专题1.2.3 有机化学反应的研究-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（苏教版2019）

第3课时　有机化学反应的研究

[核心素养发展目标]　1.知道有机化学方程式与反应机理的关系，了解研究有机反应机理的基本方法，形成有机化学研究的思维模型。2.了解甲烷卤代反应、酯水解反应及烯烃加成反应的机理，能根据有机物的结构特点推理有机反应的机理，培养证据推理和模型认知能力。

1．反应机理

又称反应历程，指反应物转变为生成物所经历的过程。有机化学的反应机理揭示了反应中化学键因基团的相互作用而发生断裂形成新化学键。

2．有机反应机理研究

(1)甲烷取代反应的反应机理

为了探究甲烷取代反应的反应机理，人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究，记录到·Cl的核磁共振谱线和·CH3等基团的存在。于是认识到CH4与Cl2的反应为自由基型链反应。具体过程为

链引发：Cl2·Cl＋·Cl

链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3

·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl

链终止：·Cl＋·Cl―→Cl2

·Cl＋·CH3―→CH3Cl

总反应的化学方程式：CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl。

(2)同位素示踪法研究酯的水解反应

①方法：将乙酸乙酯与HO混合后在硫酸催化下加热水解，检测18O的分布情况，判断酯水解时的断键情况。

②反应机理

由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的①键，水中的—18OH连接在①键上形成羧酸。

(3)乙烯和HBr加成反应的研究

利用质谱仪可以检测出该反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子(CH3H2)，据此推断该反应为离子型反应，反应机理如下：

第一步：HBr―→H＋＋Br－

H＋＋CH2==CH2―→CH3H2

第二步：CH3H2＋Br－―→CH3CH2Br

总反应的化学方程式：HBr＋CH2==CH2―→CH3CH2Br。

(1)Cl2在水中也能产生Cl－，因此可以和CH4发生取代反应(　　)

(2)根据CH4和Cl2反应的机理，反应不能得到纯净的CH3Cl(　　)

(3)1 mol CH4和1 mol Cl2在光照条件下发生反应，得到1 mol CH3Cl和1 mol HCl(　　)

(4)同位素示踪法研究化学反应，利用的是同位素的化学性质不同(　　)

(5)含18O的乙醇和乙酸在浓硫酸作用下发生酯化反应，18O可以存在于生成的水中(　　)

(6)CH3—CH==CH2和HBr的加成反应中，利用质谱仪检测出反应过程中产生两种中间体，CH3—H—CH3和CH3—CH2—H2，则最终的加成产物应为2种(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

1．已知乙烯加聚生成聚乙烯的过程中，催化剂(Ⅰ)可形成含有一个未成对电子的自由基R·，自由基R·和CH2==CH2链引发形成R—CH2—CH2·，然后经过链增长和链终止最终形成聚乙烯，试完成下列反应过程：

(1)催化剂(Ⅰ)2R·(初级自由基)；

(2)链引发：R·＋CH2==CH2―→R—CH2—CH2·(链增长活性中心)；

(3)链增长：R—CH2—CH2·＋mCH2==CH2…―→RCH2—CH2CH2—CH2·；

(4)链终止：RCH2—CH2CH2—CH2·＋R·―→催化剂(Ⅰ)＋CH2—CH2。

总反应的化学方程式：nCH2==CH2CH2—CH2。

2．已知CH2==CH2和HBr的加成反应是离子型反应，其机理是在反应过程中CH2==CH2首先和H＋形成中间体CH3—H2，然后再和Br－形成CH3CH2Br，试写出CH3—CH==CH2和HBr在一定条件下生成2-溴丙烷和1-溴丙烷的反应机理。

提示　HBr―→H＋＋Br－

CH3—CH==CH2＋H＋―→CH3—H—CH3

CH3—H—CH3＋Br－―→

CH3—CH==CH2＋H＋―→CH3—CH2—H2

CH3—CH2—H2＋Br－―→CH3—CH2—CH2Br

1．已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。下列关于生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是(　　)

A．2Cl·＋CH4―→2HCl＋·CH2

B．·CH2Cl＋Cl2―→CH2Cl2＋Cl·

C．·CH2Cl＋Cl―→CH2Cl2

D．CH3Cl＋HClCH2Cl2＋H2

答案　B

解析　CH4和Cl2的反应为自由基型链反应，在生成CH2Cl2的过程中，应先生成·CH2Cl自由基，然后再和Cl2反应生成CH2Cl2和Cl·。

2．已知CH3COOH在水溶液中存在下列平衡：，当和乙醇发生酯化反应时，不可能生成的是(　　)

A．

B．

C．H2O

D．H218O

答案　B

解析　乙酸和乙醇发生酯化反应的机理为羧酸脱去羟基、醇脱去氢原子，据题干信息知，18O可以存在于或H218O中，不可能存在于中，故选B。