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有机物的推断与合成
来源:《求学》2004第4期 2005-5-12 17:18:41 【字体:小 大】

 

  有机物的推断与合成是高考考查的重点内容。有机推断属于综合运用各类有机官能团性质及相互转变关系的知识,结合计算并在新情况下加以迁移的能力题。此类试题综合性强,难度大,情景新,要求高,只有在熟练掌握几类有机物的性质及相互衍变关系的基础上,结合具体的条件和数据,再综合分析,才能作出正确合理的推断。有机合成一般要限定原料、路线、方法和步骤。它主要涉及有机官能团的引入、消除、衍变、碳骨架的增减等。合成的关键是:选择出合理简单的合成路线;熟练掌握各类有机物的组成、结构、性质、相互衍变关系以及重要官能团的引入方法等基础知识。现具体分析如下:
一、基础知识
1. 不饱和键数目的确定   
(1)一分子有机物加成一分子H2(Br2)含有一个双键。
(2)一分子有机物加成两分子H2(Br2)含有两个双键或一个三键。
(3)一分子有机物加成三分子H2(Br2)含有三个双键或一个苯环。
(4)一个双键相当于一个环。
2. 符合一定碳氢物质的量比的有机物  
(1)C∶H = 1∶1的有乙炔、苯、苯乙烯、苯酚等。
(2)C∶H = 1∶2的有单烯烃、甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖等。
(3)C∶H = 1∶4的有甲烷、甲醇、尿素等。
3. 重要有机物的性质
(1)含氢量最高的有机物:CH4。
(2)一定质量的有机物燃烧,耗氧量最大的有机物:CH4。
(3)完全燃烧时生成等物质的量的CO2和H2O的有机物:烯烃、环烷烃、饱和一元醛、酮、酸、酯(即符合通式CnH2nOx的物质,x = 0,1,2,3……)。
(4)使FeCl3溶液呈紫色的有机物:酚类化合物。
(5)含有羟基的有机物:醇、酚、羧酸、糖类。
(6)能水解的有机物:酯、卤代烃、多糖、肽类(包括蛋白质)。
(7)能发生消去反应的有机物:卤代烃、醇类,总是消去和烃基(卤原子)所在碳原子相邻的碳原子上的氢原子,若没有相邻的碳原子(如CH3OH)或相邻碳原子上没有氢原子[如(CH3)3CCH2OH]不能发生消去反应。
(8)能发生加成(加聚)反应的有机物:含有不饱和键(包括碳氧双键)的物质。
(9)能发生酯化和缩聚反应的有机物:含有羧基或羟基的物质。
(10)能与NaHCO3作用生成CO2 的有机物:羧酸类。
(11)能与NaOH发生中和反应的有机物:羧酸类、酚类等。
(12)醇的催化氧化:和羟基相连的碳原子上若有两个或三个氢原子,被氧化成醛;若有一个氢原子,被氧化成酮;若没有氢原子,一般不被氧化。
(13)有机物的成环反应:①二元醇脱水;②二元羧酸脱水;③羧酸分子内或分子间酯化;④氨基酸脱水。
二、有机物的“三角”关系

特别注意各种物质之间转化时的条件和反应类型。
三、官能团的引入途径
(1)引入羟基的途径有:加成法(烯烃加H2O、醛酮加氢);水解法(卤代烃的水解、酯的水解、醇钠的水解)和发酵法(淀粉发酵)。
(2)引入醛基的途径有:氧化法(伯醇的氧化、烯烃的氧化)、炔烃的水化。
(3)引入羧基的途径有:氧化法(醛基的氧化、苯的同系物的氧化、丁烷氧化制乙酸)、水解法(酯的水解、多肽的水解)。
(4)引入卤原子的途径:加成法和取代法(适合用于在苯环上引入)。
(5)引入碳碳双键的途径:醇与卤代烃的消去、炔烃的定量加成。
以上途径要特别注意反应条件。
四、推断与合成方法
有机物的推断题思维方法一般有:(1)顺推法:以有机物的结构、性质和实验现象为主线,抓住特征物质、特征性质、特征结构及特征变化等有效线索,采取正向思维,得出正确的结论。(2)逆推法:以以上线索为主线,采用“由彼及此”的逆向思维方法,得出正确结果。(3)分离法:先根据已知条件,分离出已知条件和明显的未知条件,然后对“未知”逐个求解。(4)分层推理:根据题意,分层推理,综合结论,推得正确结果。
有机物合成题思维的一般方法:首先分析要合成的有机物属于何种类型,它含有什么官能团,它与哪些知识和信息有关;然后根据现有原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片段;联想有机官能团的引入、转移、保护的方法;设法将各小分子拼接衍变,尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。最后采用正向思维(原料→中间产物→目标产物)和逆向思维(目标产物→中间产物→原料),纵向思维和横向思维相结合的方法,设计出最佳的合成方案。
五、例题解析
【例1】请认真阅读下面三个反应:
                                                                      
①(CH3)2C=CHCH2CH3CH3-C-CH3+ CH3CH2COOH7
②CH2=CH-CH=CH2+CH2=CH2 
           OH


一种类似有机玻璃的塑料——聚丁烯酸甲酯有广泛用途,合成这种塑料有不同的途径。以下合成途径的副产物大多为低污染或无污染物,原子利用率较高,因此符合绿色化学要求,其反应过程如下:
                          CH3 CH3                           
A + CH2=C—C=CH2BCDEF[-C5H8O2-]n
(1)A、B、D的结构简式为 A                             ,
B                             ,D                             。  
(2)E → F的化学方程式                                      。
(3)在绿色化学工艺中,理想状态是反应物中的原子全部转化成欲制得的产物,即原子的利用率为100%,符合这一要求的反应有             (填反应序号)。
解析:此题主要运用逆推法并结合题目给出的信息: E→F→聚丁烯酸甲酯,逆推出F为CH3CH= CHCOOCH3,E为CH3CH=CHCOOH;结合题中信息③逆推出D的结构简式为CH3CHCH2COOH;结合
                                                         OH
信息CD;逆推出C为CH3CCH2COOH;结
                                                        O        
合信息①和BC;逆推出B为;  
                                          CH3CH3 
结合信息②和A+CH2=C—C=CH2B,逆推出A为CH≡CH。反应①③⑥是加成反应或加聚反应,原子利用率为100%。
答案:(1)A:CH≡CH;B:  ;
             OH
D:CH3CHCH2COOH。
(2)CH3CH=CHCOOH+CH3OHCH3CH =CHCOOCH3 + H2O 。
(3)①、③、⑥。

【例2】已知:CH3CH2OHCH3COOCH2CH3
                          (相对分子质量46) (相对分子质量88)
   OH
RCH-OHRCH=O+H2O 
(R不稳定,代表烃基)

现有只含C、H、O的化合物A~F,有关它们的某些信息已注明在上面的方框内。
(1)在化合物A~F中有酯的结构化合物是(填字母代号)              。
(2)写出A和F的结构简式A                          ,F                          。
解析:此题从正向、逆向分析。题中给出重要信息:乙醇 + 乙酸(乙酸酐)乙酸乙酯,特别注明了相对分子质量的变化,它是推导结构的重要信息。将图中文字信息直接变成部分结构信息,得下图:

 由以上转化关系可以看出,B→C和A→D是
—CHO转变为—COOH。而A→B、E→F是—OH转变为—OOCCH3,且已知相对分子质量增加42。比较A→D和A→B→C,D和C都有—CHO且均被氧化成—COOH,但C多了一步酯化,用乙酸酯化后其相对分子质量应该增加42,而C和D的相对分子质量多了84,因此,A中应有2个—OH。从相对分子质量的改变进行探究反应,—CHO —COOH相对分子质量应该增加16,D是A的氧化产物,A应该比D的相对分子质量小16,故A的相对分子质量为106-16 = 90。对于相对分子质量,一个—CHO为29,两个—OH为17×2 =34,残基为90-29-34 =27,则A还应有两个碳原子,这样才能各连一个—OH,从而就可推出A和F的结构简式。               
答案:(1)B、E、F ,
                       OH   OH                     COOC2H5
(2)A:CH2-CH-CHO,F:CHOOCCH3 。
                                                     CH2OOCCH3
【例3】 具有化学式为R─MgX的化合物叫做格氏试剂,其中R是烃基。要按下式跟含有羰基的化合物发生加成反应:,
其中R1和R2可以都是氢原子,也可以一个是氢原子,另一个是烃基,也可以都是烃基,加成产物经水解可得到醇:



由于R1、R2和R的不同,可生成不同类型的醇。试用格氏试剂合成1,2二溴 2 甲基丙烷,并用化学方程式表示。
解析: 因1,2 二溴 2 甲基丙烷是二卤代烷,可由烯烃与Br2加成得到,而烯烃可由醇发生消去反应制备,所以,利用格氏试剂要合成的醇应为(CH3)3C-OH(2 甲基 2 丙醇),将其结构式代入到“信息”的反
应中,就可推断出合成原料为 (CH3)2C=O、                       CH3MgBr。化学方程式为:
(1)  C=O+CH3MgBr  (CH3)3C-OMgBr,
(2) (CH3)3C-OMgBr + H2O  (CH3)3C-OH +
MgBr2+Mg(OH)2,
(3) (CH3)3C-OH CH2=C-OH3+H2O,
                                                                 CH3
                                                                 CH3
(4)CH2=C-CH3+Br2→CH2-C-CH3。
                  CH3                       Br      Br 

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