有機物的性質、推斷、鑒別與合成
一. 教學內容：有機物的性質、推斷、鑒別與合成
二. 教學目標：
掌握有機合成的關鍵：碳骨架構建和官能團的引入及轉化;
熟練應用有關反應類型的知識推測有機物的結構、性質，并能進行有機合成;
掌握高分子化合物的結構、合成方法和單體的推斷
了解有機合成的意義及應用.
三. 教學重點、難點：
有機物結構與性質的推斷、有機合成方法
四. 教學過程：
1. 各類烴的代表物的結構、特性
烷烴
烯烴
炔烴
苯及同系物
代表物結構式
H?DC≡C?DH
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碳碳鍵長
(×10-10m)
1.54
1.33
1.20
1.40
鍵 角
109°28′
約120°
180°
120°
分子形狀
正四面體
平面型
直線型
平面六邊形
主要化學性質
光照下的鹵代;裂化;不使酸性KMnO4溶液褪色
跟X2、H2、HX、H2O的加成，易被氧化;可加聚
跟X2、H2、HX加成;易被氧化
跟H2加成;Fe催化下的鹵代;硝化、碘化反應
高分子化合物的合成反應：
高分子的合成反應有兩類，即加聚反應和縮聚反應，其比較見表
類別
加聚反應
縮聚反應
反應物特征
含不飽和鍵(如C=C)
含特征官能團(如?DOH、?DCOOH等)
產物特征
高聚物與單體具有相同的組成
高聚物和單體有不同的組成
產物種類
只產生高聚物
高聚物和小分子
反應種類
單烯、雙烯加聚
酚醛、酯、肽鍵類
2. 烴的衍生物的重要類別和各類衍生物的重要化學性質
類別
通式
官能團
代表物
分子結
構特點
主要化學性質
鹵代烴
R?DX
?DX
C2H5Br
鹵素原子直接與烴基結合
1.與NaOH溶液共熱發生取代反應
2.與NaOH醇溶液共熱發生消去反應
醇
R?DOH
?DOH
C2H5OH
羥基直接與鏈烴基結合，?DO?DH及C?DO均有極性
1.跟活潑金屬反應產生H2
2.跟氫鹵酸反應生成鹵代烴
3.脫水反應
生成烯
4.催化氧化為醛
5.與羧酸及無機含氧酸反應生成酯
酚
?DOH
?DOH直接與苯環上的碳相連
1.弱酸性
2.與濃溴水發生取代反應
3.遇FeCl3呈紫色
醛
有極性和不飽和性
1.與H2加成為醇
2.被氧化劑氧化為酸(如Ag(NH3)+、Cu(OH)2、O2等)
羧酸
受羧基影響，O?DH能電離出H+
1.具有酸的通性
2.酯化反應
酯
分子中RCO?D和?DOR′之間的C?DO鍵易斷裂
發生水解反應生成羧酸和醇
[說明]
一、有機物的推斷突破口
1. 根據物質的性質推斷官能團，如：能使溴水變成褐色的物質含有“CㄔC”或“C≡C”;
能發生銀鏡反應的物質含有“-CHO”;能與鈉發生置換反應的物質含有“-OH”或“-COOH”;能與碳酸鈉溶液作用的物質含有“-COOH”;能水解產生醇和羧酸的物質是酯等。
2. 根據性質和有關數據推知官能團個數。如-CHO?D?D2Ag?D?DCu2O;
2-OH?D?DH2;2-COOH CO2;-COOH CO2
3. 根據某些反應的產物推知官能團的位置。如：
(1)由醇氧化得醛或羧酸，-OH一定連接在有2個氫原子的碳原子上;由醇氧化得酮，-OH接在只有一個氫原子的碳原子上。
(2)由消去反應產物可確定“-OH”或“-X”的位置。
(3)由取代產物的種類可確定碳鏈結構。
(4)由加氫后碳的骨架，可確定“CㄔC”或“C≡C”的位置。
二、有機物的鑒別
鑒別有機物，必須熟悉有機物的性質(物理性質、化學性質)，要抓住某些有機物的特征反應，選用合適的試劑，一一鑒別它們。
常用的試劑及某些可鑒別物質種類和實驗現象歸納如下：
溴 水
新制
Cu(OH)2
碘水
少量
過量、
飽 和
被鑒別
物質種
類
含 的物質;烷基苯
含 的物質
苯酚
溶液
含醛基化合物及葡萄糖、果糖、麥芽糖
含醛基化合物及葡萄糖、果糖、麥芽糖
苯酚
溶液
淀粉
羧酸
現象
高錳酸鉀
紫紅色褪色
溴水褪色
出現白
色沉淀
出現銀鏡
出現紅色沉淀
呈現
紫色
呈現
藍色
使石蕊或甲基橙變紅
三、有機物的合成：
1、合成有機高分子化合物的方法主要有兩種：加聚和縮聚反應。加聚反應是含有不飽和C=C、C=O或C≡C的物質在一定條件下發生聚合反應生成的有機高分子化合物，此時，不飽和有機物：“雙鍵變單鍵，組成不改變;兩邊伸出手，彼此連成鏈”發生加聚反應的有機物必含有不飽和鍵，結構中主鍵原子數必為偶數;而縮聚反應則是由含有兩個官能團的有機物通過縮合脫水所生成的有機高分子化合物，一般為含有兩個官能團的二元羧酸和二元醇，也可以是既有羥基又有羧基的羥基酸或氨基酸等含有兩個官能團的有機物。
2、有機合成的常規方法
Ⅰ、官能團的引入
①引入羥基(?DOH)：a.烯烴與水加成;b.醛(酮)與氫氣加成;c.鹵代烴堿性水解;d.酯的水解等。
②引入鹵原子(?DX)：a.烴與X2取代;b.不飽和烴與HX或X2加成;c.醇與HX取代等。
③引入雙鍵：a.某些醇或鹵代烴的消去引入C=C;b.醇的氧化引入C=O等。
Ⅱ、官能團的消除：
①通過加成消除不飽和鍵。
②通過消去或氧化或酯化等消除羥基(?DOH)。
③通過加成或氧化等消除醛基(?DCHO)。
Ⅲ、官能團的衍變：
根據合成需要(有時題目信息中會明示某些衍變途徑)，可進行有機物的官能團衍變，以使中間物向產物遞進。常見的有三種方式：
①利用官能團的衍生關系進行衍變，如伯醇 醛 羧酸;
②通過某種化學途徑使一個官能團變為兩個，如CH3CH2OH CH2=CH2 Cl?DCH2?DCH2?DCl HO?DCH2?DCH2?DOH;
③通過某種手段，改變官能團的位置。
Ⅳ、碳骨架的增減、閉環與開環：
①增長：有機合成題中碳鏈的增長，一般會以信息形式給出，常見方式為有機物與HCN反應以及不飽和化合物間的加成、聚合等。
②變短：如烴的裂化裂解，某些烴(如苯的同系物、烯烴)的氧化、羧酸鹽脫羧反應等。
3、有機合成題的解題思路
解答有機合成題目的關鍵在于：
①選擇出合理簡單的合成路線;
②熟練掌握好各類有機物的組成、結構、性質、相互衍生關系以及重要官能團的引進和消去等基礎知識。
有機合成路線的推導，一般有兩種方法：一是“直導法”;二是“反推法”。比較常用的是“反推法”，該方法的思維途徑是：
(1)首先確定所要合成的有機產物屬何類別，以及題中所給定的條件與所要合成的有機物之間的關系。
(2)以題中要求最終產物為起點，考慮這一有機物如何從另一有機物甲經過一步反應而制得。如果甲不是所給的已知原料，再進一步考慮甲又是如何從另一有機物乙經一步反應而制得，一直推導到題目中給定的原料為終點。
(3)在合成某一種產物時，可能會產生多種不同的方法和途徑，應當在兼顧原料省、產率高的前提下選擇最合理、最簡單的方法和途徑。
【典型例題
例1. 某烴類化合物A的質譜圖表明其相對分子質量為84，紅外光譜表明分子中含有碳碳雙鍵，核磁共振氫譜表明分子中只有一種類型的氫。
(1)A的結構簡式為_______________________;
(2)A中的碳原子是否都處于同一平面?_________(填“是”或者“不是”);
(3)在下圖中，D1、D2互為同分異構體，E1、E2互為同分異構體。
反應②的化學方程式為_______________________________________;C的化學名稱是__________;E2的結構簡式是______________;④、⑥的反應類型依次是__________。
解析：根據題給信息：A的相對分子質量為84，分子中所有H原子呈對稱結構且存在雙鍵，則A的結構為： ，由于雙鍵屬于sp2雜化，與C=C雙鍵直接相連的原子處于同一平面，故A中碳原子全部共面。
根據上述框圖可知：A與Cl2發生加成反應后，在 ，然后，C與Br2在一定條件下發生1,2加成或1,4加成，產物在堿的水溶液作用下發生水解反應生成二元醇。
答案：(1) 。 (2)是。
(3) +2NaCl+2H2O;
2,3-二甲基-1,3-丁二烯; ; 1,4-加成反應、取代反應。
例2. 酚酞是常用的酸堿指示劑，其結構如下圖，其生產過程是
(1)在加熱和催化劑作用下，用空氣氧化鄰二甲苯得鄰苯二甲酸。
(2)鄰苯二甲酸加熱到200℃時脫水得鄰苯二甲酸酐。
(3)鄰苯二甲酸酐在ZnCl2存在時與苯酚縮合成酚酞。
請寫出以苯、氯氣、鄰二甲苯、水、空氣為原料，在一定條件下制取酚酞的化學方程式。
解析：首先應分析酚酞的分子結構，它是由鄰苯二甲酸酐 打開一個 與兩分子苯酚 對位上氫原子縮合一分子水而成。然后分別制取苯酚和鄰苯二甲酸酐。由苯制取氯苯，氯苯水解得苯酚;制鄰苯二甲酸酐的反應雖在中學未學到，但可由題目所給予的信息提示而解。
答案：
例3. 以 ，寫出有關反應的化學方程式，并注明反應條件(注，已知碳鏈末端的羥基能轉化為羧基)。
要引入?DCOOH，從提示可知，只有碳鏈末端的?DOH(伯醇)可氧化成?DCOOH，所以首先要考慮在 引入?DOH。
2. 引入?DOH的方法：① 與H2O加成;② 轉化成鹵代烴，由鹵代烴水解。
在 中，由于碳碳雙鍵不對稱，與H2O加成得到的是 (叔醇)，叔醇中?DOH不能氧化成?DCOOH，所以應采用方法②。
若將 先脫水成 再氧化的話，會使 和?DOH同時氧化，所以必須先氧化后脫水。多官能團化合物中，在制備過程中要考慮到官能團之間互相影響，互相制約。本題中，在制備?DCOOH時，先將 以 形式保護、掩蔽起來，待末端碳鏈上?DOH氧化成?DCOOH后，再用脫水方法將 演變過來。
答案：
例4. 在醛、酮中，其它碳原子按與羰基相連的順序，依次叫 …碳原子，如：… 。在稀堿或稀酸的作用下，2分子含有
巴豆酸(CH3?DCH=CH?DCOOH)主要用于有機合成中制合成樹脂或作增塑劑 高中生物。現應用乙醇和其它無機原料合成巴豆酸。請寫出各步反應的化學方程式。(西安市模擬題)
解析：用反推法思考：
本題合成涉及官能團的引入、消除、衍變及碳骨架增長等知識，綜合性強，需要熟練掌握好各類有機物性質、相互衍變關系以及官能團的引進和消去等知識。
答案：
例5. 為擴大現有資源的使用效率，在一些油品中加入降凝劑J，以降低其凝固點，擴大燃料油品的使用范圍。J是一種高分子聚合物，它的合成路線可以設計如下，其中A的氧化產物不發生銀鏡反應：
試寫出：
(l)反應類型;a 、b 、p
(2)結構簡式;F 、H
(3)化學方程式：D→E
E+K→J
解析：根據產物J的結構特點，說明J是兩個烯烴間通過加聚反應得到的高分子化合物。采用逆推的方法得到K、H、G、F中含有碳碳雙鍵，所以F為1，4加成產物。
即：E為：CH2=C(CH3)-COOC16H33，D為：CH2=C(CH3)-COOH;K為： ，H為：HOOC-CH=CH-COOH，G為：HO-CH2CH=CHCH2OH，F為：Cl-CH2CH=CHCH2-Cl,則A為：CH3CH(OH)CH3。
答案：(l)加成、消去、取代(水解)
(2)F：Cl-CH2CH=CHCH2-Cl、H：HOOC-CH=CH-COOH
(3)D→E：CH2=C(CH3)-COOH+C16H33OH→CH2=C(CH3)-COOC16H33+H2O
E+K→J：CH2=C(CH3)-COOC16H33+ (GIC?D?D葡萄糖基)
下列有關花青苷說法不正確的是：
A. 花青苷可作為一種酸堿指示劑
B. I和II中均含有二個苯環
C. I和II中除了葡萄糖基外，所有碳原子可能共平面
D. I和II均能與FeCl3溶液發生顯色反應
3、從甜橙的芳香油中可分離得到如下結構的化合物：
現在試劑：①KMnO4酸性溶液;②H2/Ni;③Ag(NH3)2OH;④新制Cu(OH)2，能與該化合物中所有官能團都發生反應的試劑有：
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
4、咖啡鞣酸具有較廣泛的抗菌作用，其結構簡式如下所示：
關于咖啡鞣酸的下列敘述不正確的是：
A. 分子式為C16H18O9
B. 與苯環直接相連的原子都在同一平面上
C. 1 mol咖啡鞣酸水解時可消耗8 mol NaOH
D. 與濃溴水既能發生取代反應又能發生加成反應
5、氧氟沙星是常用抗菌藥，其結構簡式如圖所示，下列對氧氟沙星敘述錯誤的是：
A. 能發生加成、取代反應 B. 能發生還原、酯化反應
C. 分子內共有19個氫原子 D. 分子內共平面的碳原子多于6個
6、化合物C和E都是醫用功能高分子材料，且有相同的元素質量分數，均可由化合物A(C4H8O3)制得，如下圖所示。B和D互為同分異構體。
試寫出：(1)化學方程式：
A→D 。
B→C 。
(2)反應類型： A→B ;
B→C ;A→E 。
(3)E的結構簡式 ;
A的同分異構體(同類別且有支鏈)的結構簡式： 。
7、已知有機物分子的烯鍵可發生臭氧分解反應，例如：
R?DCH=CH?DCH2OH R?DCH=O+O=CH?DCH2OH
有機物A的分子式是C20H26O6，它可在一定條件下發生縮聚反應合成一種感光性高分子B，B在微電子工業上用作光刻膠。
A的部分性質如圖所示：
試根據上述信息結合所學知識，回答：
(1)化合物(A)、(C)、(E)中具有酯的結構的是 。
(2)寫出化合物的結構簡式：C： D： E： B：
(3)寫出反應類型：
反應Ⅱ 反應Ⅲ
(4)寫出反應Ⅱ的化學方程式(有機物要寫結構簡式)。
8、克矽平是一種治療矽肺病的藥物，其合成路線如下(反應均在一定條件下進行)：
(1)化合物I的某些化學性質類似于苯。例如，化合物I可以一定條件下與氫氣發生加成反應生成 ，其反應方程式為__________________________(不要求標出反應條件)
(2)化合物I生成化合物Ⅱ是原子利用率100%的反應，所需另一種反應物的分子式為____。
(3)下列關于化合物II和化合物III的化學性質，說法正確的是_____________(填字母)
A. 化合物II可以與CH3COOH發生酯化反應
B. 化合物II不可以與金屬鈉生成氫氣
C. 化合物III可以使溴的四氯化碳溶液褪色
D. 化合物III不可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色
(4)化合物III生成化合物IV的反應方程式為_______________________________(不要求標出反應條件)
(5)用氧化劑氧化化合物IV生成克矽平和水，則該氧化劑為_______________。
9、已知苯甲醛在一定條件下可以通過Perkin反應生成肉桂酸(產率45%～50%)，另一個產物A也呈酸性，反應方程式如下：
C6H5CHO+(CH3CO)2O C6H5CH=CHCOOH+A
苯甲醛 肉桂酸
(1)Perkin反應合成肉桂酸的反應式中，反應物的物質的量之比為1:1，產物A的名稱是__________________________。
(2)一定條件下，肉桂酸與乙醇反應生成香料肉桂酸乙酯，其反應方程式為_______________________________________(不要求標出反應條件)。
(3)取代苯甲醛也能發生Perkin反應，相應產物的產率如下：
取代苯甲醛
產率(%)
15
23
33
0
取代苯甲醛
產率(%)
71
63
52
82
可見，取代基對Perkin反應的影響有(寫出3條即可)：
①__________________________________________________________
②___________________________________________________________
③___________________________________________________________
(4)溴苯(C6H5Br)與丙烯酸乙酯(CH2=CHCOOC2H5)在氯化鈀催化下可直接合成肉桂酸乙酯，該反應屬于Beck反應，是芳香環上的一種取代反應，其反應方程式為_______________________________________________(不要求標出反應條件)。
(5)Beck反應中，為了促進反應的進行，通常可加入一種顯__________(填字母)的物質。
A. 弱酸性 B. 弱堿性 C. 中性 D. 強酸性
10、以石油裂解氣為原料，通過一系列化學反應可得到重要的化工產品增塑劑G。
請完成下列各題：
(1)寫出反應類型：反應① 反應④ 。
(2)寫出反應條件：反應③ 反應⑥ 。
(3)反應②③的目的是： 。
(4)寫出反應⑤的化學方程式： 。
(5)B被氧化成C的過程中會有中間產物生成，該中間產物可能是__________________(寫出一種物質的結構簡式)，檢驗該物質存在的試劑是 。
(6)寫出G的結構簡式 。
11、下圖中A、B、C、D、E、F、G均為有機化合物。
根據上圖回答問題：
(1)D的化學名稱是_____________。
(2)反應③的化學方程式是_______________________________(有機物須用結構簡式表示)
(3)B的分子式是____________。A的結構簡式是_______________________。反應①的反應類型是_____________。
(4)符合下列3個條件的B的同分異構體的數目有_______個。
①含有鄰二取代苯環結構;②與B有相同官能團;③不與FeCl3溶液發生顯色反應。
寫出其中任意一個同分異構體的結構簡式___________________________________。
(5)G是重要的工業原料，用化學方程式表示G的一種重要的工業用途。___________。
12、乙基香草醛(
提示：①RCH2OH RCHO;
②與苯環直接相連的碳原子上有氫時，此碳原子才可被酸性KMnO4溶液氧化為羧基。
(a)由A→C的反應屬于_______________(填反應類型)。
(b)寫出A的結構簡式________________________。
(3)乙基香草醛的另一種同分異構體D( )合成D(其他原料自選，用反應流程圖表示，并注明必要的反應條件)。
例如：
【試題答案
1、B 2、B 3、A 4、C 5、C
6、
(2)A→B消去反應，B→C加聚反應，A→E縮聚反應
(3)
7、(1)A
(2)
(3)反應Ⅱ：取代反應 反應Ⅲ：加成反應。
(4)反應Ⅱ的化學方程式為：
8、(1) +3H2 <0" style='width:42pt;height:35.25pt' > 。
(2)CH2O(答HCHO也得分)。
(3)AC。
(4)<1" height:36pt' > <2" style='width:27.75pt;height:6.75pt' > <3" style='width:60pt;height:37.5pt' > 。
(5)H2O2(或雙氧水、過氧化氫)。
9、(1)乙酸。
(2)C6H5CH=CHCOOH+C2H5OH C6H5CH=CHCOOC2H5+H2O。
(3)(以下任何3條即可)
①苯環上有氯原子取代對反應有利;
②苯環上有甲基對反應不利;
③氯原子離醛基越遠，對反應越不利(或氯原子取代時，鄰位最有利，對位最不利);
④甲基離醛基越遠，對反應越有利(或甲基取代時，鄰位最不利，對位最有利);
⑤苯環上氯原子越多，對反應越有利;
⑥苯環上甲基越多，對反應越不利。
(4)C6H5Br+CH2=CHCOOC2H5<5" style='width:27.75pt;height:6.75pt' > C6H5CH=CHCOOC2H5+HBr。
(5)B。
10、(1)加成反應; 取代反應。
(2)NaOH/醇溶液(或KOH醇溶液);NaOH/水溶液。
(3)防止雙鍵被氧化(合理即給分)。
(4)CH2=CHCH2Br+HBr<6" style='width:27.75pt;height:6.75pt' > CH2Br?DCH2?DCH2Br。
(5)<7" style='width:84.75pt;height:25.5pt'> 或<8" style='width:67.5pt;height:26.25pt'> 或<9" style='width:74.25pt;height:26.25pt'> (合理即給分);
新制Cu(OH)2懸濁液。
(6)
11、(1)乙醇。
(2)CH3COOH+HOC2H5 CH3COOC2H5+H2O。
(3)C9H10O3。 。水解反應。
(4)3; ， ，nCH2=CH2 12、(1)醛基、(酚)羥基、醚鍵。 (2)(a)取代反應。(b) (3)
(責任編輯：彭海芝)
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