专题5.2 胺和酰胺-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（苏教版2019）

第二单元　胺和酰胺 [核心素养发展目标]　1.能从氨基和酰胺基成键方式的角度，了解胺和酰胺的结构特点和分类，理解胺和酰胺的化学性质。2.能与酯类比说明酰胺发生水解反应的原理，能推理出酰胺水解后的产物。 一、胺的结构与应用 1．胺的概念与分子结构 (1)概念：氨分子中的氢原子被烃基取代而形成的一系列的衍生物称为胺。 (2)结构特征：与氨气相似，都是三角锥形。如图： 2．胺的分类 (1)根据氢原子被烃基取代的数目分为一级胺(伯胺)、二级胺(仲胺)、三级胺(叔胺)。 胺的结构与分类如表所示： 类别 结构特点 举例 通式 一级胺 一个氮原子连接着两个氢原子和一个烃基 CH3NH2(甲胺)、C6H5NH2(苯胺) RNH2 二级胺 一个氮原子连接着一个氢原子和两个烃基 (CH3)2NH(二甲胺)、(吡咯烷) R2NH 三级胺 一个氮原子连接着三个烃基 (CH3)3N(三甲胺)、十二烷基二甲基叔胺 R3N (2)根据胺分子中含有氨基的数目分为一元胺、二元胺、三元胺等。 (3)根据胺中的烃基不同分为脂肪胺，代表物：乙胺(CH3CH2NH2)；芳香胺，代表物：苯胺(C6H5NH2)。 3．胺的命名 (1)结构简单的胺：普通命名法。 在烃基后直接加“胺”，如乙胺、二甲胺、苯胺等。 (2)结构复杂的胺：系统命名法。 以烃基为母体，氨基作为取代基。 如： 4-甲基-2-氨基庚烷。 注意：命名胺类化合物时应注意“氨”“胺”“铵”字的用法。 ①表示基团时用“氨”，如CH3NH—叫做甲氨基； ②表示氨的烃类衍生物时用“胺”； ③表示胺的盐时用“铵”。 伯胺、仲胺、叔胺中分别含有氨基(—NH2)、亚氨基(—NH—)和次氨基()。 4．胺的化学性质与应用 (1)与氨气结构相似，也具有碱性，可以与酸反应生成类似的铵盐。例如，乙胺与盐酸反应： CH3CH2NH2＋HCl―→CH3CH2NHCl－。 在胺类药物的合成中，常利用上述反应将某些难溶于水、易被氧化的胺，转化为可溶于水的铵盐，增加药物的稳定性，便于保存和运输。 (2)胺易溶于有机溶剂，而铵盐溶于水但不溶于有机溶剂；向铵盐溶液中加强碱，又转化为胺： CH3CH2NHCl－＋NaOH―→CH3CH2NH2＋NaCl＋H2O。 借助上述过程，实验室可从含有胺的植物组织中分离、提纯胺类化合物(生物碱)。著名的抗疟药物奎宁就是从树皮中提取出来的一种生物碱。 (3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)为无色透明液体，溶于水和醇，具有扩张血管的作用。它是制备药物、乳化剂和杀虫剂的原料。乙二胺的戊酸盐是治疗动脉硬化的药物。乙二胺与氯乙酸作用，生成乙二胺四乙酸，简称EDTA，它是重要的分析试剂。 (4)己二胺[H2N(CH2)6NH2]是一种在高分子合成中广泛应用的二元胺，它是合成化学纤维“尼龙-66”的主要原料。 (5)苯胺是染料工业中最重要的原料之一。 (1)三甲胺的分子结构为三角锥形(　　) (2)苯胺属于二级胺(　　) (3)胺的碱性较强，能与酸反应生成铵盐(　　) (4)己二胺属于二元胺，是合成高聚物的主要原料(　　) (5)所有的胺均不溶于水，易溶于有机溶剂(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 1．下列物质中为叔胺的是(　　) A．CH3CH2—NH2 B．(CH3CH2)2NH C．(CH3CH2)3N D．C6H5—NH2 答案　C 解析　叔胺又为三级胺，一个氮原子连接着三个烃基。 2．下列命名错误的是(　　) A．(CH3CH2)3N　三乙胺 B．　对甲基苯胺 C．　3-丁胺 D．H2NCH2CH2NH2　乙二胺 答案　C 解析　名称为2-丁胺或2-氨基丁烷。 3．胺是指烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物，下列关于胺的说法错误的是(　　) A．甲胺是甲基取代氨分子中的一个氢原子形成的 B．胺类化合物含有的官能团均只有一个—NH2 C．苯胺与盐酸反应的化学方程式为＋HCl―→ D．三聚氰胺()具有碱性 答案　B 解析　胺可看作氨分子中的氢原子被烃基取代而形成的一系列的衍生物，胺类化合物中除含氨基外，还可能含有碳碳双键等官能团，A正确、B错误；胺类化合物具有碱性，C、D正确。 二、酰胺的结构与应用 1．酰胺的结构和分类 (1)酰胺是另一种含氮的烃的衍生物，是羧酸中的羟基被氨基或烃氨基(—NHR或—NR2)取代而成。酰胺官能团相当于羧基中的羟基被氨基取代得到的结构单元。 在如图乙酰胺分子结构中，其左边实线框中的部分称为乙酰基，右边虚线框中的部分称为酰胺基(键)。 (2)分类及命名 ①根据氮原子上取代基的多少，酰胺可以分为伯、仲、叔酰胺三类。 ②简单酰胺，根据氨基所连的酰基名称来命名。 2．酰胺的物理性质 (1)状态：除甲酰胺(无色油状液体)外，大部分是白色晶体。 (2)熔、沸点 ①酰胺的熔、沸点均比相应的羧酸的熔、沸点高。 ②解释：酰胺分子间氢键缔合能力较强，且酰胺分子的极性较大，因此酰胺的熔、沸点均比相应羧酸的高。 (3)水溶性：低级的酰胺能溶于水，随着相对分子质量的增大，酰胺的溶解度逐渐减小。 3．常见含酰胺基的物质及其应用 (1)N，N-二甲基甲酰胺 ①结构简式：。 ②用途 a．作溶剂 液态酰胺是有机物和无机物的优良溶剂。如N，N-二甲基甲酰胺(简称DMF)是优良的溶剂，可以溶解很多有机化合物和无机化合物。 b．化工原料 如N，N-二甲基甲酰胺是有机合成的重要中间体，可用来制造农药杀虫脒，还可用于合成维生素B6、扑尔敏等药物。 (2)扑热息痛 “扑热息痛”又叫对乙酰氨基酚，其结构简式为，是重要的解热镇痛药。 (3)高分子材料“尼龙-66”其结构简式为，属于高分子化合物。 (4)二肽、多肽及蛋白质中也含有酰胺键，又称肽键。 4．酰胺的化学性质与制备 (1)酰胺与酯类有机化合物一样，都是羧酸衍生物，两者的结构类似，决定了它们具有相似的性质。在酸、碱作用下，它们都能发生水解反应。 酰胺在酸性溶液中生成羧酸和铵盐，在碱性溶液中生成羧酸盐和氨气(或胺)。 2CH3CONH2＋2H2O＋H2SO42CH3COOH＋(NH4)2SO4； CH3CONH2＋NaOHCH3COONa＋NH3↑。 (2)胺可以转化成酰胺，酰胺又可以水解变成胺，常利用这种转化关系来保护氨基。 (3)酰胺可以通过氨气(或胺)与羧酸在加热条件下反应得到，或用羧酸的铵盐加热脱水得到。如乙酰胺可以通过以下反应合成： CH3COOH＋NH3CH3CONH2＋H2O。 1．甲胺与乙酰胺分子中均有—NH2，二者互为同系物吗？为什么？ 提示　不是。因为二者不是同类物质，结构不相似，且不相差若干个CH2原子团。 2．查得乙酸和乙酰胺的熔点、沸点如下：乙酸16.6 ℃、118 ℃，乙酰胺81 ℃、222 ℃。请解释上述事实。 提示　跟氢键的强弱和数量有关：①乙酰胺分子因有氮的孤电子对和氢的空轨道，其各分子之间能形成较牢固的氢键；②乙酰胺分子间可以形成三个氢键，乙酸分子间可以形成两个氢键，乙酰胺分子间形成氢键的数量比乙酸多。 3．尿素[CO(NH2)2]属于酰胺，其化学性质具有酰胺的通性。请分别写出尿素在酸性(H2SO4)、碱性(NaOH)条件下发生水解的化学方程式：H2O＋＋H2SO4(NH4)2SO4＋CO2↑、＋2NaOHNa2CO3＋2NH3↑。 1．高温油炸食品中常含有害物质丙烯酰胺()。下列关于丙烯酰胺的叙述错误的是(　　) A．属于羧酸 B．能使酸性KMnO4溶液褪色 C．能发生加聚反应生成高分子 D．与H2N—CH==CHCHO互为同分异构体 答案　A 解析　丙烯酰胺()分子中不含羧基，不属于羧酸，故A错误；丙烯酰胺分子中含有碳碳双键，可以使酸性KMnO4溶液褪色，能发生加聚反应生成高分子化合物，故B、C正确；丙烯酰胺与H2N—CH==CHCHO的分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，故D正确。 2．科学家合成了一种高能量密度材料，合成该材料所需主要原料为草酰二肼(结构如图)，下列有关草酰二肼的说法不正确的是(　　) A．具有碱性 B．完全水解可得3种化合物 C．含有的官能团也存在于蛋白质分子中 D．与联二脲()互为同分异构体 答案　B 解析　A项，草酰二肼中含有氨基，所以能结合H＋体现碱性，正确；B项，草酰二肼中能水解的基团是两个对称的酰胺基，水解产物有2种，错误；D项，草酰二肼与联二脲的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，正确。 3．下列关于家庭常备药物阿司匹林和扑热息痛的描述不正确的是(　　) A．FeCl3溶液可鉴别阿司匹林和扑热息痛 B．1 mol阿司匹林最多消耗3 mol NaOH C．一定条件下，扑热息痛可与HCHO发生加聚反应 D．二者都能发生水解反应 答案　C 解析　扑热息痛中含酚羟基，能与FeCl3发生显色反应，可鉴别，A项正确；阿司匹林中羧基、酯基及酯基水解生成的酚羟基均能与NaOH反应，则1 mol阿司匹林最多消耗3 mol NaOH，B项正确；苯酚与甲醛可发生酚醛缩合反应，则扑热息痛含酚羟基(邻位含H)也可与HCHO发生缩聚反应，C项错误；阿司匹林中含酯基，扑热息痛中含—CONH—，均可发生水解反应，D项正确。 氨、胺、酰胺和铵盐在组成、结构、性质和用途上的不同 组成 结构 性质 用途 氨 N、H 溶于水显碱性，能和酸或酸性物质发生反应 制冷剂、制造化肥和炸药 胺 C、N、H R—NH2 具有碱性 合成医药、农药和染料等的化工原料 酰胺 C、N、O、H 在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应 作溶剂和化工原料 铵盐 N、H等 NH和酸根阴离子 受热易分解，可与碱反应产生氨气 工业、农业及日常生活中都有用途 题组一　胺的结构与性质 1．下列说法错误的是(　　) A．(CH3)2NH的分子结构为三角锥形 B．苯胺属于一级胺 C．三甲胺属于三元胺 D．胺中与氮原子相连的两个烃基可以相同，也可以不同 答案　C 解析　三甲胺属于三级胺。 2.中草药麻黄的主要成分麻黄碱(2-甲氨基-苯丙烷-1-醇)的结构如图所示，它的熔点只有79 ℃，鱼腥味重，在临床上用于治疗习惯性支气管哮喘，预防哮喘发作以及过敏等。下列说法错误的是(　　) A．它可以发生酯化反应 B．它可以与盐酸反应生成麻黄碱盐酸盐 C．麻黄碱易被氧化 D．它遇FeCl3溶液发生显色反应 答案　D 解析　麻黄碱含有醇羟基，能发生酯化反应，遇FeCl3溶液不显紫色，故A正确、D错误；麻黄碱含有氨基，显碱性，能与盐酸反应生成盐，故B正确；氨基易被氧化，故C正确。 3．奎宁是一种抗疟疾药物，结构简式如图：，下列说法正确的是(　　) A．奎宁的分子式是C20H25N2O2 B．奎宁结构中有一个二级胺 C．它能与硫酸反应生成盐 D．它可以发生水解反应 答案　C 解析　奎宁的分子式为C20H24N2O2，A错误；结构中有一个三级胺，能与硫酸反应生成盐，B错误、C正确；奎宁分子中没有可以发生水解反应的官能团，D错误。 4.2021年诺贝尔化学奖委员会聚焦不对称有机催化，L-脯氨酸是一种有机催化剂，结构简式如图。下列叙述正确的是(　　) A．分子式为C5H8NO2 B．可使溴水褪色 C．有1个手性碳原子 D．不能与盐酸发生反应 答案　C 解析　由结构简式可知其分子式为C5H9NO2，A错误；不含碳碳双键、碳碳三键、酚羟基、醛基等能与溴水反应的官能团，故不能使溴水褪色，B错误；与四个不相同的原子或原子团相连的C称为手性碳原子，故分子中与羧基相连的C为手性碳原子，C正确；分子中存在，具有碱性，能与盐酸反应，D错误。 题组二　酰胺的结构与性质 5．下列物质不属于酰胺的是(　　) A． B． C． D．CH3CONH2 答案　C 解析　C项物质的分子中不含酰胺基，因此不属于酰胺。 6.(2023·天津高二质检)一种吲哚生物碱中间体的结构简式如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该物质属于芳香族化合物 B．分子中含有酰胺基 C．该物质能发生取代反应、加成反应 D．分子中不含手性碳原子 答案　D 解析　该有机物中含有苯环，所以属于芳香族化合物，故A正确；该有机物中含有—CONH—，所以含有酰胺基，故B正确；该有机物中酰胺基、酯基、亚氨基能发生取代反应，苯环和碳碳双键能发生加成反应，故C正确；该分子中连接—COOC2H5的碳原子为手性碳原子，故D错误。 7.(2023·连云港期中)聚丙烯酰胺(PAM，其结构如图)是一种优良的增稠剂，广泛应用于废水处理、石油开采、造纸等行业。下列说法不正确的是(　　) A．PAM的单体为 H2C==CHCONH2 B．PAM的每个链节中含有3个碳原子 C．PAM的单体可由丙烯酸与氨反应制得 D．PAM能与稀硫酸反应，不能与氢氧化钠溶液反应 答案　D 8．某些高温油炸食品中含有一定量的CH2==CH—CO—NH2(丙烯酰胺)。食品中过量的丙烯酰胺可能引起食品安全问题。关于丙烯酰胺有下列叙述： ①能使酸性KMnO4溶液褪色；②能发生加聚反应生成高分子；③只有4种同分异构体；④能与氢气发生加成反应；⑤能与盐酸反应；⑥能与NaOH溶液反应。其中正确的是(　　) A．①②③⑤ B．②③④⑥ C．①③④⑤⑥ D．①②④⑤⑥ 答案　D 9．(2023·浙江衢州高二质检)化合物“E7974”具有抗肿瘤活性，结构简式如图，下列有关该化合物的说法不正确的是(　　) A．分子中含有4个手性碳原子 B．分子中C原子有sp2、sp3两种杂化方式 C．该物质可以发生加成反应、水解反应、酯化反应 D．1 mol该物质最多可以和3 mol NaOH反应 答案　A 解析　化合物“E7974”含有的手性碳原子如图，共3个，A不正确；该物质中含有碳碳双键，可以发生加成反应，含有酰胺基，可以发生水解反应，含有羧基，可以发生酯化反应，C正确；分子中含有2个酰胺基、1个羧基，均能与NaOH溶液反应，故1 mol该物质最多可以和3 mol NaOH反应，D正确。 10．(2023·西安高二检测)如图是天冬氨酰苯丙氨酸甲酯(aspartame)的结构简式。下列关于aspartame的说法不正确的是(　　) A．是芳香族化合物 B．分子中含有的官能团有氨基、羧基、酯基、酰胺基 C．既能与NaOH反应，也能与HCl反应 D．1 mol aspartame最多能与2 mol NaOH反应 答案　D 解析　由于分子中含有苯环，所以属于芳香族化合物，A正确；分子中含有氨基、羧基、酯基和酰胺基4种官能团，B正确；羧基能与NaOH反应，氨基能与HCl反应，C正确；羧基、酯基和酰胺基都能与NaOH反应，1 mol aspartame最多能与3 mol NaOH反应，D错误。 11.5-羟色胺最早是从血清中发现的，又名血清素。广泛存在于哺乳动物组织中，是一种抑制性神经递质。已知五元氮杂环上的原子在同一平面上。下列有关说法正确的是(　　) A．5-羟色胺的分子式为C10H10N2O B．苯环上的一氯代物有2种 C．该分子可发生加成、消去、中和反应 D．一定共平面的C原子有9个 答案　D 解析　根据结构可知5-羟色胺的分子式为C10H12N2O，故A错误；苯环上有3种氢原子，所以苯环上的一氯代物有3种，故B错误；分子中苯环和碳碳双键能发生加成反应，氨基和酚羟基能发生中和反应，但是该有机物不能发生消去反应，故C错误。 12．20世纪60年代，人们合成了强度高、密度低，并具有耐酸、耐碱、耐高温、耐磨等优异特性的高强度芳纶纤维——聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)，其结构如图所示。可以制成防弹装甲、消防服、防切割耐热手套，以及交通工具的结构材料和阻燃内饰等。下列关于聚对苯二甲酰对苯二胺的说法正确的是(　　) A．聚对苯二甲酰对苯二胺易溶于水 B．聚对苯二甲酰对苯二胺可以通过加聚反应制备 C．其单体能与氯化铁溶液发生显色反应 D．其单体的1H核磁共振谱有2组峰 答案　D 解析　由题意知，聚对苯二甲酰对苯二胺难溶于水，A错误；聚对苯二甲酰对苯二胺应通过缩聚反应制备，B错误；其单体中不含酚羟基，不能与氯化铁溶液发生显色反应，C错误；其两种单体的1H核磁共振谱均有2组峰，D正确。 13．目前我国自主研发的抗癌新药西达本胺即将全球上市。西达本胺的结构简式为 。下列关于西达本胺的说法不正确的是(　　) A．西达本胺的分子式为C22H19FN4O2 B．西达本胺可以与氢气发生加成反应 C．西达本胺具有碱性，可与盐酸发生反应 D．1 mol西达本胺碱性条件下水解最多可消耗2 mol NaOH 答案　D 解析　因为西达本胺中含有碳碳双键，所以可以与氢气发生加成反应，同时含有氨基，所以具有碱性，能与酸反应。 14．(2022·黄山高二期中)某新型药物H()是一种可用于治疗肿瘤的药物，其合成路线如图所示： AC 　　　　　　　B EF 　　　　　 D 　　　　　　 　H 已知：①E的分子式为C9H8O2，能使溴的四氯化碳溶液褪色； ②RCOOH(R为烃基)； ③＋R′NH2＋HBr。 请回答下列问题： (1)D的官能团名称为________________；④的反应类型是____________。 (2)G的结构简式为________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)写出A→B的化学方程式：______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)D有多种同分异构体，写出同时满足下列条件的D的同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ⅰ.能发生银镜反应； ⅱ.能发生水解反应，水解产物之一遇FeCl3溶液显紫色； ⅲ.1H核磁共振谱有4组峰。 答案　(1)羟基、羧基　消去反应 (2) (3)＋Br2―→ (4)、 解析　A与溴发生加成反应生成B，A为；B中卤素原子发生水解反应生成C，C为；C催化氧化生成D；D在浓硫酸催化作用和加热条件下发生消去反应生成E()；E在PBr3的作用下发生类似“已知②”的反应生成F()；F和G()发生类似“已知③”的反应生成H。(4)D为，其同分异构体满足：ⅰ.能发生银镜反应，ⅱ.能发生水解反应，水解产物之一遇FeCl3溶液显紫色，则含HCOO—，ⅲ.1H核磁共振谱有4组峰，满足条件的有、。 15．乙酰苯胺是一种白色有光泽的片状结晶或白色结晶粉末，是制备磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。乙酰苯胺的制备原理为＋CH3COOH＋H2O。 实验参数(见表)： 名称 相对分子质量 性状 密度/(g·cm－3) 沸点/℃ 溶解性 苯胺 93 无色油状液体，具有还原性 1.02 184.4 微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等 乙酸 60 无色液体 1.05 118.1 易溶于水、乙醇、乙醚 乙酰苯胺 135 白色晶体 1.22 304 微溶于冷水，易溶于热水、乙醇、乙醚 实验装置(见图)： 注　刺形分馏柱的作用相当于二次蒸馏，用于沸点差别很大的混合物的分离。 实验步骤： 步骤1：在圆底烧瓶中加入无水苯胺9.2 mL，乙酸17.4 mL，锌粉0.1 g，安装仪器，加入沸石，调节加热温度，使分馏柱上端温度控制在105 ℃左右，反应约60～80 min，反应生成的水及少量乙酸被蒸出。 步骤2：在搅拌下，趁热将烧瓶中的物料以细流状倒入盛有100 mL冰水的烧杯中，剧烈搅拌，冷却、结晶、抽滤、洗涤、干燥，得到乙酰苯胺粗品。 步骤3：将此粗乙酰苯胺进行重结晶，晾干、称重、计算产率。 (1)步骤1中所选圆底烧瓶的最佳规格是________(填字母)。 a．25 mL b．50 mL c．150 mL d．200 mL (2)实验中加入少量锌粉的目的是___________________________________________。 (3)从化学平衡的角度分析，控制分馏柱上端的温度在105 ℃左右的原因是________________________________________________________________________。 (4)洗涤乙酰苯胺粗品最合适的方法是________(填字母)。 a．用少量冷水洗 b．用少量热水洗 c．用酒精洗 (5)乙酰苯胺粗品因含杂质而显色，欲用重结晶进行提纯，步骤如下：热水溶解、_______、过滤、洗涤、干燥(选择正确的操作并排序)。 a．蒸发结晶 b．冷却结晶 c．趁热过滤 d．加入活性炭 (6)该实验最终得到纯品8.1 g，则乙酰苯胺的产率是________%。 (7)如图的实验装置有1处错误，请指出错误之处： ________________________________________________________________________。 答案　(1)b　(2)防止苯胺在反应过程中被氧化 (3)不断分离出反应过程中生成的水，促进反应正向进行，提高产品的产率　(4)a　(5)dcb　(6)60 (7)尾接管和锥形瓶连接处密封 解析　(1)在圆底烧瓶中加入无水苯胺9.2 mL、乙酸17.4 mL，总体积为26.6 mL，所以选用圆底烧瓶的最佳规格为50 mL。(2)由于苯胺不稳定，容易被空气中的氧气氧化为硝基苯，加入还原剂Zn粉，可以防止苯胺在反应过程中被氧化。(3)由于水的沸点是100 ℃，加热至105 ℃左右，就可以不断分离出反应过程中生成的水，促进反应正向进行，从而提高生成物的产率。(4)由于乙酰苯胺微溶于冷水，易溶于热水、乙醇、乙醚，所以洗涤粗品最合适的方法是用少量冷水洗，以减少因洗涤造成的损耗。(5)将乙酰苯胺粗品用热水溶解，加入活性炭，进行脱色，趁热过滤，冷却结晶，正确的操作顺序为dcb。(6)无水苯胺的体积为9.2 mL，n(无水苯胺)＝ mol≈0.1 mol，乙酸的体积为17.4 mL，n(乙酸)＝ mol＝0.304 5 mol，乙酸过量，理论上生成乙酰苯胺的物质的量n(乙酰苯胺)＝n(无水苯胺)＝0.1 mol，所以乙酰苯胺的产率为×100%＝60%。 学科网（北京）股份有限公司 $$