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- 2021-05-13 发布
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第41讲 生命中的基础有机化学物质 合成有机高分子
考纲要求
1.糖类、氨基酸和蛋白质
(1)了解糖类、氨基酸和蛋白质的组成、结构特点、主要化学性质及应用。
(2)了解糖类、氨基酸和蛋白质在生命过程中的作用。
2.合成高分子化合物
(1)了解合成高分子的组成与结构特点,能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。
(2)了解加聚反应和缩聚反应的含义。
(3)了解合成高分子化合物在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面中的贡献。
考点一 糖类、油脂、蛋白质的组成、结构和性质
1.糖类
(1)糖的概念与分类
①概念:多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。
②分类
多糖→1 mol多糖水解后能生成多摩尔单糖,如淀粉、纤维素
水解
二糖→1 mol二糖水解后能生成 2_mol单糖,如蔗糖、麦芽糖
水解
单糖→不能水解的糖,如葡萄糖、果糖
(2)葡萄糖与果糖
①组成和分子结构
名称
分子式
结构简式
官能团
两者关系
葡萄糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)4CHO
—OH、—CHO
同分异构体
果糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)3 COCH2OH
(2)葡萄糖的化学性质
(3)蔗糖与麦芽糖
①相似点
a.组成相同,分子式均为C12H22O11,两者互为同分异构体。
b.都属于二糖,能发生水解反应。
②不同点
a.官能团不同:蔗糖中不含醛基,麦芽糖分子中含有醛基,能发生银镜反应,能还原新制Cu(OH)2。
b.水解产物不同:
C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6;
蔗糖 葡萄糖 果糖
C12H22O11+H2O2C6H12O6
麦芽糖 葡萄糖
(4)淀粉与纤维素
①相似点
a.都属于高分子化合物,属于多糖,分子式都可表示为(C6H10O5)n。
b.都能发生水解反应,反应的化学方程式分别为
(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6
淀粉 葡萄糖
(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6
维生素 葡萄糖
c.都不能发生银镜反应
②不同点
a.通式中n值不同;
b.淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。
2.油脂
(1)概念:油脂属于酯类,是高级脂肪酸和甘油形成的酯。
(2)结构
(3)分类
①按烃基分
②按状态分
(4)物理性质
①油脂一般不溶于水,密度比水小。
②天然油脂都是混合物,没有固定的熔、沸点。
(5)化学性质
①油脂的氢化(油脂的硬化)
经硬化制得的油脂叫人造脂肪,也称硬化油。如油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为:
②水解反应
酸性条件下水解生成高级脂肪酸和甘油,为可逆反应。
写出硬脂酸甘油酯在碱性条件下水解的化学方程式:
3.氨基酸、蛋白质
(1)组成、结构与性质
①氨基酸的组成和结构
②氨基酸的化学性质
a.两性(以CH2NH2COOH为例)
与NaOH溶液反应的化学方程式:
b.成肽反应
两分子氨基酸缩水形成二肽,如
多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合,可形成蛋白质。
(2)蛋白质的组成、结构与性质
①组成与结构
a.蛋白质含有C、H、O、N、S等元素。
b.蛋白质是由氨基酸组成的,通过缩聚反应产生,蛋白质属于天然有机高分子化合物。
②性质
a.水解:在酸、碱或酶的作用下最终水解生成氨基酸。
b.两性:具有氨基酸的性质。
c.盐析:向蛋白质溶液中加入某些浓的无机盐[如(NH4)2SO4、Na2SO4等]溶液后,可以使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出,为可逆过程,可用于分离和提纯蛋白质。
d.变性:加热、紫外线照射、X射线、强酸、强碱、重金属盐、某些有机物(甲醛、酒精、苯甲酸等)会使蛋白质变性,属于不可逆过程。
e.颜色反应:含有苯环的蛋白质遇浓HNO3变黄色,该性质可用于蛋白质的检验。
f.蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味。
【感悟测评】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)葡萄糖可用于补钙药物的合成。( )
(2)将(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液,都出现沉淀,表明两者均可使蛋白质变性。( )
(3)温度越高,酶催化的化学反应越快。( )
(4)利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程。( )
(5)糖类、油脂和蛋白质均可发生水解反应。( )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
糖类的特征反应
(1)葡萄糖的特征反应:①碱性、加热条件下,使新制的氢氧化铜悬浊液产生砖红色沉淀;②碱性、加热条件下,使银氨溶液析出银(银镜反应)。
(2)淀粉的特征反应:淀粉遇碘变蓝色。
考向一 糖类的组成与性质
1.(2019·河南安阳滑县六中期中)下列关于葡萄糖的性质的叙述中不正确的是( )
A.葡萄糖能发生酯化反应
B.葡萄糖与新制Cu(OH)2悬浊液加热时生成红色沉淀
C.葡萄糖充分燃烧的产物为CO2和H2O
D.充分燃烧等质量的葡萄糖和甲醛(HCHO),所需氧气的物质的量不相同
解析:葡萄糖写为(CH2O)6,分子中各元素质量分数与甲醛相同,等质量的两种物质各元素质量相同,充分燃烧时消耗氧气的物质的量相同。
答案:D
2.制备乙酸乙酯的绿色合成路线之一为
下列说法正确的是( )
A.淀粉与纤维素互为同分异构体
B.M的分子式为C12H22O11
C.N的结构简式为C2H4O2
D.④的反应类型属于取代反应
解析:淀粉和纤维素的化学式中聚合度(n值)不同,不属于同分异构体关系,A项错误;淀粉和纤维素完全水解产物为葡萄糖,分子式为C6H12O6,B项错误;由转化关系可知N为乙酸,其结构简式为CH3COOH,C项错误;反应④是酯化反应,属于取代反应,D项正确。
答案:D
考向二 油脂的组成与性质
3.下列关于油脂的叙述中,正确的是( )
A.各种油脂水解后的产物中都有甘油
B.不含其他杂质的天然油脂属于纯净物
C.油脂都不能使溴水褪色
D.油脂的烃基部分饱和程度越大,熔点越低
解析:天然油脂都是混合物,B错;有些油脂含有碳碳双键,可以使溴水褪色,C错;油脂烃基饱和程度越大熔点越高,D错。
答案:A
4.(2019·湖北宜昌三峡高中、宜昌金东方高级中学联考)回答下列问题:
(1)石蜡油是一种矿物油,是从原油________(填分离操作的名称)中得到的无色无味的混合物。
(2)食用油和石蜡油虽然都称作“油”,但从化学组成和分子结构看,它们是完全不同的。食用油的主要成分属于______类(填有机物类别,下同),石蜡油属于______类。
(3)如何用化学方法鉴别食用油和石蜡油(简述所用的试剂、操作步骤、实验现象和结论):_________________________________。
解析:(1)根据沸点的不同,利用分馏的方法得到各种石油的馏分。
(2)食用油属于油脂,油脂属于酯类。
(3)油脂属于酯类能发生水解;烃不能发生水解。
答案:(1)分馏 (2)酯 烃
(3)分别取少量食用油和石蜡油于洁净的试管中,加入NaOH溶液,加热,溶解的是食用油,不溶解且出现分层现象的是石蜡油
考向三 氨基酸、蛋白质的结构及性质
5.(2019·江西上饶玉山一中高三测试)阿斯巴甜(结构简式如图)具有清爽的甜味,甜度约为蔗糖的200倍。下列关于阿斯巴甜的错误说法是( )
A.在一定条件下能发生取代反应、加成反应
B.酸性条件下的水解产物中有两种氨基酸
C.在一定条件下既能与酸反应、又能与碱反应
D.分子式为C14H18N2O3,属于蛋白质
解析:阿斯巴甜中含有—COOH、酯基、肽键,可发生取代反应,含有苯环,可发生加成反应,A正确;酸性条件下肽键发生水解,生成两种氨基酸,B正确;阿斯巴甜中含有氨基,具有碱性,可与酸反应,含有—COOH,具有酸性,可与碱反应,C正确;蛋白质属于高分子化合物,该有机物分子式为C14H18N2O5,相对分子质量较小,不属于蛋白质,D错误。
答案:D
6.(2019·江苏扬州中学月考)下列关于蛋白质的说法正确的是( )
A.蛋白质属于天然高分子化合物,组成元素只有C、H、O、N
B.用甘氨酸()和丙氨酸()缩合最多可形成三种二肽
C.蛋白酶是蛋白质,它不仅可以催化蛋白质的水解反应,还可以催化淀粉的水解反应
D.蛋白质水解产生的甘氨酸(H2N—CH2—COOH)既显酸性,又显碱性,是最简单的氨基酸
解析:蛋白质的组成元素除有C、H、O、N外,还有S等元素,A错;甘氨酸和丙氨酸缩合最多形成四种二肽,B错;酶的催化作用有高度的专一性,蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应,C错。
答案:D
考点二 有机高分子化合物
1.高分子化合物的分类及组成
(1)分类
有机高分子材料按来源分为天然高分子材料 (如淀粉、纤维素、天然橡胶、蛋白质等)和合成高分子材料(如塑料、合成纤维、合成橡胶等)。
(2)高分子化合物的组成
①单体:能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。
②链节:高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。
③聚合度:高分子链中含有链节的数目。如
2.高分子化合物的合成方法
(1)加聚反应:
加成聚合反应简称加聚反应,是指不饱和单体通过加成反应生成高分子化合物的反应。
(2)缩聚反应:缩合聚合反应简称缩聚反应,是指单体之间相互作用生成高分子,同时还生成小分子(如水、氨、卤化氢等)的聚合反应。如己二酸与乙二醇之间的缩合聚合反应:
3.高分子材料
【感悟测评】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶都属于天然高分子化合物。( )
(2)盛放汽油的试剂瓶不能用橡胶塞。( )
(3)天然橡胶是高聚物,不能使溴水褪色。( )
(5)聚乙烯塑料可包装食品,而聚氯乙烯塑料不可用于包装食品。( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
根据高聚物推断单体的方法
(1)首先判断高聚物是加聚产物还是缩聚产物。
①观察高聚物的书写方法,如果有端基原子或原子团则是缩聚产物。
②观察高聚物结构中的成键情况,如果高聚物结构中含有酯基或肽键等则属于缩聚产物;如果高分子链节与单体的化学组成相同则属于加聚产物。
(2)根据加聚反应和缩聚反应的特点写出对应单体的结构简式。
考向一 合成有机高分子化合物的性质和用途
1.(2019·北京怀柔区模拟)下列说法正确的是( )
A.聚丙烯塑料的结构简式为
B.聚氯乙烯塑料单体的电子式为
C.塑料购物袋的生产原料需要消耗大量木材
D.聚乙烯中含碳质量分数与其单体的含碳质量分数相同
解析:聚丙烯加聚是碳碳双键打开一个键进行连接,支链甲基不变,A项错误;氯乙烯的电子式C原子间有2个共用电子对,B项错误;生产塑料袋不耗用木材,而是耗用石油资源,C项错误;聚乙烯的生成是发生了加成反应,单体与聚合物组成相同,D项正确。
答案:D
2.(2019·山西阳泉一中月考)下列原料或制成的产品中,若出现破损不可以进行热修补的是( )
A.聚氯乙烯凉鞋 B.电木插座
C.聚丙烯材料 D.聚乙烯塑料膜
解析:聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯均为线型分子,具有热塑性,可进行加热熔化再加工;电木具有热固性,不能进行热修补。
答案:B
【题后悟道】 线型高分子化合物与体型高分子化合物的比较
(1)线型高分子化合物具有热塑性,可反复加热熔融加工,而热固性塑料(体型高分子)只能一次成型。
(2)线型高分子为长链结构,分子链之间不存在化学键,体型高分子为网状结构,链与链之间存在化学键。
考向二 有机高分子与单体之间相互推断
3.(2019·菏泽月考)2019年南京青奥会吉祥物为“砳砳”。一种“砳砳”的外用材料是纯羊毛线,内充物为涤纶(结构简式为)。下列有关说法不正确的是( )
A.羊毛的主要成分属于蛋白质
B.涤纶属于天然高分子化合物
C.合成涤纶的单体之一是HOCH2CH2OH
D.可用灼烧的方法区别羊毛和涤纶
解析:羊毛的成分属于蛋白质,A正确;涤纶是人工合成的有机高分子物质,是合成材料,B错误;合成涤纶的单体之一是乙二醇,C正确;羊毛的成分是天然的蛋白质,羊毛燃烧会有烧焦羽毛味,而涤纶没有,所以可以用灼烧的方法来区分羊毛和涤纶,D正确。
答案:B
4.(2019·河南南阳一中月考)是制作电木的原料。下列围绕此物质的讨论正确的是( )
A.该有机物没有确定的熔点
B.该有机物通过加聚反应得到
C.该有机物通过苯酚和甲醇反应得到
D.该有机物的单体是—C6H3OHCH2—
解析:聚合物中的n值不同,是混合物,没有确定的熔点,A正确;是苯酚和甲醛通过缩聚制取的,B错误;合成酚醛树脂
的单体是苯酚和甲醛,C、D错误。
答案:A
考点三 有机合成
1.有机合成的任务
2.有机合成的原则
(1)起始原料要廉价、易得、低毒性、低污染。
(2)应尽量选择步骤最少的合成路线。
(3)原子经济性高,具有较高的产率。
(4)有机合成反应要操作简单、条件温和、能耗低、易于实现。
3.有机合成的分析方法
(1)正合成法
即正向思维法:其思维程序是:原料→中间体→产物。
(2)逆合成法
即逆向思维法,其思维程序是:产物→中间体→原料。
(3)正逆结合法
采用综合思维的方法,将正向和逆向推导出的几种合成途径结合起来,从而优选得到最佳合成路线。
4.有机合成中碳骨架的构建
(1)碳链增长的反应
①加聚反应;
②缩聚反应;
③酯化反应;
④利用题目信息所给反应,如卤代烃的取代反应,醛酮的加成反应……
(2)碳链减短的反应
①烷烃的裂化反应;
②酯类、糖类、蛋白质等的水解反应;
③利用题目信息所给反应,如烯烃、炔烃的氧化反应,羧酸及其盐的脱羧反应……
(3)常见由链成环的方法
①二元醇成环
②羟基酸酯化成环
③氨基酸成环
④二元羧酸成环
5.有机合成中官能团的转化
(1)官能团的引入
引入官能团
引入方法
引入卤素原子
①烃、酚的取代;
②不饱和烃与HX、X2的加成
③醇与氢卤酸(HX)取代
引入羟基
①烯烃与水加成;
②醛酮与氢气加成;
③卤代烃在碱性条件下水解;
④酯的水解
引入碳碳双键
①某些醇或卤代烃的消去;
②炔烃不完全加成;
③烷烃裂化
引入碳氧双键
①醇的催化氧化;
②连在同一个碳上的两个羟基脱水;
③含碳碳三键的物质与水加成
引入羧基
①醛基氧化;
②酯、羧酸盐的水解,苯环上烃基的氧化
(2)官能团的消除
①通过加成反应消除不饱和键(双键、三键、苯环)。
②通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基。
③通过加成或氧化反应等消除醛基。
④通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子。
(3)官能团的改变
①通过官能团之间的衍变关系改变官能团。
如烃卤代烃醇醛―→酸酯。
②通过“消去”“加成”等使官能团数目增加。
如a.CH3CH2OH→CH2===CH2→CH2XCH2X→CH2OHCH2OH
b.CH2===CHCH2CH3→CH3CHXCH2CH3→CH3CH===CHCH3→CH3CHXCHXCH3→CH2===CHCH===CH2
③通过“消去”“加成”等改变官能团的位置。
如CH3CHXCHXCH3→CH2===CHCH===CH2→CH2XCH2CH2CH2X。
(4)官能团的保护
有机合成时,往往要在有机物分子中引入多个官能团,但有时在引入某一个官能团时会对其他官能团造成破坏,导致不能实现目标化合物的合成。因此,在制备过程中要把分子中某些官能团用恰当的方法保护起来,在适当的时候再将其转变回来,从而达到有机合成的目的。
①酚羟基的保护:因酚羟基易被氧化,所以在氧化其他基团前先使其与NaOH反应,把—OH变为—ONa保护起来,待氧化后再酸化将其转变为—OH。
②碳碳双键的保护:碳碳双键也容易被氧化,在氧化其他基团前利用其与HCl等的加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
③氨基(—NH2)的保护:如对硝基甲苯制取对氨基苯甲酸的过程中应先把—CH3氧化成—COOH,之后再把—NO2还原为—NH2,防止当KMnO4氧化—CH3时,—NH2(具有还原性)也被氧化。
有机合成题的解题思路
考向 有机合成
(2019·郑州高中毕业年级第二次质量预测)香料G的一种合成工艺如图所示。
核磁共振氢谱显示A有两种峰,其强度之比为1∶1。
请回答下列问题:
(1)A的结构简式为______,G中官能团的名称为______。
(2)检验M已完全转化为N的实验操作是_________________
________________________________。
(3)有学生建议,将M→N的转化用KMnO4 (H+)代替O2,老师认为不合理,原因是_____________________。
(4)写出下列转化的化学方程式,并标出反应类型:
K→L:____________________________________________,
反应类型________________。
(5)F是M的同系物,比M多一个碳原子。满足下列条件的F的同分异构体有________种。(不考虑立体异构)
①能发生银镜反应
②能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应
③苯环上有2个对位取代基
(6)以丙烯和NBS试剂为原料制备甘油(丙三醇),请设计合成路线(其他无机原料任选)。
请用以下方式表示:AB…目标产物
解析:由于E和N在浓硫酸作用下加热,形成G,从G的结构简式和反应条件推知,E是,N是,采用逆推的方法,得到每一种物质。
(1)从G的结构简式可以看出,G中官能团为碳碳双键、酯基,A的结构简式为。
(2)M向N的转化,就是醛基被氧化为羧基,如果M完全转化,那么所得反应后的物质中就不会有醛基存在,所以可以采用检验是否有醛基来证明是否完全转化。
(3)酸性高锰酸钾的氧化性很强,除了可以将醛基氧化为羧基,还可以将碳碳双键氧化。
(4)依据题给信息中的反应写出K→L的化学方程式为:
(5)F和M互为同系物,而F比M多一个碳原子,同时满足①能发生银镜反应,②能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,③苯环上有2个对位取代基,所以必须保证碳碳双键、醛基和苯环对位两个取代基的存在和完整。共有下列6种符合条件的同分异构体:
(6)由题给信息知,丙烯和NBS作用,在碳碳双键的相邻碳原子上引入溴原子,然后再和溴的四氯化碳溶液发生加成反应,每个碳原子上引入一个溴原子,再进行碱性水解即可。
答案:(1)
(2)取少量M氧化后的溶液碳碳双键、酯基于试管中,滴加稀NaOH溶液至呈碱性,再加新制的Cu(OH)2加热,若没有砖红色沉淀产生,说明M已完全转化为N(其他合理操作均可)
(3)KMnO4(H+)在氧化醛基的同时,还可以氧化碳碳双键
(5)6
1.(2019·高考全国卷Ⅲ)氟他胺G是一种可用于治疗肿瘤的药物。实验室由芳香烃A制备G的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为________________。C的化学名称是________________。
(2)③的反应试剂和反应条件分别是________________,该反应的类型是________。
(3)⑤的反应方程式为________________。吡啶是一种有机碱,其作用是________________。
(4)G的分子式为________________。
(5)H是G的同分异构体,其苯环上的取代基与G的相同但位置不同,则H可能的结构有________________种。
(6)4甲氧基乙酰苯胺()是重要的精细化工中间体,写出由苯甲醚()制备4甲氧基乙酰苯胺的合成路线________(其他试剂任选)。
解析:(1)反应①发生取代反应,应取代苯环取代基上的氢原子,根据B的结构简式,A为甲苯,即结构简式为:,C的化学名称为三氟甲苯;
(2)反应③是C上引入—NO2,且在间位,C与浓硝酸、浓硫酸,并且加热得到,此反应类型为取代反应;
(3)根据G的结构简式,反应⑤发生取代反应,即反应方程式为
;;吡啶的作用是吸收反应产生的HCl,提高反应转化率;
(4)根据有机物成键特点,G的分子式为
C11H11O3N2F3;
(5)—CF3和—NO2处于邻位,另一个取代基在苯环上还有3种位置,—CF3和—NO2处于间位,另一取代基在苯环上有4种位置,—CF3和—NO2属于对位,另一个取代基在苯环上有2种位置,因此共有9种结构;
(6)根据目标产物和流程图,苯甲醚应首先与混酸反应,在对位上引入硝基,然后在铁和HCl作用下—NO2转化成—NH2,最后在吡啶作用下与CH3COCl反应生成目标产物,合成路线是:
答案:(1) 三氟甲苯 (2)浓硝酸、浓硫酸,并加热 取代反应
吸收反应产生的HCl,提高反应转化率
(4)C11H11O3N2F3 (5)9种
2.(2019·高考全国卷甲)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)的合成路线如下:
已知:
①A的相对分子质量为58,氧元素质量分数为0.276,核磁共振氢谱显示为单峰
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)G中的官能团有________、________、________。(填官能团名称)
(6)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)
答案:(1)丙酮
(2)2 6∶1
(3)取代反应
(5)碳碳双键 酯基 氰基
(6)8