“庖丁解牛”分析有机合成与推断大题(上)

2021-10-11 07:43李宏华
求学·理科版 2021年10期
关键词:同分异构官能团庖丁解牛

李宏华

“有机框图+有机物的合成”是有机合成与推断大题的标准题型,在全国卷以选考题的形式出现,还有一些地方卷将其列入必考题。此大题考查的内容包含有机化学的主干内容,综合性强、难度较大,有很好的区分度。本期,笔者将对有机合成与推断大题中的常见官能团的名称、结构与性质,反应类型的判断与化学方程式书写,以及同分异构体的判断与书写这三部分内容进行讲解。

一、常见官能团的名称、结构与性质

确定官能团的方法

1.根据试剂或特征现象推知官能团的种类

①使溴水褪色,则表示该物质中可能含有“”或“”结构。

②使KMnO4(H+)溶液褪色,则该物质中可能含有“”“”“—CHO”等结构或为苯的同系物。

③遇FeCl3溶液显紫色,或加入溴水出现白色沉淀,则该物质中含有酚羟基。

④遇浓硝酸变黄,则表明该物质是含有苯环结构的蛋白质。

⑤遇I2变蓝则该物质为淀粉。

⑥加入新制的Cu(OH)2悬浊液,加热煮沸有红色沉淀生成,或加入银氨溶液加热有银镜生成,表示含有—CHO。

⑦加入Na放出H2,表示含有—OH或—COOH。

⑧加入NaHCO3溶液产生气体,表示含有—COOH。

2.根据数据确定官能团的数目

②2—OH(醇、酚、羧酸)H2

③2—COOHCO2,—COOHCO2

④,(或二烯、烯醛) —CH2CH2—

⑤某有机物与醋酸反应,相对分子质量增加42,则含有1个—OH;增加84,则含有2个—OH(即—OH转变为—OOCCH3)。

⑥由—CHO转变为—COOH,相对分子质量增加16;若增加32,则含2个—CHO。

⑦当醇被氧化成醛或酮后,相对分子质量减小2,则含有1个—OH;若相对分子质量减小4,则含有2个—OH。

3.根据性质确定官能团的位置

①若醇能氧化为醛或羧酸,则醇分子中应含有—CH2OH;若能氧化成酮,则醇分子中应含有—CHOH—。

②由消去反应的产物可确定—OH或—X的位置。

③由一卤代物的种类可确定碳架结构。

④由加氢后的碳架结构,可确定“”或“”的位置。

⑤由有机物发生酯化反应能生成环酯或聚酯,可确定有机物是羟基酸,并根据环的大小,可确定—OH与—COOH的相对位置。

二、反应类型的判断与化学方程式书写

反应类型 概念 实例

取代反应 有机物中的某些原子(或原子团)被其他原子或原子团所替代的反应 ①烷烃的卤代②苯及其同系物的卤代、硝化、磺化③醇分子间脱水④苯酚与浓溴水反应

酯化反应

(取代反应) 羧酸与醇作用生成酯和水的反应 ①酸(含无机含氧酸)与醇②葡萄糖与乙酸

水解反应

(取代反应) 有机物在有水参加时,分解成两种或多种物质的反应 ①酯的水解②卤代烃的水解③二糖、多糖的水解④蛋白质的水解

加成反应 有机物中不饱和碳原子跟其他原子(或原子团)直接结合生成新物质的反应 ①烯烃、炔烃与H2、X2、H2O、HX的加成②苯及苯的同系物与H2的加成③醛或酮与H2的加成④油脂的氢化

消去反应 有机物分子中脱去一个小分子(如H2O、HX)生成不饱和化合物的反应 ①醇分子内脱水生成烯烃②卤代烃的消去反应

加聚反应 不饱和烃及其衍生物的单体通过加成反应生成高分子化合物 乙烯、氯乙烯、苯乙烯等的加聚

综聚反应 单体化合物间相互反应生成高分子化合物,同时还生成小分子物质(H2O、HX等)的反应 ①多元醇与多元羧酸反应生成聚酯②氨基酸反应生成多肽

氧化反应 有机物分子中加氧或去氢的反应 ①与O2反应②使酸性KMnO4溶液褪色的反应③R—CHO发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液的反应

还原反应 有机物分子中加氢或去氧的反应 ①烯烃、炔烃及其衍生物与氢气加成②醛催化加氢生成醇③油脂的硬化

【例1】(2021·湖南高考真题)叶酸拮抗剂Alimta(M)是一种多靶向性抗癌药物。以苯和丁二酸酐为原料合成该化合物的路线如图。

已知:①

结合上述信息,写出丁二酸酐和乙二醇合成聚丁二酸乙二醇酯的反应方程式。

【答案】n+nHOCH2CH2OH +nH2O

【解析】丁二酸酐( )和乙二醇(HOCH2CH2OH)合成聚丁二酸乙二醇酯()的过程中,需先将  转化为丁二酸,可利用已知信息②实现,然后利用B→C的反应类型合成聚丁二酸乙二醇酯,可得出反应方程式。

三、同分异构体的判断与书写

1.限定条件下同分异构体的书写流程

(1)根据限定条件确定同分异构体中所含官能团。

(2)结合所给有机物有序思维:碳链异构→官能团位置异构→官能团类别异构。

(3)确定同分异构体种数或根据性质书写结构简式。

(4)结合核磁共振氢谱,注意对称性检验。

2.常见限制条件与结构关系

不饱和度 Ω=1,1个双键或1个环

Ω=2,1个三键或2个双键(或1个双键和1个环)

Ω=3,3个双键或1个双键和1个三键(或一个环和两个双键等)

Ω>4,考虑可能含有苯环

化学性质 能与金属钠反应:羟基、羧基

能与碳酸钠溶液反应:酚羟基、羧基

与氯化铁溶液发生显色反应:酚羟基

发生银镜反应:醛基

发生水解反应:卤原子、酯基

核磁共振

氢谱 确定有多少种不同化學环境的氢原子

判断分子的对称型

【例2】(2021·湖南高考真题)(题目同例1,已略)

B有多种同分异构体,同时满足下列条件的同分异构体有_______种(不考虑立体异构)。

①苯环上有2个取代基②能够发生银镜反应③与FeCl3溶液发生显色发应

其中,核磁共振氢谱有五组峰,且峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式为 。

【答案】15 HOCHO

【解析】B的同分异构体满足①能发生银镜反应,说明结构中存在醛基;②与FeCl3溶液发生显色发应,说明含有酚羟基;③同时满足苯环上有2个取代基,酚羟基需占据苯环上的1个取代位置,支链上苯环连接方式(点标记):、 共五种,因此一共有5×3=15种结构。其中核磁共振氢谱有五组峰,由于酚羟基和醛基均无对称结构,因此峰面积之比为6∶2∶2∶1∶1的结构简式一定具有对称性(否则苯环上的氢原子不等效),即苯环上取代基位于对位,核磁共振氢谱中峰面积比为6的氢原子位于与同一碳原子相连的两个甲基上,因此该同分异构的结构简式为HOCHO。

猜你喜欢
同分异构官能团庖丁解牛
有机物官能团的定量关系在解题中的应用
对《庖丁解牛》一文几处细节的解读
有机物同分异构体的判断和推导难点突破
“同分异构体”知识解谈
陶行知“生活教育”理论视阈下的“解牛之美”
排列组合思维在同分异构中的运用
从《庖丁解牛》看当代职业教育的技与道
同分异构之官能团位置异构书写规律
逆向合成分析法之切断技巧
用“嵌入法”书写醚和酮的同分异构体