1、第3章有机合成及其应用合成高分子化合物第1节有机化合物的合成第2课时有机合成路线的设计课后篇素养形成必备知识基础练1.乌洛托品在合成、医药、染料等工业中有广泛用途,其结构简式如图所示。将甲醛水溶液与氨水混合蒸发可制得乌洛托品。若原料完全反应生成乌洛托品,则甲醛与氨的物质的量之比为() A.11B.23C.32D.21答案C解析根据结构简式以及元素守恒可知,1 mol乌洛托品含4 mol N原子、6 mol C原子,因此需要甲醛与氨的物质的量之比为64=32,C正确。2.以乙醇为原料,用下述6种类型的反应来合成乙二酸乙二酯(结构简式为),正确的顺序是()氧化消去加成酯化水解加聚A.B.C.D.答
2、案C解析根据题意分析可知,由乙醇合成乙二酸乙二酯时,发生反应的类型依次为消去反应加成反应水解反应氧化反应酯化反应。故C项符合题意。3.(2020广东第二师范学院番禺附属中学高二期末)用糖类物质制备乙酸乙酯的合成路线之一如图所示:下列说法正确的是()A.淀粉和纤维素互为同分异构体B.M是麦芽糖C.反应:乙醇生成乙酸所需反应条件可为酸性重铬酸钾溶液D.反应:将产物通入滴有酚酞的饱和碳酸钠溶液中振荡,无明显现象答案C解析淀粉和纤维素都是多糖,聚合度n值不同,所以不能互称同分异构体,A项错误;淀粉和纤维素完全水解生成的产物是葡萄糖,B项错误;乙醇转化为乙酸发生氧化反应,所以可以用酸性重铬酸钾溶液做氧化
3、剂,C项正确;制乙酸乙酯时通常用饱和Na2CO3溶液来除杂,同时与乙酸乙酯分层,酯的密度比水小,下层是饱和碳酸钠溶液,D项错误。4.(2020广西南宁高二检测)是一种有机烯醚,可由链烃A通过下列合成过程制得,下列说法正确的是(已知三键碳原子不能连接羟基)()ABCA.A分子中所有原子不可能共面B.B中含有的官能团有溴原子、碳碳双键C.的反应类型分别为加成反应、取代反应、消去反应D.该有机烯醚的同分异构体中,属于炔醇类的共有2种答案B解析由合成过程可知,A与溴发生加成反应得B,B在碱性条件下水解得C,C在浓硫酸作用下发生脱水反应生成醚,结合的结构简式可以反推得C为HOCH2CHCHCH2OH,B
4、为BrCH2CHCHCH2Br,A为CH2CHCHCH2。A为CH2CHCHCH2,碳碳双键为平面结构,单键可以旋转,则A分子中所有原子可能共面,故A错误;B为BrCH2CHCHCH2Br,B中含有的官能团有溴原子、碳碳双键,故B正确;由上述分析可知,的反应类型分别为加成反应、取代反应、取代反应,故C错误;该有机烯醚()的同分异构体中,属于炔醇类的有CH3CCCH2OH、CHCCH2CH2OH、CHCCH(OH)CH3,共有3种,故D错误。5.(2020辽宁沈阳铁路实验中学高二月考)合成聚丙烯腈纤维的单体是丙烯腈,它可由以下两种方法制备。方法一:CaCO3CaOCaC2CHCHCH2CHCN方
5、法二:CH2CHCH3+NH3+O2CH2CHCN+3H2O对以上两种方法的分析正确的是()方法二比方法一步骤少方法二比方法一原料丰富,工艺简单方法二比方法一减少了有毒气体的使用,减少了污染方法二比方法一的反应需要温度高,耗能大A.仅有B.仅有C.仅有D.答案A解析根据反应原理可知,方法二比方法一反应步骤少,故正确;根据反应原理可知,方法二比方法一原料丰富,且生产工艺简单,故正确;方法一中使用了有毒的HCN,而方法二比方法一降低了有毒气体的使用,减少了污染,故正确;方法一中碳酸钙需要高温下才能分解,耗能较大,方法二比方法一反应需要反应温度低,耗能小,故错误。6.(2020安徽六安舒城中学高二期
6、末)有机化合物W在工业上常用作溶剂和香料,其合成方法如下:下列说法正确的是()A.M、N、W均能发生加成反应、取代反应B.N、W组成上相差一个CH2原子团,所以互为同系物C.W属于酯类,酸性水解和碱性水解产物相同D.1 mol N可与4 mol H2发生加成反应答案A解析M、N、W均含苯环,均可与氢气发生加成反应,在催化剂条件下苯环上的H原子可发生取代反应,故A正确;N属于羧酸,W属于酯,二者为不同类别的有机化合物,结构不相似,不属于同系物,故B错误;W属于酯,酯在酸性条件下水解生成酸和醇,在碱性条件下水解生成盐和醇,产物不同,故C错误;N中只有苯环能够与氢气发生加成反应,1 mol N中含有
7、1 mol苯环,最多能够与3 mol氢气发生加成反应,故D错误。7.(2020北京四中高二下学期期中)我国自主研发对二甲苯的绿色合成路线取得新进展,其合成示意图如下:下列说法不正确的是()A.过程发生了取代反应B.中间产物M的结构简式为C.利用相同原理以及相同原料,也能合成间二甲苯D.该合成路线理论上碳原子100%利用,且最终得到的产物易分离答案A解析过程是异戊二烯与丙烯醛发生加成反应形成六元环中间体,故选A;通过M的球棍模型可知,中间产物M的结构简式为,故不选B;根据合成路线,可以合成间二甲苯和对二甲苯,不能合成邻二甲苯,故不选C;该合成路线第一步发生加成反应,第二步发生脱水反应,因此碳原子
8、100%利用,对二甲苯不溶于水,所以最终得到的产物易分离,故不选D。8.乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品。工业生产乙酸乙酯的方法很多,如图:下列说法正确的是()A.反应均是取代反应B.反应的原子利用率均为100%C.与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有2种D.乙醇、乙酸、乙酸乙酯三种无色液体可用Na2CO3溶液鉴别答案D解析反应为酯化反应,属于取代反应,反应不饱和度降低,为加成反应,A项错误;反应产物只有乙酸乙酯,其原子利用率为100%,而反应为C4H10+O2C4H8O2,H原子没有全部进入到目标产物,原子利用率不是100%,B项错误;与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类有HCOOCH2CH
9、2CH3,HCOOCH(CH3)2、CH3CH2COOCH3共3种,C项错误;乙醇溶于碳酸钠溶液,乙酸与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳,乙酸乙酯不溶于碳酸钠溶液,则乙醇、乙酸、乙酸乙酯三种无色液体可用Na2CO3溶液鉴别,D项正确。9.许多有机化合物具有酸性或碱性。完成下列填空:(1)a.苯酚、b.苯甲醇、c.苯甲酸、d.碳酸的酸性由强到弱的顺序为(填字母)。(2)欲将转化为,则应加入。(3)卤代烃可以与金属镁在无水乙醚作用下生成格氏试剂(RMgX,R为烃基),反应如下:RX+MgRMgX,格氏试剂可以跟醛或酮的羰基发生加成反应,烃基加在羰基碳原子上,得到的镁盐水解后生成相应的醇:RMgX+某化合
10、物A的分子式为C10H14O,它由下列合成路线制得:ABA的结构简式为,B的结构简式为;3-甲基-3-己醇可用该方法以CH3CH2CH2Cl和物质C为原料制得,C的键线式为。答案(1)cdab(2)CO2(3)解析(1)COOH的酸性强于碳酸,碳酸的酸性强于酚羟基,而醇羟基在水溶液中不能电离出H+,因此酸性由强到弱的顺序为cdab。(2)由于酸性:苯甲酸碳酸苯酚,则向溶液中通入CO2可制得。(3)由题给条件可知,A的结构简式为,丙酮的结构简式为,则B的结构简式为。3-甲基-3-己醇的结构简式为,根据分析,CH3CH2CH2Cl和Mg在无水乙醚的作用下可制得CH3CH2CH2MgCl,该物质与C
11、反应,可在C中羰基碳原子上引入CH3CH2CH2,结合产物的信息可知,C的键线式为。关键能力提升练10.(2020江西南昌第二中学高二期末)由丁醇(X)制备戊酸(Z)的合成路线如图所示,下列叙述不正确的是()XC4H10OYC4H9BrZC5H10O2A.分子式为C4H9Br的结构有4种B.C4H10O(醇)和C5H10O2(酸)生成的酯有16种同分异构体C.与X互为同分异构体,且不能与金属钠反应的有机化合物有4种D.与Z互为同分异构体,且能发生水解反应的有机化合物有9种答案C解析丁基有四种结构,C4H9Br是丁基与溴原子结合而成,所以有四种结构,故A正确;分子式为C5H10O2的酸有四种结构
12、,分子式为C4H10O的醇也有四种结构,因此二者生成的酯有16种同分异构体,故B正确;X为丁醇,其同分异构体中不能与金属钠反应的是醚,分别是CH3OCH2CH2CH3、CH3CH2OCH2CH3和共3种,所以C错误;Z是戊酸,其同分异构体能发生水解的属于酯类,分别是HCOOC4H9(有4种)、CH3COOC3H7(有2种)、CH3CH2COOCH2CH3、C3H7COOCH3(有2种),所以共9种,故D正确。11.(2020黑龙江哈尔滨第六中学高二期中)工业上合成的反应为+,下列有关说法不正确的是()A.X、Y、Z三种有机化合物均易发生加成反应B.X、Y、Z三种有机化合物分子中所有原子均有可能
13、共平面C.X、Y、Z三种有机化合物使酸性高锰酸钾溶液褪色的原理相同D.Z的二氯代物有7种(不考虑立体异构)答案B解析X、Z中含碳碳双键,Y中含碳碳三键,X、Y、Z均易发生加成反应,A项正确;X中四个碳原子都形成碳碳双键,X分子中所有原子均可能共平面,Y为乙炔,乙炔中四个原子共直线,则乙炔中四个原子共平面,Z中含两个CH2,Z中所有原子不可能共平面,B项错误;X、Z中含碳碳双键,Y中含碳碳三键,X、Y、Z使酸性KMnO4溶液褪色的原理相同,C项正确;Z中有两种类型的H原子,Z的一氯代物有两种,固定1个Cl,然后移动第2个Cl,如图:、(图中数字为第2个Cl原子的位置),则Z的二氯代物有4+3=7
14、种,D项正确。12.(2020北京朝阳区高二期末)强心药物肾上腺素的中间体氯乙酰儿茶酚()及其衍生物的合成路线如下,下列说法不正确的是()A.转化中有HCl生成B.与互为同分异构体C.1 mol 能与3 mol NaOH反应D.预测可以发生反应答案C解析的过程属于取代反应,观察物质结构的变化,可以推出该过程中有HCl生成,A正确;、的分子式相同,结构不同,则二者互为同分异构体,B正确;1个的分子中仅有两个酚羟基可以和NaOH反应,故1 mol 能与2 mol NaOH反应,C错误;观察的过程可知,D项中所给反应可以发生,D正确。13.(2020安徽安庆第一中学高二月考)某药物中间体的合成路线如
15、下。下列说法正确的是()A.对苯二酚在空气中能稳定存在B.1 mol该中间体最多可与10 mol H2反应C.2,5-二羟基苯乙酮能发生加成、取代、氧化反应D.该中间体分子中含有1个手性碳原子答案C解析酚羟基不稳定,易被氧气氧化,所以对苯二酚在空气中不能稳定存在,故A错误;中间体中苯环、羰基能与氢气在一定条件下发生加成反应,所以1 mol该中间体最多可与11 mol H2反应,故B错误;2,5-二羟基苯乙酮含有酚羟基、羰基、苯环,具有酚、酮和苯的性质,所以2,5-二羟基苯乙酮能发生加成、取代、氧化反应,故C正确;连接四个不同原子或原子团的C原子为手性碳原子,根据中间体的结构简式可知,该中间体不
16、含手性碳原子,故D错误。14.食品香精菠萝酯的生产路线(反应条件略去)如下:下列叙述错误的是()A.步骤产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验B.步骤产物中残留的CH2CHCH2OH可用溴水检验C.苯酚和菠萝酯均可与酸性KMnO4溶液发生反应D.苯氧乙酸和菠萝酯均可与H2在一定条件下发生反应答案B解析苯酚遇FeCl3溶液显紫色,步骤产物中残留的苯酚可用FeCl3溶液检验,A项正确;步骤产物菠萝酯和残留的CH2CHCH2OH分子结构中都含有碳碳双键,都可以使溴水褪色,因此残留的CH2CHCH2OH不能用溴水进行检验,B项错误;苯酚容易被氧化,能与酸性KMnO4溶液发生反应,菠萝酯分子结构中含有碳
17、碳双键,也能与酸性KMnO4溶液发生反应,C项正确;苯氧乙酸中含有苯环,菠萝酯中含有苯环和碳碳双键,苯环和碳碳双键在一定条件下均可与H2发生加成反应,D项正确。15.(2020江苏南通高二期初调研)完成下列小题。(1)某有机化合物X含有C、H元素,可能含有O元素。取0.46 g X在氧气中完全燃烧,将燃烧后的产物依次通过浓硫酸和碱石灰,测得浓硫酸增重0.54 g,碱石灰增重0.88 g。由实验分析计算可得X的(填“实验式”“分子式”或“结构简式”)为。(2)有机化合物含有多种同分异构体,写出同时满足下列条件的一种同分异构体的结构简式:。能发生银镜反应;与FeCl3溶液发生显色反应;苯环上的一元
18、取代物只有1种。(3)化合物D是合成神经保护剂依那朵林的中间体,合成路线如下:请写出以和BrCH2COOC2H5为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任选,合成示例见本题题干):。答案(1)分子式C2H6O(2)或(3)解析(1)燃烧后的产物为二氧化碳和水,依次通过浓硫酸和碱石灰,测得浓硫酸增重0.54 g,碱石灰增重0.88 g,则水的质量为0.54 g,二氧化碳的质量为0.88 g,则该有机化合物X中H原子的物质的量为n(H)=2n(H2O)=2=0.06 mol,C原子的物质的量为n(C)=n(CO2)=0.02 mol,H、C元素的总质量为0.06 mol1 gmol-1+0.02 mo
19、l12 gmol-1=0.3 g,则有机化合物X中含有O元素,n(O)=0.01 mol,则可得到有机化合物X的实验式为C2H6O,由于该实验式中氢原子数已达饱和,故该实验式就是该有机化合物的分子式。(2)有机化合物含有多种同分异构体。根据题意分析可知,能发生银镜反应,应有醛基;与FeCl3发生显色反应,应有酚羟基;苯环上的一元取代物只有1种,则苯环上只有一种氢原子。则满足条件的同分异构体的结构简式为、。(3)以和BrCH2COOC2H5为原料制备,由题干CD的反应过程可知,要合成,可由与BrCH2COOC2H5反应先生成,然后使在酸性环境下水解可得到;要制得,可由与水先发生加成反应生成,再发
20、生催化氧化可生成。则具体合成路线流程图为。16.(2020山东烟台第二中学高二月考)蛋白糖(G)是一种广泛应用于食品、饮料、糖果的甜味剂,一种合成蛋白糖的路线如下:已知:。回答下列问题:(1)A、D的结构简式分别为、。(2)反应和反应的反应类型分别为、。(3)反应和反应除了生成主要的有机化合物外,还有无机化合物生成,无机物的化学式分别是、。(4)写出能同时满足下列条件的C的2种同分异构体的结构简式:(不考虑立体异构)。能与FeCl3溶液发生显色反应苯环上的一氯取代物只有两种能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体(5)参照上述合成路线和相关信息,以甲醛为起始原料(无机试剂任选),设计制备甘氨酸的合
21、成路线。答案(1)(2)加成反应取代反应(3)NH4ClH2O(4)、(5)HCHOHOCH2CNHOCH2COOHH2NCH2COOH解析(1)根据A的分子式、AB的反应过程及B的结构简式可知,A的结构简式为。(2)反应是A与HCN发生加成反应生成B,由B的结构简式及反应可推知,C为;根据已知信息反应,反应是C与NH3在一定条件下发生取代反应生成D,则D为,D与甲醇在浓硫酸作用下发生酯化反应得到E,则E为。(3)根据上述分析、元素守恒及反应原理可知,反应和反应除了生成主要的有机化合物外,还生成的无机物分别是NH4Cl、H2O。(4)C的同分异构体能与FeCl3溶液发生显色反应,说明具有酚羟基
22、,能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体说明分子结构中含有羧基,苯环上的一氯取代物只有两种,说明苯环上的取代基有对称的两个或四个,则C的同分异构体为或。(5)由甲醛制取甘氨酸(氨基乙酸)时需引入氨基、羧基。根据原料是甲醛,可利用甲醛与HCN反应生成HOCH2CN,再使HOCH2CN在酸性条件下水解生成HOCH2COOH,然后根据反应引入氨基。则合成路线可以设计为HCHOHOCH2CNHOCH2COOHH2NCH2COOH。学科素养拔高练17.(2020安徽太和中学高二月考)各地对食品非法添加和滥用添加剂进行了多项整治活动。其中常用的面粉增白剂过氧苯甲酰()也被禁用。下面是一种以苯为原料合成过氧苯
23、甲酰的流程:已知:RX+请回答下列问题:(1)结合过氧苯甲酰的结构分析,过氧苯甲酰可以作为增白剂的原因是。(2)写出反应的化学方程式:。(3)某物质F为过氧苯甲酰的同分异构体,同时符合下列条件的F的同分异构体有种,请写出其中有三种不同化学环境的氢原子的结构简式:。含有联苯()结构单元,无其他环状结构在一定条件下能发生银镜反应1 mol F最多可消耗4 mol NaOH(4)请写出以苯乙烯为原料合成的流程,无机试剂任选,注明反应条件。示例如下:ABC答案(1)过氧苯甲酰分子中有过氧键,具有强氧化性(2)+CH2CH2+HBr(3)12(4)解析(1)过氧苯甲酰分子中有过氧键,具有强氧化性,能够将有色物质氧化漂白,可以作为增白剂。(2)反应的化学方程式为+CH2CH2+HBr。(3)某物质F为过氧苯甲酰的同分异构体,F的同分异构体符合下列条件:含有联苯结构单元,无其他环状结构;在一定条件下能发生银镜反应,说明含有醛基;1 mol F最多可消耗4 mol NaOH,说明酯基水解生成羧基和酚羟基,且含有2个甲酸酯基结构。满足条件的结构简式为(为另一个甲酸酯基可能的位置),有5种;,有5种;,有2种,共5+5+2=12种;其中有三种不同化学环境的氢原子的结构简式为。(4)以苯乙烯为原料合成。用逆推法分析可知,。所以合成路线为。16
