高考化学一轮复习第12章有机化学基础第4节生命中的基础有机物合成高分子学案

第四节　生命中的基础有机物　合成高分子

　生命中的基础有机化学物质

知识梳理

1．糖类

(1)糖类的概念和分类

①概念：从分子结构上看，可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。

②组成：主要包含C、H、O三种元素。大多数糖类化合物的通式为Cm(H2O)n，所以糖类也叫“碳水化合物”。

③分类

注意：①糖类的通式不一定均为Cm(H2O)n，如鼠李糖的分子式为C6H12O5；符合Cm(H2O)n的有机物不一定为糖类，如乙酸C2H4O2。

②糖类不一定有甜味，如淀粉；有甜味的物质不一定是糖类，如糖精。

(2)单糖——葡萄糖、果糖

①组成和分子结构

②葡萄糖的化学性质 

a．还原性：能与新制Cu(OH)2悬浊液和银氨溶液反应。

b．加成反应：与H2发生加成反应生成己六醇。

c．酯化反应：葡萄糖含有醇羟基，能与羧酸发生酯化反应。

d．发酵生成乙醇：由葡萄糖发酵制乙醇的化学方程式为

C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑。

(3)二糖——蔗糖与麦芽糖

①相同点

a．组成相同，分子式均为C12H22O11，二者互为同分异构体。

b．能发生水解反应。

②不同点

a．官能团不同：蔗糖分子中不含醛基，麦芽糖分子中含有醛基，能发生银镜反应，能还原新制Cu(OH)2悬浊液。

b．水解产物不同：蔗糖和麦芽糖发生水解反应的化学方程式分别为

(4)多糖——淀粉与纤维素

①相同点

a．都属于高分子化合物，分子式都可表示为(C6H10O5)n。

b．都能发生水解反应，反应的化学方程式分别为

c．都不能发生银镜反应。

②不同点

a．通式中n值不同。

b．淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。

2．油脂

(1)组成和结构

从化学成分上讲油脂是高级脂肪酸与甘油形成的酯，由C、H、O三种元素组成，其结构可表示为

(2)分类

(3)物理性质

①油脂一般不溶于水，密度比水小。

②天然油脂都是混合物，没有恒定的熔、沸点。

a．含不饱和脂肪酸成分较多的甘油酯常温下一般呈液态。

b．含饱和脂肪酸成分较多的甘油酯常温下一般呈固态。

(4)化学性质

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(以硬脂酸甘油酯为例写出化学方程式)

a．酸性条件——制高级脂肪酸

b．碱性条件——皂化反应

[辨易错]

(1)糖类、油脂均可发生水解反应。 (　　)

(2)淀粉、纤维素的水解产物均为葡萄糖且通式均为(C6H10O5)n，故二者为同分异构体。  (　　)

(3)油脂的水解反应又叫皂化反应。 (　　)

(4)植物油和苯均可作为溴水的萃取剂。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

3．氨基酸、蛋白质

(1)氨基酸的结构与性质

①氨基酸的组成和结构：氨基酸是羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代的化合物。官能团为—COOH和—NH2。

α­氨基酸结构简式可表示为。

②氨基酸的化学性质

与盐酸反应的化学方程式：

b．成肽反应

两分子氨基酸缩水形成二肽

多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合，可形成蛋白质。

(2)蛋白质的结构与性质

①组成与结构

a．蛋白质含有C、H、O、N、S等元素。

b．蛋白质是由氨基酸组成的，通过缩聚反应产生，蛋白质属于天然有机高分子化合物。

②性质

a．水解：在酸、碱或酶的作用下最终水解生成氨基酸。

b．两性：具有氨基酸的性质。

c．盐析：向蛋白质溶液中加入某些浓的无机盐[如(NH4)2SO4、Na2SO4等]溶液后，可以使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，为可逆过程，可用于分离和提纯蛋白质。

d．变性：加热、紫外线照射、超声波、强酸、强碱、重金属盐、一些有机物(甲醛、酒精、苯甲酸等)会使蛋白质变性，属于不可逆过程。可用于消毒、灭菌等。

e．颜色反应：含有苯基的蛋白质遇浓硝酸变黄色，该性质可用于蛋白质的检验。

f．蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味。

(3)酶

①绝大多数酶是一种蛋白质，易变性。

②酶是一类生物催化剂，催化作用具有以下特点：

a．条件温和、不需加热；

b．具有高度的专一性；

c．具有高效催化作用。

4．糖类、油脂、蛋白质的用途

[辨易错]

(1)糖类、油脂和蛋白质均只含C、H、O元素。 (　　)

(2)氨基酸分子间可以发生脱水生成环状化合物和高分子化合物。  (　　)

(3)向两份蛋白质溶液中分别加入食盐和CuSO4溶液，均有沉淀生成，二者的原理相同。      (　　)

(4)所有蛋白质遇浓硝酸均变黄色。               (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×

命题点1　基本营养物质的性质及应用

1．下列关于常见有机物的说法正确的是(　　)

①棉花、蚕丝和聚乙烯的主要成分都是纤维素

②甲烷、乙醇和乙酸在一定条件下都能发生取代反应

③等质量的乙烷、乙烯、苯充分燃烧所消耗氧气的量由多到少

④除去乙酸乙酯中残留的乙酸，加过量饱和Na2CO3溶液振荡后，静置分液

⑤乙酸乙酯和植物油均可水解生成乙醇

⑥乙烯、苯、乙醇、油脂都能使酸性KMnO4溶液褪色

⑦棉、麻、丝、毛完全燃烧后都只生成CO2和H2O

⑧氨基酸在人体中生成新的蛋白质属于加聚反应

A．①⑤⑥⑦　B．②③④　　C．①②③⑧　D．②④⑤⑧

B　[蚕丝的主要成分为蛋白质，聚乙烯的主要成分为CH2—CH2，①错；植物油水解产物为高级脂肪酸和甘油，⑤错；苯和固态脂肪不能使酸性KMnO4溶液褪色，⑥错；丝、毛为蛋白质，燃烧产物还有N、P、S的化合物，⑦错；氨基酸生成蛋白质的反应为缩聚反应，⑧错。]

2．(2020·皖南八校联考)我国科学家在全球率先发现了有效治疗Ⅱ型糖尿病的神奇分子——非肽类分子激动剂(代号为Boc5，分子式为C54H52N4O16S2)，它的神奇之处在于能模拟人体内的某些大分子，促进人体的胰岛素分泌，发挥对血糖的调节作用，这一发现将为千百万Ⅱ型糖尿病患者解除病痛。下列有关说法正确的是    (　　)

A．Boc5中一定不含

B．葡萄糖、麦芽糖、蔗糖均能与新制氢氧化铜悬浊液反应生成Cu2O

C．Boc5是高分子化合物

D．糖类的通式均满足(CH2O)n

A　[Boc5为非肽类分子，故分子中不含肽键，A正确；蔗糖与新制Cu(OH)2悬浊液不生成Cu2O，B错误；Boc5不是高分子化合物，C错误；糖类的通式不一定均满足(CH2O)n，D错误。]

3．下列说法正确的是(　　)

A．在紫外线、饱和Na2SO4、CuSO4溶液、福尔马林等作用下，蛋白质均会发生变性

B．油脂属于高分子化合物，是混合物

C．在一定条件下，氨基酸之间能发生反应，合成更加复杂的化合物

D．检验淀粉在稀硫酸催化条件下水解产物的方法是：取适量水解液于试管中，加入少量新制Cu(OH)2悬浊液，加热，观察是否有砖红色沉淀生成

C　[A项，饱和Na2SO4溶液可使蛋白质发生盐析，而在紫外线、CuSO4溶液、福尔马林等作用下，蛋白质均会发生变性；B项，油脂相对分子质量较小，不属于高分子化合物；C项，氨基酸含有氨基、羧基，可发生取代、缩聚反应，可生成二肽、多肽或蛋白质；D项，淀粉是在酸性条件下水解，葡萄糖和新制Cu(OH)2悬浊液反应必须在碱性条件下，所以要用新制Cu(OH)2悬浊液检验葡萄糖时要先中和酸，否则无法成功。]

命题点2　氨基酸的缩合与缩聚

且已知：D、E的相对分子质量分别为162和144，可发生物质转化关系，如下图所示：

(1)写出B、D的结构简式：B___________、D___________。

(2)写出C→E的化学方程式：_____________________________

______________________________________________________。

(3)写出C→D的化学方程式：____________________________

______________________________________________________。

(4)和甘氨酸()缩合可形成________种二肽。

(5)分别与盐酸和NaOH溶液反应的离子方程式为

_______________，_________________________。

[解析]　根据题意氨基酸与HNO2作用生成羟基酸，故C为，根据D、E的相对分子质量可确定C的脱水原理。(4)相同氨基酸间脱水各形成1种二肽，不同氨基酸间脱水形成2种二肽，共4种。

(3)氨基酸分子缩聚成高分子化合物

　有机高分子及其合成

知识梳理

1．有机高分子的组成与结构

高分子化合物是相对小分子而言的，简称高分子。大部分高分子化合物是由小分子通过聚合反应制得的，所以常被称为聚合物或高聚物。

(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。如的单体为

(2)链节：高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。如的链节为

2．高分子材料的分类及性质

3．有机高分子的合成反应——加聚反应与缩聚反应

(1)加聚反应

①定义：由不饱和的单体加成聚合生成高分子化合物的反应。

②产物特征：高聚物与单体具有相同的组成，生成物一般为线型结构。

③加聚反应类型

a．聚乙烯类(塑料、纤维)：

b．聚1,3­丁二烯类(橡胶)：

c．混合加聚类：两种或两种以上单体加聚

(2)缩聚反应

①定义：单体间相互作用生成高分子化合物，同时还生成小分子化合物(如水、氨、卤化氢等)的聚合反应。

②产物特征：生成高聚物和小分子，高聚物与单体有不同的组成。

③缩聚反应类型

a．聚酯类：—OH与—COOH间的缩聚

b．聚氨基酸类：—NH2与—COOH间的缩聚

c．酚醛树脂类：

命题点1　有机高分子的结构、性质及合成

1．近年来，由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。下图是以烃A为原料生产人造羊毛的合成路线：

下列说法正确的是(　　)

A．合成人造羊毛的反应属于缩聚反应

B．A生成C的反应属于加成反应

C．A生成D的反应属于取代反应

D．烃A的结构简式为CH2===CH2

B　[人造羊毛的单体是CH2===CH—CN和CH2===CH—OOCCH3，推测A生成C的反应属于加成反应，即A为乙炔，由此推测A生成D的反应属于加成反应。]

2．交联聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中表示链延长)(　　)

A．聚合物P中有酯基，能水解

B．聚合物P的合成反应为缩聚反应

C．聚合物P的原料之一丙三醇可由油脂水解获得

D．邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程中也可形成类似聚合物P的交联结构

D　[A项，由交联聚合物P的结构片段X、Y可判断其结构中含有酯基，因此聚合物P能水解，正确；B项，酯基是由羧基和醇羟基脱水生成的，因此聚合物P的合成反应为缩聚反应，正确；C项，油脂水解可生成丙三醇，正确；D项，乙二醇只含两个醇羟基，邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程不可能形成类似聚合物P的交联结构，错误。]

3．填写下列单体或高分子化合物的结构简式。

(1)CH2===CH—CN的聚合物为_______________________。

(2)CH2===CH—CH===CH2的聚合物为________________。

(3)的单体为_____________。

命题点2　涉及有机高分子合成的综合试题

[答案]　

5．甲烷是一种重要的化工原料，在一定条件下可以制备工程塑料PBT(酯类高分子聚合物)、人造象牙(主要成分为CH2O)等。其合成路线如下：

(1)A中含有的官能团的名称为__________；F的名称为________。

(2)B转化为E的反应类型为________；C转化为F的反应类型为________，F―→PBT的反应类型为________。

(3)D的核磁共振氢谱中仅有一种化学环境的氢原子，D的结构简式为________________________；PBT的结构简式为

______________________________________________________。

(4)写出A与B反应生成C的化学方程式：

_______________________________________________________

______________________________________________________。

[解析]　甲醇在Cu作催化剂的条件下被O2氧化为甲醛，即B为HCHO，比较D与B的分子式可知，D是3分子HCHO发生加成反应的产物，且D的核磁共振氢谱中仅有一种化学环境的氢原子，所以D的结构简式为；PBT为酯类高分子聚合物，则F为二元醇，结合F的分子式和已知信息，可知A应为乙炔，1分子乙炔与2分子甲醛发生已知的加成反应，得到C的结构简式为HOCH2C≡CCH2OH，则F的结构简式为HOCH2CH2CH2CH2OH，生成的酯类高分子聚合物PBT为聚对苯二甲酸丁二酯。

[答案]　(1)碳碳三键　1,4­丁二醇　(2)加聚反应　加成反应(或还原反应)　缩聚反应

[真题验收]

1．(2020·天津学业水平等级性考试，T3)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

D　[淀粉和纤维素都是由葡萄糖单元形成的，均可水解产生葡萄糖，A项正确；油脂水解可生成高级脂肪酸(或高级脂肪酸盐)和甘油，B项正确；氨基酸通过缩聚反应生成蛋白质，C项正确；油脂不是高分子化合物，D项错误。]

2．(2016·全国卷Ⅰ)秸秆(含多糖类物质)的综合利用具有重要的意义。下面是以秸秆为原料合成聚酯类高分子化合物的路线：

回答下列问题：

(1)下列关于糖类的说法正确的是________(填标号)。

a．糖类都有甜味，具有CnH2mOm的通式

b．麦芽糖水解生成互为同分异构体的葡萄糖和果糖

c．用银镜反应不能判断淀粉水解是否完全

d．淀粉和纤维素都属于多糖类天然高分子化合物

(2)B生成C的反应类型为________。

(3)D中的官能团名称为________，D生成E的反应类型为________。

(4)F的化学名称是________，由F生成G的化学方程式为______________________________________________________。

(5)具有一种官能团的二取代芳香化合物W是E的同分异构体，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，W共有________种(不含立体异构)，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为

______________________________________________________。

(6)参照上述合成路线，以(反，反)­2,4­己二烯和C2H4为原料(无机试剂任选)，设计制备对苯二甲酸的合成路线__________________

______________________________________________________。

[解析]　(1)a选项，不是所有的糖都有甜味，如纤维素等多糖没有甜味，也不是所有的糖都具有CnH2mOm的通式，如脱氧核糖的分子式为C5H10O4，所以说法错误；b选项，麦芽糖水解只生成葡萄糖，所以说法错误；c选项，如果淀粉部分水解生成葡萄糖，也可以发生银镜反应，即银镜反应不能判断溶液中是否还含有淀粉，因此只用银镜反应不能判断淀粉水解是否完全，所以说法正确；d选项，淀粉和纤维素都属于多糖类天然高分子化合物，所以说法正确。(5)W为二取代芳香化合物，因此苯环上有两个取代基，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，说明W分子结构中含有两个羧基，还有两个碳原子，先将两个羧基和苯环相连，如果碳原子分别插入苯环与羧基间，有一种情况，如果两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；如果2个碳原子只插入其中一个苯环与羧基之间，有—CH2CH2—和—CH(CH3)—两种情况，两个取代基分别在苯环上邻、间、对位，有6种同分异构体；再将苯环上连接一个甲基，另一个取代基为一个碳原子和两个羧基，即—CH(COOH)2，有一种情况，两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；因此共有12种同分异构体，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为。(6)由题给路线图可知，己二烯与乙烯可生成环状烯，环状烯可转化为对二甲苯，用高锰酸钾可将对二甲苯氧化为对苯二甲酸，所以其合成路线为：

[答案]　(1)cd　(2)取代反应(酯化反应)　(3)酯基、碳碳双键　消去反应　(4)己二酸

[新题预测]

G是良好的生物医药缓释材料，其合成路线：

回答下列问题：

(1)A的化学名称为______________；B中官能团的名称为______________。

(2)由F生成G的反应类型为______________。

(3)无机试剂Ⅰ、Ⅱ分别为____________、____________。

(4)物质X的结构简式是______________________。

(5)写出D与试剂Ⅰ的化学反应方程式：

_______________________________________________________

______________________________________________________。

(6)Y是比D多1个碳原子的同系物，写出两种符合下列条件的Y的结构简式：___________________________________________

______________________________________________________。

①能与饱和Na2CO3溶液反应放出气体；

②苯环上有3个侧链，核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢原子，且峰面积比为6∶2∶1∶1。

(7)参照以上合成路线，写出以甲醛、乙醛和乙二醇为主要原料。合成功能高分子材料的路线：

_______________________________________________________

__________________________________(其他无机试剂任选)。

(6)核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢原子，且峰面积比为6∶2∶1∶1，则必有2个甲基且对称，2个Br也必然对称，所以有4种情况：

[答案]　(1)苯乙醛　碳碳双键、醛基　(2)缩聚反应　(3)NaOH水溶液　浓硫酸　(4)CH3COOH