1、专题四 有机化学基础第1讲 有机物的组成、结构与性质一、官能团与有机物的性质有如图所示某有机物,根据该有机物的结构回答:1.该物质中的含氧官能团有_、_,此外还有_。2.该物质既可以与溴水发生_反应和_反应,也可以与酸性KMnO4溶液因发生_反应而褪色,当遇到FeCl3溶液时发生_反应而呈_色。3.若1 mol该物质与足量H2反应,消耗H2的物质的量为_,若与足量溴水反应,消耗Br2的物质的量为_,若与足量氢氧化钠溶液反应,消耗NaOH的物质的量为_。酚羟基酯基碳碳双键加成取代氧化显色紫4 mol3 mol4 mol二、同分异构现象1.化合物有多种同分异构体,写出符合下列条件的所有同分异构体的
2、结构简式。能发生银镜反应;含苯环且苯环上只有两种不同化学环境的氢原子。_、_、_。2.已知某物质的结构如下:写出同时满足下列条件的一种同分异构体的结构简式:分子中含有两个苯环;分子中有7种不同化学环境的氢;不能与FeCl3溶液发生显色反应,但水解产物之一能发生此反应。_。(1)(2013福建高考)乙烯、聚氯乙烯和苯分子均含有碳碳双键。()分析:聚氯乙烯无碳碳双键,苯分子的碳碳化学键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一类特殊的化学键,只有乙烯中含有碳碳双键。(2)(2011广东高考)化合物()的分子式为C5H6O4。()分析:由化合物的结构简式确定其分子式为C5H8O4。(3)(2013海南高考)用
3、酸性高锰酸钾溶液鉴别苯、环己烯和环己烷。()分析:酸性高锰酸钾溶液不能鉴别苯和环己烷,这两者均不能使其褪色,故不能鉴别。(4)(2012江苏高考)能与FeCl3溶液发生显色反应。()分析:该有机物中不含有酚羟基,故不能与FeCl3发生显色反应。(5)(2013新课标全国卷)香叶醇是合成玫瑰香油的主要原料,其结构简式如下:,能发生加成反应不能发生取代反应。()分析:香叶醇中含有饱和碳原子,其上面的H可以发生取代反应。热点考向 1 有机物的组成、结构和性质【典例1】(2013江苏高考)药物贝诺酯可由乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚在一定条件下反应制得:下列有关叙述正确的是()A.贝诺酯分子中有三种含氧官能
4、团B.可用FeCl3溶液区别乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚C.乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚均能与NaHCO3溶液反应D.贝诺酯与足量NaOH溶液共热,最终生成乙酰水杨酸钠和对乙酰氨基酚钠【解题探究】(1)常见有含氧官能团的物质有哪些?结构上有什么特点?提示:醇(ROH,R是烃基,不能是苯环);酚(,羟基与苯环直接相连,R为任意基团);醛(RCHO);羧酸(RCOOH);醚(ROR,R为含碳基团);酯(RCOOR,R为含碳基团);二肽或多肽(结构为RCONHR)。(2)如何鉴别酚?提示:用FeCl3溶液检验,遇酚显紫色。(3)能与NaHCO3反应的官能团有哪些?提示:只有羧基。酚羟基和醇羟基不能与NaHC
5、O3反应。(4)能与NaOH反应的官能团有哪些?提示:酚羟基、羧基和酯基。本题答案:【解析】选B。贝诺酯中含有两种含氧官能团:酯基和肽键,A错误;乙酰水杨酸中无酚羟基,而对乙酰氨基酚中含有酚羟基,故可以用FeCl3溶液区别两者,B正确;对乙酰氨基酚中的酚羟基不能与NaHCO3反应,C错误;乙酰水杨酸中酯基在NaOH溶液中会水解,D错误。【易错警示】常见有机物结构与性质的认识误区(1)错误认识有机物的键线式,不能指出省略的氢原子。(2)错误认为有酸性的有机物,就能与NaHCO3溶液反应放出CO2气体,其实只有羧基可以,酚是不能的。(3)忽视酚酯和醇酯的区别,这两者消耗NaOH的量是不同的。当酯是
6、由酚形成时,酯水解后生成的酚还要继续消耗NaOH。【变式训练】(双选)香豆素类化合物具有抗病毒、抗癌等多种生物活性。香豆素-3-羧酸可由水杨醛制备。下列说法正确的是()A.水杨醛分子中所有原子可以处于同一平面B.中间体X易溶于水C.1 mol中间体X与NaOH溶液反应时最多消耗2 mol NaOHD.香豆素-3-羧酸能使酸性高锰酸钾溶液褪色【解析】选A、D。A项,苯环及其所连原子共平面,醛基中碳氧双键及所连原子共平面,酚羟基单键可以旋转,正确;B项,中间体X中无亲水性基团,不溶于水,错误;C项,中间体X中有一个酯基,一个酚酯,1 mol酚酯水解时,消耗2 mol NaOH,所以1 mol X与
7、NaOH溶液反应时最多消耗3 mol NaOH,错误;D项,香豆素-3-羧酸中含有碳碳双键,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,正确。热点考向 2 有机反应类型【典例2】(双选)4-去甲基表鬼臼毒素具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒等作用,它的结构简式如图所示,下列关于该有机物的结构和性质描述正确的是()A.分子中含有2个手性碳原子B.能与FeCl3溶液发生显色反应C.能发生加成、消去、氧化及取代反应D.1 mol该物质最多可与3 mol NaOH反应【解题探究】(1)能发生加成反应的官能团有哪些?提示:碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基等。注意酯基和羧基不与H2加成。(2)哪些类型的物质可发生消去反应,其结构应具有
8、什么特点?提示:发生消去反应的物质:卤代烃和醇。结构特点:a.卤代烃或醇分子中碳原子数2;b.卤代烃或醇分子中与X或OH相连的碳原子的邻位碳上必须有氢原子。(3)哪些有机物可以发生氧化反应?提示:含碳碳双键、碳碳三键、部分碳氧双键的物质可以被酸性KMnO4溶液氧化。苯的同系物上的取代基也可以被氧化成羧基。酚在空气中就可以被氧化。(4)什么样的有机物可以发生取代反应?提示:烷烃的卤代,苯的卤代、硝化,酯化反应属于取代反应等。本题答案:【解析】选B、C。与醇羟基相连的碳环中共有4个手性碳原子,A错误;分子中含有酚羟基,故可以与FeCl3发生显色反应,B正确;分子中含有苯环,可以发生加成和取代反应,
9、分子中的醇羟基,可以发生取代、消去和氧化反应,C正确;酯基和酚羟基各消耗1 mol NaOH,D错误。【方法归纳】重要的有机反应类型(1)取代反应。原理:“有上有下”,其反应特点为包括:卤代:烷烃、苯和苯的同系物、醇、酚等;硝化:苯和苯的同系物、酚等;分子间脱水:醇、氨基酸等;酯化:酸和醇等;水解:卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖等。(2)加成反应。原理:“只上不下”,其反应特点为包括:烯烃或炔烃的加成(加H2、X2、HX、H2O等);苯环的加成(加H2);醛或酮、不饱和油脂的加成(加H2等)。(3)消去反应。原理:“只下不上”,消去反应的概念中明确指出必须从1个分子中脱去小分子。即醇的分子间脱水
10、不属于消去反应,而属于取代反应。包括:卤代烃脱卤化氢(NaOH醇溶液、加热);醇分子内脱水(浓硫酸、加热)。要注意相连碳的邻碳上必须有氢原子,才可以发生消去反应。(4)氧化反应。原理:去氢或加氧。包括:有机物的燃烧,烯、炔、苯的同系物、醇、醛被酸性KMnO4氧化,醛、葡萄糖被银氨溶液或新制的Cu(OH)2溶液氧化。(5)还原反应。原理:加氢或去氧。包括:醛的加成。(6)聚合反应(含加聚反应和缩聚反应)。加聚反应原理:含有不饱和键的有机物,打开不饱和键相连。包括:烯烃、炔烃的加聚等。缩聚反应原理:生成聚合物的同时,还有小分子生成。包括:苯酚与甲醛,多元醇与多元羧酸,氨基酸生成多肽等。(7)显色反
11、应。原理:部分有机物与某些特殊物质呈现出不同的颜色。包括:酚与FeCl3溶液,蛋白质与浓硝酸等。【变式训练】(双选)西瑞香素具有较强的抗肿瘤活性,其结构简式如图所示,下列关于西瑞香素的结构和性质描述正确的是()A.分子中所有原子可以处于同一平面B.可与FeCl3溶液发生显色反应C.1 mol该有机物最多可与3 mol NaOH反应D.一定条件下,该物质能发生取代和加成反应【解析】选B、D。A不正确,分子中含有CH3,不可能与其余原子同时共平面;B正确,分子中有一个羟基直接连在苯环上;C不正确,最多应是5 mol;D正确,苯环上的氢能被取代,酯也可水解取代,碳碳双键及苯环能被加成。热点考向 3
12、有机物分子式、结构式的确定【典例3】(2013广东高考)脱水偶联反应是一种新型的直接烷基化反应,例如:反应:(1)化合物的分子式为,1 mol该物质完全燃烧最少需要消耗mol O2。(2)化合物可使溶液(限写一种)褪色;化合物(分子式为C10H11Cl)可与NaOH水溶液共热生成化合物,相应的化学方程式为。(3)化合物与NaOH乙醇溶液共热生成化合物,的核磁共振氢谱除苯环峰外还有四组峰,峰面积之比为1112,的结构简式为。(4)由CH3COOCH2CH3可合成化合物。化合物是CH3COOCH2CH3的一种无支链同分异构体,碳链两端呈对称结构,且在Cu催化下与过量O2反应生成能发生银镜反应的化合
13、物。的结构简式为,的结构简式为。(5)一定条件下,与也可以发生类似反应的反应,有机产物的结构简式为。【解题探究】(1)碳碳双键均能使溴水或酸性KMnO4溶液褪色,二者褪色的原理相同吗?提示:不相同。碳碳双键使溴水褪色的原理是由于发生了加成反应,而使KMnO4溶液褪色的原理是发生了氧化反应。(2)卤代烃在NaOH水溶液中共热和在NaOH的乙醇溶液中共热得到的产物相同吗?提示:不相同。卤代烃在NaOH水溶液中共热,发生了水解反应生成醇,而卤代烃在NaOH乙醇溶液中共热发生了消去反应生成不饱和烃。(3)核磁共振氢谱上有4组峰,说明分子结构中有几种类型的氢原子?提示:四种类型的氢原子。【解析】(1)通
14、过观察可知,1个化合物分子中含有6个碳原子、10个氢原子、3个氧原子,分子式为C6H10O3,所以其耗氧量为=7(mol)。(2)化合物 中含有的官能团为碳碳双键(可以使溴水、溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色)和羟基(可以使酸性高锰酸钾溶液褪色)。化合物与NaOH水溶液共热生成化合物 ,结合卤代烃的水解规律可知化合物的结构简式为,反应的方程式为(3)化合物 在NaOH乙醇溶液中共热发生消去反应,若生成,分子中除苯环外含3类氢,不合题意;若生成,分子中除苯环外含4类氢,个数比为1112,所以化合物的结构简式为(4)依据题意,CH3COOCH2CH3的同分异构体化合物能够在Cu催化下与过量O
15、2反应生成能发生银镜反应的化合物,说明化合物是能催化氧化生成醛的醇类,依据碳链两端呈对称结构,说明分子中含有2个羟基和一个碳碳双键,即化合物的结构简式为,化合物为OHCCHCHCHO。(5)反应的反应机理是化合物中的羟基,被化合物中所取代,依照机理可知相当于化合物,相当于化合物,两者反应应该得到答案:(1)C6H10O37(2)酸性高锰酸钾(答案不唯一,合理即可)(3)(4)(5)【方法归纳】分子式和结构式的确定步骤(1)基本思路。(2)分子式的确定。实验式的基本求法:实验式是表示化合物分子所含各元素的原子数目最简整数比的式子。求化合物的实验式即是求化合物分子中各元素原子的数目(N)之比。N(
16、C)N(H)N(O)=mw(C)/12mw(H)/1mw(O)/16=abc其实验式为CaHbOc。相对分子质量的基本求法:有关化学量公式气体密度(标准状况)Mr=22.4相对密度d,另一已知气体的相对摩尔质量MMr=dM物质的质量m,物质的量nMr=m/n通式的运用:熟练运用一些有机物的通式。烷烃为CnH2n+2;烯烃为CnH2n;炔烃为CnH2n-2;苯的同系物为CnH2n-6;饱和一元卤代烃为CnH2n+1X;饱和一元醇为CnH2n+1OH或者CnH2n+2O;饱和一元醛为CnH2n+1CHO或者CnH2nO;饱和一元羧酸为CnH2n+1COOH或者CnH2nO2。(3)结构式的确定。红
17、外光谱:确定有机物中含有哪些化学键、官能团。核磁共振氢谱:确定有机物中氢的种类及氢的数目。物质的特殊性质:确定物质的官能团。在确定物质分子式的前提下,上述三者相互结合,综合分析即可得出有机物的结构式。【变式训练】某研究性学习小组为确定某蜡状有机物A的结构和性质,拟用传统实验的手段与现代技术相结合的方法进行探究。请你参与过程探究。(1)实验式的确定。取样品A进行燃烧法测定,发现燃烧后只生成CO2和H2O,某次燃烧后,经换算得到了0.125 mol CO2和0.15 mol H2O。据此得出的结论是。另一实验中,取3.4 g蜡状A在3.36 L(标准状况下,下同)氧气中完全燃烧,两者均恰好完全反应
18、,生成2.8 L CO2和液态水。由此得出的实验式是。(2)结构式的确定(经测定A的相对分子质量为136)。取少量样品A熔化,加入钠有氢气放出,说明A分子中含有基。进行核磁共振检测,发现只有两个特征峰,且峰面积之比为84,再做红外光谱,发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收。图谱如下:则A的结构简式为。(3)性质探究。A的四乙酸酯在稀硫酸催化下在H218O中发生水解的化学方程式(产物中注明18O)为。已知.甲醛是所有醛中还原性最强的,则合成A需要的两种醛是、(填结构简式)。【解析】样品燃烧只生成CO2和H2O,说明该有机物中一定含有C、H两种元素,可能含有氧元素,结合CO2、H2O的物质的量可
19、以得出的结论是n(C)n(H)=512,所以其分子式为C5H12Ox(x=0、1、2),根据3.4 g A在3.36 L(标准状况下)氧气中恰好完全燃烧,生成2.8 L CO2和液态水,可以求出实验式为C5H12O4。样品熔化后加入钠有H2放出,则说明含有羟基。由核磁共振,发现只有两个特征峰,且峰面积比为84,可以断定该有机物中的氢原子有两种,其数目之比为84;再由红外光谱,发现与乙醇一样透过率在同一处波数被吸收,可以断定该有机物中键的种类和乙醇一样,从而确定该有机物的结构简式为C(CH2OH)4。酯水解的实质是酯基断裂,碳氧双键上结合羟基,所以18O原子应在乙酸中的羟基上。A的四乙酸酯在稀硫
20、酸催化下,在中发生水解的化学方程式为+C(CH2OH)4+4CH3CO18OH。根据醛和醛加成能得到含有羟基的醛,最后再把醛基还原得到多元醇。甲醛和乙醛以31进行加成得,再与H2加成得到C(CH2OH)4。催化剂答案:(1)分子中n(C)n(H)=512,分子式为C5H12Ox(x=0,1,2)C5H12O4(2)羟 C(CH2OH)4(3)+C(CH2OH)4+4CH3CO18OHHCHOCH3CHO稀硫酸1.(2013广东高考)下列说法正确的是()A.糖类化合物都具有相同的官能团B.酯类物质是形成水果香味的主要成分C.油脂的皂化反应生成脂肪酸和丙醇D.蛋白质的水解产物都含有羧基和羟基【解析
21、】选B。葡萄糖的官能团是羟基和醛基,而果糖的官能团是羟基和羰基,A错误;酯类一般都是易挥发、具有芳香气味的物质,B正确;油脂在碱性条件下水解生成高级脂肪酸盐和甘油,称之为皂化反应,C错误;蛋白质的水解产物是氨基酸,氨基酸的官能团是羧基和氨基,D错误。2.(2013汕头一模)下列说法正确的是()A.聚乙烯可使酸性高锰酸钾溶液褪色B.用新制氢氧化铜悬浊液可以鉴别乙酸、葡萄糖和淀粉三种溶液C.乙酸与乙醇的酯化反应是乙酸中羧基氢与乙醇中羟基结合生成水D.C3H8的二氯代物有3种【解析】选B。聚乙烯分子结构中无碳碳双键,不能使酸性KMnO4溶液褪色,A错误;酯化反应的实质是乙酸中的羟基与乙醇中的羟基氢原
22、子结合生成水,C错误;C3H8的二氯代物有CH3CH2CHCl2、(CH3)2CCl2、,共4种同分异构体,D错误。3.(2013山东高考)莽草酸可用于合成药物达菲,其结构简式如图,下列关于莽草酸的说法正确的是()A.分子式为C7H6O5B.分子中含有2种官能团C.可发生加成和取代反应D.在水溶液中羧基和羟基均能电离出H+【解析】选C。该分子组成为C7H10O5,A项错误;该分子中含有羧基、羟基和碳碳双键,因此含有三种官能团,B项错误;分子中含有双键,可发生加成反应,含有羧基、羟基均可发生酯化反应,酯化反应属于取代反应,另外分子中碳原子上的氢原子也可被卤素原子取代而发生取代反应,C项正确;在水
23、溶液中羧基能电离,羟基不能电离,D项错误。4.(双选)(2013常州调研)科学家用催化剂将苯酚(X)和1,3-二羰基化合物(Y)合成一种重要的具有生物活性的结构单元苯并呋喃(Z),W是中间产物(R1、R2均为烃基)。则下列有关叙述不正确的是()A.反应属于取代反应B.仅使用溴水或FeCl3溶液不能鉴别X和WC.W中没有手性碳原子D.X、Y、W、Z都能与NaOH溶液反应,都能使酸性高锰酸钾褪色【解析】选C、D。A项,反应是取代反应,正确;B项,X、W中均有酚羟基,用溴水或FeCl3溶液无法鉴别,正确;C项,W中COOR2所连碳原子为手性碳原子,错误;D项,X、W中有酚羟基,Y、Z、W中有酯基均能
24、与NaOH溶液反应,但Y不一定能使酸性高锰酸钾溶液褪色,错误。5.(2013湛江质检)反应和反应都是有机合成中的重要反应:下列有关说法正确的是()A.苯乙酮的一氯代物有6种同分异构体B.苯乙酮经反应所得产物的所有原子不可能在同一平面内C.反应为取代反应D.反应可以在强碱性条件下进行【解析】选B。A项,苯乙酮中共有8个氢原子,但处于4种不同的化学环境,苯乙酮的一氯代物的同分异构体有4种,A项错误;B项,苯乙酮经反应所得产物为乙苯,乙苯侧链上的两个碳原子均以单键连4个原子或原子团,乙苯中所有原子不可能在同一平面内,B项正确;C项,对照反应反应物和生成物的结构可知反应为加成反应,C项错误;D项,反应
25、中使用的反应物()和生成物均含有酯基,在强碱性条件下水解,反应不能在强碱性条件下进行,D项错误。6.(2013重庆高考)华法林是一种治疗心脑血管疾病的药物,可由化合物E和M在一定条件下合成得到(部分反应条件略)。(1)A的名称为,AB的反应类型为。(2)DE的反应中,加入的化合物X与新制Cu(OH)2反应产生红色沉淀的化学方程式为。(3)GJ为取代反应,其另一产物分子中的官能团是_。(4)L的同分异构体Q是芳香酸,Q R(C8H7O2Cl)S T,T的核磁共振氢谱只有两组峰,Q的结构简式为,RS的化学方程式为。Cl2光照NaOH水，K2Cr2O7,H+(5)题图中,能缩合成体型高分子化合物的酚
26、类单体是。(6)已知:LM的原理为M的结构简式为。【解题指南】解答本题时应注意以下3点:(1)由反应物和生成物的结构简式差别判断反应类型。(2)书写同分异构体时一定要根据题目要求不能臆造。(3)注意提取题目的信息。【解析】(1)A为丙炔,AB是A和水发生了加成反应;(2)DE由结构简式可以看出是发生了-H和醛基的先加成后消去反应,所以X为苯甲醛,X与新制Cu(OH)2反应的方程式为C6H5CHO+2Cu(OH)2+NaOH C6H5COONa+Cu2O+3H2O;(3)由G与C6H5OH反应转化成J,根据反应特点可知,生成物中还有CH3COOH(官能团为羧基);(4)Q是芳香酸,除去羧基只有一个甲基,有邻、间、对三种物质,根据生成物核磁共振氢谱只有两组峰,说明是对位的二取代结构,即Q为,R为,S为,T为;(5)酚类物质缩合时两个邻位不能被占有,所以只能是苯酚;(6)根据已知信息,可推出L与反应先生成,然后在催化剂作用下自身发生反应生成M:和C2H5OH。答案:(1)丙炔 加成反应(2)C6H5CHO+2Cu(OH)2+NaOH C6H5COONa+Cu2O+3H2O(3)COOH(或羧基)(4)(5)苯酚(6)
