第3章　有机合成及其应用合成高分子化合物——【期末复习】高二化学单元复习知识点梳理（鲁科版2019选择性必修3）

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第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物知识清单
【知识网络】

【知识归纳】
考点1 有机合成的关键－－碳骨架的构建和官能团的引入
一、有机合成的基本程序
1．有机合成的基本流程

2．合成路线的核心：合成路线的核心在于构建目标化合物分子的碳骨架和引入必需的官能团。
二、碳骨架的构建
1．碳链的增长
（1）卤代烃的取代反应
①溴乙烷与氰化钠在酸性条件下的反应：
CH3CH2Br+NaCN→CH3CH2CN+NaBr，CH3CH2CNCH3CH2COOH。
②溴乙烷与丙炔钠的反应
CH3CH2Br+NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3+NaBr
（2）醛酮的加成反应
①丙酮与HCN的反应

②乙醛与HCN的反应
CH3CHO+HCNCH3CH（OH）CN
③羟醛缩合（以乙醛为例）
CH3CHO+CH3CHOCH3CH（OH）CH2CHO
④醛、酮与RMgX加成：
+RMgX。
2．碳链的缩短
（1）与酸性KMnO4溶液的氧化反应
①烯烃、炔烃的氧化反应
CH3－CHCH3CH3COOH+ CH3－－CH3
②苯的同系物的氧化反应
CH2CH3COOH
（2）脱羧反应
①无水醋酸钠与氢氧化钠的反应：CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3
②2－甲基丙酸钠与氢氧化钠的反应：CH3－COONa+NaOHCH3CH2CH3↑+Na2CO3
（3）某些有机物的水解反应
①蛋白质的水解反应
②糖类的水解反应
③酯的水解反应
（4）水解的裂化或裂解
①异丁烷裂化：CH3－CH3CH4+CH3CH＝CH2
②十八烷裂化：C18H38C8H18（辛烷）+ C8H16（辛烯）
三、官能团的引入和消除
1．官能团的引入
（1）碳碳双键的引入
①醇的消去：CH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O
②卤代烃的消去：CH3CH2Br+NaOHCH2＝CH2↑+NaBr+H2O
③邻二卤代烃的消去：+ZnCH2＝CH2↑+ZnCl2
④炔烃与H2的加成：CH≡CH+H2CH2＝CH2
（2）卤素原子的引入
①与HX的加成：CH2＝CH2+HBrCH3CH2Br、CH≡CH+HBrCH2＝CHBr
②与X2的加成：CH2＝CH2+X2、CH≡CH+X2
③烷烃、芳香烃的取代反应：CH4+Cl2CH3Cl+HCl、+Br2Br +HBr
④烯烃、羧酸的α－H取代
CH3－CH＝CH2+Cl22－CH＝CH2+HCl
RCH2COOH+Cl2R－－COOH +HCl
⑤醇与卤代烃的取代：CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O
（3）羟基的引入方式
①烯烃与水加成：CH2＝CH2+H2OCH3CH2OH
②醛、酮与H2加成：CH3CHO+H2CH3CH2OH
③醛、酮与HCN加成：CH3－－H +HCNCH3－－CN
④羟醛缩合：CH3－－H +H－CH2CHOCH3－－CH2－CHO
⑤卤代烃的水解：CH3－－CH3+NaOHCH3－－CH3+NaBr
⑥酯的水解：CH3－－O－C2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH
⑦酚钠与酸反应：ONa+H2O+CO2OH +NaHCO3
（4）羧基的引入方式
①烯的氧化：RCH2CH＝CH2RCH2COOH+CO2↑
②腈的水解：CH3CH2CNCH3CH2COOH
③醛的氧化：2RCHO+O22RCOOH
（5）羰基的引入方式
①烯的氧化：CH2CH3CO2↑+CH3－－CH3
②叔醇的催化氧化：2R－－R′+O22R－－R′+2H2O
3．官能团的消除
（1）通过加成反应消除或－C≡C－
①CH2＝CH2+H2CH3CH3
②CH3－C≡C－CH3+2H2CH3CH2CH2CH3
（2）通过消去反应或氧化反应或酯化反应消除－OH
①CH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O
②2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
③CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O。
（3）通过氧化反应或加成反应可消除－CHO
①2CH3CHO+O22CH3COOH
②CH3CHO+H2CH3CH2OH
（4）通过消去反应或水解反应可消除卤素原子
①CH3CH2Br+NaOHCH2＝CH2↑+NaBr+H2O
②CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBr
（5）通过水解反应消除酯基
①CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH
②CH3COOCH2CH3+NaOHCH3CH2OH+CH3COONa
4．成环与开环的反应
（1）成环
①羟基酸分子内酯化
（内酯）+H2O
②二元酸和二元醇分子间酯化成环
+（环酯）+2H2O
③双烯合成反应
+
（2）开环
①环酯的水解反应
+2H2O+
②某些环状烯烃的氧化反应
HOOC（CH2）4COOH
CH3－－（CH2）4COOH
四、官能团的转化、衍变和保护
1．典型的官能团的转化关系

2．官能团衍变的常见三种方式
（1）官能团种类的改变，如：

（2）官能团数目的改变，如：

（3）官能团位置的改变，如：

3．官能团的保护
有机合成时，往往在有机物分子中引入多个官能团，但有时在引入某一个官能团时容易对其他官能团造成破坏，导致不能实现目标化合物的合成。因此，在制备过程中要把分子中的某些官能团通过恰当的方法保护起来，在适当的时候再将其转变回来，从而达到有机合成的目的。
（1）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，待氧化后再酸化将其转变为－OH。
（2）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卤素单质、卤化氢等的加成反应将其保护起来，待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
例如，已知烯烃中在某些强氧化剂的作用下易发生断裂，因而在有机合成中有时需要对其进行保护，过程可简单表示如下：
+Br2 +Zn+ZnBr2
（3）氨基（－NH2）的保护
例如，在对硝基甲苯合成对氨基苯甲酸的过程中应先把－CH3氧化成－COOH，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。
（4）醛基的保护
醛基可被弱氧化剂氧化，为避免在反应过程中受到影响，对其保护和恢复过程为：
Ⅰ．Ⅱ．R－CHO
再如检验碳碳双键时，当有机物中含有醛基、碳碳双键等多种官能团时，可以先用弱氧化剂，如银氨溶液、新制Cu（OH）2悬浊液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等对碳碳双键进行检验。
考点2 有机合成路线的设计及应用
一、有机合成路线的设计
1．正推法
（1）路线：某种原料分子目标分子。
（2）过程：首先比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同，包括官能团和碳骨架两个方面的异同；然后，设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。
2．逆推法
（1）路线：目标分子原料分子。
（2）过程：在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的中间有机化合物，直至选出合适的起始原料。
3．有机合成路线设计应遵循的四个原则
（1）符合绿色化学思想。
①有机合成中的原子经济性；
②原料的绿色化；
③试剂与催化剂的无公害性。
（2）原料价廉，原理正确。
（3）路线简捷，便于操作，条件适宜，安全可靠。
（4）易于分离，产率高。
4．有机合成常见的三条合成路线
（1）一元合成路线：R－CH＝CH2→卤代烃→一元醇→一元醛→一元羧酸→酯
（2）二元合成路线

（3）芳香化合物合成路线

二、用逆推法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线
1．观察目标分子的结构

2．逆推，设计合成思路


考点3 有机化合物结构的测定
一、有机化合物分子式的确定
1．有机化合物元素组成的测定方法及步骤
（1）碳氢元素的测定

（2）氮元素的测定

（3）卤素元素的测定

（4）氧元素的测定

2．有机相对分子质量的测定
（1）通过实验，根据有关数据求算相对分子质量。
（2）有机物的相对分子质量一般用质谱仪进行测定。
3．有机化合物分子式的确定
有机化合物的分子式＝（实验式）n，n＝。
二、有机化合物结构式的确定
1．确定有机化合物结构式的流程

2．有机物的不饱和度
（1）计算公式：
①不含氮原子：Ω＝
②含有氮原子：Ω＝
（2）说明
①N（C）表示碳原子数，N（H）表示氢原子数，N（N）表示氮原子数。
②若有机化合物分子中含有卤素原子，则将其视为氢原子。
（3）常见官能团或原子团的不饱和度
官能团或原子团
不饱和度
官能团或原子团
不饱和度
一个碳碳双键
1
一个碳碳三键
2
一个羰基
1
一个苯环
4
一个脂环
1
一个氰基
2
一个硝基
1


（4）有机物的不饱和度与分子结构的关系
①Ω＝0，说明分子是饱和链状结构；
②Ω＝1，说明分子中有一个双键或一个环；
③Ω＝2，说明分子中有两个双键或一个三键，或一个双键和一个环，或两个环；
④Ω≥4，说明分子中很有可能有苯环。
4．确定有机化合物的官能团
（1）化学实验方法
官能团种类
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳三键
溴的四氯化碳溶液
橙红色溶液褪色
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
卤素原子
NaOH溶液（加热）、稀硝酸、AgNO3溶液
有沉淀产生，根据沉淀的颜色判断卤素的种类
醇羟基
钠
缓慢反应，有氢气放出
酚羟基
FeCl3溶液
显色
浓溴水
有白色沉淀产生
醛基
银氨溶液（水浴加热）
有银镜生成
新制氢氧化铜悬浊液（加热煮沸）
有砖红色沉淀产生
羧基
NaHCO3溶液
有二氧化碳气体放出
（2）物理方法
①质谱：相对分子质量＝最大质荷比。
②红外光谱：化学键和官能团信息。
③核磁共振氢谱：吸收峰数目＝氢原子种类数，不同吸收峰的面积之比（强度之比）＝不同氢原子的个数之比。
5．确定有机化合物结构式的常用方法
（1）根据价键规律确定：某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接根据分子式确定其结构式。例如：C2H6，只能是CH3CH3。
（2）通过定性实验确定官能团的种类：实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。例如：能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有或－C≡C－，不能使溴的四氯化碳溶液褪色却能使酸性高锰酸钾溶液褪色的可能是苯的同系物等。
（3）通过定性实验确定官能团的位置。
①若由醇氧化得到醛或羧酸，可推知－OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上，即存在－CH2OH；由醇氧化为酮，推知－OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在－－；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则－OH所连的碳原子上无氢原子。
②由消去反应的产物，可确定－OH或－X的位置。
③由取代反应产物的种数，可确定碳链结构。如烷烃，已知其分子式和一氯代物的种数时，可推断其可能的结构。有时甚至可以在不知其分子式的情况下，判断其可能的结构简式。
④由加氢后碳链的结构，可确定原物质分子或－C≡C－的位置。
三、有机化合物分子式的确定方法
1．直接法
（1）由题意求算出1mol有机化合物中各元素原子的物质的量，从而确定各原子的个数，即可推出分子式。
（2）利用相对分子质量及各元素质量分数直接求算出1分子有机物中各元素的原子个数，从而确定分子式。例如：N（C）＝，N（H）＝，N（O）＝。
（3）实验式法：先利用有机物中各元素的质量分数求出有机物的最简式，再结合有机物的相对分子质量求得分子式。例如：

N（C）∶N（H）∶N（O）＝∶∶＝a∶b∶c（最简整数比），则最简式为CaHbOc，分子式为（CaHbOc）n，n＝。
3．通式法
类别
通式
相对分子质量
烷烃
CnH2n+2
Mr＝14n+2（n≥1）
烯烃、环烷烃
CnH2n
Mr＝14n（烯烃，n≥2），Mr＝14n（环烷烃，n≥3）
炔烃、二烯烃
CnH2n－2
Mr＝14n－2（炔烃，n≥2；二烯烃，n≥4）
苯及其同系物
CnH2n－6
Mr＝14n－6（n≥6）
饱和一元醇和醚
CnH2n+2O
Mr＝14n+2+16
饱和一元醛和酮
CnH2nO
Mr＝14n+16
饱和一元酸和酯
CnH2nO2
Mr＝14n+32
4．商余法：用烃（CxHy）的相对分子质量除以14，看商数和余数。
（1）＝n……2，该烃分子式为CnH2n+2。
（2）＝n……0，该烃分子式为CnH2n。
（3）＝（n－1）……12，该烃分子式为CnH2n－2。
（4）＝（n－1）……8，该烃分子式为CnH2n－6。
5．化学方程式法：利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。
（1）CxHy+（x+）O2xCO2+H2O（g）
（2）CxHyOz+（x+－）O2xCO2+H2O（g）
（3）CxHyOzNp+（x+－）O2xCO2+H2O+N2
6．平均值法：当几种烃混合时，往往能求出其平均分子式。把混合物当成一种烃分子计算时，可以得出平均摩尔质量，进而求出平均分子式。若平均摩尔质量为，两种成分的摩尔质量分别为M1、M2，且M1＜M2，则一定有M1＜＜ M2。平均分子式中C、H个数介于两种成分之间，故可确定烃的范围。
【特别警示】实验式的特殊应用
（1）一般方法：必须已知化合物的相对分子质量［Mr（A）］，根据实验式的相对式量［Mr（实验式）］，可求得分子式中含实验式的个数n，n＝，即得分子式。
（2）特殊方法Ⅰ：某些特殊组成的实验式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。实验式为（CH3O）n的有机化合物，当n＝2时，氢原子数达到饱和，则其分子式为C2H6O2。
（3）特殊方法Ⅱ：部分有机化合物的实验式中，氢原子数已达到饱和，则该有机化合物的实验式即为其分子式，如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O等有机化合物，其实验式即为分子式。
















考点4 合成高分子化合物
一、高分子化合物
1．高分子化合物概述
（1）概念：由成千上万个原子以共价键连接形成的、相对分子质量很大（104～106甚至更大）的化合物。
（2）名称：高分子、大分子化合物、大分子、高聚物、聚合物
2．组成与结构（以CH2－CH2n为例）

例如：

【特别说明】
（1）一种单体聚合后形成的高分子：结构单元数＝聚合度＝链节数。
（2）两种或两种以上的单体形成的高分子：结构单元数＝聚合度≠链节数。
2．高分子化合物的分类

3．高分子化合物的合成
（1）概念：由小分子物质合成高分子化合物的化学反应。
（2）加成聚合反应
①定义：单体通过加成的方式生成高分子化合物的聚合反应，简称加聚反应
②特点：反应过程中没有小分子化合物产生
③举例



（3）缩合聚合反应
①定义：单体通过分子间的相互缩合而生成高分子化合物的聚合反应，简称缩聚反应
②特点：反应过程中有小分子化合物产生
③举例

二、高分子化学反应
1．概念：有高分子化合物参与的化学反应。
2．应用：可将已有的天然或合成高分子转变为新的高分子。
3．分类
（1）聚合度变大的反应：例如：聚丁二烯和苯乙烯混合。

（2）聚合度变小的反应：高分子化合物可以在力、光、化学物质、水或微生物等作用下降解，发生聚合度变小的反应。
（3）聚合度不变的反应：例如：
①聚苯乙烯的磺化反应

②聚醋酸乙烯酯和甲醇的酯交换反应
+nCH3OH
三、合成高分子材料
1．基本组成
（1）基本原料：合成高分子化合物
（2）助剂：通常指填料、增塑剂、颜料、发泡剂等
2．常见的合成高分子材料
（1）三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。主要成分是树脂，是人工合成的、未经加工处理的任何聚合物的统称。
（2）生活中常见的合成高分子材料还有涂料、黏合剂与密封材料等。
3．功能高分子材料
（1）概念：是指除了具有一般高分子的力学性能外，还具有特殊物理、化学或生物等功能的高分子。一般在高分子链的主链、侧链或交联网络的内部或表面含有某种功能性基团。
（2）制备方法
①将功能性基团通过某种反应或作用连接到已有的高分子中。
②将含有功能性基团的单体进行聚合。
（3）常见功能高分子
①离子交换树脂
类型
含义
例子
阳离子交换树脂
常用树脂母体是苯乙烯与二乙烯基苯的交联聚合物，向聚合物中引入磺酸基、羧基等基团，可得到酸性的阳离子交换树脂，可与溶液中的阳离子进行交换反应
2R－SO3H+Ca2+（R－SO3）2Ca+2H+
阴离子交换树脂
向聚合物中引入氨基等基团，可以得到碱性阴离子交换树脂，可与溶液中的酸根离子进行交换

②医用高分子
类型
应用
例子
生物可降解型
可吸收缝合线、黏合剂、缓释药物等
聚乳酸：

生物非降解型
可用于制作人造血管、人造心脏、隐形眼镜等
硅橡胶等
四、加聚反应和缩聚反应
1．加聚反应和缩聚反应的比较

加聚反应
缩聚反应
单体结构
单体必须是含有双键等不饱和键的化合物（如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等）
单体为含有两个或两个以上的官能团（如－OH、－COOH、－NH2、－X等）的化合物
反应机理
反应发生在不饱和键上
反应发生在官能团之间
聚合方式
通过不饱和键上的加成连接
通过缩合脱去小分子而连接
反应特点
只生成高聚物，没有副产物产生
生成高聚物的同时，还有小分子副产物生成（如H2O、NH3、HCl）
聚合物组成
所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同
所得高聚物的化学组成跟单体的化学组成不同
2．加聚反应的常见类型
（1）单烯自聚型：“断开双键，键分两端，添上括号，右下写n”
①合成聚乙烯：n CH2＝CH2CH2－CH2n
②合成聚氯乙烯：n CH2＝CH－ClCH2－n
③合成聚丙烯腈：nCH2＝CH－CNCH2－n
（2）二烯自聚型：“单变双，双变单，破两头，移中间，添上括号，右下写n”
①合成顺丁橡胶：nCH2＝CH－CH＝CH2CH2－CH＝CH－CH2n
②合成天然橡胶：nCH2＝CH－CH2CH2－CH－CH2n
③合成氯丁橡胶：nCH2＝－CH＝CH2CH2－CH－CH2n
（3）多单烯共聚型：“双键打开，中间相连，添上括号，右下写n”
①nCH2＝CH2+nCH3－CH＝CH2CH2－CH2－CH2n
②n CH2＝CHCl+nCH＝CH2CH2－－CH2n
③nCF3－CF＝CF2+nCF2＝CF2CF2－CF2－CF2n
（4）单烯二烯烃共聚型：“双键打开，中间相连，单键变双键，添上括号，右下写n”
①n CH2＝CH－CH2+nCH2＝CH2CH2－CH－CH2－CH2－CH2n
②n CH2＝CH－CH＝CH2+n CH2＝CHCHOCH2－CH＝CH－CH2－n
（5）单炔烃自聚型：“叁键打开，变成双键，中间相连，添上括号，右下写n”
①nCH≡CHCH＝CHn
②n CH3C≡CCH3n
3．缩聚反应的常见类型
（1）二元酸与二元醇缩聚：以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚
nHO－－－OH+nHOCH2CH2OHHO－－OCH2CH2OnH+（2n－1）H2O
（2）氨基酸缩聚：以氨基中的氢原子和羧基中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚
nH2N－CH2－COOHHNH－CH2－nOH+（n－1）H2O
（3）羟基酸缩聚：以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚
nHO－CH2－COOHHO－CH2－nOH+（n－1）H2O
（4）酚醛缩聚：以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应
n+nHCHO+（n－1）H2O
五、聚合物单体的推断方法
1．加聚产物推断单体－－半键还原法：每隔2个碳断一个键，再把两个半键还原为一个共价键。
（1）凡链节的碳链为两个碳原子的，其合成的单体为一种，如单体为CH＝CH2。
（2）凡链节中无碳碳双键的，则链节中必为每2个碳原子分为一组，作为一个单体，如
单体为CH2＝CH2和CH3CH＝CH2。
（3）链节中存在碳碳双键结构。
①主链节为四个碳原子且双键在中间的，其单体必为一种，将链节的单键和双键互换即得高聚物的单体。
如CH2－CH－CH2n单体为：CH2＝CH－CH2。
②若双键不在四个碳原子的中心，可能为烯烃和炔烃的共聚产物。如CH2－CH＝CHn单体为CH3－CH＝CH2和CH≡CH。
2．缩聚产物推断单体
（1）在聚酯中断开羰基与氧原子间的共价键，羰基连羟基，氧原子连氢原子
如高聚物的单体为：HOOC－COOH和HOCH2CH2OH
（2）在蛋白质中断开羰基与氮原子间的共价键，羰基连羟基，氮原子连氢原子
如高聚物的单体为：CH3－COOH和H2NCH2COOH
【特别警示】由高聚物推断单体的注意事项
由高聚物推断单体时，需要联系该高聚物的合成过程，若高聚物的主链上只有碳原子，没有其他的官能团，则是通过加成聚合得到的，用“半键还原法”找出单体；若主链上有除了碳原子以外的“氧”原子“氮”原子或有其他的官能团，则是通过缩合聚合形成的。通过官能团找准断键位置，然后补上－H或－OH。

3．缩聚反应的特点
（1）缩聚反应的单体通常是具有双官能团（如－OH、－COOH、－NH2、－X及活泼氢原子等）或多官能团的小分子有机物。
（2）缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物（如H2O、NH3、HCl等）生成。
（3）缩聚反应一般多为可逆反应，为提高产率，得到具有较高聚合度的缩聚物，需要及时移除反应产生的小分子副产物。