单元。(3)聚合度:高分子中含有链节的数目。如
2.高分子化合物的合成方法
(1)加聚反应:加成聚合反应简称加聚反应,是指不饱和单体通过加成反应生成高分子化合物的反应,如生成聚氯乙烯的化学方程式为
(2)缩聚反应:缩合聚合反应简称缩聚反应,是由单体分子间通过缩合反应生成高分子,同时还生成小分子副产物(如水等)的聚合反应。
3.高分子化合物的分类
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)天然橡胶是高聚物,不能使溴水褪色。( )(2)为防止污染,可以将塑料购物袋直接烧掉。( )(3)天然橡胶的主要成分聚异戊二烯( )为纯净物。( )(4)酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料。( )(5)高分子化合物的结构大致可以分为线型结构、支链型结构和网状结构三类。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.按要求完成下列反应的化学方程式并指出反应类型。(1)由对苯二甲酸与乙二醇合成涤纶。 , 。 (2)由2-氯-1,3-丁二烯合成氯丁橡胶。 , 。
考向1 有机高分子的结构与性质【典例1】 (2020浙江1月选考,15)下列关于 的说法正确的是( )A.该物质可由n个单体分子通过缩聚反应生成B.0.1 ml该物质完全燃烧,生成33.6 L(标准状况)的CO2C.该物质在酸性条件下水解产物之一可作汽车发动机的抗冻剂D.1 ml该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗3n ml NaOH
答案 C 解析 A项,该物质应通过加聚反应得到,错误;B项,该物质为聚合物,0.1 ml该物质可以生成1.5n ml CO2,标准状况下为33.6n L,错误;C项,该物质在酸性条件下水解可生成乙二醇,乙二醇可作为汽车发动机的抗冻剂,正确;D项,1 ml酚酯可消耗2 ml NaOH,1个该物质分子中含有2个醇酯基和1个酚酯基,故1 ml该物质最多可以消耗4n ml NaOH,错误。
思路点拨 由加聚反应的反应特点可知,高聚物分子中的一个双键对主链的贡献仅有两个碳原子,而相隔一个单键的两个双键(—CH==CH—CH==CH—)对主链的贡献是四个碳原子,故在由加聚产物判断单体时,采用的方法可以简记为“遇双键四个碳,无双键两个碳”。
对点演练1(2020北京房山二模)不饱和聚酯(UP) 是生产复合材料“玻璃钢”的基体树脂材料。下图是基础化工原料合成UP流程:
下列说法不正确的是( )A.丙可被酸性KMnO4溶液直接氧化制单体1B.单体2可能是乙二醇C.单体1、2、3经缩聚反应制得UPD.调节单体的投料比,控制m和n的比值,可获得性能不同的高分子材料
解析 根据缩聚反应的高聚物与单体之间的关系可推知,不饱和聚酯(UP)的单体有三个,分别是HOCH2CH2OH、HOOCCH=CHCOOH、 ,那么可推知甲为CH2=CH—CH=CH2,与Br2/CCl4发生加成生成乙,乙的结构简式为CH2BrCH=CHCH2Br,乙发生水解反应生成丙HOCH2CH=CHCH2OH,丙与HBr发生加成反应生成HOCH2CH2CHBrCH2OH,再氧化生成丁,丁的结构简式为HOOCCH2CHBrCOOH,丁发生消去反应生成单体1,单体1的结构简式为HOOCCH=CHCOOH,另外两种单体为HOCH2CH2OH、 。
丙的结构简式为HOCH2CH=CHCH2OH,分子中的碳碳双键和羟基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,不能直接氧化制单体1,A项错误;由分析可知,单体2可能是乙二醇,B项正确;HOOCCH=CHCOOH、HOCH2CH2OH、
反应生成UP的同时还有水生成,所以发生的是缩聚反应,C项正确;调节单体的投料比,控制m和n的比值,可获得性能不同的高分子材料,D项正确。
考向2 高分子化合物的合成【典例2】 (2020山东青岛期末)薄荷油中含有少量α-非兰烃,其相对分子质量为136。根据如下转化,回答相关问题。
(1)α-非兰烃的结构简式为 。 (2)B中含有的官能团名称为 ,C→D的反应类型为 。 (3)C→H的反应方程式为 。 (4)写出符合下列条件的A的同分异构体: (写三种即可)。 ①含有4个—CH3 ②1 ml此同分异构体在碱性条件下水解需2 ml NaOH
(4)符合下列条件的A( )的同分异构体:①含有4个—CH3,②1 ml此同分异构体在碱性条件下水解需2 ml NaOH,则为酯类化合物,可能的结构简式为(CH3)3COOCCOOCH3、CH3OOCC(CH3)2COOCH3、CH3OOCC(CH3)2OOCCH3、CH3COOC(CH3)2OOCCH3(任写三种)。
对点演练2(2020北京东城二模)聚酰亚胺是一类非常有前景的可降解膜材料,其中一种膜材料Q的合成路线如图所示。
(1)A是芳香烃,A→B的化学方程式是 。 (2)B转化为C的试剂和条件是 。 (3)C中所含的官能团的名称是 。 (4)D可由C与KOH溶液共热来制备,C与D反应生成E的化学方程式是 。 (5)E→F的反应类型是 。
(6)G与A互为同系物,核磁共振氢谱有2组峰,G→H的化学方程式是 。 (7)H与F生成中间体P的原子利用率为100%,P的结构简式是 (写一种)。 (8)废弃的膜材料Q用NaOH溶液处理降解后可回收得到F和 (填结构简式)。
深度指津 单体与高聚物互推的方法聚合时找准结合点,反推单体时找准分离处,“结合点必为分离处”。1.由单体推断高聚物的方法(1)单烯烃型单体加聚时,“断开双键,键分两端,添上括号,n写后面”。
(2)共轭二烯烃型单体加聚时,“单变双,双变单,破两头,移中间,添上括号,n写后面”。
(3)分别含有一个双键的两种单体聚合时,“双键打开,中间相连,添上括号,n写后面”。
2.高聚物单体的推断方法推断单体时,一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物,并找准分离处。(1)加聚产物的主链一般全为碳原子,按“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”的规律画线断键,然后半键闭合、单双键互换。如 的单体为CH2==CH2和CH2==CHCN,
的单体为CH2==CHCH3和CH2==CH—CH==CH2。
知识梳理1.有机合成的主要任务、原则和分析方法(1)有机合成的主要任务。
(2)有机合成遵循的原则。①起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。②应尽量选择步骤较少的合成路线。③原子经济性高,具有较高的产率。④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
(3)有机合成的分析方法。①正向合成分析法的过程:
②逆向合成分析法的过程:
2.有机合成的常用方法(1)有机合成中分子骨架的构建。①链增长的反应:加聚反应、缩聚反应、酯化反应;炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基(—CN)的物质,再经水解生成羧酸,或经催化加氢还原生成胺;羟醛缩合反应。
CH2==CHCOOH
②链缩短的反应:烷烃的裂化反应,酯类、糖类、蛋白质等的水解反应;烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成碳链缩短的羧酸或酮。
③由链成环的方法:a.羟基酸酯化成环。
b.第尔斯—阿尔德反应。
(2)有机合成中官能团的转化。①官能团的引入。
②官能团的消除。a.通过加成反应消除不饱和键(双键、三键、苯环)。b.通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基。c.通过加成或氧化反应等消除醛基。d.通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子。
③官能团的保护。a.醇羟基的保护:有机合成中的某些反应可能会使羟基受到影响,需要对羟基进行保护。此时,可以先将羟基转化为醚键,使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。相关合成反应结束后,再在一定条件下脱除起保护作用的基团(保护基),恢复羟基。b.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将其保护起来,待其他基团氧化后再酸化将其转变为—OH。c.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,待其他基团氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
④官能团转化的顺序:如在对硝基甲苯 对氨基苯甲酸的过程中,应先把—CH3氧化成—COOH之后,再把—NO2还原为—NH2,防止当KMnO4氧化—CH3时,—NH2(具有还原性)也被氧化。
自我诊断1.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在催化剂存在下与氯气反应⑤在Cu或Ag存在下与氧气共热 ⑥与新制Cu(OH)2共热
2.补充完成由环戊烷转化为最终产物过程中各步反应所需的条件、反应物(或产物)的结构简式及反应类型。
考向1 有机合成【典例1】 (2020山东烟台一模)2020年2月17日,在国务院联防联控机制发布会上,科技部某负责人告诉记者:磷酸氯喹对“COVID-19”的治疗有明确的疗效,该药是上市多年的老药,用于广泛人群治疗的安全性是可控的。其合成路线如图所示:
已知:醛基在一定条件下可以还原成甲基。回答下列问题:(1)有机化合物A为糠醛,它广泛存在于各种农副产品中。A中含氧官能团的名称为 ,A与新制氢氧化铜悬浊液反应的化学方程式为 。 (2)C的结构简式为 ,D与E之间的关系为 。 (3)反应⑦的反应类型为 ;反应⑤若温度过高会发生副反应,其有机副产物的结构简式为 。
(4)有机化合物E有多种同分异构体,其中属于羧酸和酯的有 种,在这些同分异构体中,有一种是羧酸,且含有手性碳原子,其名称为 。 (5)以2-丙醇和必要的试剂合成2-丙胺[CH3CH(NH2)CH3]: (用箭头表示转化关系,箭头上注明试剂)。
答案 (1)醛基、醚键
(3)反应⑦为G发生加成反应生成H,反应⑤为E在NaBr、浓硫酸、加热的条件下反应生成F CH3CO(CH2)3Br,若温度过高会发生消去反应生成CH3COCH2CH=CH2。
对点演练1(2020江苏南京三模)有机合成的重要中间体F的一种合成路线如下:
(1)F中含氧官能团的名称是 、 。 (2)C的结构简式为 。 (3)从整个流程看,D→E的作用是 。 (4)G为比E相对分子质量大14的同系物,H与G互为同分异构体且符合下列条件:①1 ml H能与2 ml NaHCO3反应;②H能使溴的四氯化碳溶液褪色;
③H分子中含有3种不同化学环境的氢。则H的结构简式为 (写一种)。
考向2 有机推断【典例2】 (2020山东济宁线上自我检测)某研究小组以甲苯为原料,设计以下路径合成药物中间体M和R。回答下列问题:
(1)C中的官能团的名称为 ,F的结构简式为 ,A→B的反应类型为 。 (2)D→E的反应方程式为 。 (3)M物质的核磁共振氢谱中有 组吸收峰。 (4)至少写出2个同时符合下列条件的试剂X的同分异构体的结构简式 。
①只有一个苯环且苯环上的一氯取代物只有2种②遇FeCl3溶液显紫色 ③分子中含
(5)设计由甲苯制备R( )的合成路线(其他试剂任选): 。
解析 根据A→B,B→C反应,推出溴原子取代苯环上的氢,取代的是甲基的邻位,D→E发生的是与信息①类似的反应,引入碳碳双键,即
对点演练2(2020山东潍坊二模)DL—m—络氨酸是一种营养增补剂,能提高人体的免疫力。一种合成DL—m—络氨酸的路线如图所示:
回答下列问题:(1)A的化学名称为 ,F中含氧官能团的名称是 。 (2)E→F的反应类型为 。 (3)写出D→E的化学方程式: 。 (4)化合物M是一种α-氨基酸,是H的同分异构体。满足以下条件的M的同分异构体有 种。 ⅰ.环上有两个处于邻位上的取代基,与FeCl3溶液不能发生显色反应;ⅱ.1 ml M与足量金属钠反应产生1.5 ml H2。其中分子中存在两个手性碳原子,且能在浓硫酸催化、加热条件下发生消去反应而消除旋光性,该同分异构体的结构简式为 、 (已知:存在手性碳原子的分子叫手性分子,手性分子具有旋光性)。
答案 (1)间甲基苯酚或3-甲基苯酚 羟基、醚键(2)加成反应
深度指津 1.有机化合物官能团之间的演变关系
2.中学化学中常见的经典有机合成路线(1)一元合成路线。
(2)二元合成路线。
(3)芳香化合物的合成路线。
3.有机推断题的突破口(1)通过物理特征突破。有机化合物中各类代表物的状态、气味、溶解性、密度、熔点、沸点等往往各有特点,解题时可考虑通过物理特征找到题眼。
(2)从反应条件突破。
(3)从转化关系突破。①连续氧化关系:
②重要的“三角”转化关系:a.卤代烃在强碱的醇溶液中加热、醇在浓硫酸催化下加热均发生消去反应生成烯烃;b.烯烃在一定条件下分别与HX(X为卤素原子)、H2O发生加成反应生成卤代烃、醇;c.卤代烃在强碱的水溶液中发生取代反应生成醇,醇与HX在酸性条件下发生取代反应生成卤代烃。在有机推断中灵活运用以上转化关系,并根据题目的限制条件拓展和完善,可起到事半功倍的效果。
(4)从实验现象突破。
(5)根据相关数据确定官能团的数目。①烃和卤素单质的取代:每取代1 ml氢原子,消耗1 ml卤素单质(X2)。② 的加成:与H2、Br2、HCl、H2O等加成时按物质的量比1∶1加成。③含—OH有机化合物与Na反应时:2 ml —OH生成1 ml H2。
⑤物质转化过程中相对分子质量的变化:
(关系式中M代表第一种有机化合物的相对分子质量)
1.油脂的性质(1)水解反应。(2)加成反应。2.糖类中注意的3个方面(1)同分异构体葡萄糖和果糖互为同分异构体;蔗糖和麦芽糖互为同分异构体。(2)还原性葡萄糖和麦芽糖均具有还原性。(3)水解反应蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素均能发生水解反应。
3.蛋白质性质的6个方面(1)水解反应 (2)两性 (3)盐析 (4)变性 (5)颜色反应 (6)灼烧4.合成高分子化合物的两种反应类型(1)加聚反应(2)缩聚反应5.有机推断的3种方法正推法、逆推法、综合推断法。
巧妙利用信息解有机合成与推断题素养解读有机合成与推断的考查题型比较固定,通常是以生产、生活中陌生有机化合物的合成工艺流程为载体考查有机化学的核心知识,涉及常见有机化合物官能团的结构、性质及相互转化关系,涉及有机化合物结构简式的确定、反应类型的判断、化学方程式的书写、同分异构体的判断和书写等知识的考查。
有机信息题常以新材料、新科技为背景,考查有机化学的基础知识。这类题目新颖、陌生度高,新知识多以信息的形式出现,但这类试题通常要求解答的问题并不难,特点是“起点高、落点低”。解决这类习题应首先认真审题,分析整理给予信息,分离出已知条件和推断内容,弄清被推断物和其他有机化合物的关系,准确把握解题突破口,在此基础上结合信息和相关知识进行推理,排除干扰,有序进行正确推断。通过有机合成与推断,可培养学生证据推理与模型认知、科学态度与社会责任的化学核心素养。
案例探究世界卫生组织将新型冠状病毒命名为“2019-nCV”。新型冠状病毒肺炎是近百年来人类遭遇的影响范围最广的全球性大流行病,对全世界是一次严重危机和严峻考验。人类生命安全和健康面临重大威胁。中国果断打响疫情防控阻击战。中国把人民生命安全和身体健康放在第一位,以坚定果敢的勇气和决心,采取最全面最严格最彻底的防控措施,有效阻断病毒传播链条。14亿中国人民坚忍奉献、团结协作,构筑起同心战“疫”的坚固防线,彰显了人民的伟大力量。
中国多次发布“新冠肺炎治疗方案”,坚持“中西医结合”,陆续发布的新冠肺炎治疗药品目录有:磷酸氯喹、达芦那韦、阿比多尔、卡莫氟、瑞德西韦、奥司他韦、肉桂硫胺、碘海醇、藿香正气胶囊(丸、水、口服液)、金花清感颗粒、连花清瘟胶囊(颗粒)、疏风解毒胶囊(颗粒)、君歧肠胃合剂等。
【典例1】 (2020北京海淀三模)法匹拉韦 是我国最早批准的可用于抗击新冠肺炎临床试验的药物之一,而最新文献研究也证实了其对新型冠状病毒(2019-nCV)表现出良好的体外抑制作用。F是合成法匹拉韦过程中的重要中间体,其合成路线如图所示。
(1)法匹拉韦包含的含氧官能团是 。 (2)A可以与Na2CO3反应产生CO2,B与NaOH反应的化学方程式是 。 (3)反应①的反应物和条件是 。 (4)合成E分三步进行,③为取代反应,中间产物2和E互为同分异构体,请写出中间产物2和E的结构简式。中间产物2 ;E 。
(5)依据中间产物1的生成,判断反应②的目的是 。 (6)在上述三步反应中,第二步反应除了生成中间产物2,还有另一个含有两个五元环的副产物,该副产物的结构简式为 。
解析 根据合成路线可知:A是CH3COOH,B是ClCH2COOH,C是OHC—COOH,中间产物1是
(1)法匹拉韦结构简式是 ,其中含有的含氧官能团是羟基、酰胺基(键)。
(2)B是ClCH2COOH,含有羧基,具有酸的通性;含有氯原子能够发生水解反应,所以ClCH2COOH能够与NaOH发生中和反应和水解反应,反应的化学方程式为ClCH2COOH+2NaOH HOCH2COONa+NaCl+H2O。(3)HOCH2COOH中与羟基连接的碳原子上有2个氢原子,可以与O2在Cu或Ag作催化剂条件下,加热发生醇羟基的催化氧化反应产生醛基和水,反应方程式为2HOCH2COOH+O2 2OHC—COOH+2H2O,故该反应的反应物和条件是氧气、铜或银,加热。
答案 (1)羟基、酰胺基(键)(2)ClCH2COOH+2NaOH HOCH2COONa+NaCl+H2O(3)氧气、铜或银,加热
【典例2】 (2020山东淄博一模)“清肺排毒汤”对新冠肺炎的治疗具有良好的效果,其中一味中药黄芩的一种活性中间体的结构简式为: ,现在可人工合成,路线如图所示:
(1)A生成B的反应条件是 ,B生成C的反应条件为 。 (2)合成过程中,属于取代反应的是 。 (3)F的结构简式为 。 (4)D在一定条件下能生成高分子化合物,请写出该反应的化学方程式: 。同时符合下列三个条件的D的同分异构体共有 种。 a.能发生银镜反应;b.苯环上有3个取代基;c.与FeCl3溶液发生显色反应。
(5)依据以上合成信息,以乙烯和氯苯为原料合成 的路线(无机试剂自选): 。
解析 (1)A生成B是卤代烃的水解,反应条件是氢氧化钠水溶液,加热;B生成C是醇氧化为醛,反应条件为铜或银作催化剂,加热。
(4)D分子中含有碳碳双键,在一定条件下发生加聚反应生成高分子化合物,反应方程式是 ;a.能发生银镜反应,说明含有醛基;b.苯环上有3个取代基;c.与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,则3个取代基是—OH、—CHO、—CH==CH2,3个不同的取代基在苯环上的位置有10种,所以符合条件的D的同分异构体有10种。
(5)乙烯和水发生加成反应生成乙醇,乙醇氧化为乙醛、乙醛氧化为乙酸,乙酸在SOCl2作用下生成乙酰氯,氯苯水解为苯酚,苯酚和乙酰氯反应生成
答案 (1)氢氧化钠水溶液,加热 铜或银作催化剂,加热
方法规律利用信息,找准对应物质在解有机合成与推断的题目时,有时仅用已学过的有机化合物的结构、性质进行解题,往往会出现“卡壳”现象,这时充分利用题干中的新信息,是解题的另一关键要素,利用新信息解题时,不必记住新信息,只要看清新信息反应的实质,如物质含有什么官能团,发生什么反应,然后对应找到题目中的物质,代入即可。
回答下列问题:(1)A中所含官能团的名称是 ,C的分子式为 。 (2)A生成B的反应类型为 ,E生成F的反应类型为 。 (3)碳原子上连有4个不同的原子或原子团时,该碳原子称为手性碳原子。氯喹中的手性碳原子有 个。 (4)由C生成D的过程中,加入NaOH溶液时发生反应的化学方程式为 。
(5)X为E的同分异构体,写出一种满足如下条件的X的结构简式: 。 ①遇FeCl3溶液发生显色反应②除苯环外不含其他环,且苯环上只有2个取代基③含有—CN④核磁共振氢谱中只有4组峰,且峰面积之比为1∶2∶2∶1
答案 (1)氯原子、硝基 C12H10ClNO3(2)还原反应 取代反应
2.(2020天津学业水平等级适应性考试)诺贝尔奖获得者屠呦呦带领团队发现了青蒿素,为中医药科技创新和人类健康事业作出巨大贡献。我国化学家在确认青蒿素分子结构之后实现了青蒿素的全合成。
根据信息(部分条件和步骤已省略)回答下列问题:(1)B的分子式为 ,所含官能团名称为 。D→E的反应类型为 。 (2)A的同系物中含碳原子数目最少的物质的结构简式为 。A的同分异构体X含有醛基和六元碳环,且环上只有一个支链,满足上述条件的X有 种。其中核磁共振氢谱峰数最少的物质的结构简式为 。 (3)写出A与银氨溶液反应的化学方程式: 。
(4)通过H→I的反应,分子中引入了硫醚基团,而J→K的反应,分子中硫醚基团又被脱去,这样做的目的是 。 (5)根据青蒿素所含的官能团,推测其可能具有的性质 。 a.具有氧化性b.可发生水解反应c.易溶于水
答案 (1)C10H20O2 羟基 加成反应或还原反应
3.(2020山东第二次模拟考)化合物I是合成含六元环甾类化合物的一种中间体。利用Rbinsn成环反应合成I的路线如下:
回答下列问题:(1)B→C的反应方程式为 。 (2)化合物E和I的结构简式分别是 、 。 (3)C→D和F→G的反应类型分别是 、 。 (4)写出符合下列条件的G的同分异构体的结构简式: 。 ①与氢氧化钠完全反应时,二者物质的量之比为1∶3;②有4种不同化学环境的氢。
知识梳理1.糖类(1)糖类的定义和分类。①定义:从分子结构上看,糖类可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。②组成:含碳、氢、氧三种元素。大多数糖类化合物符合通式Cn(H2O)m,所以糖类也叫碳水化合物。
(2)单糖——葡萄糖、果糖。①组成和分子结构:
CH2OH(CHOH)4CHO
CH2OH(CHOH)3COCH2OH
②葡萄糖的化学性质:
(3)二糖——蔗糖和麦芽糖。
(4)多糖——淀粉与纤维素。①相似点:a.都属于高分子化合物,属于多糖,分子式都可表示为(C6H10O5)n;b.都能发生水解反应;c.都不能发生银镜反应。②不同点:a.结构不同;通式中n值不同;b.淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。
2.油脂(1)定义:油脂属于酯类,是高级脂肪酸和甘油形成的酯。(2)结构。
(3)物理性质①油脂一般难溶于水,易溶于有机溶剂,其密度比水的密度小。②天然油脂都是混合物,没有固定的熔、沸点。
①油脂的氢化(油脂的硬化):经硬化制得的油脂叫人造脂肪,也称硬化油。如油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为
②水解反应:a.酸性条件下,硬脂酸甘油酯发生水解反应的化学方程式为
b.碱性条件下(即皂化反应),硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中发生水解反应的化学方程式为
3.氨基酸、蛋白质(1)氨基酸的结构与性质。①定义。羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代后的产物。α-氨基酸的通式为 ,官能团为—NH2和—COOH。②氨基酸的性质。a.两性:甘氨酸与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式分别为HOOC—CH2—NH2+HCl→HOOC—CH2—NH3Cl,H2N—CH2—COOH+NaOH→H2N—CH2—COONa+H2O。
b.成肽反应:氨基酸在酸或碱存在的条件下加热,通过一分子的氨基与一分子的羧基间脱去一分子水,缩合形成含肽键的化合物叫做成肽反应。两分子氨基酸脱水形成二肽,如:
多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合,可形成蛋白质。
(2)蛋白质的组成、结构与性质。①组成与结构:a.蛋白质主要含有C、H、O、N、S等元素。b.蛋白质是由多种氨基酸分子按不同的排列顺序通过肽键相互结合形成的天然有机高分子化合物。
自我诊断1.符合通式Cn(H2O)m的有机物都属于糖类吗?
提示 不一定。例如甲醛(CH2O)、乙酸(C2H4O2)的分子式可分别改写为C(H2O)、C2(H2O)2,但它们分别属于醛和羧酸。
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)淀粉水解制葡萄糖不属于取代反应。( )(2)油脂与浓NaOH溶液反应制高级脂肪酸钠不属于取代反应。( )(3)磨豆浆的大豆富含蛋白质,豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸。( )(4)食用花生油和鸡蛋清都能发生水解反应。( )(5)油脂经过皂化反应得到高级脂肪酸盐与甘油。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
3.甘氨酸与丙氨酸在一定条件下反应,可以形成的二肽的结构简式是 。
考向1 基本营养物质的组成、结构和性质【典例1】 (2020天津化学,3)下列说法错误的是( )A.淀粉和纤维素均可水解产生葡萄糖B.油脂的水解反应可用于生产甘油C.氨基酸是组成蛋白质的基本结构单元D.淀粉、纤维素和油脂均是天然高分子
答案 D 解析 淀粉和纤维素都是由葡萄糖单元组成的,完全水解产生葡萄糖,A项正确;油脂水解可生成高级脂肪酸和甘油,B项正确;氨基酸通过缩合反应生成蛋白质,C项正确;油脂不是高分子化合物,D项错误。
易错警示 (1)检验淀粉水解的产物能否发生银镜反应,首先要加碱中和为催化剂的酸,然后再加银氨溶液。(2)蛋白质的盐析是可逆的,蛋白质的变性是不可逆的。(3)油脂在碱性条件下的水解反应属于皂化反应,在酸性条件下的水解反应不属于皂化反应;小分子的酯在碱性条件下的水解反应不属于皂化反应。
对点演练1(2020浙江月考)下列说法正确的是( )A.向皂化反应结束后的溶液、豆浆中加入热的饱和食盐水,试管底部均有固体析出B.糖类和蛋白质都是天然高分子化合物,均能在人体内发生水解C.向麦芽糖中加入少量稀硫酸,加热一段时间后,加氢氧化钠溶液至碱性,再加入新制Cu(OH)2悬浊液,加热,检验是否有葡萄糖生成D.向溴水中加入适量正己烷,光照下振荡后静置,溶液出现分层,上下两层液体均为无色
解析 油脂完全皂化后生成高级脂肪酸盐、甘油,NaCl可降低高级脂肪酸盐的溶解度,由于肥皂的密度小于甘油和氯化钠混合液的密度,肥皂会漂浮在上层,试管底部没有固体生成,豆浆胶体中加电解质溶液会聚沉,故A错误;单糖与二糖不是高分子化合物,单糖不能水解,二糖和多糖才能发生水解反应,而且纤维素在人体中不能水解,蛋白质属于高分子化合物,在人体中能发生水解反应,故B错误;麦芽糖在加热并在稀硫酸催化作用下发生水解,反应有葡萄糖生成,但麦芽糖是还原性糖,葡萄糖、麦芽糖都能与新制Cu(OH)2悬浊液反应,所以不能用新制Cu(OH)2悬浊液检验是否有葡萄糖生成,故C错误;向溴水中加入适量正己烷,正己烷萃取了溴,水层呈无色,上层为溴的正己烷溶液,在光照下振荡后静置,发生取代反应生成无色的溴代烷,故D正确。
深度指津 1.氨基酸的缩合反应(1)氨基酸的缩合机理。
2.有机化合物的水解小结
考向2 糖类的水解程度及产物的判断【典例2】 为检验淀粉水解的情况,进行如下图所示的实验,试管甲和丙均用60~80 ℃的水浴加热5~6 min,试管乙不加热。待试管甲中的溶液冷却后再进行后续实验。
实验1:取少量甲中溶液,加入新制氢氧化铜,加热,没有砖红色沉淀出现。实验2:取少量乙中溶液,滴加几滴碘水,溶液变为蓝色,但取少量甲中溶液做此实验时,溶液不变蓝色。实验3:取少量丙中溶液加入NaOH溶液调节至碱性,再滴加碘水,溶液颜色无明显变化。下列结论错误的是( )A.淀粉水解需要在催化剂和一定温度下进行B.欲检验淀粉是否完全水解,最好在冷却后的水解液中直接加碘C.欲检验淀粉的水解产物具有还原性,可在水解液中加入新制氢氧化铜并加热D.若用唾液代替稀硫酸,则实验1可能出现预期的现象
答案 C 解析 实验甲与乙、甲与丙都是对照实验,前者探究温度的影响,后者探究催化剂的影响,通过对照实验可知A项正确;因为I2可与NaOH发生反应:I2+2NaOH==NaI+NaIO+H2O,故用I2检验淀粉时,不能有NaOH存在,B项正确;用新制Cu(OH)2检验水解产物的还原性时,必须在碱性环境中进行,故在水解液中先加NaOH中和稀硫酸至碱性后,再加入新制Cu(OH)2并加热,C项错误;若用唾液代替稀硫酸,则不必加碱中和,直接加入新制Cu(OH)2,加热即可出现预期现象,D项正确。
对点演练2某学生设计了如下实验方案用以检验淀粉水解的情况:
下列结论中正确的是( )A.淀粉尚有部分未水解B.淀粉已完全水解C.淀粉没有水解D.淀粉已发生水解,但不知是否完全水解
答案 D 解析 混合液中加入新制Cu(OH)2,加热至沸腾,有砖红色沉淀生成,说明淀粉已经水解;另取混合液加入碘水,由于混合液中含过量的NaOH,与I2反应导致无法判断是否水解完全。
深度指津 淀粉水解程度的判断方法(1)实验流程。
(2)实验现象及结论。
(3)注意问题。①检验淀粉时,必须直接取水解液加入碘水,不能取中和液,因为碘能与NaOH溶液反应。②淀粉、蔗糖的水解实验是用稀硫酸作催化剂,而其水解产物与银氨溶液反应或与新制Cu(OH)2反应的实验必须在碱性条件下进行,所以检验淀粉或蔗糖的水解产物时,应先在水解液中加入NaOH溶液至溶液呈碱性。
知识梳理1.高分子化合物的组成(1)单体:能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。(2)链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小结构单元。(3)聚合度:高分子中含有链节的数目。如
2.高分子化合物的合成方法
(1)加聚反应:加成聚合反应简称加聚反应,是指不饱和单体通过加成反应生成高分子化合物的反应,如生成聚氯乙烯的化学方程式为
(2)缩聚反应:缩合聚合反应简称缩聚反应,是由单体分子间通过缩合反应生成高分子,同时还生成小分子副产物(如水等)的聚合反应。
3.高分子化合物的分类
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)天然橡胶是高聚物,不能使溴水褪色。( )(2)为防止污染,可以将塑料购物袋直接烧掉。( )(3)天然橡胶的主要成分聚异戊二烯( )为纯净物。( )(4)酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料。( )(5)高分子化合物的结构大致可以分为线型结构、支链型结构和网状结构三类。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.按要求完成下列反应的化学方程式并指出反应类型。(1)由对苯二甲酸与乙二醇合成涤纶。 , 。 (2)由2-氯-1,3-丁二烯合成氯丁橡胶。 , 。
考向1 有机高分子的结构与性质【典例1】 (2020浙江1月选考,15)下列关于 的说法正确的是( )A.该物质可由n个单体分子通过缩聚反应生成B.0.1 ml该物质完全燃烧,生成33.6 L(标准状况)的CO2C.该物质在酸性条件下水解产物之一可作汽车发动机的抗冻剂D.1 ml该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗3n ml NaOH
答案 C 解析 A项,该物质应通过加聚反应得到,错误;B项,该物质为聚合物,0.1 ml该物质可以生成1.5n ml CO2,标准状况下为33.6n L,错误;C项,该物质在酸性条件下水解可生成乙二醇,乙二醇可作为汽车发动机的抗冻剂,正确;D项,1 ml酚酯可消耗2 ml NaOH,1个该物质分子中含有2个醇酯基和1个酚酯基,故1 ml该物质最多可以消耗4n ml NaOH,错误。
思路点拨 由加聚反应的反应特点可知,高聚物分子中的一个双键对主链的贡献仅有两个碳原子,而相隔一个单键的两个双键(—CH==CH—CH==CH—)对主链的贡献是四个碳原子,故在由加聚产物判断单体时,采用的方法可以简记为“遇双键四个碳,无双键两个碳”。
对点演练1(2020北京房山二模)不饱和聚酯(UP) 是生产复合材料“玻璃钢”的基体树脂材料。下图是基础化工原料合成UP流程:
下列说法不正确的是( )A.丙可被酸性KMnO4溶液直接氧化制单体1B.单体2可能是乙二醇C.单体1、2、3经缩聚反应制得UPD.调节单体的投料比,控制m和n的比值,可获得性能不同的高分子材料
解析 根据缩聚反应的高聚物与单体之间的关系可推知,不饱和聚酯(UP)的单体有三个,分别是HOCH2CH2OH、HOOCCH=CHCOOH、 ,那么可推知甲为CH2=CH—CH=CH2,与Br2/CCl4发生加成生成乙,乙的结构简式为CH2BrCH=CHCH2Br,乙发生水解反应生成丙HOCH2CH=CHCH2OH,丙与HBr发生加成反应生成HOCH2CH2CHBrCH2OH,再氧化生成丁,丁的结构简式为HOOCCH2CHBrCOOH,丁发生消去反应生成单体1,单体1的结构简式为HOOCCH=CHCOOH,另外两种单体为HOCH2CH2OH、 。
丙的结构简式为HOCH2CH=CHCH2OH,分子中的碳碳双键和羟基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,不能直接氧化制单体1,A项错误;由分析可知,单体2可能是乙二醇,B项正确;HOOCCH=CHCOOH、HOCH2CH2OH、
反应生成UP的同时还有水生成,所以发生的是缩聚反应,C项正确;调节单体的投料比,控制m和n的比值,可获得性能不同的高分子材料,D项正确。
考向2 高分子化合物的合成【典例2】 (2020山东青岛期末)薄荷油中含有少量α-非兰烃,其相对分子质量为136。根据如下转化,回答相关问题。
(1)α-非兰烃的结构简式为 。 (2)B中含有的官能团名称为 ,C→D的反应类型为 。 (3)C→H的反应方程式为 。 (4)写出符合下列条件的A的同分异构体: (写三种即可)。 ①含有4个—CH3 ②1 ml此同分异构体在碱性条件下水解需2 ml NaOH
(4)符合下列条件的A( )的同分异构体:①含有4个—CH3,②1 ml此同分异构体在碱性条件下水解需2 ml NaOH,则为酯类化合物,可能的结构简式为(CH3)3COOCCOOCH3、CH3OOCC(CH3)2COOCH3、CH3OOCC(CH3)2OOCCH3、CH3COOC(CH3)2OOCCH3(任写三种)。
对点演练2(2020北京东城二模)聚酰亚胺是一类非常有前景的可降解膜材料,其中一种膜材料Q的合成路线如图所示。
(1)A是芳香烃,A→B的化学方程式是 。 (2)B转化为C的试剂和条件是 。 (3)C中所含的官能团的名称是 。 (4)D可由C与KOH溶液共热来制备,C与D反应生成E的化学方程式是 。 (5)E→F的反应类型是 。
(6)G与A互为同系物,核磁共振氢谱有2组峰,G→H的化学方程式是 。 (7)H与F生成中间体P的原子利用率为100%,P的结构简式是 (写一种)。 (8)废弃的膜材料Q用NaOH溶液处理降解后可回收得到F和 (填结构简式)。
深度指津 单体与高聚物互推的方法聚合时找准结合点,反推单体时找准分离处,“结合点必为分离处”。1.由单体推断高聚物的方法(1)单烯烃型单体加聚时,“断开双键,键分两端,添上括号,n写后面”。
(2)共轭二烯烃型单体加聚时,“单变双,双变单,破两头,移中间,添上括号,n写后面”。
(3)分别含有一个双键的两种单体聚合时,“双键打开,中间相连,添上括号,n写后面”。
2.高聚物单体的推断方法推断单体时,一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物,并找准分离处。(1)加聚产物的主链一般全为碳原子,按“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”的规律画线断键,然后半键闭合、单双键互换。如 的单体为CH2==CH2和CH2==CHCN,
的单体为CH2==CHCH3和CH2==CH—CH==CH2。
知识梳理1.有机合成的主要任务、原则和分析方法(1)有机合成的主要任务。
(2)有机合成遵循的原则。①起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。②应尽量选择步骤较少的合成路线。③原子经济性高,具有较高的产率。④有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
(3)有机合成的分析方法。①正向合成分析法的过程:
②逆向合成分析法的过程:
2.有机合成的常用方法(1)有机合成中分子骨架的构建。①链增长的反应:加聚反应、缩聚反应、酯化反应;炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基(—CN)的物质,再经水解生成羧酸,或经催化加氢还原生成胺;羟醛缩合反应。
CH2==CHCOOH
②链缩短的反应:烷烃的裂化反应,酯类、糖类、蛋白质等的水解反应;烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成碳链缩短的羧酸或酮。
③由链成环的方法:a.羟基酸酯化成环。
b.第尔斯—阿尔德反应。
(2)有机合成中官能团的转化。①官能团的引入。
②官能团的消除。a.通过加成反应消除不饱和键(双键、三键、苯环)。b.通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基。c.通过加成或氧化反应等消除醛基。d.通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子。
③官能团的保护。a.醇羟基的保护:有机合成中的某些反应可能会使羟基受到影响,需要对羟基进行保护。此时,可以先将羟基转化为醚键,使醇转化为在一般反应条件下比较稳定的醚。相关合成反应结束后,再在一定条件下脱除起保护作用的基团(保护基),恢复羟基。b.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将其保护起来,待其他基团氧化后再酸化将其转变为—OH。c.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,待其他基团氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
④官能团转化的顺序:如在对硝基甲苯 对氨基苯甲酸的过程中,应先把—CH3氧化成—COOH之后,再把—NO2还原为—NH2,防止当KMnO4氧化—CH3时,—NH2(具有还原性)也被氧化。
自我诊断1.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在催化剂存在下与氯气反应⑤在Cu或Ag存在下与氧气共热 ⑥与新制Cu(OH)2共热
2.补充完成由环戊烷转化为最终产物过程中各步反应所需的条件、反应物(或产物)的结构简式及反应类型。
考向1 有机合成【典例1】 (2020山东烟台一模)2020年2月17日,在国务院联防联控机制发布会上,科技部某负责人告诉记者:磷酸氯喹对“COVID-19”的治疗有明确的疗效,该药是上市多年的老药,用于广泛人群治疗的安全性是可控的。其合成路线如图所示:
已知:醛基在一定条件下可以还原成甲基。回答下列问题:(1)有机化合物A为糠醛,它广泛存在于各种农副产品中。A中含氧官能团的名称为 ,A与新制氢氧化铜悬浊液反应的化学方程式为 。 (2)C的结构简式为 ,D与E之间的关系为 。 (3)反应⑦的反应类型为 ;反应⑤若温度过高会发生副反应,其有机副产物的结构简式为 。
(4)有机化合物E有多种同分异构体,其中属于羧酸和酯的有 种,在这些同分异构体中,有一种是羧酸,且含有手性碳原子,其名称为 。 (5)以2-丙醇和必要的试剂合成2-丙胺[CH3CH(NH2)CH3]: (用箭头表示转化关系,箭头上注明试剂)。
答案 (1)醛基、醚键
(3)反应⑦为G发生加成反应生成H,反应⑤为E在NaBr、浓硫酸、加热的条件下反应生成F CH3CO(CH2)3Br,若温度过高会发生消去反应生成CH3COCH2CH=CH2。
对点演练1(2020江苏南京三模)有机合成的重要中间体F的一种合成路线如下:
(1)F中含氧官能团的名称是 、 。 (2)C的结构简式为 。 (3)从整个流程看,D→E的作用是 。 (4)G为比E相对分子质量大14的同系物,H与G互为同分异构体且符合下列条件:①1 ml H能与2 ml NaHCO3反应;②H能使溴的四氯化碳溶液褪色;
③H分子中含有3种不同化学环境的氢。则H的结构简式为 (写一种)。
考向2 有机推断【典例2】 (2020山东济宁线上自我检测)某研究小组以甲苯为原料,设计以下路径合成药物中间体M和R。回答下列问题:
(1)C中的官能团的名称为 ,F的结构简式为 ,A→B的反应类型为 。 (2)D→E的反应方程式为 。 (3)M物质的核磁共振氢谱中有 组吸收峰。 (4)至少写出2个同时符合下列条件的试剂X的同分异构体的结构简式 。
①只有一个苯环且苯环上的一氯取代物只有2种②遇FeCl3溶液显紫色 ③分子中含
(5)设计由甲苯制备R( )的合成路线(其他试剂任选): 。
解析 根据A→B,B→C反应,推出溴原子取代苯环上的氢,取代的是甲基的邻位,D→E发生的是与信息①类似的反应,引入碳碳双键,即
对点演练2(2020山东潍坊二模)DL—m—络氨酸是一种营养增补剂,能提高人体的免疫力。一种合成DL—m—络氨酸的路线如图所示:
回答下列问题:(1)A的化学名称为 ,F中含氧官能团的名称是 。 (2)E→F的反应类型为 。 (3)写出D→E的化学方程式: 。 (4)化合物M是一种α-氨基酸,是H的同分异构体。满足以下条件的M的同分异构体有 种。 ⅰ.环上有两个处于邻位上的取代基,与FeCl3溶液不能发生显色反应;ⅱ.1 ml M与足量金属钠反应产生1.5 ml H2。其中分子中存在两个手性碳原子,且能在浓硫酸催化、加热条件下发生消去反应而消除旋光性,该同分异构体的结构简式为 、 (已知:存在手性碳原子的分子叫手性分子,手性分子具有旋光性)。
答案 (1)间甲基苯酚或3-甲基苯酚 羟基、醚键(2)加成反应
深度指津 1.有机化合物官能团之间的演变关系
2.中学化学中常见的经典有机合成路线(1)一元合成路线。
(2)二元合成路线。
(3)芳香化合物的合成路线。
3.有机推断题的突破口(1)通过物理特征突破。有机化合物中各类代表物的状态、气味、溶解性、密度、熔点、沸点等往往各有特点,解题时可考虑通过物理特征找到题眼。
(2)从反应条件突破。
(3)从转化关系突破。①连续氧化关系:
②重要的“三角”转化关系:a.卤代烃在强碱的醇溶液中加热、醇在浓硫酸催化下加热均发生消去反应生成烯烃;b.烯烃在一定条件下分别与HX(X为卤素原子)、H2O发生加成反应生成卤代烃、醇;c.卤代烃在强碱的水溶液中发生取代反应生成醇,醇与HX在酸性条件下发生取代反应生成卤代烃。在有机推断中灵活运用以上转化关系,并根据题目的限制条件拓展和完善,可起到事半功倍的效果。
(4)从实验现象突破。
(5)根据相关数据确定官能团的数目。①烃和卤素单质的取代:每取代1 ml氢原子,消耗1 ml卤素单质(X2)。② 的加成:与H2、Br2、HCl、H2O等加成时按物质的量比1∶1加成。③含—OH有机化合物与Na反应时:2 ml —OH生成1 ml H2。
⑤物质转化过程中相对分子质量的变化:
(关系式中M代表第一种有机化合物的相对分子质量)
1.油脂的性质(1)水解反应。(2)加成反应。2.糖类中注意的3个方面(1)同分异构体葡萄糖和果糖互为同分异构体;蔗糖和麦芽糖互为同分异构体。(2)还原性葡萄糖和麦芽糖均具有还原性。(3)水解反应蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素均能发生水解反应。
3.蛋白质性质的6个方面(1)水解反应 (2)两性 (3)盐析 (4)变性 (5)颜色反应 (6)灼烧4.合成高分子化合物的两种反应类型(1)加聚反应(2)缩聚反应5.有机推断的3种方法正推法、逆推法、综合推断法。
巧妙利用信息解有机合成与推断题素养解读有机合成与推断的考查题型比较固定,通常是以生产、生活中陌生有机化合物的合成工艺流程为载体考查有机化学的核心知识,涉及常见有机化合物官能团的结构、性质及相互转化关系,涉及有机化合物结构简式的确定、反应类型的判断、化学方程式的书写、同分异构体的判断和书写等知识的考查。
有机信息题常以新材料、新科技为背景,考查有机化学的基础知识。这类题目新颖、陌生度高,新知识多以信息的形式出现,但这类试题通常要求解答的问题并不难,特点是“起点高、落点低”。解决这类习题应首先认真审题,分析整理给予信息,分离出已知条件和推断内容,弄清被推断物和其他有机化合物的关系,准确把握解题突破口,在此基础上结合信息和相关知识进行推理,排除干扰,有序进行正确推断。通过有机合成与推断,可培养学生证据推理与模型认知、科学态度与社会责任的化学核心素养。
案例探究世界卫生组织将新型冠状病毒命名为“2019-nCV”。新型冠状病毒肺炎是近百年来人类遭遇的影响范围最广的全球性大流行病,对全世界是一次严重危机和严峻考验。人类生命安全和健康面临重大威胁。中国果断打响疫情防控阻击战。中国把人民生命安全和身体健康放在第一位,以坚定果敢的勇气和决心,采取最全面最严格最彻底的防控措施,有效阻断病毒传播链条。14亿中国人民坚忍奉献、团结协作,构筑起同心战“疫”的坚固防线,彰显了人民的伟大力量。
中国多次发布“新冠肺炎治疗方案”,坚持“中西医结合”,陆续发布的新冠肺炎治疗药品目录有:磷酸氯喹、达芦那韦、阿比多尔、卡莫氟、瑞德西韦、奥司他韦、肉桂硫胺、碘海醇、藿香正气胶囊(丸、水、口服液)、金花清感颗粒、连花清瘟胶囊(颗粒)、疏风解毒胶囊(颗粒)、君歧肠胃合剂等。
【典例1】 (2020北京海淀三模)法匹拉韦 是我国最早批准的可用于抗击新冠肺炎临床试验的药物之一,而最新文献研究也证实了其对新型冠状病毒(2019-nCV)表现出良好的体外抑制作用。F是合成法匹拉韦过程中的重要中间体,其合成路线如图所示。
(1)法匹拉韦包含的含氧官能团是 。 (2)A可以与Na2CO3反应产生CO2,B与NaOH反应的化学方程式是 。 (3)反应①的反应物和条件是 。 (4)合成E分三步进行,③为取代反应,中间产物2和E互为同分异构体,请写出中间产物2和E的结构简式。中间产物2 ;E 。
(5)依据中间产物1的生成,判断反应②的目的是 。 (6)在上述三步反应中,第二步反应除了生成中间产物2,还有另一个含有两个五元环的副产物,该副产物的结构简式为 。
解析 根据合成路线可知:A是CH3COOH,B是ClCH2COOH,C是OHC—COOH,中间产物1是
(1)法匹拉韦结构简式是 ,其中含有的含氧官能团是羟基、酰胺基(键)。
(2)B是ClCH2COOH,含有羧基,具有酸的通性;含有氯原子能够发生水解反应,所以ClCH2COOH能够与NaOH发生中和反应和水解反应,反应的化学方程式为ClCH2COOH+2NaOH HOCH2COONa+NaCl+H2O。(3)HOCH2COOH中与羟基连接的碳原子上有2个氢原子,可以与O2在Cu或Ag作催化剂条件下,加热发生醇羟基的催化氧化反应产生醛基和水,反应方程式为2HOCH2COOH+O2 2OHC—COOH+2H2O,故该反应的反应物和条件是氧气、铜或银,加热。
答案 (1)羟基、酰胺基(键)(2)ClCH2COOH+2NaOH HOCH2COONa+NaCl+H2O(3)氧气、铜或银,加热
【典例2】 (2020山东淄博一模)“清肺排毒汤”对新冠肺炎的治疗具有良好的效果,其中一味中药黄芩的一种活性中间体的结构简式为: ,现在可人工合成,路线如图所示:
(1)A生成B的反应条件是 ,B生成C的反应条件为 。 (2)合成过程中,属于取代反应的是 。 (3)F的结构简式为 。 (4)D在一定条件下能生成高分子化合物,请写出该反应的化学方程式: 。同时符合下列三个条件的D的同分异构体共有 种。 a.能发生银镜反应;b.苯环上有3个取代基;c.与FeCl3溶液发生显色反应。
(5)依据以上合成信息,以乙烯和氯苯为原料合成 的路线(无机试剂自选): 。
解析 (1)A生成B是卤代烃的水解,反应条件是氢氧化钠水溶液,加热;B生成C是醇氧化为醛,反应条件为铜或银作催化剂,加热。
(4)D分子中含有碳碳双键,在一定条件下发生加聚反应生成高分子化合物,反应方程式是 ;a.能发生银镜反应,说明含有醛基;b.苯环上有3个取代基;c.与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,则3个取代基是—OH、—CHO、—CH==CH2,3个不同的取代基在苯环上的位置有10种,所以符合条件的D的同分异构体有10种。
(5)乙烯和水发生加成反应生成乙醇,乙醇氧化为乙醛、乙醛氧化为乙酸,乙酸在SOCl2作用下生成乙酰氯,氯苯水解为苯酚,苯酚和乙酰氯反应生成
答案 (1)氢氧化钠水溶液,加热 铜或银作催化剂,加热
方法规律利用信息,找准对应物质在解有机合成与推断的题目时,有时仅用已学过的有机化合物的结构、性质进行解题,往往会出现“卡壳”现象,这时充分利用题干中的新信息,是解题的另一关键要素,利用新信息解题时,不必记住新信息,只要看清新信息反应的实质,如物质含有什么官能团,发生什么反应,然后对应找到题目中的物质,代入即可。
回答下列问题:(1)A中所含官能团的名称是 ,C的分子式为 。 (2)A生成B的反应类型为 ,E生成F的反应类型为 。 (3)碳原子上连有4个不同的原子或原子团时,该碳原子称为手性碳原子。氯喹中的手性碳原子有 个。 (4)由C生成D的过程中,加入NaOH溶液时发生反应的化学方程式为 。
(5)X为E的同分异构体,写出一种满足如下条件的X的结构简式: 。 ①遇FeCl3溶液发生显色反应②除苯环外不含其他环,且苯环上只有2个取代基③含有—CN④核磁共振氢谱中只有4组峰,且峰面积之比为1∶2∶2∶1
答案 (1)氯原子、硝基 C12H10ClNO3(2)还原反应 取代反应
2.(2020天津学业水平等级适应性考试)诺贝尔奖获得者屠呦呦带领团队发现了青蒿素,为中医药科技创新和人类健康事业作出巨大贡献。我国化学家在确认青蒿素分子结构之后实现了青蒿素的全合成。
根据信息(部分条件和步骤已省略)回答下列问题:(1)B的分子式为 ,所含官能团名称为 。D→E的反应类型为 。 (2)A的同系物中含碳原子数目最少的物质的结构简式为 。A的同分异构体X含有醛基和六元碳环,且环上只有一个支链,满足上述条件的X有 种。其中核磁共振氢谱峰数最少的物质的结构简式为 。 (3)写出A与银氨溶液反应的化学方程式: 。
(4)通过H→I的反应,分子中引入了硫醚基团,而J→K的反应,分子中硫醚基团又被脱去,这样做的目的是 。 (5)根据青蒿素所含的官能团,推测其可能具有的性质 。 a.具有氧化性b.可发生水解反应c.易溶于水
答案 (1)C10H20O2 羟基 加成反应或还原反应
3.(2020山东第二次模拟考)化合物I是合成含六元环甾类化合物的一种中间体。利用Rbinsn成环反应合成I的路线如下:
回答下列问题:(1)B→C的反应方程式为 。 (2)化合物E和I的结构简式分别是 、 。 (3)C→D和F→G的反应类型分别是 、 。 (4)写出符合下列条件的G的同分异构体的结构简式: 。 ①与氢氧化钠完全反应时,二者物质的量之比为1∶3;②有4种不同化学环境的氢。
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