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有机合成与推断题是综合应用各类有机物的不同性质,利用信息推测未知物的结构、合成指定结构产物的一类试题。此类问题集再认、推演、重组、开发、新信息给予、探究六位一体的题型,突破口选择是攻克有机合成推断题的秘钥。
1计算秘钥
例1有机物A蒸汽密度,是相同状态下甲烷密度的625倍,有机物中各元素的质量分数分别为碳60%,氢8%,氧32%,A的分子式是。
解析:相对密度法计算摩尔质量M=16D(对CH4)=16×625=100,N(C)=100×60%/12=5。同法得氢氧原子数8和2。分子式为C5H8O2。
例258g A完全燃烧可产生03 mol CO2和03 mol H2O,A蒸气对氢气的相对密度是29,A分子中不含甲基,且为链状结构,其结构简式是。
解析:通过CO2和H2O计算碳氢元素质量分别为36g和06g,差值质量为氧元素16g,相对密度法计算摩尔质量M=2D(对H2)=58,N(C)∶N(H)∶N(O)=03∶06∶01=3∶6∶1,结合摩尔质量得分子式C3H6O,比烷烃氢原子数少2个,链状结构,应该存在双键,A分子中不含甲基,排除含醛基的可能,考虑中学不稳定结构中情况,碳碳双键不与羟基直接相连,A的结构简式CH2=CH-CH2-OH。
例3芳香烃A的相对分子质量在100~110之间,1mol A充分燃烧可生成72g水,A名称为。
解析:72g水的物质的量4mol,1个A分子中含有8个氢原子,碳原子数在92/12~102/12范围,取整数为8确定分子式C8H8,C8H8—C6H5=C2H3结合不饱和度确定A为苯乙烯。
2条件秘钥
(1)浓硫酸/170℃→唯一的反应是乙醇的消去反应;
(2)浓硫酸/△→考虑醇的消去和酯化反应;
(3)稀硫酸/△→主要为酯的水解,反应其次二糖、多糖的水解;
(4)NaOH/H2O→卤代烃和酯的水解反应;
(5)NaOH/C2H5OH→唯一的反应是卤代烃消去反应;
(6)O2/Cu、△→醇的催化氧化;
(7)Cu(OH)2、Ag(NH3)2OH/△→含醛基物质的氧化反应;
(8)Cl2(Br2)/Fe→苯环上的取代反应;
(9)Cl2(Br2)/光照→烷烃或苯环上烷烃基的取代反应;
(10)H2/催化剂→加成反应(碳碳双键、碳碳叁键、醛基、羰基、苯环);
(11)Br2/CCl4→烯烃炔烃加成反应和;
(12)KMnO4/H+→芳香烃的侧链的氧化反应;
(13)NaHCO3→羧酸的无机反应;
(14)Br2/水苯酚的取代反应;
(15)FeCl3溶液→酚类的显色反应。
3结构秘钥
(1)结构的限定性
①醇氧化醛氧化羧酸,连续氧化的醇,羟基所连碳原子有2个H,若羟基所连碳原子有1个H,氧化为酮;若羟基所连碳原子没有H,不能催化氧化。
②醇类或卤代烃发生消去反应时,与羟基或卤素原子相连碳原子的相邻碳原子上就要有氢原子,如CH3OH、(CH3)3CCH2OH就不能发生消去反应。
(2)结构的不稳定性
①碳碳双键与羟基相连不稳定重排成醛;②同一碳原子连2个羟基,会脱去1个H2O,形成碳氧双键;③同一碳原子连2个双键是不稳定的一般不考虑。
要活得快乐只有两个诀窍。一是不要按喇叭,二是不要计较小事。
在我看来,选择,与其说是取舍,不如说是摒弃我没有选的东西。
(3)结构的隐含性
①称为酚酯,酚酯具有芳香烃及酯的双重性质,水解时形成羧酸与酚类物质,因酚具有酸性,能与NaOH溶液反应,故在碱性条件下水解时,1mol酚酯基需要消耗2molNaOH。
②称为甲酸酯,含有醛基(见虚线框内)与酯基(实线框内)两种官能团,因这类酯具有醛与酯的双重性。如可以发生银镜反应,能被新制的Cu(OH)2所氧化,能使KMnO4溶液褪色,能与氢气发生加成反应,能水解等。
(4)官能团的数量性
①烯烃→1mol碳碳双键=1molX2(HX、H2);
②炔烃→1mol碳碳三键=2molX2(HX、H2);
③醇→1mol-OH=1molNa=05molH2;
④醛→1mol-CHO=2molAg=1molCu2O;
⑤羧酸→1mol-COOH=05molNa2CO3;
⑥RCH2OH(M)→RCHO(M-2)→RCOOH(M+14);
⑦RCH2OH(M)+CH3COOH浓H2SO4→CH3COOCH2R(M+42);
⑧不饱和度Ω(缺氢指数)→对于CxHyOzΩ=2x+2-y2
若Ω=1则分子中有一个双键或一个环;
Ω=2,分子中有两个双键或一个三键;或一个双键和一个环;或两个环;
Ω≥4,说明分子中很可能有苯环。
(5)结构的对称性
核磁共振氢谱显示有1种氢的烷烃→甲烷、乙烷、新戊烷、还有2,2,3,3—四甲基丁烷;
苯环上一元取代产物有1种图示→
4信息秘钥
定位信息在推断合成环节的位置,猜测与信息相似的结构,明确化学键的断裂形成情况。
例如在稀碱作用下,一分子醛的αH加到另一分子醛的羰基氧原子上,而其余部分加到羰基碳原子上,生成β羟基醛(醇醛),该反应称为羟醛缩合反应。生成的β羟基醛分子中的αH因受—OH和—CHO两个基团的影响,稍微受热或在酸的作用下即发生分子内脱水,生成α,β不饱和醛。 5思维秘钥
(1)“酯”向思维:有机合成的终点物质是酯类,重点是双官能团的醇与羧酸形成环酯及聚酯。依据知识线索烃→卤代烃→醇→醛→羧酸→酯,用顺向或逆向或“两头堵”方法合成或推断。
(2)立体思维:推断及合成有机物官能团具有“两多”特点,一是同种官能团数量多,二是多个不同官能团;要从链状结构想到环状结构甚至是笼状结构。
(3)加减思维:利用化学反应机理将分子式(或部分分子式)进行化学意义上的“加减”,从而推出未知物的分子式(或结构简式)。
6秘钥应用
例4肉桂醛在食品、医药化工等方面都有应用。
(1)质谱分析肉桂醛分子的相对分子质量为132。其分子中碳元素的质量分数为818%,其余为氢和氧。分子中的碳原子数等于氢、氧原子数之和。肉桂醛的分子式是。
(2)肉桂醛具有下列性质:
请回答:
①肉桂醛是苯的一取代物,核磁共振氢谱显示,苯环侧链上有三种不同化学环境的氢原子,其结构简式是。(本题均不考虑顺反异构与手性异构)
②Z不能发生的反应类型是。
A取代反应B消去反应C加成反应D加聚反应
③Y与乙醇在一定条件下作用得到肉桂酸乙酯,该反应的化学方程式是。
④Y的同分异构体中,属于酯类目苯环上只有一个取代基的同分异构体有种。其中任意一种的结构简式是。
(3)已知Ⅰ醛与醛能发生反应,原理如下:
我只是站在球场上,不假思索地接打过来的球。一直都是这样。
在还不知道下一步想做什么时,那就不要想太多。努力把现在的事情做好,踩着自己的脚步,总有一天会知道下一步要如何踏出。
Ⅱ合成肉桂醛的工业流程如下图所示,其中甲为烃。
请回答:
①甲的结构简式是。
②丙和丁生成肉桂醛的化学方程式是。
③醛和酯也可以发生如“I”的反应。食用香料肉桂酸乙酯通过如下反应合成:
戊的名称是。
解析:本题的突破口为先求肉桂醛的分子式:N(C)=132×818%12=9
设肉桂醛的分子式为C9H9-xOx,由相对分子质量为132可求得x=1;即肉桂醛的分子式为C9H8O;条件推得肉桂醛的结构中存在一个—CHO,运用加减思维,分子式去掉一个—CHO后剩下C8H7,Ω=5残基含苯环和双键,因为肉桂醛的苯环侧链上有三种不同化学环境的氢原子,所以可得其结构简式为:;Y为;Z为;Z无碳碳双键不能发生加聚反应;
Y的酯化反应为;Y的同分异构体中,属于酯类目苯环上只有一个取代基的同分异构体有如下四种
;
合成肉桂醛条件信息得,丙和丁属于醛,运用加减思维确定丁为;丙为CH3CHO;逆推得乙为CH3CH2OH;甲为CH2=CH2;
而中,肉桂酸乙酯的结构简式为:,其分子中比丁多了4个C原子,则戊为4个C的酯,符合的只能是乙酸乙酯。类比信息写出CH3CHO和的化学方程式。
1计算秘钥
例1有机物A蒸汽密度,是相同状态下甲烷密度的625倍,有机物中各元素的质量分数分别为碳60%,氢8%,氧32%,A的分子式是。
解析:相对密度法计算摩尔质量M=16D(对CH4)=16×625=100,N(C)=100×60%/12=5。同法得氢氧原子数8和2。分子式为C5H8O2。
例258g A完全燃烧可产生03 mol CO2和03 mol H2O,A蒸气对氢气的相对密度是29,A分子中不含甲基,且为链状结构,其结构简式是。
解析:通过CO2和H2O计算碳氢元素质量分别为36g和06g,差值质量为氧元素16g,相对密度法计算摩尔质量M=2D(对H2)=58,N(C)∶N(H)∶N(O)=03∶06∶01=3∶6∶1,结合摩尔质量得分子式C3H6O,比烷烃氢原子数少2个,链状结构,应该存在双键,A分子中不含甲基,排除含醛基的可能,考虑中学不稳定结构中情况,碳碳双键不与羟基直接相连,A的结构简式CH2=CH-CH2-OH。
例3芳香烃A的相对分子质量在100~110之间,1mol A充分燃烧可生成72g水,A名称为。
解析:72g水的物质的量4mol,1个A分子中含有8个氢原子,碳原子数在92/12~102/12范围,取整数为8确定分子式C8H8,C8H8—C6H5=C2H3结合不饱和度确定A为苯乙烯。
2条件秘钥
(1)浓硫酸/170℃→唯一的反应是乙醇的消去反应;
(2)浓硫酸/△→考虑醇的消去和酯化反应;
(3)稀硫酸/△→主要为酯的水解,反应其次二糖、多糖的水解;
(4)NaOH/H2O→卤代烃和酯的水解反应;
(5)NaOH/C2H5OH→唯一的反应是卤代烃消去反应;
(6)O2/Cu、△→醇的催化氧化;
(7)Cu(OH)2、Ag(NH3)2OH/△→含醛基物质的氧化反应;
(8)Cl2(Br2)/Fe→苯环上的取代反应;
(9)Cl2(Br2)/光照→烷烃或苯环上烷烃基的取代反应;
(10)H2/催化剂→加成反应(碳碳双键、碳碳叁键、醛基、羰基、苯环);
(11)Br2/CCl4→烯烃炔烃加成反应和;
(12)KMnO4/H+→芳香烃的侧链的氧化反应;
(13)NaHCO3→羧酸的无机反应;
(14)Br2/水苯酚的取代反应;
(15)FeCl3溶液→酚类的显色反应。
3结构秘钥
(1)结构的限定性
①醇氧化醛氧化羧酸,连续氧化的醇,羟基所连碳原子有2个H,若羟基所连碳原子有1个H,氧化为酮;若羟基所连碳原子没有H,不能催化氧化。
②醇类或卤代烃发生消去反应时,与羟基或卤素原子相连碳原子的相邻碳原子上就要有氢原子,如CH3OH、(CH3)3CCH2OH就不能发生消去反应。
(2)结构的不稳定性
①碳碳双键与羟基相连不稳定重排成醛;②同一碳原子连2个羟基,会脱去1个H2O,形成碳氧双键;③同一碳原子连2个双键是不稳定的一般不考虑。
要活得快乐只有两个诀窍。一是不要按喇叭,二是不要计较小事。
在我看来,选择,与其说是取舍,不如说是摒弃我没有选的东西。
(3)结构的隐含性
①称为酚酯,酚酯具有芳香烃及酯的双重性质,水解时形成羧酸与酚类物质,因酚具有酸性,能与NaOH溶液反应,故在碱性条件下水解时,1mol酚酯基需要消耗2molNaOH。
②称为甲酸酯,含有醛基(见虚线框内)与酯基(实线框内)两种官能团,因这类酯具有醛与酯的双重性。如可以发生银镜反应,能被新制的Cu(OH)2所氧化,能使KMnO4溶液褪色,能与氢气发生加成反应,能水解等。
(4)官能团的数量性
①烯烃→1mol碳碳双键=1molX2(HX、H2);
②炔烃→1mol碳碳三键=2molX2(HX、H2);
③醇→1mol-OH=1molNa=05molH2;
④醛→1mol-CHO=2molAg=1molCu2O;
⑤羧酸→1mol-COOH=05molNa2CO3;
⑥RCH2OH(M)→RCHO(M-2)→RCOOH(M+14);
⑦RCH2OH(M)+CH3COOH浓H2SO4→CH3COOCH2R(M+42);
⑧不饱和度Ω(缺氢指数)→对于CxHyOzΩ=2x+2-y2
若Ω=1则分子中有一个双键或一个环;
Ω=2,分子中有两个双键或一个三键;或一个双键和一个环;或两个环;
Ω≥4,说明分子中很可能有苯环。
(5)结构的对称性
核磁共振氢谱显示有1种氢的烷烃→甲烷、乙烷、新戊烷、还有2,2,3,3—四甲基丁烷;
苯环上一元取代产物有1种图示→
4信息秘钥
定位信息在推断合成环节的位置,猜测与信息相似的结构,明确化学键的断裂形成情况。
例如在稀碱作用下,一分子醛的αH加到另一分子醛的羰基氧原子上,而其余部分加到羰基碳原子上,生成β羟基醛(醇醛),该反应称为羟醛缩合反应。生成的β羟基醛分子中的αH因受—OH和—CHO两个基团的影响,稍微受热或在酸的作用下即发生分子内脱水,生成α,β不饱和醛。 5思维秘钥
(1)“酯”向思维:有机合成的终点物质是酯类,重点是双官能团的醇与羧酸形成环酯及聚酯。依据知识线索烃→卤代烃→醇→醛→羧酸→酯,用顺向或逆向或“两头堵”方法合成或推断。
(2)立体思维:推断及合成有机物官能团具有“两多”特点,一是同种官能团数量多,二是多个不同官能团;要从链状结构想到环状结构甚至是笼状结构。
(3)加减思维:利用化学反应机理将分子式(或部分分子式)进行化学意义上的“加减”,从而推出未知物的分子式(或结构简式)。
6秘钥应用
例4肉桂醛在食品、医药化工等方面都有应用。
(1)质谱分析肉桂醛分子的相对分子质量为132。其分子中碳元素的质量分数为818%,其余为氢和氧。分子中的碳原子数等于氢、氧原子数之和。肉桂醛的分子式是。
(2)肉桂醛具有下列性质:
请回答:
①肉桂醛是苯的一取代物,核磁共振氢谱显示,苯环侧链上有三种不同化学环境的氢原子,其结构简式是。(本题均不考虑顺反异构与手性异构)
②Z不能发生的反应类型是。
A取代反应B消去反应C加成反应D加聚反应
③Y与乙醇在一定条件下作用得到肉桂酸乙酯,该反应的化学方程式是。
④Y的同分异构体中,属于酯类目苯环上只有一个取代基的同分异构体有种。其中任意一种的结构简式是。
(3)已知Ⅰ醛与醛能发生反应,原理如下:
我只是站在球场上,不假思索地接打过来的球。一直都是这样。
在还不知道下一步想做什么时,那就不要想太多。努力把现在的事情做好,踩着自己的脚步,总有一天会知道下一步要如何踏出。
Ⅱ合成肉桂醛的工业流程如下图所示,其中甲为烃。
请回答:
①甲的结构简式是。
②丙和丁生成肉桂醛的化学方程式是。
③醛和酯也可以发生如“I”的反应。食用香料肉桂酸乙酯通过如下反应合成:
戊的名称是。
解析:本题的突破口为先求肉桂醛的分子式:N(C)=132×818%12=9
设肉桂醛的分子式为C9H9-xOx,由相对分子质量为132可求得x=1;即肉桂醛的分子式为C9H8O;条件推得肉桂醛的结构中存在一个—CHO,运用加减思维,分子式去掉一个—CHO后剩下C8H7,Ω=5残基含苯环和双键,因为肉桂醛的苯环侧链上有三种不同化学环境的氢原子,所以可得其结构简式为:;Y为;Z为;Z无碳碳双键不能发生加聚反应;
Y的酯化反应为;Y的同分异构体中,属于酯类目苯环上只有一个取代基的同分异构体有如下四种
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合成肉桂醛条件信息得,丙和丁属于醛,运用加减思维确定丁为;丙为CH3CHO;逆推得乙为CH3CH2OH;甲为CH2=CH2;
而中,肉桂酸乙酯的结构简式为:,其分子中比丁多了4个C原子,则戊为4个C的酯,符合的只能是乙酸乙酯。类比信息写出CH3CHO和的化学方程式。