2022高考化学一轮复习第12章有机化学基础第3讲烃的含氧衍生物教案

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第3课时　必备知识——烃的含氧衍生物 [基本概念]①醇和酚；②醛和酮；③羧酸和酯；④酯化反应；⑤氧化反应和还原反应；⑥显色反应[基本规律]①醇类的催化氧化反应规律；②醇类的消去反应规律；③酯化反应的类型及规律；④烃的衍生物之间的转化及规律知识点1　醇和酚的结构与性质一、醇的结构与性质1．醇的概念醇是羟基(—OH)与烃基或苯环侧链上的碳原子相连构成的化合物，饱和一元醇分子的通式为CnH2n＋1OH或R—OH。2．醇的分类3．醇的物理性质物理性质递变规律密度一元脂肪醇的密度一般小于1 g·cm－3沸点①直链饱和一元醇的沸点随着分子中碳原子数的递增而升高②醇分子间存在氢键，所以相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点远高于烷烃水溶性低级脂肪醇易溶于水，饱和一元醇的溶解度随着分子中碳原子数的递增而逐渐减小4.醇的化学性质由断键方式理解醇的化学性质(以乙醇为例)，乙醇分子中可能发生反应的部位如下，填写表格内容： 条件断键位置反应类型化学方程式Na①置换反应2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑ HBr，△②取代反应CH3CH2OH＋HBr―→CH3CH2Br＋H2OO2(Cu)，△①③氧化反应2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O浓硫酸，170 ℃②④消去反应CH3CH2OHCH2===CH2↑＋H2O浓硫酸，140 ℃①或②取代反应2CH3CH2OHC2H5OC2H5＋H2OCH3COOH/(浓硫酸)①酯化反应CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O2．苯酚的物理性质3．苯酚的化学性质由于苯环对羟基的影响，使酚羟基比醇羟基活泼；由于羟基对苯环的影响，使苯酚中羟基邻、对位的氢比苯中的氢活泼而易取代。 [通关2] (2020·湖南长郡中学检测)咖啡中的咖啡酸具有抗氧化、抗炎、抗粥样硬化等多种有益作用。其球棍模型如下图所示，下列关于咖啡酸的说法正确的是(　　)A．分子式为C9H10O4B．分子中至多有6个碳原子共平面C．1 mol咖啡酸与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2D．1 mol咖啡酸最多能够与5 mol H2发生加成反应C　[由咖啡酸的球棍模型可知，其分子式为C9H8O4，A项错误；分子中含有苯环和碳碳双键，二者均是平面结构，若两个平面重合，所有碳原子均共平面，共9个碳原子，B项错误；咖啡酸分子中含有—COOH，则1 mol咖啡酸与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2，C项正确；苯环和碳碳双键能与H2发生加成反应，故1 mol咖啡酸最多能够与4 mol H2发生加成反应，D项错误。][通关3] (2021·山东淄博检测)柠檬酸是无色晶体，无臭，味极酸，分子结构如图所示。广泛用于食品业、化妆业等，其钙盐在冷水中比在热水中易溶解。下列有关柠檬酸的说法正确的是(　　)A．易溶于水，其分子式为C6H6O7B．1 mol 该物质与足量的钠反应最多生成4 mol H2C．该物质可以发生取代反应生成环状化合物D．1 mol 该物质与足量NaHCO3反应最多生成4 mol CO2C　[由柠檬酸的分子结构可知，其分子式为C6H8O7，A错误；—COOH和—OH都能与金属钠反应产生H2，故1 mol 该物质与足量钠反应最多生成2 mol H2，B错误；该物质含有—COOH和—OH，可发生分子内酯化反应，生成环状化合物，C正确；—COOH能与NaHCO3反应生成CO2，—OH则不能，故1 mol 该物质与足量NaHCO3反应最多生成3 mol CO2，D错误。]醇和酚的官能团及化学性质  官能团主要化学性质醇—OH①跟活泼金属Na等反应产生H2；②消去反应，分子内脱水生成烯烃；③催化氧化；④与羧酸及无机含氧酸发生酯化反应酚—OH①弱酸性；②遇浓溴水生成白色沉淀(定性检验，定量测定)；③遇FeCl3溶液呈紫色(定性检验)知识点2　醛、酮的结构与性质一、醛的结构与性质1．醛的概念醛是由烃基(或氢原子)与醛基相连而构成的化合物，可表示为R—CHO，官能团为—CHO。饱和一元醛的通式为CnH2nO(n≥1)。2．两种醛的物理性质物质颜色状态气味溶解性甲醛(HCHO)无色气体刺激性气味易溶于水乙醛(CH3CHO)无色液体刺激性气味与H2O、C2H5OH互溶3.醛的化学性质(以乙醛为例)醛类物质既具有氧化性又具有还原性，其氧化、还原关系为醇醛羧酸(1)氧化反应①银镜反应：CH3CHO＋2Ag(NH3)2OHCH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O；②与新制Cu(OH)2悬浊液的反应：CH3CHO＋2Cu(OH)2＋NaOHCH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O；4．醛在生产、生活中的作用和对环境、健康产生的影响(1)醛是重要的化工原料，广泛应用于合成纤维、医药、染料等行业。(2)35%～40%的甲醛水溶液俗称福尔马林；具有杀菌(用于种子杀菌)和防腐性能(用于浸制生物标本)。(3)劣质的装饰材料中挥发出的甲醛是室内主要污染物之一。二、酮的结构与性质C　[该物质中分子中含有碳碳双键和醛基，可被酸性高锰酸钾溶液氧化，MnO被还原为Mn2＋而褪色，A项正确；含有醛基，可发生银镜反应，B项正确；该物质分子中的苯环、碳碳双键和醛基均能与氢气发生加成反应，则1 mol该有机物能与5 mol H2发生加成反应，C项错误；该分子中的苯环、碳碳双键和醛基均是平面形结构，通过两个碳碳单键相连，由于单键可以旋转，故所有原子可能共平面，D项正确。]D　 [由香茅醛的结构简式推知，其化学式为C10H18O，A正确；含有醛基，能发生银镜反应，B正确；含有碳碳双键、醛基，均能与酸性KMnO4溶液、溴水反应，故能使这两种溶液褪色，C正确；香茅醛分子中有8种不同化学环境的氢原子，D错误。][通关4] (2021四川省双流中学质检)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都属于芳香烃B．a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上C．在一定条件a、b和c均能与氢气发生加成反应D. b和c均能与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀C　[b分子除含碳、氢外，还含有氧，故不属于芳香烃，A错误；a和c分子均含多个饱和碳原子，故所有碳原子不能处于同一平面上，B错误；a含碳碳双键，b含苯环，c含醛基，故在一定条件下都能与H2发生加成反应，C正确；c含醛基，在加热条件下，能与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀，b只含羟基，不能与新制Cu(OH)2悬浊液反应，D错误。][通关5] (深度思考)某有机物的结构简式为(CH3)2C===CHCH2CH2CHO，通过实验方法检验其中的官能团。(1)实验操作中，应先检验哪种官能团？____________，原因是____________________。(2)检验分子中醛基的方法是____________，化学方程式为_________________。(3)检验分子中碳碳双键的方法是__________________。答案　(1)醛基　检验碳碳双键要使用溴水或KMnO4酸性溶液，而醛基也能使溴水或KMnO4酸性溶液褪色(2)在洁净的试管中加入少量试样和银氨溶液后，水浴加热有银镜生成或在洁净的试管中加入少量试样和新制氢氧化铜悬浊液，加热煮沸，有红色沉淀生成(CH3)2C===CHCH2CH2CHO＋2Ag(NH3)2OH2Ag↓＋3NH3＋(CH3)2C===CHCH2CH2COONH4＋H2O或(CH3)2C===CHCH2CH2CHO＋2Cu(OH)2＋NaOH(CH3)2C===CHCH2CH2COONa＋Cu2O↓＋3H2O(3)加入过量银氨溶液氧化醛基后，调节溶液至酸性再加入溴水(或KMnO4酸性溶液)，溶液褪色，证明含有碳碳双键知识点3　羧酸、酯的结构与性质一、羧酸的结构与性质1．羧酸的概念羧酸是由烃基或氢原子与羧基相连构成的有机化合物，官能团为—COOH。饱和一元羧酸的分子的通式为CnH2nO2(n≥1)。2．羧酸的分类3．羧酸的化学性质  二、酯的结构与性质1．酯的概念2．酯的物理性质3．酯的水解反应 酯的水解反应为取代反应；在酸性条件下为可逆反应；在碱性条件下，能中和产生的羧酸，反应能完全进行。4．酯的用途(1)日常生活中的饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。(2)酯还是重要的化工原料。下列说法不正确的是(　　)A．①的反应类型是加成反应B．②的反应类型是消去反应C．若用R18OH作反应物，产物可能HOD．酯化过程中，用浓硫酸有利于②的过程C　[反应①羧基中C＝O键变成C—O键，故属于加成反应，A正确；反应②中两个羟基同时连在同一碳原子上发生消去反应脱水，B正确；根据酯化反应的过程，若用R18OH作反应物，产物是R′CO18OR和H2O，C错误；酯化过程中，用浓硫酸吸收了反应生成的水，使反应朝着有利于生成更多的R′COOR的方向移动，有利于②的过程，D正确。]下列有关说法不正确的是(　　)A．上述三种物质都能与金属钠反应B．1 mol乙醛酸与足量碳酸氢钠溶液反应能生成1 mol气体C．对羟基扁桃酸可发生加成反应、取代反应和缩聚反应D．1 mol对羟基扁桃酸与足量NaOH溶液反应，最多可消耗3 mol NaOHD　[酚羟基、羧基和羟基都能与钠反应，A项正确；1 mol乙醛酸中含有1 mol羧基，与碳酸氢钠溶液反应能生成1 mol二氧化碳，B项正确；对羟基扁桃酸含有苯环，能发生加成反应，含有羟基和羧基，能发生取代反应和缩聚反应，C项正确；对羟基扁桃酸中的酚羟基、羧基能与NaOH溶液反应，1 mol该物质最多可消耗2 mol NaOH，D项错误。]醇、酚、羧酸分子中羟基的活性比较醇、酚、羧酸的结构中均有—OH，由于这些—OH所连的基团不同，—OH受相连基团的影响就不同，故羟基氢的活性也就不同，表现在性质上也相差较大，其比较如下： 　　　　含羟基的物质比较项目　　　醇酚羧酸羟基上氢原子活泼性在水溶液中电离极难电离微弱电离部分电离酸碱性中性很弱的酸性弱酸性与Na反应反应放出H2反应放出H2反应放出H2与NaOH反应不反应反应反应与NaHCO3反应不反应不反应反应放出CO2下列有关化合物X、Y和Z的说法不正确的是(　　)A．X分子中含1个手性碳原子B．Y分子中的碳原子一定处于同一平面C．Z在浓硫酸催化下加热可发生消去反应D．X、Z分别在过量NaOH溶液中加热，均能生成丙三醇B　[X分子中间与羟基相连的碳原子为手性碳，A正确；Y中与O原子相连的甲基上的C原子与苯环不一定处于同一平面，B错误；Z中连有羟基的碳原子，与之相邻的碳原子上有H原子，故可以发生消去反应，C正确；X中—Cl可以在NaOH溶液中发生水解反应生成羟基，Z中酯基和氯原子均可以水解生成羟基，D正确。]A　[苯环和碳碳双键可以与氢气发生加成反应，A项正确；结构中存在碳碳双键，能够与溴水发生加成反应，B项错误；官能团有碳碳双键、羟基及酯基，C项错误；该物质中存在酚酯结构，1 mol该物质最多消耗2 mol NaOH，D项错误。]知识点4　烃的衍生物之间的转化关系1．有机物之间的衍生关系 从单官能团有机物到双官能团有机物的转化，必通过烯烃和卤代烃作“桥梁”。2．烃的衍生物转化关系中的重要线索[通关1] (2021·天津部分区联考)乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品，工业生产乙酸乙酯的方法很多，示例如下：下列说法正确的是(　　)A．与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有3种B．反应①、②、③均为取代反应C．乙醇、乙醛两种无色液体可以用酸性高锰酸钾溶液鉴别D．乙酸分子中共平面原子最多有5个A　[与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有甲酸丙酯、甲酸异丙酯和丙酸甲酯，共有3种，A项正确；反应①为取代反应，②、③为加成反应，B项错误；乙醇、乙醛两种无色液体都能与酸性高锰酸钾溶液反应，不能鉴别，C项错误；乙酸分子中碳氧双键形成一个平面，共平面原子最多有6个，D项错误。][通关2] (2021·湖南长郡中学检测)M是一种治疗疥疮的新型药物，合成路线如下：下列说法不正确的是(　　)A．Y生成M的反应类型为取代反应B．Y分子中所有碳原子不可能在同一平面上C．可用NaHCO3溶液或溴水鉴别X和MD．X与乙醇发生酯化反应生成的有机物的分子式为C12H20O2C　 [从Y和M的结构简式可知，Y生成M的反应是取代反应，A项正确；Y分子中非端点碳原子有三个饱和碳原子(四面体碳原子)，故Y分子中所有碳原子不可能在同一平面，B项正确；利用NaHCO3可以鉴别X和M，但是X和M中均存在碳碳双键，不能用溴水鉴别，C项错误；X的分子式为C10H16O2，与乙醇(分子式为C2H6O)发生酯化反应生成一分子水和酯，则酯的分子式为C12H20O2，D项正确。][通关3] (2020·全国卷Ⅲ)苯基环丁烯酮(PCBO)是一种十分活泼的反应物，可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4＋2]环加成反应，合成了具有生物活性的多官能团化合物(E)，部分合成路线如下：回答下列问题：(1)A的化学名称是___________。(2)B的结构简式为___________。(3)由C生成D所用的试剂和反应条件为___________；该步反应中，若反应温度过高，C易发生脱羧反应，生成分子式为C8H8O2的副产物，该副产物的结构简式为________。(4)写出化合物E中含氧官能团的名称__________；E中手性碳(注：连有四个不同的原子或基团的碳)的个数为___________。(1)A的结构简式__________________，B的化学名称为______________。(2)甲中官能团的名称是________；甲与乙反应生成丙的反应类型为______________。(3)B与O2反应生成C的化学方程式为_______________________________________。(4)在催化剂存在下1 mol D与2 mol H2可以反应生成乙，且D能发生银镜反应，则D的结构简式为_____________________。(5)写出符合下列条件的乙的同分异构体结构简式____________________。①苯环上有两个取代基，且苯环上的一氯取代物只有两种②遇氯化铁溶液显紫色解析　A的相对分子质量通过质谱法测得为56，核磁共振氢谱显示只有两组峰，则分子式为C4H8，结合题给信息可知应为CH2===C(CH3)2，A发生已知信息的反应生成B，B连续氧化得到甲，结合转化关系可知，B为2­甲基­1­丙醇，结构简式为(CH3)2CHCH2OH，C为2­甲基丙醛，结构简式为：(CH3)2CHCHO，训练(五十六)　烃的含氧衍生物1．(2021·河南信阳三校联考)科学家研制出多种新型杀虫剂代替DDT，化合物A是其中的一种，其结构如图。下列关于A的说法正确的是(　　)A．化合物A的分子式为C15H22O3B．与FeCl3溶液发生反应使溶液显紫色C．1 mol A最多可以与2 mol Cu(OH)2反应D．1 mol A最多与1 mol H2加成A　[根据有机物中原子的成键特点及其化合物A的键线式，可知其分子式为C15H22O3，A项正确；A中无苯环，没有酚羟基，B项不正确；1 mol A中含2 mol—CHO，1 mol 碳碳双键，则最多可与4 mol Cu(OH)2反应，可与3 mol H2发生加成反应，C、D两项不正确。]2．(2021·吉林省吉林市调研)某有机物X的结构简式如下图所示，则下列有关说法中正确的是(　　)A．X的分子式为C12H16O3B．X在一定条件下能发生加成、加聚、取代、消去等反应C．在Ni作催化剂的条件下，1 mol X最多只能与1 mol H2加成D．可用酸性高锰酸钾溶液区分苯和XD　[由X的结构简式可知，其分子式为C12H14O3，A错误；X含碳碳双键，能发生加成、加聚反应，含有酯基和苯环，能发生取代反应，含有醇羟基，但不含邻位氢原子，不能发生消去反应，B错误；苯环和碳碳双键都能加成氢气，故在Ni作催化剂的条件下，1 mol X最多只能与4 mol H2加成，C错误；X含有碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而X则不能，故可以区分，D正确。]3．(2020·山东等级模拟考)Calanolide A是一种抗HIV药物，其结构简式如右图所示。下列关于Calanolide A的说法错误的是(　　)A．分子中有3个手性碳原子B．分子中有3种含氧官能团C．该物质既可发生消去反应又可发生加成反应D．1 mol该物质与足量NaOH溶液反应时消耗1 mol NaOHD　[该有机物中各连接1个甲基或羟基的碳原子是手性碳原子，A正确；含氧官能团为羟基、酯基、醚键，B正确；含氧醇羟基，可发生消去反应，含苯环和碳碳双键，可发生加成反应，C正确；该有机物含有的酯基为酚酯，1 mol该物质应消耗2 mol NaOH，D错误。]4．(2021·安徽“江南十校”联考)脱氢醋酸钠是FAO和WHO认可的一种安全型食品防霉、防腐保鲜剂，它是脱氢醋酸的钠盐。脱氢醋酸的一种制备方法如图：5．(2020·全国卷Ⅱ)维生素E是一种人体必需的脂溶性维生素，现已广泛应用于医药、营养品、化妆品等。天然的维生素E由多种生育酚组成，其中α­生育酚(化合物E)含量最高，生理活性也最高。下面是化合物E的一种合成路线，其中部分反应略去。回答下列问题：(1)A的化学名称为____________。 (2)B的结构简式为__________。 (3)反应物C含有三个甲基，其结构简式为__________。 (4)反应⑤的反应类型为____________。 (5)反应⑥的化学方程式为__________________________。 回答下列问题：(1)实验室制备A的化学方程式为______________，提高A产率的方法是__________。 A的某同分异构体只有一种化学环境的碳原子，其结构简式为________________。 (2)C→D的反应类型为____________；E中含氧官能团的名称为________________。 (3)C的结构简式为____________________，F的结构简式为________________。  7．(2021·四川成都七中检测)化合物G是一种药物合成中间体，其合成路线如下：回答下列问题：(1)A中的官能团名称是________。(2)碳原子上连有4个不同的原子或基团时，该碳称为手性碳。写出B的结构简式，用星号(*)标出B中的手性碳______________________。(3)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式________________________________________________。(不考虑立体异构，只需写出3个)(4)反应④所需的试剂和条件是________。(5)⑤的反应类型是________。(6)写出F到G的反应方程式_________________________________________。解析　(1)A中的官能团为羟基。(2)根据手性碳原子的定义，B中上没有手性碳，OC上没有手性碳，故B分子中只有2个手性碳原子。(3)B的同分异构体能发生银镜反应，说明含有醛基，所以可以看成环己烷分子中2个氢原子分别被甲基、醛基取代，或一个氢原子被—CH2CHO取代。(4)反应④所需的试剂和条件是乙醇/浓硫酸、加热。(5)反应⑤中，CH3CH2CH2Br与E发生取代反应。(6)F在碱溶液中水解生成羧酸盐，再酸化得到G。 已知：R—OHR—Br；R—Br＋R′—Na→R′—R＋NaBr。回答下列问题：(1)辣椒素的分子式为____________，A所含官能团的名称是__________________，D的最简单同系物的名称是__________。(2)A→B的反应类型为____________，写出C→D的化学方程式：____________________。(3)写出同时符合下列三个条件的D的同分异构体的结构简式：____________________。①能使溴的四氯化碳溶液褪色；②能发生水解反应，产物之一为乙酸；③核磁共振氢谱为三组峰，且峰面积比为3∶2∶1。(4)4­戊烯酸(CH2===CHCH2CH2COOH)可用作农药、医药中间体。参照以上合成路线，设计由CH2===CHCH2OH为起始原料制备4­戊烯酸的合成路线。解析　根据题给“已知”和流程以及D的分子式，较易推断出合成路线中各物质的结构简式：A：(CH3)2CHCH===CH(CH2)3Br，B：(CH3)2CHCH===CH(CH2)3CH(COOCH2CH3)2，C：(CH3)2CHCH===CH(CH2)3CH(COOH)2，D：(CH3)2CHCH===CH(CH2)4COOH，E：(CH3)2CHCH===CH(CH2)4COCl。9．(2020.7·浙江选考)某研究小组以邻硝基甲苯为起始原料，按下列路线合成利尿药美托拉宗。请回答：(1)下列说法正确的是________。 A．反应Ⅰ的试剂和条件是Cl2和光照B．化合物C能发生水解反应C．反应Ⅱ涉及到加成反应、取代反应D．美托拉宗的分子式是C16H14ClN3O3S(2)写出化合物D的结构简式：____________________。 (3)写出B＋E→F的化学方程式：_______________________________________。(4)设计以A和乙烯为原料合成C的路线(用流程图表示，无机试剂任选)。(5)写出化合物A同时符合下列条件的同分异构体的结构简式：__________________。 核磁共振氢谱和红外光谱(IR)谱检测表明：①分子中共有4种氢原子，其中苯环上的有2种；②有碳氧双键，无氮氧键和—CHO。