资源简介

专题4 有机化学基础
第二单元 烃的衍生物
第3讲 醛、酮、羧酸与酯等的结构、性质及应用
一、课程标准要求
1．认识醛的组成、结构特点。以乙醛为例，认识醛的化学性质。
2．认识有机物的氧化还原反应
3．认识羧酸、酯的典型代表物的组成、结构特点和性质。
4．理解酯化反应的机理。了解用酯化反应制取的重要高分子材料。
二、在高中化学教材体系中的地位
从课程模块层面看醛在有机中处于比较核心的地位。醛作为氧化还原的中间环节，醛可以氧化成酸，同时酸又可以被还原成醇，在有机推断题中，最明显的线索要数醇醛酸的氧还还原一条链了，在考试中会经常有所涉及；
通过醛的性质把重要的醇、羧酸、酯联系在一起，熟悉并掌握各种官能团之间的转换条件和应用，为有机合成做好理论准备。
三、思维导图
四、课时安排建议
第1课时
第1课时 醛、酮、羧酸与酯等的结构、性质及应用
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：醛、酮有哪些化学性质？完成下列化学方程式(以乙醛为例)
①银镜反应： ；
②与新制Cu(OH)2反应： 。
③乙醛、丙酮的还原反应(催化加氢) 、
[例题1]化合物A()可由环戊烷经三步反应合成，则下列说法错误的是(　　)
A．反应1可用试剂是氯气
B．反应3可用的试剂是氧气和铜
C．反应1为取代反应，反应2为消去反应
D．A可通过加成反应合成Y
[解析]　在催化剂加热条件下发生氧化反应生成，所以反应1的试剂和条件为Cl2/光照，反应2的化学方程式为，反应3可用的试剂为O2/Cu。由上述分析可知，反应1可用的试剂是氯气，故A正确；反应3是将羟基氧化成羰基，所以可用的试剂是氧气和铜，故B正确；反应1为取代反应，反应2为卤代烃水解，属于取代反应，故C错误；A为，Y为，则羰基与氢气发生加成反应可实现转化，故D正确。
[答案]　C
[归纳总结]
醛和酮中的碳氧双键可以由醇的去氢氧化而生成
问题2：羧酸、酯有哪些化学性质？完成下列化学方程式：
(1)羧酸的化学性质
①弱酸性
CH3COOH??
②酯化反应(取代反应)
乙酸与乙醇在浓硫酸作用下：
③酯的水解反应(取代反应)
乙酸乙酯的水解：
[练习1]
1．下列叙述正确的是 (　　)
A．醛和酮是不同类的同分异构体，二者的化学性质相似
B．能发生银镜反应的物质是醛，1 mol醛与银氨溶液反应只能还原出2 mol Ag
C．醛类化合物既能发生氧化反应又能发生还原反应
D．丙醛、丙酮、丙酸均能与氢气在催化剂作用下发生加成反应
2．香茅醛()可作为合成青蒿素的中间体，下列关于香茅醛的叙述正确的是(　　)
A．分子式为C10H20O
B．不能发生银镜反应
C．可使酸性KMnO4溶液褪色
D．分子中有7种不同化学环境的氢原子
3．下列与有机物结构、性质相关的叙述错误的是 (　　)
A．乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应生成CO2
B．乙醇分子中含有氢氧根，一定条件下能与盐酸发生中和反应
C．苯和硝酸反应生成硝基苯，乙酸和乙醇反应生成乙酸乙酯，二者反应类型相同
D．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键
4．实验室用乙酸和乙醇在浓硫酸作用下制取乙酸乙酯的装置如图。下列说法不正确的是(　　)
A．向甲试管中先加乙醇，再加浓H2SO4，待冷却后再加入乙酸
B．乙试管中导管不伸入液面下，是为了防止倒吸
C．加入过量乙酸，可使乙醇完全转化为乙酸乙酯
D．实验完毕，可将乙酸乙酯从混合物中通过分液分离出来
5．用一种试剂就能鉴别乙醇、乙酸、乙醛、甲酸四种物质。该试剂可以是 (　　)
A．银氨溶液 B．溴水
C．碳酸钠溶液 D．新制氢氧化铜悬浊液
(练习1出处：《有机化学基础》P86练习与实践和高三调研试题。推荐理由：通过练习能过理解掌握官能团的结构与性质。)
[参考答案]
1．C
解析：醛和酮含有的官能团分别是醛基和羰基，化学性质不同也不相似，故A错误；1 mol甲醛能还原出4 mol Ag，故B错误；醛类既能发生氧化反应，又能发生还原反应，故C正确；丙酸中含有羧基，—COOH不能与氢气发生加成反应，故D错误。
2．C
3．B
解析：羟基与氢氧根不同，B项错误。
4．C
解析：向甲试管中先加乙醇，再加浓硫酸，待溶液冷却后再加入乙酸，A正确；乙试管中导管不伸入液面下，可以防止倒吸现象的发生，B正确；加入过量乙酸，可提高乙醇的转化率，但由于该反应是可逆反应，因此不能使乙醇完全转化为乙酸乙酯，C错误；乙酸乙酯是不溶于水的液体物质，因此实验完毕，可将乙酸乙酯从混合物中通过分液分离出来，D正确。
5．D
解析：乙醛和甲酸中都含有醛基，银氨溶液不能鉴别二者，A项错误；溴水不能鉴别乙醇和乙酸，且溴水与乙醛、甲酸都发生反应，不能鉴别，B项错误；碳酸钠溶液不能鉴别乙醇、乙醛，且与乙酸、甲酸都反应生成气体，不能鉴别，C项错误；乙醇与新制氢氧化铜悬浊液不反应，无明显现象，乙酸与新制氢氧化铜悬浊液反应，沉淀溶解，乙醛与新制氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应生成砖红色沉淀，甲酸与新制氢氧化铜悬浊液反应，沉淀溶解，在加热条件下反应生成砖红色沉淀，可鉴别，D项正确。
活动二：重难点突破
问题3： 有机物中哪些官能团能与酸性高锰酸钾溶液反应而使之褪色？
典例简析
[典型题例] 醛易被酸性KMnO4溶液或溴水等氧化为羧酸。
(1)向乙醛中滴加酸性KMnO4溶液，可观察到的现象是__________________。
(2)某醛的结构简式为(CH3)2C==CHCH2CHO，其系统命名为________________。
(3)通过实验方法检验上述(2)中有机物的官能团。
①实验操作中，应先检验哪种官能团？________，原因是__________________________________
________________________________________________________________________。
②检验分子中醛基的方法是__________________________________________________________，
化学方程式为_____________________________________________________________。
③检验分子中碳碳双键的方法是______________________________________________。
(典型题例出处：高三调研试题。推荐理由：本题考查醛基和碳碳双键的性质以及它们常见的检验方法，熟练掌握它们的性质以及区别是解答该题的关键，培养了学生灵活应用所学知识的能力)
[简析]：(1)乙醛中的醛基被酸性KMnO4溶液氧化而使酸性KMnO4溶液褪色。(3)由于碳碳双键、醛基都能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色，故应先用足量的新制银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液将醛基氧化，消耗完醛基，再加酸酸化，然后加入溴水或酸性KMnO4溶液检验碳碳双键。
[答案] (1)酸性KMnO4溶液褪色
(2)4-甲基-3-戊烯醛
(3)①醛基　检验碳碳双键要使用溴水或酸性KMnO4溶液，而醛基也能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色　②在洁净的试管中加入新制银氨溶液和少量试样后，水浴加热有银镜生成(或在洁净的试管中加入少量试样和新制氢氧化铜悬浊液，加热煮沸，有砖红色沉淀生成)　(CH3)2C==CHCH2CHO＋2Ag(NH3)2OH2Ag↓＋3NH3＋(CH3)2C==CHCH2COONH4＋H2O[或(CH3)2C==CHCH2CHO＋2Cu(OH)2＋NaOH(CH3)2C==CHCH2COONa＋Cu2O↓＋3H2O] 　③加入过量银氨溶液氧化醛基后，调节溶液至酸性再加入溴水(或酸性KMnO4溶液)，看是否褪色
[小结] 当醛基和碳碳双键同时存在时，先用弱氧化剂氧化醛基后再检验碳碳双键是本题的关键。
[练习2]　
1．奥昔布宁具有解痉和抗胆碱作用，其结构简式如图所示。下列关于奥昔布宁的说法正确的是(　　)
A．分子中的含氧官能团为羟基和羧基
B．分子中碳原子杂化轨道类型有2种
C．奥昔布宁不能使溴的CCl4溶液褪色
D．奥昔布宁能发生消去反应
2．中药透骨草中一种抗氧化性活性成分结构如下。下列说法正确的是 (　　)
A．在一定条件下能发生氧化反应、取代反应和消去反应
B．苯环上的一溴代物共5种
C．1 mol该化合物最多与4 mol NaOH反应
D．该分子中最多有7个碳原子共面
3．关于有机化合物，下列说法错误的是 (　　)
A．分子式为C14H18O2
B．含有2个手性碳原子
C．可与热的新制氢氧化铜悬浊液反应
D．该有机物的同分异构体中无芳香族化合物
4．山奈酚是中药柴胡的药物成分之一。下列有关该化合物叙述错误的是(　　)
A．分子式为C15H10O6
B．能够发生加成反应
C．苯环中含有单双键交替结构
D．可溶于NaOH溶液
5．化合物Z是合成某种抗结核候选药物的重要中间体，可由下列反应制得。
下列有关化合物X、Y和Z的说法不正确的是 (　　)
A．X分子中含手性碳原子
B．Y分子中的碳原子一定处于同一平面
C．Z在浓硫酸催化下加热可发生消去反应
D．X、Z分别在过量NaOH溶液中加热，均能生成丙三醇
6．从中草药中提取的calebinA(结构简式如下)可用于治疗阿尔茨海默症。下列关于calebinA的说法错误的是 (　　)
A．可与FeCl3溶液发生显色反应
B．其酸性水解的产物均可与Na2CO3溶液反应
C．苯环上氢原子发生氯代时，一氯代物有6种
D．1 mol该分子最多与8 mol H2发生加成反应
[参考答案]
1．答案　D
解析：奥昔布宁分子中的含氧官能团为羟基和酯基，不含有羧基，A不正确；奥昔布宁分子中碳原子的杂化轨道类型有sp3杂化(环己基、链烃基)、sp2杂化(苯环、酯基)、sp杂化(碳碳叁键)，共3种类型，B不正确；奥昔布宁分子中含有—C≡C—，能使溴的CCl4溶液褪色，C不正确；奥昔布宁分子中和—OH相连的碳原子与环己基上的邻位碳原子间可通过脱水形成碳碳双键，从而发生消去反应，D正确。
2．答案　B
解析：酚羟基能发生氧化、取代反应，碳碳双键能发生氧化反应，酯基能发生取代反应，该有机物不含能发生消去反应的原子或原子团，A错误；第一个苯环上有3种不同化学环境的氢原子，第二个苯环上有2种不同化学环境的氢原子，共有5种不同化学环境的氢原子，故其苯环上的一溴代物有5种，B正确；酚羟基、酯基能与NaOH溶液反应，该有机物含有2个酚羟基，2个酯基，其中一个酯基为苯酚酯的结构，故1 mol该有机物最多消耗5 mol NaOH，C错误；苯环是共面型，含乙烯结构的碳碳双键也是共面型，故该有机物一定处于同一个平面的碳原子不止7个，D错误。
3．答案　D
解析：A．该有机化合物的分子式为C14H18O2，正确；B．手性碳原子如图所示(用*标出)，，共2个手性碳原子，正确；C．该有机物含有，可与热的新制氢氧化铜悬浊液反应，正确；D．该有机物不饱和度为6，可以组成苯环(不饱和度为4)，错误。
4．C
解析：根据该物质的结构简式可知其分子式为C15H10O6，A正确；含有苯环、碳碳双键和羰基，可以发生加成反应，B正确；苯环中的键是介于单双键之间的特殊的键，不是单双键交替的结构，C错误；含有多个酚羟基，可以和NaOH溶液反应生成溶于水的物质，D正确。
5．B
解析：A项，X分子中2号位碳原子上连接四个不同的原子和原子团，属于手性碳原子，正确；B项，碳氧单键可以发生旋转，因此Y分子中甲基上的碳原子不一定与其他碳原子共平面，错误；C项，Z分子中含有羟基，且与羟基相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子，因此可以在浓硫酸催化下加热发生消去反应，正确；D项，X与氢氧化钠的水溶液发生取代反应，可生成丙三醇，Z分子在NaOH溶液中，其酯基发生水解反应，氯原子发生取代反应，也可生成丙三醇，正确。
6．D
解析：该有机物分子内含有酚羟基，可与氯化铁溶液发生显色反应，A项正确；分子内含有酚羟基和酯基，且酯基在酸性条件下水解生成羧基，产物均可以与碳酸钠反应，B项正确；苯环上共有6种氢原子，故苯环上的一氯代物有6种，C项正确；酮羰基可以与氢气加成，故1 mol该有机物可以与9 mol H2加成，D项错误。
[例题2]有机化合物H是一种治疗心血管疾病药物的中间体。一种合成H的路线：
已知：①CH3CH2CH==CH2CH3CHBrCH==CH2
②CH3CHO＋CH3CHOCH3CH==CHCHO＋H2O
回答下列问题：
(1)C的化学名称为________，D中的官能团名称是______________。
(2)②的反应类型是__________________________________________________________。
(3)F的结构简式为__________________________________________________________。
(4)写出由E和G生成H的化学方程式：___________________________________________。
(5)芳香化合物Q是H的同分异构体，一定条件下，H和Q分别与足量H2加成，得到同一种产物，则Q的可能结构有__________种(环中没有碳碳叁键，也没有连续的碳碳双键，不考虑立体异构)，其中分子内存在碳碳叁键的同分异构体的结构简式为____________。
(6)呋喃丙烯酸()是一种医治血吸虫病的药物——呋喃丙胺的原料。设计以为原料合成呋喃丙烯酸的合成路线(无机试剂任选)。
(例题2出处：高三调研试题。推荐理由：本题考查学生分析流程图充分提取题给信息的能力，并结合所学知识解答该题，培养了学生灵活应用所学知识的能力)
[简析]：A为，与H2发生加成反应生成的B应为，在浓硫酸的催化作用下发生消去反应生成C，C为，由题给已知①知C反应生成的D为，D发生水解反应生成E为；与CH3CHO发生题给已知②的反应生成的F为，被氧化生成G，G和E能发生酯化反应，则G为，H为。(6)乙醇被催化氧化生成乙醛，乙醛和反应生成，然后催化氧化得到，其合成路线见答案。
[答案](1)环戊烯　溴原子、碳碳双键　(2)消去反应　(3)
(4)
(5)4　
(6)
[小结] 该题考查了多种官能团的性质和转化，要求学生能够熟练掌握各官能团的结构与性质，提取流程图中的信息，提高解决实际问题的能力。
活动三：巩固提升
1．萜类化合物广泛存在于动植物体内，关于下列萜类化合物的说法正确的是 (　　)
A．a和b都属于芳香族化合物
B．a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上
C．a、b和c均能使酸性KMnO4溶液褪色
D．b和c均能与新制的Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀
2．化合物X是一种医药中间体，其结构简式如图所示。下列有关化合物X的说法正确的是(　　)
化合物X
A．分子中两个苯环一定处于同一平面
B．不能与饱和Na2CO3 溶液反应
C．在酸性条件下水解，水解产物只有一种
D．1 mol化合物X最多能与2 mol NaOH反应
3．2020年3月24日，中国工程院院士、天津中医药大学校长张伯礼表示，中成药连花清瘟胶囊对于治疗轻型和普通型的新冠肺炎患者有确切的疗效。其有效成分绿原酸的结构简式如图，下列有关绿原酸说法不正确的是 (　　)
A．最多有10个碳原子共面
B．1 mol绿原酸可消耗4 mol NaOH
C．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
D．能发生酯化、加成、氧化反应
4．某药物的合成“片段”如下：
下列说法错误的是 (　　)
A．X、Y、Z的含碳官能团种类不同
B．X生成Y的试剂和条件是“乙醇，浓硫酸，加热”
C．等量X分别与足量钠、碳酸氢钠反应产生H2、CO2的体积在相同条件下之比为1∶2
D．该变化过程中涉及的反应类型有酯化反应和消去反应
5．从植物中分离出的活性化合物zeylastra的结构简式如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．分子中含有6个手性碳原子
B．能与FeCl3溶液、银氨溶液发生反应
C．1 mol zeylastral最多与5 mol H2发生加成反应
D．zeylastral可以跟Br2发生加成反应和取代反应
6．已知：醛分子在稀碱溶液存在下，可发生羟醛缩合反应，生成羟基醛，如：
试写出以乙烯为原料合成正丁醇的各步反应的化学方程式。
7．G是某抗炎症药物的中间体，其合成路线如图：
已知：①； ②(呈碱性，易氧化)。
(1)C的官能团名称是______________。
(2)反应①的反应类型为________；反应②的作用是______________________________。
(3)下列对有机物G的性质推测不正确的是______(填字母)。
A．1 mol G与足量NaHCO3溶液反应放出2 mol CO2
B．能发生取代反应和氧化反应
C．能加聚合成高分子化合物
D．具有两性，既能与酸反应也能与碱反应
(4)写出E→F的化学方程式：__________________________________________________。
(5)同时符合下列条件的D的同分异构体有________种：
①含有苯环且能发生水解反应；②能发生银镜反应；③能与NaHCO3溶液反应放出CO2。
[参考答案]
1．C
解析：A项，a中无苯环，不是芳香族化合物，错误；B项，c中有碳原子形成4个C—C键，构成空间四面体，不可能所有碳原子共平面，错误；C项，a中的、b中苯环上的—CH3及—OH、c中—CHO均能使酸性KMnO4溶液褪色，正确；D项，b中无—CHO，不能和新制Cu(OH)2反应生成Cu2O红色沉淀，错误。
2．C
解析：由于单键可以旋转，两个苯环不一定处于同一平面，A错误；X结构中含有—COOH，能与饱和Na2CO3溶液反应，B错误；X结构中只有酯基能水解，水解产物只有一种，C正确；X结构中的—COOH和酚酯基能与NaOH反应，1 mol X最多能与3 mol NaOH反应(—COOH反应1 mol，酚酯基反应2 mol)，D错误。
3．C
解析：根据绿原酸结构，绿原酸中含有苯环，苯环中所有碳原子共平面，绿原酸中含有碳碳双键，与碳碳双键相连的原子共平面，结构中含有酯基，与酯基相连的六元碳环上有1个碳原子与酯基共平面，故最多有10个碳原子共平面，A正确；绿原酸中含有1个酯基、1个羧基、2个酚羟基，故1 mol绿原酸可以和4 mol NaOH发生反应，B正确；绿原酸结构中含有碳碳双键和酚羟基，可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，C错误；绿原酸中含有羧基，可以发生酯化反应，含有碳碳双键，可以发生加成和氧化反应，D正确。
4．　C
解析：X中含碳官能团是羧基，Y中含碳官能团是酯基，Z中含碳官能团是碳碳双键和酯基，则这三种物质的含碳官能团种类不同，故A正确；X和乙醇发生酯化反应生成Y，需要的试剂和条件是“乙醇，浓硫酸，加热”，故B正确；X中醇羟基和羧基都能与钠反应生成氢气，只有羧基能和碳酸氢钠反应生成二氧化碳，假设1 mol X完全与足量的钠、碳酸氢钠反应，则生成氢气、二氧化碳的物质的量分别是1 mol、1 mol，二者在相同条件下的体积之比为1∶1，故C错误。
5．C　
解析：由图示可知分子中只有图中带*的C原子为手性碳原子，A正确；分子中含有酚羟基，能与FeCl3反应，分子中含有醛基，能与银氨溶液反应，B正确；分子中的苯环、醛基、羰基、碳碳双键都能与H2发生加成反应，故最多能与6 mol H2发生加成反应，C错误；分子中的碳碳双键能与Br2发生加成反应，酚羟基邻位上含有H原子，能与Br2发生取代反应，D正确。
6．(1)CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH
(2)2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O
(3)2CH3CHO
(4)CH3CH==CHCHO＋H2O
(5)CH3CH==CHCHO＋2H2CH3CH2CH2CH2OH
7．(1)酯基　(2)取代反应　保护酚羟基，以防被氧化　(3)AC　(4)＋HNO3＋H2O　(5)17
解析：乙酰氯和乙酸反应生成A，A和B反应生成C，C被酸性高锰酸钾溶液氧化生成D，根据D结构简式知，C为，A为(CH3CO)2O，D发生水解反应然后酸化得到E，E为，E发生反应生成F，F发生还原反应生成G，根据G结构简式结合题给信息知，F为
二、教学建议
1．复习课是设计情景让学生对学过的知识进行整合与提高。
2．通过嫁接的方式让学生对官能团进行归纳、分析、对比和应用，快速完善知识网络体系。
3．课堂上把更多的时间留给学生，让学生自己忆、练、评、悟
三、情境素材
1．甲醛的特殊结构
甲醛的为，其分子中有两个醛基，与足量的银氨溶液反应产生银的定量关系为：HCHO～4Ag。
2．含有碳碳双键和醛基的有机物中官能团检验的顺序
①只要有机物的分子中含有—CHO，就能发生银镜反应，也能被新制Cu(OH)2悬浊液氧化。
②银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液为弱氧化剂，不能氧化碳碳双键，但溴水或酸性KMnO4溶液为强氧化剂，可氧化—CHO，故应先检验—CHO，再检验碳碳双键。
3．几种重要的羧酸
物质及名称 结构 类别 性质特点或用途
甲酸(蚁酸) 饱和一元脂肪酸 酸性，还原性(醛基)
乙二酸(草酸) 二元羧酸 酸性，还原性(＋3价碳)
苯甲酸(安息香酸) 芳香酸 防腐剂
高级脂肪酸 RCOOH(R为碳原子数较多的烃基) 饱和高级脂肪酸常温呈固态； 油酸：C17H33COOH不饱和高级脂肪酸常温呈液态
4．醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性比较
名称 乙醇 苯酚 乙酸
结构简式 CH3CH2OH CH3COOH
羟基氢原子 的活泼性 不能电离 能电离 能电离
酸性 中性 极弱酸性 弱酸性
与Na反应 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2
与NaOH反应 不反应 反应 反应
与Na2CO3反应 不反应 反应 反应
与NaHCO3反应 不反应 不反应 反应
由上表可知，常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOH>H2CO3>>
HCO>H2O>ROH。运用上述实验现象的不同，可判断有机物分子结构中含有的羟基类型。

展开更多......

收起↑