2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：选修5_第四节　生命中的基础有机物质　有机合成


第四节　生命中的基础有机物质　有机合成
[高考备考指南]
考纲定位
1.了解糖类、氨基酸和蛋白质的组成、结构特点、主要化学性质及应用。
2.了解糖类、氨基酸和蛋白质在生命过程中的作用。

3.了解合成高分子的组成与结构特点。能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。

4.了解加聚反应和缩聚反应的含义。

5.了解合成高分子在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面中的贡献。

6.根据信息能设计有机化合物的合成路线。

核心素养
1.变化观念——糖类、油脂和蛋白质的性质及利用。
2.科学探究——糖类、油脂和蛋白质的性质的相关实验探究。

3.模型认知——运用乙醇和乙酸模型解释对应的化学性质。

4.社会责任——糖类、油脂和蛋白质与生活的密切关系及合理利用，能作出正确的价值判断。


　基本营养物质

(对应复习讲义第152页)

1．糖类
(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)分类
1 mol糖水解后能生成2～10 mol单糖的糖，如蔗糖、麦芽糖单糖
(3)葡萄糖与果糖
①组成和分子结构

名称
分子式
结构简式
官能团
两者关系





葡萄




糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)4CHO
—OH、

—CHO




果糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)3COCH2OH
—C—O、

—OH
互为同



分异构




体




②葡萄糖的化学性质
能发生氧化反应，能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应或与银氨溶液反应C6H12O6(s)＋6O2(g)―→6CO2(g)＋6H2O(l)
(4)二糖——蔗糖与麦芽糖


比较项目
蔗糖
麦芽糖
相同点


组成
分子式均为C12H22O11

性质
都能发生水解反应

不同点


是否含


醛基
否
是
水解


产物
葡萄糖

和果糖
葡萄糖

相互关系
互为同分异构体


(5)淀粉与纤维素
①相似点
a．都属于天然高分子化合物，属于多糖，分子式都可表示为(C6H10O5)n。
b．都能发生水解反应，反应的化学方程式分别为


　　　　　　　　　　　　　　


(2)蛋白质的结构与性质
①蛋白质的组成与结构
蛋白质含有C、H、O、N等元素。
蛋白质是由氨基酸通过缩聚反应生成的，蛋白质属于天然有机高分子化合物。
②蛋白质的性质
含有—NH2显碱性，含有—COOH显酸性某些浓的无机盐可降低蛋白质的溶解度而使蛋白质从水溶液中析出(胶体)，为可逆过程。可用于分离、提纯蛋白质加热、紫外线、X射线、强酸、强碱、重金属盐、一些有机物会使蛋白质变性，属于不可逆过程——是杀菌、消毒原理
[提醒]　油脂不是高分子化合物，单糖不能水解，液态油脂含不饱和键，能使溴水褪色。

　(1)天然植物油常温下一般呈液态，有恒定的熔、沸点。(　　)
(2)油脂硬化和水解的反应都属于取代反应。 (　　)
(3)糖类均有甜味、易水解，符合通式Cn(H2O)m。(　　)
(4)通过盐析可提纯蛋白质，并保护其生理活性。 (　　)
(5)葡萄糖与果糖，蔗糖与麦芽糖，淀粉和纤维素均互为同分异构体。 (　　)
(6)玉米制醇、蛋白质变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化。 (　　)
(7)蛋白质的水解产物都含有羧基和羟基。 (　　)
(8)将(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液中，都出现沉淀，表明两者均可使蛋白质变性。(　　)
(9)温度越高，酶催化的化学反应速率越快。(　　)
(10)利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程。(　　)
[提示]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√

1．(2017·全国卷Ⅱ)下列说法错误的是(　　)
A．糖类化合物也可称为碳水化合物
B．维生素D可促进人体对钙的吸收
C．蛋白质是仅由碳、氢、氧元素组成的物质
D．硒是人体必需的微量元素，但不宜摄入过多
C　[糖类化合物可称为碳水化合物，A正确。
维生素D可促进人体对钙的吸收，B正确。蛋白质中一定含有碳、氢、氧、氮元素，有些蛋白质还含硫、磷等元素，C错误。硒是人体必需的微量元素，但是微量元素的摄取不宜过多，D正确。]
2．(2019·定州模拟)下列关于蛋白质的说法中不正确的是(　　)
A．蛋白质属于天然有机高分子化合物，没有蛋白质就没有生命
B．HCHO溶液或Na2SO4溶液均能使蛋白质变性
C．某些蛋白质跟浓硝酸作用会变黄
D．可以采用多次盐析或多次渗析的方法分离、提纯蛋白质
B　[蛋白质属于天然有机高分子化合物，是生命活动的主要物质基础，没有蛋白质就没有生命，A正确；Na2SO4溶液能使蛋白质发生盐析，B错误；某些含有苯环的蛋白质跟浓硝酸作用会变黄，C正确；可以采用多次盐析或多次渗析的方法分离、提纯蛋白质，D正确。]
3．(2018·揭阳模拟)下图是几种常见有机物之间的转化关系，下列有关说法正确的是 (　　)
淀粉水解程度的判断，应注意检验产物中是否生成葡萄糖，同时还要确定淀粉是否还存在，可以用银氨溶液[或新制的Cu(OH)2悬浊液]和碘水来检验淀粉在水溶液中是否发生水解及水解是否进行完全，实验步骤如下：
淀粉
溶液)\o(――→
\s\up7(稀硫酸)
\s\do5(微热))水解液\o(――→
\s\up7(NaOH溶液))中和液\o(――→
\s\up7(银氨溶液)
\s\do5(水浴加热))现象A

　　　　　　\a\vs4\al(\o(――→
\s\up7(碘水)
\s\do5(　)))现象B
实验现象及结论：

现象A
现象B
结论
①
未出现银镜
溶液变蓝色
淀粉尚未水解
②
出现银镜
溶液变蓝色
淀粉部分水解
③
出现银镜
溶液不变蓝色
淀粉完全水解






)Ｋ
　合成有机高分子材料

(对应复习讲义第154页)

1．几个重要概念
(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、可重复的最小单位。
(3)聚合度：高分子链中含有链节的数目。
　

2．合成高分子化合物的两类基本反应
(1)加聚反应：小分子物质以加成反应形式生成高分子化合物的反应，实例：

单体结构简式
聚合物
CH2===CH—CH3
CH2—CHCH3
CH2===CHCl
CH2—CHCl
CH2===CHCN
CH2—CHCN
CH3COOCH===CH2
CH—CH2OOCCH3
CH2===CH—CH===CH2
CH2—CH===CH—CH2
CH≡CH
CH===CH
(2)缩聚反应：单体分子间缩合脱去小分子(如H2O、HX等)生成高分子化合物的反应。
实例：常见的缩聚型高分子化合物。
①HOC(CH2)5OHO的单体是HO—C—(CH2)5—OHO。
②HOCOC—O(CH2)2OHO的单体是
HO—COC—OHO和HO—(CH2)2OH。
③HOHCH2OH的单体是OH和H—C—HO。
④HNHCH2CON—CH2—CH2HCOHO的单体是
H2N—CH2C—OHO和H2NCH2CH2—COOH。
3．高分子化合物的基本性质
(1)溶解性：线型高分子(如有机玻璃)能溶解在适当的有机溶剂中，网状结构高分子(如硫化橡胶)不溶于有机溶剂，只有一定程度的溶胀。
(2)热塑性和热固性：线型高分子具有热塑性(如聚乙烯)，网状结构高分子具有热固性(如电木、硫化橡胶)。
(3)强度：高分子材料强度一般比较大。
(4)电绝缘性：通常高分子材料电绝缘性良好。
4．高分子化合物的分类

其中，塑料、合成纤维、合成橡胶又被称为“三大合成材料”。

　(1)聚乙烯与乙烯的组成、结构、性质相同。 (　　)
(2)高分子化合物均属于化合物，为纯净物。 (　　)
(3)棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶都属于天然高分子化合物。(　　)
(4)盛放汽油的试剂瓶不能用橡胶塞。 (　　)
(5)天然橡胶是高聚物，不能使溴水褪色。 (　　)
(6)CH2—CHC—CH2Cl的单体是CH2===CH2和CHCH2Cl。(　　)
(7)聚乙烯可包装食品，而聚氯乙烯塑料不可用于包装食品。(　　)
[提示]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√


角度1　高分子材料的组成、结构与性质
1．(2017·全国卷Ⅰ)下列生活用品中主要由合成纤维制造的是(　　)
A．尼龙绳　　　　　　　B．宣纸
C．羊绒衫 D．棉衬衣
A　[尼龙绳主要由合成纤维制造；宣纸和棉衬衣的主要成分是纤维素，属于天然纤维；羊绒衫主要由羊绒制造，其主要成分为蛋白质，属于天然纤维。]
2．(2019·长沙模拟)聚甲基丙烯酸甲酯(CH2CCOOCH3CH3)的缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃。下列说法中错误的是 (　　)
A．合成PMMA的单体是甲基丙烯酸和甲醇
B．聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示为(C5H8O2)n
C．聚甲基丙烯酸甲酯属于有机高分子合成材料
D．甲基丙烯酸甲酯[CH2===C(CH3)COOCH3]中碳原子可能都处于同一平面
A　[聚甲基丙烯酸甲酯的单体为CH2===C(CH3)COOCH3，故A错误；由题给结构简式可知，聚甲基丙烯酸甲酯的分子式可表示为(C5H8O2)n，故B正确；聚甲基丙烯酸甲酯属于有机高分子合成材料，故C正确；甲基丙烯酸甲酯中碳碳双键、—C—O均为平面结构，且直接相连，则通过单键的旋转碳原子可能都处于同一平面，故D正确。 ]
3．聚维酮碘的水溶液是一种常用的碘伏类缓释消毒剂，聚维酮通过氢键与HI3形成聚维酮碘，其结构表示如下：
(图中虚线表示氢键)
下列说法不正确的是(　　)
A．聚维酮的单体是
B．聚维酮分子由(m＋n)个单体聚合而成
C．聚维酮碘是一种水溶性物质
D．聚维酮在一定条件下能发生水解反应
B　[A项，聚维酮通过氢键与HI3形成聚维酮碘，由聚维酮碘的结构可知，聚维酮是由经加聚反应生成的，故聚维酮的单体为，正确；B项，由聚维酮碘的结构推知，聚维酮分子由(2m＋n)个单体聚合而成，错误；C项，由聚维酮碘的结构可知，该物质属于盐类，易溶于水，正确；D项，由聚维酮碘的结构可知，该结构中含有CON，在一定条件下能发生水解反应，正确。]
角度2　高分子材料的合成
4．涤纶广泛应用于衣料和装饰材料。合成涤纶的反应如下：
nHOOCCOOH＋nHOCH2CH2OH涤纶＋(2n－1)H2O
下列说法正确的是 (　　)
A．合成涤纶的反应为加聚反应
B．对苯二甲酸和苯甲酸互为同系物
C．1 mol涤纶与NaOH溶液反应，理论上最多可消耗2n mol NaOH
D．涤纶的结构简式为
HO—COC—OCH2CH2OHO
C　[合成涤纶的反应为缩聚反应，A项错误；结构相似、分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物，但对苯二甲酸(HOOCCOOH)和苯甲酸(COOH)分子组成相差一个CO2，不可能互为同系物，B项错误；1 mol涤纶水解会产生2n mol羧基，与NaOH溶液反应，理论上最多可消耗2n mol NaOH，C项正确；根据“酸脱羟基醇脱氢”可知，分子中的端基原子和端基原子团错误， 涤纶的结构简式为HOCOC—OCH2CH2—OHO，D项错误。]

确定高分子化合物单体的方法
(1)由加聚物推单体的方法
①方法——“弯箭头法”：边键沿箭头指向汇合，箭头相遇成新键，键尾相遇按虚线部分断键成单体。
②实例

加聚物
方法示意图
单体
CH2—CH2

CH2===CH2
CH2CCH3CH—CH2

CCH3CH2CHCH2
CHCH3CH2CH2—CH2

CH3—CH===CH2
和CH2===CH2


可以简单概括为“单变双，双变单，遇阻断键”。
(2)由缩聚物推单体的方法
①方法——“切割法”：断开羰基和氧原子(或氮原子)上的共价键，然后在羰基碳原子上连接羟基，在氧原子(或氮原子)上连接氢原子。
②实例

缩聚物
HOCOC—O—CH2CH2—OHO

聚对苯二甲酸乙二酯
CHRHHNC—N—CH—COHOHR′O

多肽


方法示意图


单体
HOOCCOOH

(对苯二甲酸)


和HOCH2CH2OH(乙二醇)
R—CH—C—OHNH2O和R′—CH—C—OHNH2O


　有机物的合成

(对应复习讲义第155页)

1．有机合成的基本思路

2．有机合成中碳骨架的构建
(1)链增长的反应
①加聚反应；②缩聚反应；③酯化反应；④利用题目信息所给的反应，如卤代烃的取代反应，醛酮的加成反应……
(2)链减短的反应
①烷烃的裂化反应；②酯类、糖类、蛋白质等的水解反应；③利用题目信息所给的反应，如烯烃、炔烃的氧化反应，羧酸及其盐的脱羧反应……
(3)常见由链成环的方法
①二元醇成环：
如HOCH2CH2OHH2CCH2O＋H2O。
②羟基酸酯化成环：
如HO(CH2)3COHOCH2—CCH2—CH2OO＋H2O。
③氨基酸成环：
如H2NCH2CH2COOH―→NHCOCH2CH2—＋H2O。
④二元羧酸成环：
如HOOCCH2CH2COOHCH2—CH2COOCO＋H2O。
3．典型的有机合成路线
(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
CH2===CH2XCH2—CH2X二元醇→二元醛→二元羧酸→
(3)芳香化合物合成路线
a.ClOH
b．CH3→CH2Cl→CH2OH→CHO→COOH→芳香酯
4．经典的有机物转化关系
烃卤代烃醇醛羧酸酯(聚酯)
(1)甲苯的一系列常见的衍变关系
①CH3CH2ClCH2OHCHOCOOHCOOCH3
②CH3CHCl2CHOCOOH
③CH3BrCH3H3COHH3COHH3C
(2)二甲苯的一系列常见的衍变关系
CH3CH3
CHCl2CHCl2
OHCCHO
HOOCCOOH


【例】　(2017·全国卷Ⅲ)氟他胺G是一种可用于治疗肿瘤的药物。实验室由芳香烃A①制备G的合成路线如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　②
回答下列问题：
(1)A的结构简式为______________。C的化学名称是________。
(2)③的反应试剂和反应条件分别是______________，该反应的类型是________。
(3)⑤的反应方程式为________________________________________________________________________。
吡啶是一种有机碱，其作用是________________________________________________________________________。
(4)G的分子式为________。
(5)H是G的同分异构体，其苯环上的取代基与G的相同但位置不同③，则H可能的结构有________种。
(6)4­甲氧基乙酰苯胺(H3CONHCOCH3)是重要的精细化工中间体，写出由苯甲醚(H3CO)制备4­甲氧基乙酰苯胺的合成路线________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(其他试剂任选)。
[思路点拨]　①已知芳香烃A，结合题中转化关系反应①可推出A是CH3；
②注意转化关系中官能团变化，反应③在苯环上引入—NO2，反应④—NO2转化为—NH2，由反应⑥逆推出F；
③指出范围，是判断取代基位置不同的异构体。
[解析]　(1)根据B的分子式与反应①的试剂和条件可知，氯原子应取代A分子中甲基上的氢原子，因此A的结构简式为CH3；根据甲苯的名称和三氯甲烷的名称，可判断C的化学名称为三氟甲苯。
(2)该反应为苯环上的硝化反应，反应条件为加热，反应试剂为浓HNO3和浓H2SO4；该反应的类型为取代反应。
(3)根据G的结构简式可知，反应⑤发生的是取代反应，因此反应方程式为
CF3NH2＋OClCF3NHO＋HCl；CF3NH2有碱性，由题给信息“吡啶是一种有机碱”可知，吡啶可以与该反应生成的HCl反应，防止HCl与反应物CF3NH2发生反应，从而提高反应产率。
(4)通过观察法可写出G的分子式为C11H11F3N2O3。
(5)根据“定二移一”法可判断苯环上有三个不同的取代基的结构共有10种，所以除G外还有9种。
(6)根据原料和目标产物的不同，以及流程图中的提示，可用逆推法设计合成路线：
OCH3NO2OCH3NH2OCH3NHCOCH3OCH3。
[答案]　(1)CH3　三氟甲苯
(2)浓HNO3/浓H2SO4、加热　取代反应
(3)CF3NH2＋OClCF3NHO＋HCl　吸收反应产生的HCl，提高反应转化率
(4)C11H11F3N2O3
(5)9
(6)OCH3NO2OCH3NH2OCH3NHCOCH3OCH3


有机合成中官能团的引入、消除与转化
1.官能团的引入
(1)引入卤素原子的方法
①烃与卤素单质(X2)发生取代反应；
②不饱和烃与卤素单质(X2)或卤化氢(HX)发生加成反应；
③醇与HX发生取代反应。
(2)引入羟基(—OH)的方法
①烯烃与水发生加成反应；
②卤代烃碱性条件下发生水解反应；
③醛或酮与H2发生加成反应；
④酯的水解；
⑤酚钠盐中滴加酸或通入CO2。
(3)引入碳碳双键或碳碳三键的方法
①某些醇或卤代烃的消去反应引入CC或
—C≡C—；
②炔烃与H2、X2或HX发生加成反应引入CC。
(4)引入—CHO的方法
某些醇的催化氧化(含有—CH2OH结构的醇)。
(5)引入—COOH的方法
①醛被O2或银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液氧化；
②酯在酸性条件下水解；
③苯的同系物被酸性KMnO4溶液氧化。
2．官能团的消除
(1)通过加成反应消除不饱和键(碳碳双键、碳碳三键)。
(2)通过消去、氧化、酯化反应消除羟基。
(3)通过加成或氧化反应消除醛基。
(4)通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子。
3．官能团的转化
(1)通过官能团之间的转化关系改变官能团
如醇醛―→酸。
(2)通过某些化学途径使一个官能团变成两个。
(3)通过某些手段改变官能团的位置
如CH3CHXCHXCH3―→H2C===CHCH===CH2―→CH2XCH2CH2CH2X。
[对点训练]
1．(2018·菏泽模拟)化合物M是一种光致抗蚀剂，可用于印刷电路和集成电路工艺中，其合成路线如下：

已知：
Ⅰ.COR1H＋CHHR2CHOCR2R1—CHCHO＋H2O(R1、R2为烃基或氢)
Ⅱ.羟基直接连接在碳碳双键的碳原子上的有机物是不稳定的。
回答下列问题：
(1)下列关于M的说法正确的是________(填字母代号)。
a．M属于高分子化合物
b．M在碱性溶液中能稳定存在
c．M能使酸性高锰酸钾溶液褪色
d．1 mol M与足量氢气反应时，最多消耗4 mol H2
(2)C中官能团的名称为________，由E生成F的反应类型为________。
(3)F的化学名称为________，由F生成G的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)二取代芳香族化合物W(只含苯环，不含其他的环，且不含“C===C===C”结构)是D的同分异构体，W能与三氯化铁溶液发生显色反应，则W的结构共有______种(不含立体异构)，其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式为________。
(5)参照上述合成路线，设计一条以HC≡CH为原料(其他无机试剂任选)制备G的合成路线。
(已知：HC≡CH＋H2OCH3CHO)
[解析]　A和乙醛反应生成B，分子中增加了7个C原子，再根据信息Ⅰ和D中含有苯环，推出A为苯甲醛，则B为CHCH—CHO，C为CHCH—COOH。由信息Ⅱ可知，羟基直接连接在碳碳双键的碳原子上的有机物是不稳定的，推出F到G发生的是加聚反应，而不是酯的水解反应，因为F水解后会生成一个不稳定的有机物(乙烯醇)，它会自动发生分子结构重排转化为乙醛，只有发生加聚反应之后再水解，才能转化为H(聚乙烯醇)。
(1)因为M是合成高分子化合物，含有碳碳双键和酯基，所以M能在碱性条件下发生水解反应，可以被酸性高锰酸钾溶液氧化，1 mol M有n mol链节，与氢气发生加成反应时，每个链节能与4个氢气分子加成，所以1 mol M最多消耗4n mol H2，故a、c正确，b、d错误。
(2)C为CHCH—COOH，所含官能团的名称为碳碳双键、羧基；由E生成F的反应类型为加成反应。
(4)W能与三氯化铁溶液发生显色反应，说明W中含酚羟基。由于W是二取代芳香族化合物，所以另一个侧链含有3个C原子、1个Cl原子，且有2个不饱和度，不含“C===C===C”结构，则只能含碳碳三键，这样的侧链有3种结构：—C≡C—CH2Cl、—CH2—C≡CCl、—CH—CClCH，每一种都与酚羟基有邻、间、对3种位置关系，所以W的结构共有9种(不含立体异构)，其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式为HOCH—CClCH。
(5)以HC≡CH为原料(其他无机试剂任选)制备G，首先利用已知信息将HC≡CH与水加成得到乙醛，然后将乙醛催化氧化得到乙酸，最后利用题中流程E→F→G的转化即可合成G。
[答案]　(1)ac　(2)碳碳双键、羧基　加成反应
(3)乙酸乙烯酯　nCH2===CHOOCCH3CH—CH2OOCCH3
(4)9　HOCH—CClCH
(5)HC≡CHCH3CHOCH3COOHCH3COOCH===CH2
CH2—CHO—C—CH3O
2．(2018·全国卷Ⅱ，T36节选)以葡萄糖为原料制得的山梨醇(A)和异山梨醇(B)都是重要的生物质转化平台化合物。E是一种治疗心绞痛的药物。由葡萄糖为原料合成E的路线如下：

回答下列问题：
(1)葡萄糖的分子式为________。
(2)A中含有的官能团的名称为________________________________________________________________________。
(3)由B到C的反应类型为________________________________________________________________________。
(4)C的结构简式为________________________________________________________________________。
(5)由D到E的反应方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]　(1)葡萄糖是一种重要的单糖，其分子式为C6H12O6。(2)根据A的结构简式可知A中含有的官能团为羟基。(3)由B和C的结构简式可知该反应为酯化反应或取代反应。(4)由C的分子式可知，B中只有一个羟基发生取代反应，因此可得C的结构简式。(5)在NaOH溶液作用下发生水解反应生成和CH3COONa，其化学方程式为＋NaOH―→＋CH3COONa。
[答案]　(1)C6H12O6　(2)羟基　(3)取代反应
(4)
(5)