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专题4 有机化学基础
第三单元 有机合成路线设计
第2讲 常见官能团性质及有机反应类型(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：常见的官能团有哪些？它们分别能发生哪些反应？
[例题1] (2020·全国卷Ⅰ)紫花前胡醇()可从中药材当归和白芷中提取得到，能提高人体免疫力。有关该化合物，下列叙述错误的是(　　)
A．分子式为C14H14O4
B．不能使酸性重铬酸钾溶液变色
C．能够发生水解反应
D．能够发生消去反应生成双键
[归纳总结]
官能团(其他基团) 常见的特征反应及其性质
烷烃基 主要是在光照条件下发生取代反应
碳碳双键碳碳叁键 ①与溴水或溴的四氯化碳溶液发生加成反应而褪色，②被酸性KMnO4溶液氧化而褪色
苯的同系物 ①可发生取代反应，②可发生加成反应，③被酸性KMnO4溶液氧化而褪色
醇羟基 ①与金属Na反应产生H2，②与羧酸发生酯化反应
酚羟基 ①可与金属Na反应，②与溴水反应，与FeCl3溶液作用，③与NaOH、Na2CO3溶液反应
醛基 ①具有还原性，加热与新制Cu(OH)2悬浊液生成砖红色沉淀，与银氨溶液发生银镜反应，②可与H2等发生加成反应
羧基 ①紫色石蕊试剂变红，②与NaOH、Na2CO3、NaHCO3溶液反应，③新制Cu(OH)2悬浊液溶解，溶液呈蓝色，④与醇羟基发生酯化反应
酯基、酰胺基 在稀酸或稀碱溶液中发生水解反应
(1)有些官能团的性质会出现交叉，如碳碳双键和醛基都能被酸性KMnO4溶液氧化，也能与H2发生加成反应等。
(2)同一官能团连有的基团不同时，也有不同的化学性质，如—OH(羟基)直接连在苯环上和连在链烃上的化学性质不同；能与NaOH溶液反应而则不能。
问题2：常见的有机反应类型有哪些？
[例题2]　结构为的有机物可以通过不同的反应得到下列四种物质：
生成这四种有机物的反应类型依次为(　　)
A．取代、消去、酯化、加成
B．取代、消去、加聚、取代
C．酯化、取代、缩聚、取代
D．酯化、消去、氧化、取代
[归纳总结]
1．有机化学反应类型判断的基本思路
2．常见有机反应类型与有机物类别的关系
基本类型 有机物类别
取代反应 卤代反应 饱和烃、苯和苯的同系物、卤代烃等
酯化反应 醇、羧酸、糖类等
水解反应 卤代烃、酯、低聚糖、多糖、蛋白质等
硝化反应 苯和苯的同系物等
磺化反应 苯和苯的同系物等
加成反应 烯烃、炔烃、苯和苯的同系物、醛等
消去反应 卤代烃、醇等
氧化反应 燃烧 绝大多数有机物
酸性KMnO4溶液 烯烃、炔烃、苯的同系物等
直接(或催化)氧化 酚、醇、醛、葡萄糖等
还原反应 醛、酮、葡萄糖等
聚合反应 加聚反应 烯烃、炔烃等
缩聚反应 苯酚与甲醛、多元醇与多元羧酸等
与浓硝酸的颜色反应 (含苯环的)蛋白质
与FeCl3溶液的显色反应 酚类物质
3．依据反应条件判断有机反应类型
(1)当反应条件是稀硫酸并加热时，通常为酯类或糖类的水解反应。
(2)当反应条件为Cu或Ag作催化剂、加热并有O2参加反应时，通常为醇的催化氧化。
(3)当反应条件为催化剂并有H2参加反应时，通常为碳碳双键、苯环的加成反应。
(4)当反应条件为光照且与卤素单质(Cl2或溴蒸气)反应时，通常为烷烃或苯环侧链烷烃基上的氢原子发生的取代反应。
(5)当反应条件为铁或FeX3作催化剂且与X2反应时，通常为苯环上的氢原子被取代，发生取代反应。
(6)当反应条件是NaOH的乙醇溶液、加热时，通常为卤代烃的消去反应。
[练习1] 冬青油的结构为，它在一定条件下可能发生的反应有(　　)
①加成反应　②水解反应　③消去反应　④取代反应 ⑤与Na2CO3反应生成CO2　⑥加聚反应
A．①②⑥　　　　　　　 B．①②③④
C．③④⑤⑥ D．①②④
(练习1推荐理由：通过具体物质结构的分析，探讨多种官能团情境下的反应类型，体现“结构决定性质”这一思维。)
活动二：重难点突破
如何合成有特定官能团的有机物？
典例简析
[典型题例]人在剧烈运动时，会感觉肌肉酸痛，因为此时氧气供应紧张，葡萄糖在无氧代谢的情况之下产生了乳酸，放出能量以供运动使用。乳酸的积累会造成肌肉酸痛，而这是一个完全自然发生的过程。乳酸(Lactic Aacid)又称2 羟基丙酸，分子式为C3H6O3，是天然有机酸，是酸牛奶的主要成分之一，亦存在于人体和动物的血液及肌肉组织中。乳酸纯品为无色液体，工业品为无色或浅黄色糖浆状液体，微酸味，具有吸湿性；熔点18 ℃，沸点122 ℃，能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚；在常压下加热分解。
人体中的乳酸代谢过程如下：
[问题探究]
(1)乳酸(Lactic Acid) 又称2 羟基丙酸；分子式为C3H6O3，你能写出乳酸的结构简式吗？
(2)乳酸分子中含有的官能团是什么？它能否发生消去反应？若能，请写出消去产物。
(3)两分子乳酸在一定条件下发生酯化反应生成六元环状化合物，写出该反应的化学方程式。若两分子乳酸在一定条件下脱去1分子的水，其结构简式是什么？
(4)乳酸既能与钠又能与氢氧化钠溶液反应，等量的乳酸分别与足量的钠、氢氧化钠反应消耗二者的物质的量之比是多少？
(5)写出与乳酸具有相同官能团的有机物的结构简式。符合下列条件的乳酸的同分异构体有几种？①能与金属钠反应放出氢气；②能发生水解反应。
(6)设计由丙烯(CH3CH===CH2)为原料制备乳酸的合成路线。(无机试剂任选)
[简析](1)提示：
(2)提示：乳酸分子中含有的官能团是羟基(—OH)和羧基(—COOH)；乳酸在浓硫酸的作用下加热，发生消去反应，产物是CH2===CHCOOH。
(3)提示：
(4)提示：2∶1。
(5)
(6)
[练习2] (2020·江苏高考改编)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的说法正确的是(　　)
A．X分子中不含手性碳原子
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不能发生消去反应
D．X、Z分别在过量NaOH溶液中加热，均能生成丙三醇
[例题3]化合物甲、乙、丙是合成消炎药洛索洛芬的中间体。
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下列说法不正确的是(　　)
A．甲分子中所有碳原子一定处于同一平面
B．丙分子中含有2个手性碳原子
C．一定条件下，甲、乙、丙均能与H2发生加成反应
D．1 mol乙与足量NaOH溶液充分反应，最多消耗NaOH的物质的量为2 mol
(例题3出处2019·南京市、盐城市调研。)
[练习3]药物吗替麦考酚酯有强大的抑制淋巴细胞增殖的作用，可通过如下反应制得：
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下列叙述不正确的是(　　)
A．物质X、Y和Z中均不含手性碳原子
B．物质Y可发生氧化、取代、消去反应
C．1 mol化合物Z可以与3 mol NaOH反应
D．可用FeCl3溶液或酸性KMnO4溶液检验Z中是否含有X
活动三：巩固提升
1．下列化合物中，既能发生取代反应又能发生加成反应的有(　　)
.
2．(2021·济宁模拟)化合物Y是一种常用药物，可由X制得。下列有关化合物X、Y的说法正确的是(　　)
A．化合物X、Y均易被氧化
B．1 mol Y最多可与2 mol NaOH发生反应
C．由X转化为Y发生取代反应
D．X与足量H2发生反应后，生成的分子中含有5个手性碳原子
3．某有机物的结构简式为根据其结构推测它不可能发生的反应为(　　)
A．酯化反应 B．氧化反应
C．加聚反应 D．取代反应
4．(2021·郴州模拟)我国自主研发的对二甲苯绿色合成项目取得新进展，其合成过程如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．异戊二烯所有碳原子可能共平面
B．可用溴水鉴别M和对二甲苯
C．对二甲苯的一氯代物有2种
D．M的某种同分异构体含有苯环且能与钠反应放出氢气
5．(2021·泰安模拟)Y是一种天然除草剂，其结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．Y可以和Na2CO3溶液发生反应
B．Y分子中所有碳原子一定在同一平面内
C．1 mol Y最多能与6 mol NaOH反应
D．Y与足量的H2发生加成反应的产物含9个手性碳原子
6．(2021·海淀模拟)化合物Y能用于高性能光学树脂的合成，可由化合物X与2 甲基丙烯酰氯在一定条件下反应制得，下列有关化合物X、Y的说法正确的是(　　)
A．X分子中所有原子一定共平面
B．Y分子存在顺反异构
C．可以用酸性KMnO4溶液鉴别X和Y
D．X→Y的反应为取代反应
7．有机物A能使紫色石蕊溶液变红，在浓硫酸的作用下可发生如下转化：
甲、乙的分子式均为C4H6O2，甲能使溴的四氯化碳溶液褪色，乙为五元环状化合物。则甲不能发生的反应类型有(　　)
A．消去反应 B．酯化反应
C．加聚反应 D．氧化反应
8．迷迭香酸是从蜂花属植物中提取得到的酸性物质，其结构简式如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．迷迭香酸与溴单质只能发生取代反应
B．1 mol迷迭香酸最多能与9 mol氢气发生加成反应
C．迷迭香酸可以发生水解反应、取代反应和酯化反应
D．1 mol迷迭香酸最多能与5 mol NaOH发生反应
[参考答案]
1．D
解析：A项，只含—COOH，不能发生加成反应；B项，均为单键，不能发生加成反应；C项，均为单键，不能发生加成反应；D项，含苯环可发生加成反应，苯环上的氢原子可发生取代反应。
2．A
解析：X、Y都含有酚羟基，易被氧化，且X含有醛基，可与弱氧化剂发生反应，故A正确；Y中只有酚羟基与氢氧化钠溶液反应，则1 mol Y最多可与1 mol NaOH发生反应，故B错误；X中的醛基发生加成反应生成Y中的羟基，为加成反应，也为还原反应，故C错误；X中的苯环、醛基以及碳碳双键可与氢气发生加成反应，加成产物中环上有取代基的碳原子为手性碳原子，共6个，故D错误。
3．C
解析：A项，含有羧基、羟基，可发生酯化反应，正确；B项，含有羟基，可发生氧化反应，正确；C项，不含碳碳不饱和键，不能发生加聚反应，错误；D项，含有羧基、羟基，可发生酯化反应，酯化反应也是取代反应，正确。
4．D
解析：与碳碳双键之间相连的原子可能共平面，则异戊二烯所有碳原子可能共平面，故A正确；M含有醛基和碳碳双键，可与溴水发生反应，而对二甲苯与溴水不反应，可鉴别，故B正确；对二甲苯只含有2种H，则对二甲苯的一氯代物有2种，故C正确；M含有碳碳双键、环和醛基，不饱和度为3，则对应的同分异构体不可能含有苯环，故D错误。
5．A
解析：含有酚羟基，可与碳酸钠反应生成碳酸氢钠，故A正确；含有饱和碳原子，则所有的碳原子不一定在同一个平面上，故B错误；能与氢氧化钠反应的为酚羟基、酯基，则1 mol Y最多能与4 mol NaOH反应，故C错误；Y与足量的H2发生加成反应，则加成产物的手性碳原子如图所示，其中左侧六元环连接羟基的碳原子具有对称结构，不是手性碳原子，共8个，故D错误。
6．D
解析：苯分子中所有原子共平面，共价单键可以旋转，所以O—H键可以旋转，导致—OH中的H原子与苯环不一定共平面，故A错误；Y的碳碳双键中其中一个碳连接2个H，不具有顺反异构，故B错误；X中含有酚羟基、Y中含有碳碳双键，所以X、Y能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，不能鉴别，故C错误；X中—OH上的H原子被取代，为取代反应，故D正确。
7．A
解析：有机物的分子式为C4H8O3，能使紫色石蕊溶液变红，说明含有羧基，能在浓硫酸作用下反应生成甲、乙，且甲、乙的分子式都为C4H6O2，说明发生了脱水反应，故含有羟基，甲能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明发生加成反应，含有碳碳双键，甲中含有的官能团为羧基和碳碳双键，可以发生酯化反应、加聚反应、氧化反应，但不能发生消去反应。
8．C
解析：迷迭香酸分子中含碳碳双键，可与溴单质发生加成反应，A错误；苯环、碳碳双键均能与氢气发生加成反应，则1 mol迷迭香酸最多能与7 mol氢气发生加成反应，B错误；迷迭香酸分子中含酯基，可发生水解反应，含—OH、—COOH可发生取代反应、酯化反应，C正确；酚羟基、酯基、羧基均与NaOH反应，则1 mol迷迭香酸最多能与6 mol NaOH发生反应，D错误。
二、教学建议
1．复习课不是把学过的知识简单罗列、机械重复，而是把学过的知识进行归纳、分析、对比，达到在原有基础上进一步提高的目的。
3．为了更有效地进行高中化学复习，教师要将课堂教学中心由“老师的复习”向“学生的学”和“对学生的评”转移，切实转变教与学的方式。
4．在对官能团和有机反应类型复习时，要重视官能团的结构及其转化，在转化中体现结构的变化。
三、情境素材
有机玻璃合成的实验
1．实验目的
(1)掌握有机玻璃合成的原理及方法。
(2)学习由热敏引发剂引发的聚合反应的机理。
(3)初步了解增塑剂的作用。
2．实验原理
α-甲基丙烯酸甲酯在一定条件下引发聚合，生成无色透明的固态聚合物，产品对可见光的透过率达90%~92%，外观很像玻璃，固有有机玻璃之称。
该反应属于自由基引发的聚合反应。所用的引发剂为某种可以分解产生自由基的化合物，有光敏引发剂(受光照分解产生自由基)和热敏引发剂(受热分解产生自由基)之分，本实验所用的过氧化二苯甲酰属于后者，它受热均裂产生两个苯甲酰基自由基，进而转化为两个苯基自由基并放出二氧化碳。并由此引发重键的聚合。
反应中还加入了适量的邻-苯二甲酸二丁酯作为增塑剂，增塑剂的作用在于改善聚合物的机械性能以利于成品的加工和使用。一般认为高聚物的大分子链由于相互强烈吸引而紧密地凝聚在一起，宏观上表现为钢性，难于加工。若聚合前加入增塑剂，则增塑剂的极性部分受大分子链中的极性部分吸引而使之留在聚合物中。其非极性部分则支撑于大分子链间，使大分子链间的距离增大，吸引力削弱，增强了大分子链的可移动性，从而使聚合物表现出一定的弹性和柔韧性，也较易于加工。
反应为：
制备有机玻璃一般采用本体聚合。所谓本体聚合是指在不加溶剂或稀释剂的情况下直接由单体进行的聚合反应。其主要优点是产品纯度高，有较好的光学和电学性能，且可直接聚合成所需的形状。聚合的关键性技术问题是散热问题。反应初期，体系粘度不大，散热尚不困难。随着反应的进行，聚合度增加，黏度加大，反应热不易散发，反应就会自动加速，极易造成局部过热而产生气泡，变色甚至暴聚。所以工业上常采用分级升温聚合的方法来解决散热问题。在微型的实验条件下，反应生成热不多，散热问题并不难解决。
3．仪器与试剂
试剂：过氧化二苯甲酰、α-甲基丙烯酸甲酯、邻-苯二甲酸二丁酯。
仪器：小试管、移液管、注射器(或取液器)、Eppendorf管、水浴。
4．实验步骤
(1) 在一只洁净干燥的小试管中称取过氧化二苯甲酰10mg，用移液管移入α-甲基丙烯酸甲酯0.3mL；
(2)用注射器或取液器注入邻-苯二甲酸二丁酯36 L，充分振荡试管使过氧化二苯甲酰完全溶解。小心地将所得溶液注入一支小号的Eppendorf管中，盖好盖子。
(3)将Eppendorf管放入80℃恒温水浴中恒温反应50~60min。
(4)取出Eppendorf管，放冷(也可丢入冷水浴中冷却)，用剪刀剪去管的尖底，用一根坚硬的金属丝插入剪口将制成品推出，得一锥状的有机玻璃锭。
5．注意事项
(1) Eppendorf管是一种塑料制作的尖底带盖的样品管，形状像普通的离心管，有多种规格。在Eppendorf管中制得的有机玻璃光洁透明，无气泡。
(2)如无恒温水浴，也可用普通的烧杯水浴，维持大体同样的温度和时间。
O O
C6H5—C—O—O—C—C6H5
60～80℃
O
2C6H5—C—O
2C6H5＋2CO2
CH3
＝C
COOCH3
nH2C
引发剂
[
CH3
―C
COOCH3
CH2
]
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