资源简介

微项目　探秘神奇的医用胶——有机化学反应的创造性应用
【学习目标】
1.通过对医用胶结构与性能关系的探究,深入领会“结构决定性质,性质反映结构”的学科思想,建立有机化合物宏观性能与微观分子结构之间的联系;体验有机化学反应在实践中创造性应用。
2.通过对医用胶改性的研讨,形成应用有机化合物性质分析解释实际现象、利用有机化学反应解决材料改性问题的思路,进一步巩固利用有机化学反应实现官能团转化的方法。
【合作探究】
项目活动1　从性能需求探究医用胶的分子结构及黏合原理
1.从物质结构和性质的角度解读医用胶性能需求的含义
医用胶性 能需求 相应有机化合物的性质特征 相应有机化合物的结构特征
常温、常压下可快速固化,实现黏合 ①能发生　　　　反应 ②对聚合反应具有活化作用 ③能够与蛋白质大分子形成氢键 ①含有能发生　　　　反应的官能团,如碳碳双键 ②对聚合反应具有活化作用的官能团,如邻近碳碳双键的氰基、　　　　等 ③能够与蛋白质大分子形成氢键的官能团,如邻近碳碳双键的氰基、　　　　等
具有良好的黏合强度及持久性
2.504医用胶[α-氰基丙烯酸正丁酯]的分析
官能团名称 碳碳双键 酯基 氰基
黏合过程中发生的反应及条件 常温、常压下发生聚合(加聚)反应
504医用胶几乎无毒的原因 无机氰化物如KCN剧毒,原因是　 , 504医用胶含有氰基却几乎无毒理由是　
　　【答案】1.聚合　聚合　酯基　酯基　2.其能电离出能溶于水的CN-　α-氰基丙烯酸为非电解质,不能电离出CN-
【归纳总结】
α-氰基丙烯酸酯类医用胶的结构与性能的关系
【迁移应用】
1.α-氰基丙烯酸异丁酯可用作医用胶,其结构简式为。下列关于α-氰基丙烯酸异丁酯的说法错误的是(　　)。
A.其分子式为 C8H11NO2
B.分子中的碳原子有3种杂化方式
C.分子中可能共平面的碳原子最多为6个
D.其任意一种含苯环的同分异构体中至少有4种不同化学环境的氢原子
　　【答案】C
【解析】A项,由结构简式可知,其分子式为C8H11NO2,正确;B项,该分子中含 —C≡N (氰基)、碳碳双键以及—CH3,它们采用的杂化类型分别是sp杂化、sp2杂化和sp3杂化共3种杂化方式,正确;C项, 碳碳双键、碳氧双键中碳原子共平面、—C≡N(氰基)共直线,O原子采用sp3杂化,为V形结构,链状的碳碳单键中最多有两个C原子共平面,则该分子中可能共平面的C原子可表示为,错误;D项,该分子中的不饱和度为4,含苯环的同分异构体中,等效氢原子种类最少的应具有对称结构,其对称度较高的同分异构体之一的结构简式如,该分子的等效氢为4种,正确。
2.外科手术常用一种化学合成材料——医用胶代替传统的手术缝合线,这种医用胶具有黏合伤口快、免敷料包扎、抑菌性能强、伤口愈合后无明显疤痕等优点。某种医用胶的结构简式为。该有机化合物具有下列性质:
(1)能使溴的四氯化碳溶液褪色,与溴发生　　　　反应,化学方程式为　 　。
(2)将该医用胶涂在手术伤口表面,在数秒钟内会发生固化并起黏结作用,形成一种性能优良的高分子材料。其固化时发生反应的化学方程式为　 。
　　【答案】(1)加成　+Br2
(2)
项目活动2　通过结构转化改进医用胶的安全性能
1.医用胶使用过程中存在的问题
(1)单体聚合放热对人体组织和细胞存在潜在危害;
(2)聚合后的薄膜柔韧性不够而导致黏结性能降低或使用部位受限;
(3)体内应用时有可能产生甲醛而引起炎症或局部组织坏死等。
2.α-氰基丙烯酸酯医用胶的改良
α-氰基丙烯酸正丁酯
结构装饰后的医用胶分子
结构比较 正丁基转化为—CH2CH2—O—CH3 正丁基和酯基之间插入　　 氰基丙烯酸部分增加　　　个数
性能变化 引入醚键、酯基,有利于加快其降解速率; 氰基丙烯酸部分的结构中有两个或多个碳碳双键,则可发生交联聚合,形成体型高聚物,有助于增强医用胶的耐水、耐热、抗冷热交替等性能
说明:羧酸酯在催化剂存在时可与醇发生酯交换反应,从而生成新的酯。
R1COOR2+R3OH　　　　　　　　　　　　　(R1、R2、R3为烃基)。
　　【答案】2.酯基　碳碳双键　R1COOR3+R2OH
【归纳总结】
α-氰基丙烯酸酯医用胶改良的原则
1.安全性原则:从两个方面衡量,一是黏合过程中单体的聚合热、产生的聚合物等是否对人体有害;二是聚合物在人体内的代谢过程中,聚合物代谢时间、生成的小分子等是否对人体有害。
2.性能改良原则:通过对医用胶分子中的官能团和碳骨架的改变,使医用胶分子的黏合性、安全性和降解性等性能得到改良。
3.结构改造原则:应从反应物、反应类型、反应试剂及反应条件等多角度全面考虑。
【迁移应用】
1.甲、乙两种有机化合物均可作为医用胶使用,下列有关这两种有机化合物的叙述错误的是(　　)。
甲　　　　　　　　乙
A.甲、乙所含官能团完全相同
B.甲含三种官能团,乙含四种官能团
C.甲、乙结构中的碳碳双键决定了它们可以发生加聚反应
D.甲、乙两种物质均能与蛋白质大分子形成氢键
　　【答案】A
【解析】甲、乙均含碳碳双键、氰基、酯基,但乙还含醚键,A项错误,B项正确;碳碳双键决定其可以发生加聚反应,C项正确;甲、乙均含氰基,均能与蛋白质大分子形成氢键,D项正确。
2.α-氰基丙烯酸酯在碱性条件下能快速聚合为,从而具有胶黏性。某种氰基丙烯酸酯(G)的合成路线如图所示:
已知:①A的相对分子质量为58,氧元素的质量分数为0.276,核磁共振氢谱显示为单峰。
②。
回答下列问题:
(1)A的化学名称为　　　　。
(2)B的结构简式为　 ,
其核磁共振氢谱显示为　　　　组峰,峰面积之比为　　　　。
(3)由C生成D的反应类型为　　　　　　。
(4)由D生成E的化学方程式为　 。
(5)在G的同分异构体中,与G具有相同官能团且能发生银镜反应的共有　　　　种(不含立体异构)。
(6)F与H2反应后生成C4H9NO2,此物质一定条件下发生聚合反应的化学方程式为　 。
　　【答案】(1)丙酮
(2)　2　1∶6(或6∶1)
(3)取代反应
(4) +NaOH+NaCl
(5)8
(6)nCH3CH(CH2NH2)COOH+(n-1)H2O
【解析】A的相对分子质量为58,氧元素的质量分数为0.276,则A分子中氧原子数目为=1,C、H原子总相对原子质量为58-16=42,则分子中最大碳原子数目为=3……6,故A的分子式为C3H6O,其核磁共振氢谱显示为单峰,且发生已知信息②中的加成反应生成B,故A为,B为;B发生消去反应生成C为;C与氯气光照反应生成D,D发生水解反应生成E,结合E的分子式可知,C与氯气发生取代反应生成D,则D为;E发生氧化反应生成F,F与甲醇发生酯化反应生成G,则E为,F为,G为。(1)由上述分析可知,A为,为丙酮。 (2)B的结构简式为,其核磁共振氢谱显示为2组峰,峰面积之比为1∶6(或6∶1)。(3)由C生成D的反应类型为取代反应。(4)由D生成E的化学方程式为 +NaOH+NaCl。(5)G()的同分异构体中,与G具有相同官能团且能发生银镜反应,则含有甲酸形成的酯基:HCOOCH2CHCH2、HCOOCHCHCH3、HCOOC(CH3)CH2,当为HCOOCH2CHCH2时,—CN的取代位置有3种,当为HCOOCHCHCH3时,—CN的取代位置有3种,当为HCOOC(CH3)CH2时,—CN的取代位置有2种,共有8种。(6)F为,F与H2反应后生成C4H9NO2,结构简式为CH3CH(CH2NH2)COOH,发生聚合反应的方程式为nCH3CH(CH2NH2)COOH+(n-1)H2O。
【随堂检测】
1.α-氰基丙烯酸酯是一类瞬时胶黏剂的单体,其根据连接醇的种类的不同,即酯化基团不同长度的直联,物化性能也不完全相同。下列说法正确的是(　　)。
A.504指的是α-氰基丙烯酸丁酯
B.丁醇有四种醇类同分异构体,所以α-氰基丙烯酸与丁醇形成的酯有4种
C.α-氰基丙烯酸辛酯的分子式为C11H20O2N
D.508指的是α-氰基丙烯酸正辛酯,其能够与比较干燥的人体组织强烈结合
　　【答案】B
【解析】504指的是α-氰基丙烯酸正丁酯,A项错误;丁醇的醇类同分异构体有、、、,故α-氰基丙烯酸与丁醇形成的酯有4种,B项正确;α-氰基丙烯酸辛酯的分子式为C12H19O2N,C项错误;医用胶与潮湿的人体组织接触黏合效果好,D项错误。
2.某药物的结构简式为,1 mol该物质与足量的NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量为(　　)。
A.3 mol B.4 mol
C.3n mol D.4n mol
　　【答案】D
【解析】1 mol该高聚物分子中含有3n mol酯基,水解后,生成3n mol羧基、n mol酚羟基和2n mol醇羟基,因此,共消耗4n mol NaOH。
3.X是一种性能优异的高分子材料,其结构简式为,已被广泛应用于声、热、光的传感等方面。它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种单体通过下列可能的反应形成的。由X的结构简式分析,合成X的过程中发生反应的类型有(　　)。
①加成反应　②取代反应　③缩聚反应　④加聚反应　⑤酯化反应
A.①④⑤ B.①④
C.①②④ D.①②③
　　【答案】B
【解析】由X的结构简式可判断出它是加聚反应的产物,两种单体分别为NCCHCHCN和CH2CHOOCCH3,前者是HC≡CH和(CN)2的加成产物,后者是HC≡CH和CH3COOH的加成产物,因此B项正确。
4.黏合剂代替传统缝合是外科手术的一次革命。50X大家族是氰基丙烯酸盐黏合剂的简称,50X大家族也是市场上常见的万能胶,这个家族的成员因分子结构中酯化基团的不同,有着不同的名字。下列有关说法错误的是(　　)。
A.常见的俗名有501、502、504、508的黏合剂,分别指的是α-氰基丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸乙酯、α-氰基丙烯酸正丁酯、α-氰基丙烯酸正辛酯
B.α-氰基丙烯酸酯既能发生水解反应,也能发生加成反应
C.α-氰基丙烯酸酯类物质仅有碳碳双键能发生加成反应
D.α-氰基丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸乙酯的聚合速度较快,但对人体组织的刺激性和毒性较大,只能被用作普通的瞬干胶
　　【答案】C
【解析】α-氰基丙烯酸酯类物质中碳碳双键和氰基能发生加成反应,酯基能发生水解反应,B项正确,C项错误。α-氰基丙烯酸甲酯和α-氰基丙烯酸乙酯只能用作日用品,而不能用于医疗,D项正确。
5.黏合剂M的合成路线如图所示:
回答下列问题:
(1)写出A和B的结构简式:A　　　　　　　　,B　　　　　　　　。
(2)写出反应类型:反应⑥　　　　　　　　,反应⑦　　　　　　　　。
(3)写出反应条件:反应②　　　　　　　　,反应⑤　　　　　　　　。
(4)反应③和⑤的目的是　　　　　　　　。
(5)C的具有相同官能团的同分异构体共有　　　　种(不包含C)。
(6)写出D在碱性条件下水解的化学方程式:　 。
　　【答案】(1)CH3CHCH2　CH2CHCH2Cl(或CH2CHCH2Br)
(2)酯化反应(或取代反应)　加聚反应
(3)NaOH/H2O,加热　NaOH/C2H5OH,加热
(4)保护碳碳双键
(5)4
(6)+NaOHCH2CHCOONa+NH3↑
【解析】解答此类题关键是要推导出各物质的结构简式。
推断1:A为CH2CHCH3,据反应②可推出B为CH2CHCH2Cl。目的是在CH2CHCH3的—CH3上引入—OH。
推断2:从反应⑦、M的结构简式及前面的信息,可推出相应的单体:D含有N元素,为;C为CH2CHCOOCH3,进而推出生成C的反应物C3H4O2为CH2CHCOOH。
推断3:从CH2CHCH2OH→……→CH2CHCOOH,其中的—OH被酸性KMnO4溶液氧化即可,但其中的也会被酸性KMnO4溶液氧化,所以要先把保护起来,氧化后,再恢复。通常的方法是用HCl(或HBr)加成,氧化后,再消去HCl生成。
(5)C是CH2CHCOOCH3,其含有相同官能团的同分异构体有CH3COOCHCH2、HCOOCHCHCH3、HCOOCH2CHCH2、HCOOC(CH3)CH2,除C外共4种。
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