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考点1 有机物之间的转化关系
例1 请认真阅读下列3个反应:
① [H2SO4⋅SO3(发烟硫酸)△] —SO3H
② —NO2[Fe,HCl,H2O] —NH2[ 苯胺(弱碱性,易氧化)]
③ —CH3[NaClO] —CH=CH—
1,2-二苯乙烯
利用这些反应,按以下步骤可以从某烃A合成一种染料中间体DSD酸。
[A][B][C][D][试剂和条
件已略去][H2SO4·SO3][HNO3
H2SO4][— —] [H2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NH2][(DSD酸)]
请写出A、B、C、D的结构简式。
解析 由A→B是引入—NO2,由B→C是引入—SO3H,对照DSD酸的结构特点和信息③知,A是 —CH3,也可以推知引入的—NO2在—CH3的对位上,引入的—SO3H在—CH3的邻位上。A、B、C的结构简式分别为 —CH3、O2N— —CH3、[O2N— —CH3] [SO3H]。本题的关键是确定D的分子式,C→D是先用信息②还是信息③的问题: 如果先用信息②后用信息③,则D为[H2N— —CH3] [SO3H];如果先用信息③后用信息②,则D为[— —] [O2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NO2]。对照信息②知道,生成的 —NH2易被氧化 ,而反应③的反应条件是使用了具有强氧化性的NaClO,会氧化—NH2,因此将—NO2还原成—NH2的反应放在最后进行,故(D)为[— —] [O2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NO2]。
点拨 有机合成中很多特定原子团都是通过特定的反应条件引入的,熟练掌握这些是解这类题的关键。另外,在进行多线路选择时,可以先列举出所有可能线路,再利用题干和已有的知识进行比较,去掉那些不合理的线路。
考点2 有机物的合成
例2 请用合成反应流程图表示出下列转化的最合理的合成方案(注明反应条件)。
[—C=CH2][CH3] [—C=CH2][COOH]
提示:合成反应流程图表示方法示例如下:
A[反应物反应条件]B[反应物反应条件]C…→H
解析 本题原始反应物和最终产物之间的唯一不同是—CH3变成了—COOH,高中阶段见过能把—CH3变成—COOH 的化学反应只有酸性KMnO4把甲苯中的—CH3氧化成—COOH,但是该氧化反应是发生在整个侧链而不是侧链的一个局部,因此上述转化肯定不是直接氧化甲基来实现的。实现该转化要经如下途径:—CH2OH→—CHO→—COOH。另外,上述转化还涉及以下三个问题:①从烃类到醇类(特别是多元醇)的转化问题;②伯醇、仲醇、叔醇的催化氧化问题;③双键的引入问题。
答案
[—C=CH2][CH3] [—C—CH2Br] [Br2][CH3][Br] [NaOH/H2O] [—C—CH2OH] [CH3][OH] [O2][催化剂] [—C—COOH] [CH3][OH] [△][H2SO4(浓)] [—C—COOH] [CH2] [△]
点拨 有机合成常用到两条主线:第一条是,烃→卤代烃→醇(或者烯烃)(主要体现卤代烃的桥梁作用);第二条线是,醇→醛→酸(主要是引入—OH、
—CHO、—COOH);另外,引入多羟基的主要路线是醇(卤代烃)(消去反应)→烯烃(加卤素单质)→多元醇(水解)。
考点3 有机物的推断
例3 分子式为C6H12O2有机物可进行如下反应:
C6H12O2[NaOH][AHClBCO2CuD]
已知B、D均不能发生银镜反应,C6H12O2的结构简式有哪几种?
解析 C6H12O2显然是饱和一元羧酸A和饱和一元醇C形成的酯类,对应的酯有20种,试图写出所有的同分异构体再进行判断会很麻烦。本题的最佳着手点是A和D的结构:首先,由于A不能发生银镜反应,所以它肯定不是甲酸至少是乙酸,它的一个分子中碳原子个数n(C)≥2(同时推知一个D分子中的碳原子个数n(C)≤4);其次,D是醇的氧化产物且不能发生银镜反应它肯定属于酮类,一个D分子所含的碳原子个数n(C)≥3(同时推知A分子中n(C)≤3)。综上所述,一个A分子中的碳原子2≤n(C)≤3,一个D分子中的碳原子3≤n(C)≤4。假设一个D分子有3个碳原子,它只能是丙酮(CH3COCH3)对应的C是CH3CH(OH)CH3,A就是丙酸(CH3CH2COOH);假设一个D分子有4个碳原子,它只能是丁酮(CH3CH2COCH3)对应的C是CH3CH2CH(OH)CH3,A就是乙酸(CH3COOH)。
答案 2种: CH3COOCH(CH3)CH2CH3,
CH3CH2COOCH(CH3)2
点拨 对于具有相同碳原子数目的酯、醇、醛、酮、羧酸,它们的同分异构体的数目是逐渐减少的,在进行相关结构判断时,最好选择同分异构体数目较少的物质类别进行分析、排除或者列举。
[【专题练习】]
1. 在有机物分子中,不能引入羟基的反应是( )
A. 氧化反应 B. 水解反应
C. 消去反应 D. 加成反应
2. 在“绿色化学”的四项工艺中,其中有一项就是反应中的原子全部转化为要制得的产物,即原子利用率为100%。下列反应类型能体现这一理念的是( )
①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥消去反应 ⑦加聚反应 ⑧缩聚反应
A. ①②⑤ B. ②⑤⑦
C. 只有⑦⑧ D. 只有⑦
3. 由1-丙醇制取[O][—][—][CH3C—C—OCH2CH2CH3][O][—][—],最简便的流程需要下列反应的顺序应是( )
a. 氧化 b. 还原 c. 取代 d. 加成
e. 消去 f. 中和 g. 缩聚 h. 酯化
A. b、d、f、g、h B. e、d、c、a、h
C. a、e、d、c、h D. b、a、e、c、f
4. 要使HO— —COOC2H5转化为
HO— —COONa,有哪些途径,试用简单流程图表示。
5. 分子式为C4H8的某烃A,氢化后的产物是2-甲基丙烷,A与某烷发生烷基化反应生成分子式为C8H18的物质B,B的一卤代物只有4种,且碳链不对称。B的结构简式: 。
6. 有机化合物A—H的转换关系如下所示:
[A][E][F][G][H][H2][催化剂][Br2/CCl4][NaOH水溶液][O][—][—][O][—][—][HOCCH2CH2COH][H+、△][①][③][④][②][△][(C9H14O4)]
请回答下列问题:
(1)链烃A有支链且只有一个官能团,其相对分子质量在65~75,1 mol A完全燃烧消耗7 mol氧气,则A的结构简式是 ,名称是 ;
(2)C是A的一种同分异构体,它的一氯代物只有一种(不考虑立体异构),则C的结构简式为 。
7. 已知:同一个碳原子上连有两个羟基时不稳定,会自动失水,即[OH][—][—][—C—OH][—C—] [O][—][—][-H2O]。A1、A2、A3、A4是化合物A的四种同分异构体,它们的相对分子质量不超过l80,分子中只含碳、氢、氧三种元素,其中氧的质量分数为31.58%。实验表明:A1、A2、A3、A4均是只有一个侧链的芳香族化合物,它们均含有醇羟基,并可以进行如下反应,产物中E、F、G、K均为芳香族化合物。
[A1][A2][A3][A4][F][I][G][J][K][+H2O] [NaOH溶液] [H][E] [NaOH溶液] [NaOH溶液] [NaOH溶液][酸化] [酸化] [酸化][+][+][(G、J均可发生银镜反应)][(六元环状化合物)][M] [△][浓H2SO4]
(1)A的相对分子质量为 ,分子式为 ;
(2)A1、A3的结构简式:A1 ,A3 ;
(3)写出由H生成M的化学反应方程式 ,反应类型为 ;
(4)现有如下试剂:稀盐酸、稀硫酸、NaHCO3溶液和FeCl3溶液。从中选择合适试剂,简述鉴别E和F溶液的实验操作方法、现象及结论。 。
8. 已知烯烃中碳碳双键在某些强氧化剂作用下易发生断裂,因而在有机合成中有时需要对其加以保护,保护的过程可简单表示如下:
Ⅰ. [C=C][+ Br2][—C—C—] [Br][Br]
Ⅱ. [C=C] [+ Zn][—C—C—][Br][Br] [乙醇][+ ZnBr2]
又知卤代烃在碱性条件下易发生水解,例如:CH3CH2Cl+H2O[NaOH△]CH3CH2OH+HCl,但烯烃中的碳碳双键在酸性条件下才能与水发生加成反应。现用石油产品丙烯及必要的无机试剂合成丙烯酸,设计的合成流程如下:
[A][B][C][D][E] [CH3CH=CH2][Cl2(300℃)][①][②][③] [丙烯酸]
请写出①②③三步反应的化学方程式。
9. 阿司匹林具有解热镇痛效果,其结构简式为[—O—C—CH3] [—COOH][—][—][O]。
(1)阿司匹林分子中存在羧基和酯基等官能团。人们在检验有效成分为有机物的药物时,常通过分析有机物的官能团来检验和判断药物的药性和药效。
①可用 来检验羧基的存在,能观察到的现象是 。
②酯基无法直接检验。为检验阿司匹林中的酯基,可以使其在酸性条件下水解,通过检验水解产物中的酚羟基来证明该酯基的存在。阿司匹林在酸性条件下水解的化学方程式为 。检验水解产物时可以滴入 ,若观察到 现象,证明存在酚羟基。
(2)阿司匹林分子发生水解后,所得产物能电离出H+的官能团总数是原来的 倍,因此增大了对胃肠道的刺激。可以用[—CH2—C—][CH3] [n] [COOH]和乙二醇制备缓释阿司匹林[—CH2—C—][CH3] [n] [COOCH2CH2OOC— ][OOCCH3] ,该反应的化学方程式为 。
(3)阿司匹林有多种同分异构体,其中不与金属钠反应,且苯环上的一氯代物只有两种的同分异构体的结构简式为 。
(4)复方阿司匹林主要含有阿司匹林、非那西汀和咖啡因三种成分。已知:
a. —Cl+CH3OH+NaOH→ —OCH3+NaCl+H2O
b. —NO2+3Fe+6HCl→ —NH2+3FeCl2+2H2O
[c. 2CH3—C—O—C—CH3][—][—][O][—][—][O][H2N—CH2][H2N—CH2] [+][→][CH3—C—NH—CH2] [CH3—C—NH—CH2][—][—][O][—][—][O][2CH3COOH][+]
利用如下反应可合成非那西汀(部分反应条件未注明)
A(Cl— —NO2)[CH3CH2OHNaOH①]B[Fe+HCl②]C
[醋酸酐]D(非那西汀)
写出反应①②所属的反应类型:① ;② 。D的结构简式是 。
例1 请认真阅读下列3个反应:
① [H2SO4⋅SO3(发烟硫酸)△] —SO3H
② —NO2[Fe,HCl,H2O] —NH2[ 苯胺(弱碱性,易氧化)]
③ —CH3[NaClO] —CH=CH—
1,2-二苯乙烯
利用这些反应,按以下步骤可以从某烃A合成一种染料中间体DSD酸。
[A][B][C][D][试剂和条
件已略去][H2SO4·SO3][HNO3
H2SO4][— —] [H2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NH2][(DSD酸)]
请写出A、B、C、D的结构简式。
解析 由A→B是引入—NO2,由B→C是引入—SO3H,对照DSD酸的结构特点和信息③知,A是 —CH3,也可以推知引入的—NO2在—CH3的对位上,引入的—SO3H在—CH3的邻位上。A、B、C的结构简式分别为 —CH3、O2N— —CH3、[O2N— —CH3] [SO3H]。本题的关键是确定D的分子式,C→D是先用信息②还是信息③的问题: 如果先用信息②后用信息③,则D为[H2N— —CH3] [SO3H];如果先用信息③后用信息②,则D为[— —] [O2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NO2]。对照信息②知道,生成的 —NH2易被氧化 ,而反应③的反应条件是使用了具有强氧化性的NaClO,会氧化—NH2,因此将—NO2还原成—NH2的反应放在最后进行,故(D)为[— —] [O2N— —CH=CH] [SO3H][HO3S][NO2]。
点拨 有机合成中很多特定原子团都是通过特定的反应条件引入的,熟练掌握这些是解这类题的关键。另外,在进行多线路选择时,可以先列举出所有可能线路,再利用题干和已有的知识进行比较,去掉那些不合理的线路。
考点2 有机物的合成
例2 请用合成反应流程图表示出下列转化的最合理的合成方案(注明反应条件)。
[—C=CH2][CH3] [—C=CH2][COOH]
提示:合成反应流程图表示方法示例如下:
A[反应物反应条件]B[反应物反应条件]C…→H
解析 本题原始反应物和最终产物之间的唯一不同是—CH3变成了—COOH,高中阶段见过能把—CH3变成—COOH 的化学反应只有酸性KMnO4把甲苯中的—CH3氧化成—COOH,但是该氧化反应是发生在整个侧链而不是侧链的一个局部,因此上述转化肯定不是直接氧化甲基来实现的。实现该转化要经如下途径:—CH2OH→—CHO→—COOH。另外,上述转化还涉及以下三个问题:①从烃类到醇类(特别是多元醇)的转化问题;②伯醇、仲醇、叔醇的催化氧化问题;③双键的引入问题。
答案
[—C=CH2][CH3] [—C—CH2Br] [Br2][CH3][Br] [NaOH/H2O] [—C—CH2OH] [CH3][OH] [O2][催化剂] [—C—COOH] [CH3][OH] [△][H2SO4(浓)] [—C—COOH] [CH2] [△]
点拨 有机合成常用到两条主线:第一条是,烃→卤代烃→醇(或者烯烃)(主要体现卤代烃的桥梁作用);第二条线是,醇→醛→酸(主要是引入—OH、
—CHO、—COOH);另外,引入多羟基的主要路线是醇(卤代烃)(消去反应)→烯烃(加卤素单质)→多元醇(水解)。
考点3 有机物的推断
例3 分子式为C6H12O2有机物可进行如下反应:
C6H12O2[NaOH][AHClBCO2CuD]
已知B、D均不能发生银镜反应,C6H12O2的结构简式有哪几种?
解析 C6H12O2显然是饱和一元羧酸A和饱和一元醇C形成的酯类,对应的酯有20种,试图写出所有的同分异构体再进行判断会很麻烦。本题的最佳着手点是A和D的结构:首先,由于A不能发生银镜反应,所以它肯定不是甲酸至少是乙酸,它的一个分子中碳原子个数n(C)≥2(同时推知一个D分子中的碳原子个数n(C)≤4);其次,D是醇的氧化产物且不能发生银镜反应它肯定属于酮类,一个D分子所含的碳原子个数n(C)≥3(同时推知A分子中n(C)≤3)。综上所述,一个A分子中的碳原子2≤n(C)≤3,一个D分子中的碳原子3≤n(C)≤4。假设一个D分子有3个碳原子,它只能是丙酮(CH3COCH3)对应的C是CH3CH(OH)CH3,A就是丙酸(CH3CH2COOH);假设一个D分子有4个碳原子,它只能是丁酮(CH3CH2COCH3)对应的C是CH3CH2CH(OH)CH3,A就是乙酸(CH3COOH)。
答案 2种: CH3COOCH(CH3)CH2CH3,
CH3CH2COOCH(CH3)2
点拨 对于具有相同碳原子数目的酯、醇、醛、酮、羧酸,它们的同分异构体的数目是逐渐减少的,在进行相关结构判断时,最好选择同分异构体数目较少的物质类别进行分析、排除或者列举。
1. 在有机物分子中,不能引入羟基的反应是( )
A. 氧化反应 B. 水解反应
C. 消去反应 D. 加成反应
2. 在“绿色化学”的四项工艺中,其中有一项就是反应中的原子全部转化为要制得的产物,即原子利用率为100%。下列反应类型能体现这一理念的是( )
①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥消去反应 ⑦加聚反应 ⑧缩聚反应
A. ①②⑤ B. ②⑤⑦
C. 只有⑦⑧ D. 只有⑦
3. 由1-丙醇制取[O][—][—][CH3C—C—OCH2CH2CH3][O][—][—],最简便的流程需要下列反应的顺序应是( )
a. 氧化 b. 还原 c. 取代 d. 加成
e. 消去 f. 中和 g. 缩聚 h. 酯化
A. b、d、f、g、h B. e、d、c、a、h
C. a、e、d、c、h D. b、a、e、c、f
4. 要使HO— —COOC2H5转化为
HO— —COONa,有哪些途径,试用简单流程图表示。
5. 分子式为C4H8的某烃A,氢化后的产物是2-甲基丙烷,A与某烷发生烷基化反应生成分子式为C8H18的物质B,B的一卤代物只有4种,且碳链不对称。B的结构简式: 。
6. 有机化合物A—H的转换关系如下所示:
[A][E][F][G][H][H2][催化剂][Br2/CCl4][NaOH水溶液][O][—][—][O][—][—][HOCCH2CH2COH][H+、△][①][③][④][②][△][(C9H14O4)]
请回答下列问题:
(1)链烃A有支链且只有一个官能团,其相对分子质量在65~75,1 mol A完全燃烧消耗7 mol氧气,则A的结构简式是 ,名称是 ;
(2)C是A的一种同分异构体,它的一氯代物只有一种(不考虑立体异构),则C的结构简式为 。
7. 已知:同一个碳原子上连有两个羟基时不稳定,会自动失水,即[OH][—][—][—C—OH][—C—] [O][—][—][-H2O]。A1、A2、A3、A4是化合物A的四种同分异构体,它们的相对分子质量不超过l80,分子中只含碳、氢、氧三种元素,其中氧的质量分数为31.58%。实验表明:A1、A2、A3、A4均是只有一个侧链的芳香族化合物,它们均含有醇羟基,并可以进行如下反应,产物中E、F、G、K均为芳香族化合物。
[A1][A2][A3][A4][F][I][G][J][K][+H2O] [NaOH溶液] [H][E] [NaOH溶液] [NaOH溶液] [NaOH溶液][酸化] [酸化] [酸化][+][+][(G、J均可发生银镜反应)][(六元环状化合物)][M] [△][浓H2SO4]
(1)A的相对分子质量为 ,分子式为 ;
(2)A1、A3的结构简式:A1 ,A3 ;
(3)写出由H生成M的化学反应方程式 ,反应类型为 ;
(4)现有如下试剂:稀盐酸、稀硫酸、NaHCO3溶液和FeCl3溶液。从中选择合适试剂,简述鉴别E和F溶液的实验操作方法、现象及结论。 。
8. 已知烯烃中碳碳双键在某些强氧化剂作用下易发生断裂,因而在有机合成中有时需要对其加以保护,保护的过程可简单表示如下:
Ⅰ. [C=C][+ Br2][—C—C—] [Br][Br]
Ⅱ. [C=C] [+ Zn][—C—C—][Br][Br] [乙醇][+ ZnBr2]
又知卤代烃在碱性条件下易发生水解,例如:CH3CH2Cl+H2O[NaOH△]CH3CH2OH+HCl,但烯烃中的碳碳双键在酸性条件下才能与水发生加成反应。现用石油产品丙烯及必要的无机试剂合成丙烯酸,设计的合成流程如下:
[A][B][C][D][E] [CH3CH=CH2][Cl2(300℃)][①][②][③] [丙烯酸]
请写出①②③三步反应的化学方程式。
9. 阿司匹林具有解热镇痛效果,其结构简式为[—O—C—CH3] [—COOH][—][—][O]。
(1)阿司匹林分子中存在羧基和酯基等官能团。人们在检验有效成分为有机物的药物时,常通过分析有机物的官能团来检验和判断药物的药性和药效。
①可用 来检验羧基的存在,能观察到的现象是 。
②酯基无法直接检验。为检验阿司匹林中的酯基,可以使其在酸性条件下水解,通过检验水解产物中的酚羟基来证明该酯基的存在。阿司匹林在酸性条件下水解的化学方程式为 。检验水解产物时可以滴入 ,若观察到 现象,证明存在酚羟基。
(2)阿司匹林分子发生水解后,所得产物能电离出H+的官能团总数是原来的 倍,因此增大了对胃肠道的刺激。可以用[—CH2—C—][CH3] [n] [COOH]和乙二醇制备缓释阿司匹林[—CH2—C—][CH3] [n] [COOCH2CH2OOC— ][OOCCH3] ,该反应的化学方程式为 。
(3)阿司匹林有多种同分异构体,其中不与金属钠反应,且苯环上的一氯代物只有两种的同分异构体的结构简式为 。
(4)复方阿司匹林主要含有阿司匹林、非那西汀和咖啡因三种成分。已知:
a. —Cl+CH3OH+NaOH→ —OCH3+NaCl+H2O
b. —NO2+3Fe+6HCl→ —NH2+3FeCl2+2H2O
[c. 2CH3—C—O—C—CH3][—][—][O][—][—][O][H2N—CH2][H2N—CH2] [+][→][CH3—C—NH—CH2] [CH3—C—NH—CH2][—][—][O][—][—][O][2CH3COOH][+]
利用如下反应可合成非那西汀(部分反应条件未注明)
A(Cl— —NO2)[CH3CH2OHNaOH①]B[Fe+HCl②]C
[醋酸酐]D(非那西汀)
写出反应①②所属的反应类型:① ;② 。D的结构简式是 。