第五章 有机化合物的合成与研究【知识清单】-2024-2025学年高二化学单元速记·巧练（沪科版2020选择性必修3）

第五单元 有机化合物的合成与研究 01 思维导图 02 考点速记 课题1 有机合成初步 一、有机推断的解题模式、方法和思路 1、有机推断题的解答思维模式： 特征反应 推知官能团种类 反应机理 有机推 推知官能团位置 综合分析 断题解 数据处理 确定有机物的结构 题模式 推知官能团数目 产物结构 推知碳架结构 2、解答有机推断题的常用的解题方法： (1)顺推法：以有机物的结构、性质和实验现象为主线，采用正向思维，得出正确结论。 (2)逆推法：以有机物结构、性质和实验现象为主线，采用逆向思维，得出正确结论 注意：在有机推断中思路要开阔，打破定势。应该考虑到某有机物可能不止一种官能团，或者只有一种单不止一个官能团。要从链状结构想到环状结构等。突破口也有可能不止一个，更多的是多种突破口的融合，这样疑难问题就可迎刃而解了。 (3)夹击法：从反应物和生成物同时出发，以有机物的结构、性质为主线，推出中间过渡产物，从而解决过程问题并得出正确结论。 (4)分层推理法：依据题意，分层推理，综合结果，得出正确推论。 二、有机合成 1．合成方法： ①识别有机物的类别，含何官能团，它与何知识信息有关 ②据现有原料，信息及反应规律，尽可能合理把目标分子分成若干片断,或寻求官能团的引入、转换，保护方法或设法将各片断拼接衍变 ③正逆推，综合比较选择最佳方案 2．合成原则： ①原料价廉，原理正确②路线简捷，便于操作，条件适宜③易于分离，产率高 3．解题思路： ①剖析要合成的物质(目标分子)，选择原料，路线(正向、逆向思维，结合题给信息) ②合理的合成路线由什么基本反应完全，目标分子骨架 ③目标分子中官能团引入 （1）合成原则：原料价廉，原理正确，途径简便，便于操作，条件适宜，易于分离。 （2）思路：将原料与产物的结构进行对比，一比碳干的变化，二比官能团的差异。 ①根据合成过程的反应类型，所带官能团性质及题干中所给的有关知识和信息，审题分析，理顺基本途径。 ②根据所给原料，反应规律，官能团引入、转换等特点找出突破点。 ③综合分析，寻找并设计最佳方案。 掌握正确的思维方法。 有时则要综合运用顺推或逆推的方法导出最佳的合成路线。 (3)方法指导：找解题的“突破口”的一般方法是： a.找已知条件最多的地方，信息量最大的； b.寻找最特殊的——特殊物质、特殊的反应条件、特殊颜色等等； c.特殊的分子式，这种分子式只能有一种结构； d.如果不能直接推断某物质，可以假设几种可能，认真小心去论证，看是否完全符合题意。 三、有机合成的常用方法 (1)官能团的引入： 引入官能团 有关反应 羟基-OH 烯烃与水加成,醛/酮加氢,卤代烃水解,酯的水解,葡萄糖分解 卤素原子（－X） 烃与X2取代,不饱和烃与HX或X2加成，(醇与HX取代) 碳碳双键C=C 某些醇或卤代烃的消去，炔烃加氢 醛基-CHO 某些醇(－CH2OH)氧化,烯氧化,糖类水解，（炔水化） 羧基-COOH 醛氧化, 酯酸性水解, 羧酸盐酸化，(苯的同系物被强氧化剂氧化) 酯基-COO- 酯化反应 其中苯环上引入基团的方法： 有机合成中的成环反应 类型 方式 酯成环（—COO—） 二元酸和二元醇分子间的酯化成环 分子内酸醇的酯化成环 醚键成环（— O —） 二元醇分子内脱水成环 二元醇分子间脱水成环 肽键成环 二元酸和二氨基化合物成环 氨基酸分子内或分子间脱水成环 不饱和烃 单烯和二烯加成 乙炔低度聚合 一元醛分子间 如乙醛聚合为六元环 (2)官能团的消除 ①通过加成消除不饱和键； 如CH2＝CH2 ＋ H2 CH3CH3 ②通过消去或氧化或酯化消除羟基（—OH）； 通过消去、氧化可消除－OH。如CH3CH2OHCH2＝CH2↑ ＋ H2O 、 2CH3CH2OH ＋ O2 2CH3CHO ＋ 2H2O ③通过加成或氧化等消除醛基（—CHO）。 如2CH3CHO ＋ O2 2CH3COOH 、CH3CHO ＋ H2 CH3CH2OH ④通过水解反应消除—COO—。 如CH3COOC2H5＋ H2O → CH3COOH ＋ C2H5OH。 (3)官能团的转化 根据合成需要（有时题目信息中会明示某些衍变途径），可进行有机物的官能团转化，以使中间产物向产物递进。常见的有三种方式： ①利用官能团的衍变关系进行衍变，如RCH2OH→醛→羧酸。 ②通过某种化学途径使一个官能团变为两个。 如CH3CH2OH→HOCH2CH2OH。 ③通过某种手段，改变官能团的位置。 (4)官能团的保护 如双键，酚羟基等在转化中的保护。 (5)碳链的增减, 一般会以信息形式给出 ①增长：有机合成中碳链的增长 如信息： 2CH3CH2Br +2Na CH3CH2CH2CH3 +2NaBr 另：常见方式为有机物与HCN反应以及不饱和化合物间的加成、聚合等。 ②变短：如烃的裂化，某些烃（如苯的同系物、烯烃）的氧化，羧酸盐脱羧反应等。 O 如 R1CH=CR2 Zn / H2O R1CHO + R2 C R3 R3 O3 课题2 有机化合物的分离与提纯 一、研究有机化合物的基本步骤 二、有机物的分离、提纯方法 1．蒸馏——分离和提纯液态有机化合物的常用方法 (1)适用范围 分离、提纯的有机物热稳定性较高，其沸点与杂质的沸点相差较大。 (2)实验装置(填仪器名称) 注意事项：①温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处。 ②碎瓷片的作用：使液体平稳沸腾，防止暴沸。 ③冷凝管中水流的方向是下口进入，上口流出。 2．萃取——分为液­液萃取和固­液萃取。 (1)萃取的原理 ①液­液萃取是利用待分离组分在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 ②固­液萃取是利用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。 (2)萃取剂的条件及常用试剂 待分离组分在萃取剂中的溶解度较大，常用的萃取剂有乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等。 (3)分液：将萃取后的两层液体分开的操作。 (4)主要玻璃仪器为分液漏斗、烧杯。 微点拨：①分液时，上层液体从上口倒出。 ②萃取剂与原溶剂不能互溶，且不与溶质反应。 3．重结晶——提纯固体有机化合物常用的方法 (1)原理：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去。 (2)溶剂的选择 ①杂质在所选溶剂中的溶解度很大或溶解度很小，易于除去。 ②被提纯的有机化合物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大，能够进行冷却结晶。 三、确定实验式——元素分析 1．实验式：有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，也称为最简式。 2．李比希定量分析一般过程 [示例]　某种含C、H、O三种元素的未知物A，经燃烧分析实验测得其中碳的质量分数为52.16%，氢的质量分数为13.14%。则： ①氧的质量分数为34.70%。 ②C、H、O的原子个数比N(C)∶N(H)∶N(O)≈2∶6∶1。 ③该未知物A的实验式为C2H6O。 重结晶法提纯苯甲酸 [问题] 某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙，提纯苯甲酸需要经过哪些步骤？ [资料] 苯甲酸可用作食品防腐剂。纯净的苯甲酸为无色结晶，其结构可表示为，熔点122 ℃，沸点249 ℃。苯甲酸微溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。苯甲酸在水中的溶解度如下： 温度/℃ 25 50 75 溶解度/g 0.34 0.85 2.2 [实验] 图示如图： [讨论] (1)溶解粗苯甲酸时加热的作用是什么？趁热过滤的目的是什么？ (2)实验操作中多次使用了玻璃棒，分别起到了哪些作用？ (3)如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净？ [提示](1)促进苯甲酸的快速溶解；防止苯甲酸析出，使苯甲酸与不溶杂质分离。 (2)溶解时，加速溶解；过滤时，引流。 (3)取提纯的苯甲酸少许，加入水溶解，然后加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无沉淀，说明苯甲酸中NaCl已除净。 课题3 有机化合物结构的测定 一、确定分子式——质谱法 1．原理 质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。 2．相对分子质量确定 质谱图中最右侧的分子离子峰或质荷比最大值表示样品中分子的相对分子质量。 3．示例说明 下图是某未知物A(实验式为C2H6O)的质谱图，由此可确定该未知物的相对分子质量为46。 二、确定分子结构——波谱分析 1．红外光谱 (1)作用：初步判断某有机物分子中所含有的化学键或官能团。 (2)原理：不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 例如：分子式为C2H6O的红外光谱上发现有O—H、C—H和C—O的吸收峰，可推知该分子的结构简式为C2H5—OH。 2．核磁共振氢谱 (1)作用：测定有机物分子中氢原子的类型和它们的相对数目。 (2)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图上出现的位置也不同，具有不同的化学位移，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (3)分析：吸收峰数目＝氢原子类型种类，吸收峰面积比＝氢原子数之比。 (4)示例分析：某未知物A的分子式为C2H6O，核磁共振氢谱如下图，则有3种处于不同化学环境的氢原子，个数比为3∶2∶1，说明该未知物A的结构简式为CH3CH2OH。 3．X射线衍射 (1)原理：X射线是一种波长很短(约10－10m)的电磁波，它和晶体中的原子相互作用可以产生衍射图。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。 (2)应用：将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定，可以获得更为直接而详尽的结构信息。 有机物结构确定的其他方法 (1)根据价键规律确定 某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构简式。例如C2H6，只能是CH3CH3。 (2)通过定性实验确定 实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构简式。 如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有双键或三键。 (3)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物。 实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律如价键规律、性质和量的规律等来对其进行“组装”和“拼凑”。 (4)通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明1个该醇分子中含2个—OH。 03 素养提升 有机物的分离、提纯 方法 目的 主要仪器 实例 蒸馏 分离、提纯沸点相差很大的液态混合物 蒸馏烧瓶、冷凝管 分离乙酸和乙醇 萃取 将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂 分液漏斗 用四氯化碳将碘水中的碘提取出来 分液 分离互不相溶的液态混合物 分液漏斗 分离汽油和水 重结晶 利用温度对溶解度的影响提纯有机物 烧杯、酒精灯、蒸发皿、漏斗 提纯苯甲酸 洗气 分离提纯气体混合物 洗气瓶 除去甲烷中的乙烯 微点拨：分离提纯物质的“四原则” 一般有机物中氧元素的确定方法 一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为碳、氢元素或碳、氢、氧元素。欲判断该有机物分子是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物分子的组成中不含氧元素；否则，原有机物分子的组成中含氧元素。 1．确定分子式的方法 (1)根据有机物中各元素的质量分数，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确定分子式。 (2)根据有机物的摩尔质量和各元素的质量分数，求出1 mol 该有机物中各元素原子的物质的量，从而确定出该有机物的分子式。 (3)根据有机物燃烧时消耗O2的量及产物的量，求出有机物的实验式，再通过计算确定出有机物的分子式。 (4)化学方程式法 利用有机反应中反应物、生成物之间“量”的关系求分子式的方法。在有机化学中，常利用有机物燃烧等方程式对分子式进行求解。常用的化学方程式有： CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O； CxHyOz＋(x＋－)O2xCO2＋H2O。 (5)余数法 用烃的相对分子质量除以14，看商数和余数。 ＝＝A…… 其中商数A为烃中的碳原子数，此法适用于具有特定通式的烃(如烷烃、烯烃、炔烃、苯和苯的同系物等)。 2．有机物分子结构的确定(物理方法) 有机推断题的解题思路： 此类试题通常以框图题的形式出现，解题的关键是确定突破口。常见的突破口的确定角度在推断和合成过程中常涉及到下列情况： (1)从有机物的物理特征突破。有机物中各类代表物的颜色、状态、气味、溶解性、密度、熔沸点等往往各有特点，平时留心归纳，可能由此找到解题突破口。例如常温下为气体的烃的含氧衍生物只有甲醛一种。 物理性质 相应物质 常温常压下为气态的物质 1～4个碳原子的烃（还有新戊烷），CH3Cl、HCHO 密度最小的气态有机物 CH4 易溶于水的有机物 碳原子个数较少的醇、醛、羧酸 难溶于水的有机物 卤代烃、硝基化合物、醚、酯 难溶于水且密度小于水的有机物 所有的烃和酯 难溶于水且密度大于水的有机物 多卤代烃（如CCl4） 有果香味的有机物 低碳酯 (2)以有机物的反应条件作为突破口。有机反应往往具有特定的条件，因此反应的特定条件可以是解题的突破口。具体概括如下： ①注意有机反应条件的重要性。 重要的试剂反应条件有： I、有机反应要在适当的条件下才能发生。书写有机反应式时要正确标明反应条件。 II、反应条件不同，反应类型和反应产物均有可能不同。 A温度不同，反应产物和反应类型不同。如乙醇与浓硫酸共热； B溶剂不同，反应产物和反应类型不同，如溴乙烷与NaOH共热在水和醇作溶剂时； C催化剂不同，反应产物不同，如甲苯与氯气在光照或加Fe时；乙醇的燃烧与催化氧化。 D浓度不同，产物不同，如蔗糖在稀硫酸作用下水解得葡萄糖；在浓硫酸作用下发生炭化。 ②重要的综合反应条件： 反应条件 反应类型 催化剂，加热、加压 乙烯水化；乙烯被氧气氧化；油脂的氢化 催化剂、加热 乙烯、乙炔与氢气加成；乙炔与HCl加成；醇去氢氧化 水浴加热 苯的硝化、磺化；银镜反应；酯类的水解；糖类的水解；卤代烃的水解 一般加热 醇的卤代；醛基氧化；卤代烃的水解与消去 浓硫酸、加热 乙醇脱水反应（分子内和分子间）；硝化、酯化反应 稀硫酸、加热 酯的水解；、糖类的水解；蛋白质的水解 NaOH溶液、加热 酯的水解（皂化） 卤代烃的水解 催化剂 苯的溴代；乙醛被空气氧化；加聚反应；葡萄糖制乙醇 不需外加条件 烯、炔加溴；烯、炔、苯的同系物、醛、酚被酸性高锰酸钾溶液氧化；苯酚的溴代等 (3)从官能团的特征反应入手：即从结构上突破。 ①有机物的官能团和它们的性质： 官能团 性质 碳碳双键 加成（H2、X2、HX、H2O） 氧化（O2、KMnO4）加聚 碳碳叁键 加成（H2、X2、HX、H2O） 氧化（O2、KMnO4）、加聚 苯 取代（X2、HNO3、H2SO4） 加成（H2）、氧化（O2） 卤素原子 水解（NaOH水溶液） 消去（NaOH醇溶液） 醇羟基 取代【活泼金属、HX、分子间脱水、酯化反应】 氧化【铜的催化氧化、燃烧】 消去 酚羟基 取代（浓溴水）、弱酸性、加成（H2） 显色反应（Fe3+） 醛基 加成或还原（H2） 氧化【O2、银氨溶液、新制Cu(OH)2】 羰基 加成或还原（H2） 羧基 酸性、酯化 酯基 水解 (稀H2SO4、NaOH溶液) ②由反应条件确定官能团 ： 反应条件 可能官能团 浓硫酸 ①醇的消去（醇羟基）②酯化反应（含有羟基、羧基） 稀硫酸 ①酯的水解（含有酯基） ②二糖、多糖的水解 NaOH水溶液 ①卤代烃的水解 ②酯的水解 NaOH醇溶液 卤代烃消去（－X） H2、催化剂 加成(碳碳双键、碳碳叁键、醛基、羰基、苯环) O2/Cu、加热 醇羟基 （－CH2OH、－CHOH） Cl2(Br2)/Fe 苯环 Cl2(Br2)/光照 烷烃或苯环上烷烃基 碱石灰/加热 R－COONa ③根据反应物性质确定官能团 : 反应条件 可能官能团 能与NaHCO3反应的 羧基 能与Na2CO3反应的 羧基、酚羟基 能与Na反应的 羧基、酚羟基、醇羟基 与银氨溶液反应产生银镜 醛基 与新制氢氧化铜产生砖红色沉淀 （溶解） 醛基 （羧基） 使溴水褪色 C＝C、C≡C 加溴水产生白色沉淀、遇Fe3+显紫色 酚 A B 氧化 氧化 C A是醇（－CH2OH）或乙烯 ④根据反应类型来推断官能团： 反应类型 可能官能团 加成反应 C＝C、C≡C、－CHO、羰基、苯环 加聚反应 C＝C、C≡C 酯化反应 羟基或羧基 水解反应 －X、酯基、肽键 、多糖等 单一物质能发生缩聚反应 分子中同时含有羟基和羧基或羧基和胺基 ⑤反应类（从特征现象上突破） 反应的试剂 有机物 现象 与溴水反应 (1)烯烃、二烯烃(2)炔烃 溴水褪色，且产物分层 (3)醛 澳水褪色，且产物不分层 (4)苯酚 有白色沉淀生成 与酸性高 锰酸钾反应 (1)烯烃、二烯烃(2)炔烃 (3)苯的同系物(4)醇(5)醛 高锰酸钾溶液均褪色 与金属钠反应 (1)醇 放出气体，反应缓和 (2)苯酚 放出气体，反应速度较快 (3)羧酸 放出气体，反应速度更快 与氢氧化钠 反应 (1)卤代烃 分层消失，生成一种有机物 (2)苯酚 浑浊变澄清 (3)羧酸 无明显现象 (4)酯 分层消失，生成两种有机物 与碳酸氢钠反应 羧酸 放出气体且能使石灰水变浑浊 银氨溶液或 新制氢氧化铜 (1)醛 有银镜或红色沉淀产生 (2)甲酸或甲酸钠 加碱中和后有银镜或红色沉淀产生 (3)甲酸酯 有银镜或红色沉淀生成 (3)从定量关系角度入手 常见式量相同的有机物和无机物，即从特定的量的关系上突破。 物质 试剂 定量关系 烯烃 与X2、HX、H2等加成 1mol碳碳双键＝1molX2（HX、H2） 炔烃 与X2、HX、H2等加成 1mol碳碳三键＝2molX2（HX、H2） 醇 与Na反应 1mol－OH＝1molNa＝0.5molH2 醛 与银氨溶液反应；与新制氢氧化铜反应 1mol－CHO＝2molAg＝1molCu2O 羧酸 与Na2CO3溶液反应 1mol－COOH＝0.5molNa2CO3 羧酸 与醇发生酯化反应 1mol－COOH能与1mol－OH生成1molH2O 常见的有机推断信息 1 RONa+R’X→ROR’+NaX。 2 3 4已知丙二酸二乙酯（CH2(COOC2H5)2）能发生以下反应：   5 6已知：①同一个碳原子上接两个或三个羟基的有机物分子结构不稳定，会发生变化，如： ②某些醇或酚可以与碳酸酯反应生成聚碳酸酯，如： 7已知： ②烷基化反应：； ③ ④酰基化反应：。 8已知：i．共轭二烯烃（如异戊二烯）与含有碳碳叁键的有机物作用时能形成环状化合物： ii． 9已知： ②RCOOR’+R”OHRCOOR”+R-OH。 10已知：Ⅰ． Al +RCl R +HCl Ⅱ． CH2Cl + R’CHCHO R’’ 催化剂PTC CH2 + HCl CCHO R’ R’’ 注：以上反应中R、R’、R’’均表示烃基 11 12已知烯烃能发生如下的反应 13 14已知： 15已知： 16已知： 17已知： ② 18丙二酸二乙酯[CH2(COOC2H5)2]分子中受相邻2个羰基影响的—CH2—基团中的H原子易被RX、RCOX中R—、RCO—取代。 19已知苯胺（）进行氯化或溴化反应都直接生成2，4，6—三卤苯胺，很难使反应停留在一氯代或一溴代的阶段。 20已知： HCN/OH— H2O/H+ OH RCHO R-CH-CN R-CH-COOH OH 21已知：RCN在酸性条件下发生水解反应： RCN RCOOH 22已知： （1） （2） 23已知：①—CH2CN—CH2COONa +NH3 ②—C(OH)3 —COOH+H2O 24已知： 25已知：(1) R-CH2-Cl+NaCNR-CH2-CN +NaCl (2) R-CH2-CN +NaOH +H2OR-CH2-COONa +NH3 26已知：（1）不饱和碳上的氢可与1，3-丁二烯发生1，4加成。如： CH2=CH2 + CH2=CH—CH=CH2 O （2） 27钯催化偶联反应可表示为：R-X + CH2=CH-R’R-CH=CH-R’ + HX。 28已知： 29 1 学科网（北京）股份有限公司 $$