高考化学二轮复习寒假作业 知识整合五有机化学基础衔接作业二 有机物的合成与推断.docx
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高考化学二轮复习寒假作业知识整合五有机化学基础衔接作业二有机物的合成与推断
衔接作业
(二) 有机物的合成与推断
[忆一忆·主干知识]
1.有机官能团的推断方法
(1)根据有机物的性质推断官能团
①能使溴水褪色的物质可能含有“
”、“
”或酚类物质(产生白色沉淀);
②能使酸性KMnO4溶液褪色的物质可能含有“
”、“
”、“—CHO”或酚类、苯的同系物等;
③能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液煮沸后生成红色沉淀的物质一定含有—CHO;
④能与Na反应放出H2的物质可能为醇、酚、羧酸等;
⑤能与Na2CO3溶液作用放出CO2或使石蕊溶液变红的有机物中含有—COOH;
⑥能水解的有机物中可能含有酯基(
)、肽键(
),也可能为卤代烃;
⑦能发生消去反应的为醇或卤代烃。
(2)根据性质和有关数据推断官能团的数目
①—CHO
②2—OH(醇、酚、羧酸)
H2;
③2—COOH
CO2,—COOH
CO2;
(3)根据某些产物推断官能团的位置
①由醇氧化成醛(或羧酸),含有—CH2—OH;由醇氧化成酮,含有
;若该醇不能被氧化,则必含有
(与—OH相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由取代反应的产物的种数可确定碳链结构;
④由加氢后碳架结构确定
或
的位置。
2.有机推断中反应条件与反应类型的关系
(1)在NaOH的水溶液中发生水解反应,可能是酯的水解反应或卤代烃的水解反应。
(2)在NaOH的乙醇溶液中加热,发生卤代烃的消去反应。
(3)在浓H2SO4存在的条件下加热,可能发生醇的消去反应、酯化反应、成醚反应或硝化反应等。
(4)能与溴水或溴的CCl4溶液反应,可能为烯烃、炔烃的加成反应。
(5)在光照、X2(表示卤素单质)条件下发生烷基上的取代反应;在Fe粉、X2条件下发生苯环上的取代反应。
3.有机物官能团的引入与保护
(1)常见官能团的引入
引入官能团
引入方法
卤素原子
①烃、酚的取代;②不饱和烃与HX、X2的加成;③醇与氢卤酸(HX)取代
羟基
①烯烃与水加成;②醛、酮与氢气加成;③卤代烃在碱性条件下水解;④酯的水解;⑤葡萄糖发酵产生乙醇
碳碳双键
①某些醇或卤代烃的消去;②炔烃不完全加成;③烷烃裂化
碳氧双键
①醇的催化氧化;②连在同一个碳上的两个卤素原子水解;③含碳碳三键的物质与水加成
羧基
①醛基氧化;②酯、肽、蛋白质、羧酸盐的水解
(2)常见官能团的保护
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(或羧酸)反应,把—OH变为—ONa(或酯基)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HCl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。
③氨基(—NH2)的保护:
如对硝基甲苯生成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。
[做一做·保温训练]
1.PHB塑料是一种在微生物的作用下可降解的环保型塑料,工业上用异戊二烯合成PHB的路线如下:
请回答下列问题:
(1)A的系统命名的名称为________,D中含有的官能团名称为________________。
(2)反应①的反应类型为________________。
(3)B与H2的加成产物为
,B的结构简式为______________。
(4)PHB塑料在自然界的降解产物为________。
(5)写出反应④的化学方程式:
__________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)C的同分异构体有很多种,其中一种为HOOCCH2CH2CHO,写出该有机物与新制Cu(OH)2悬浊液反应的化学方程式:
____________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)参照PHB的合成路线,设计一条以D为起始原料制备
的合成路线(其他试剂任选)。
解析:
(1)根据系统命名法,A的名称为2甲基1,3丁二烯。
(2)根据已知信息①知,反应①为加成反应,B的结构简式为
。
(4)PHB只含有C、H、O三种元素,且PHB塑料为可降解的环保塑料,故其降解产物为CO2、H2O。
(5)根据已知信息②及B、D的结构可知C为
,则E为
,其在一定条件下发生缩聚反应生成PHB。
答案:
(1)2甲基1,3丁二烯 羧基、羰基
(2)加成反应
(3)
(4)CO、H2O
(6)HOOCCH2CH2CHO+2Cu(OH)2+2NaOH
NaOOCCH2CH2COONa+Cu2O↓+4H2O
2.丁苯酞是我国开发的一种治疗轻、中度急性脑缺血的药物,一种合成路线如下:
已知:
①
②E分子中只有一种化学环境的氢。
回答下列问题:
(1)A→B的反应类型是________,D→E的反应类型是________。
(2)D物质的化学名称是________,D分子中最多有____个原子共平面。
(3)H中官能团的名称是________,写出H→J的化学方程式:
____________________。
H发生缩聚反应生成的高分子化合物的结构简式为______________。
(4)G的同分异构体中核磁共振氢谱有5组峰且峰面积之比为1∶2∶2∶4∶6的一种同分异构体的结构简式为____________。
(5)
能与CO2反应生成有机物M。
符合下列条件的M的同分异构体共有________种。
①能发生银镜反应 ②能使FeCl3溶液显紫色 ③与NaHCO3溶液反应产生CO2
解析:
由A、B的分子式及C的结构简式和A转化为B的反应条件可推知A是
,则B是
,D与HBr发生加成反应生成E,而E中只有一种氢原子,所以E是(CH3)3CBr,则D是(CH3)2C===CH2,根据信息①②可知F是(CH3)3CMgBr,G是
,H是
。
(1)A→B发生的是溴取代苯环上氢原子的取代反应,D→E发生的是碳碳双键被HBr加成的反应。
(2)乙烯分子中的6个原子共面,所以(CH3)2C===CH2分子中至少有6个原子共面,其中通过碳碳单键的旋转可使—CH3上的1个氢原子也共面,即最多有8个原子共面。
(3)由H的结构简式知含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)两种官能团;H转化为J发生的是分子内的酯化反
所以可发生缩聚反应生成高分子化合物
。
(4)由G的结构简式知其分子中共有15个氢原子,根据核磁共振氢谱图分析可知,符合条件的同分异构体结构中包含2个对称的—CH3,2个对称的—CH2—、1个—OH、苯环上2对对称的氢原子或苯环上1对对称的氢原子和1个不对称的—CH2—。
(5)根据题给信息可知,
与CO2反应生成
,M的同分异构体能发生银镜反应说明含有醛基(—CHO),能与FeCl3溶液发生显色反应说明含有酚羟基,与NaHCO3溶液反应产生CO2说明含有羧基(—COOH),即苯环上含有3个官能团:
—CHO、—OH、—COOH,当—CHO和—OH位于邻位和间位时,—COOH都有4种不同的位置,当—CHO和—OH位于对位时,—COOH有2种不同的位置,所以符合条件的同分异构体共有10种。
答案:
(1)取代反应 加成反应
(2)甲基丙烯(或2甲基丙烯) 8
(3)羟基、羧基
(5)10
3.聚酯类废品的综合利用具有重要的意义。
下面是以聚酯类废品的生物降解产物A(CH2OHCOOH)为原料合成食用香料香兰素E及聚酯类高分子化合物H的路线:
回答下列问题:
(1)下列关于高分子化合物的说法正确的是________(填字母)。
a.蛋白质的盐析过程是物理变化
b.淀粉和纤维素的分子式均为(C6H10O5)n,它们互为同分异构体
c.制备聚乙烯、酚醛树脂的反应都属于聚合反应
d.油脂和蛋白质都属于天然高分子化合物
(2)A中的官能团名称为________________。
(3)B生成C的反应类型为________________,F生成G的反应类型为________________。
(4)F的化学名称是__________,由G生成H的化学方程式为_______________________
________________________________________________________________________。
(5)苯环上含有两个取代基的化合物W是E的同分异构体,W可以发生水解反应,也可与FeCl3溶液发生显色反应,则W共有________种(不含立体异构),写出其中核磁共振氢谱为五组峰的结构简式:
______________________________。
解析:
(1)a项,盐析属于物理变化,正确;b项,淀粉和纤维素都是高分子,都属于混合物,所以不互为同分异构体,错误;c项,制备聚乙烯发生加聚反应,制备酚醛树脂发生缩聚反应,正确;d项,油脂不属于高分子化合物,错误。
(2)A中含有羟基(—OH)和羧基(—COOH)两种官能团。
(3)由A的结构简式与B的分子式可知B的结构简式是OHCCOOH,所以B转化为C发生的是
中苯环与醛基的加成反应;HOOCCOOH中的羟基被氯原子取代生成ClOCCOCl。
(4)F的结构简式为
,为乙二酸;G转化为H发生类似于酯化反应的缩聚反应,从而生成
。
(5)能发生水解反应,说明含有酯基,能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,所以苯环上的两个取代基是—OH和CH3COO—、—OH和—COOCH3或—OH和HCOOCH2—,由于苯环上的两个取代基可位于邻、间、对三种不同的位置,所以W共有9种结构,而核磁共振氢谱为五组峰的是
。
(6)由原料和目标产物的结构看,在—OCH3邻位上引入基团发生类似B生成C的反应,而生成的羟基可在浓硫酸、加热条件下发生消去反应形成碳碳双键。
由于CH2OHCH2COOH中没有醛基,所以需将CH2OHCH2COOH中的羟基氧化。
答案:
(1)ac
(2)羟基、羧基 (3)加成反应 取代反应
4.隐形眼镜材料为仿生有机高聚物,其单体G(
)可由下列方法合成:
已知A和M互为同系物,回答下列问题。
(1)M的结构简式为____________________;A的名称为______________。
(2)③、⑤的反应类型分别为__________、__________。
(3)D与Ag(NH3)2OH溶液反应的化学方程式为__________________________;B→C的化学方程式为_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)满足下列条件的G的同分异构体的结构简式可能为____________。
①能与NaHCO3稀溶液反应放出气体 ②能发生银镜反应 ③核磁共振氢谱有4组峰
(5)根据上述合成方法中提供的信息,写出由乙烯经三步合成化合物CH3—COOCH===CH2的路线图(无机试剂、二碳有机物任选)。
解析:
本题采用逆推法,G是
;F与环乙醚
发生反应得到G,则F是
;E在浓硫酸、加热条件下得到F,D与银氨溶液发生反应后经酸化得到E,C与Cu、O2共热反应得到D,则C是
、D是
、E是
,根据题目提供的信息可知B是溴代烃,则B是
;根据题目提供的信息可知A是烯烃,则A是
。
由于A和M互为同系物,再根据产物CH2CH2O,可知M是CH2===CH2。
(1)根据以上分析可知,M的结构简式为CH2===CH2;A的结构简式为
,根据系统命名法或习惯命名法,A的名称为2甲基1丙烯或异丁烯。
(2)③属于醇的催化氧化,⑤属于醇的消去,故反应类型分别为氧化反应、消去反应。
(3)D与Ag(NH3)2OH溶液发生银镜反应;B→C属于卤代烃的水解,条件为与NaOH的水溶液共热。
(4)G有多种同分异构体。
能与NaHCO3稀溶液反应放出气体,说明含—COOH;能发生银镜反应,说明含—CHO;核磁共振氢谱有4组峰,说明只含4种氢原子。
又因为—COOH、—CHO属于端基,应位于碳链的两端,结合氢原子的种类只有4种,符合条件的同分异构体有
(5)由乙烯经三步合成化合物CH3COOCH===CH2,先将乙烯氧化为
,再与CH3COOH反应生成CH3COOCH2CH2OH,最后进行消去反应得到目标产物CH3COOCH===CH2。
答案:
(1)CH2===CH2 2甲基1丙烯(或异丁烯)
(2)氧化反应 消去反应
(3)
5.已知:
②CH3CH===CH2
CH3CH2CH2Br
现用丙二酸等物质合成含有小环的有机物K,合成路线如下:
请回答下列问题:
(1)A的名称是__________,E中含氧官能团的名称是__________。
(2)B→C的反应类型是____________,F→G的反应类型是____________。
(3)G和I的结构简式分别为__________、__________。
(4)写出F和H在一定条件下合成高分子化合物的化学方程式:
__________________。
(5)同时满足下列条件的E的同分异构体数目有______种。
①能发生银镜反应;②能发生水解反应,其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应。
(6)以H2C===CHCH2Br为原料制备
,参考本题题干写出制备的合成路线流程图(无机试剂任选)。
解析:
该题的推断流程如下:
(1)苯环上直接连乙烯基称为苯乙烯;根据E的结构简式可直接判定E中的含氧官能团为醛基和羟基。
(2)B→C是醛基的催化加氢,属于加成反应;F→G是—Br取代—OH,属于取代反应。
(4)F属于二元醇,H属于二元羧酸,二者可发生缩聚反应得到聚酯,书写化学方程式时不要忽略生成的小分子H2O。
(5)能发生水解反应说明含有酯基,根据水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚酯基;能发生银镜反应说明含有醛基,但除了苯环之外只有一个不饱和度,故苯环上的一个取代基为
,还剩余2个C原子,可以构成2个—CH3或1个—CH2CH3;若为2个—CH3,则2个—CH3在苯环上有邻、间、对3种位置关系,对应的
在苯环上的位置有2、3、1种,共6种;若为—CH2CH3,则与
在苯环上有邻、间、对3种位置关系;所以符合条件的同分异构体共有9种。
(6)根据信息反应H2C===CH—CH2Br在过氧化物作用下得到BrH2C—CH2—CH2Br,再在NaOH水溶液中发生水解反应得到HOH2C—CH2—CH2OH,然后再被KMnO4氧化为羧酸HOOC—CH2—COOH。
答案:
(1)苯乙烯 醛基和羟基
(2)加成反应(或还原反应) 取代反应
(5)9
知识整合六物质结构与性质
[忆一忆·主干知识]
(一)原子结构与性质
1.原子核外排布的规律
能量最低原理
基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道,如Ge:
1s22s22p63s23p63d104s24p2
泡利原理
每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子
洪特规则
原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时,电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同
2.原子核外排布的表示方法
(1)电子排布式
按电子排入各能层中各能级的先后顺序,用能级符号依次写出各能级中的电子数,同时注意特例。
如Cu:
1s22s22p63s23p63d104s1
(2)简化电子排布式
“[稀有气体]+价层电子”的形式表示。
如Cu:
[Ar]3d104s1
(3)电子排布图
用方框表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子,按排入各能层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。
如
3.元素的电离能
第一电离能:
气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。
常用符号I1表示,单位为kJ·mol-1。
(1)原子核外电子排布的周期性
随着原子序数的增加,元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化:
每隔一定数目的元素,元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。
(2)元素第一电离能的周期性变化
随着原子序数的递增,元素的第一电离能呈周期性变化:
同周期从左到右,第一电离能有逐渐增大的趋势,稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小;
同主族从上到下,第一电离能有逐渐减小的趋势。
[说明] 同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势。
同能级的轨道为全满、半满时较相邻元素要大即第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。
如Be、N、Mg、P。
4.元素的电负性
(1)元素的电负性:
不同元素的原子对键合电子吸引力的大小叫做该元素的电负性。
(2)元素电负性的变化规律:
随着原子序数的递增,元素的电负性呈周期性变化:
同周期从左到右,主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下,元素电负性呈现减小的趋势。
(二)分子结构与性质
1.共价键
(1)共价键的类型
①按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键和三键。
②按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。
③按原子轨道的重叠方式分为σ键和π键,前者的电子云具有轴对称性,后者的电子云具有镜像对称性。
(2)键参数
(3)σ键、π键的判断
①由轨道重叠方式判断
“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。
②由共用电子对数判断
单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键。
③由成键轨道类型判断
s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
(4)配位键
①孤电子对
分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。
②配位键
a.配位键的形成:
成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键;
b.配位键的表示:
常用“―→”来表示配位键,箭头指向接受孤电子对的原子,如NH
可表示为
,在NH
中,虽然有一个N—H键形成的过程与其他3个N—H键形成的过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同。
③配合物
如[Cu(NH3)4]SO4
2.分子的立体结构
(1)分子构型与价层电子对互斥模型
价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型,不包括孤电子对。
①当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致。
②当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。
电子对数
成键对数
孤电子对数
电子对空间构型
分子空间构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体
正四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
(2)杂化轨道理论
杂化轨道的要点:
当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。
杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的空间结构不同。
杂化类型
杂化轨道数目
杂化轨道夹角
空间构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
正四面体形
CH4
3.分子的性质
(1)分子构型与分子极性的关系
(2)溶解性
①“相似相溶”规律:
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
(3)无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使R—O—H中O的电子向R偏移,在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越强,如HClO 4.氢键 (1)作用粒子: 氢、氟、氧原子(分子内、分子间) (2)特征: 有方向性和饱和性 (3)强度: 共价键>氢键>范德华力 (4)对物质性质的影响: 分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸点: H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3。 (三)晶体结构与性质 1.离子键——离子晶体 (1)离子键: 阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。 离子键强弱的判断: 离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高。 离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量,晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 晶格能越大,离子晶体的熔、沸点越高,硬度越大。 (2)离子晶体: 通过离子键作用形成的晶体。 ①典型的离子晶体结构: NaCl型晶体 CsCl型晶体 每个Na+周围被6个Cl-所包围,同样每个Cl-也被6个Na+所包围 每个正离子被8个负离子包围着,同时每个负离子也被8个正离子所包围 ②晶胞中粒子数的计算方法——均摊法 位置 顶点 棱边 面心 体心 贡献 1/8 1/4 1/2 1 2.共价键——原子晶体 (1)原子晶体: 所有原子间通过共价键结合成的晶体或相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。 (2)典型的原子晶体有金刚石(C)、晶体硅(Si)、二氧化硅(SiO2)。 (3)典型原子晶体结构 金刚石 二氧化硅 结构示意图 晶胞示意图 特点 正四面体空间网状结构,最小的碳环中有6个碳原子,每个碳原子与周围4个碳原子形成四个共价键,1mol金刚石中含有2mol碳碳键 二氧化硅晶体是空间网状结构,最小的环中有6个硅原子和6个氧原子,每个硅原子与4个氧原子成键,每个氧原子与2个硅原子成键,1molSiO2中含有4mol硅氧键 (4)共价键强弱和原子晶体熔、沸点大小的判断: 原子半径越小,形成共价键的键长越短,共价键的键能越大,其晶体熔、沸点越高。 如熔点: 金刚石>碳化硅>晶体硅。 3.金属键——金属晶体 (1)金属键: 金属离子和自由电子之间强烈的相互作用。 晶体中的微粒 导电性 导热性 延展性 金属离子和自由电子 自由电子在外加电场的作用下发生定向移动 自由电子与金属离子碰撞传递热量 晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用 (2)金属晶体: 通过金属键作用形成的晶体。 金属键的强弱和金属晶体熔、沸点的变化规律: 阳离子所带电荷数越多,半径越小,金属键越强,熔、沸点越高,如熔点: Na 金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。 4.分子间作用力
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