内容正文:
专题09 人工合成有机化合物
◆题型01 有机物的合成方法和路线的设计
◆题型02 高分子化合物的判断
◆题型03 加聚反应的判断与方程式书写
◆题型04 高分子化合物的性质分析
◆题型05 合成高分子的应用
◆题型01 有机物的合成方法和路线的设计
★知识积累
有机合成路线设计思路
(1)设计有机合成路线时,首先要正确判断需合成的有机物的类别,它含有哪些官能团,与哪些知识信息有关。
(2)其次是根据现有的原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标化合物分成若干片段,或寻找官能团的引入、转换、保护方法,或设法将各片段拼凑衍变,尽快找出合成目标化合物的关键。
(3)最后将正向推导和逆向推导得出的若干个合成路线加以综合比较,选择最佳的合成方案。
【典例1】由乙炔为原料制取CHClBr-CH2Br,下列方法中,最可行的是
A.先与HBr加成后,再与HCl加成
B.先与H2完全加成后,再与Cl2、Br2取代
C.先与HCl加成后,再与Br2加成
D.先与Cl2加成后,再与HBr加成
【答案】C
【解析】分子中要引入两个溴原子和一个氯原子,最好采用加成方法而不用取代方法。加成反应产生的副产物少。有两个碳上都有溴,故加成Br2,只有其中一个C上有Cl,故加成HCl。答案选C。
【典例2】化合物G(丙酸异丙酯)可用作食品香料。现可通过下列转化制取(部分反应条件略去):
(1)化合物B中官能团的名称是 ,E→F的反应类型是 。
(2)化合物C的结构简式 ,G的酯类同分异构体的结构简式(写一个即可) 。
(3)A→E是加成反应,物质X的化学式是 。
(4)化合物A在一定条件下可生成高分子聚丙烯,该反应的化学方程式是 。
(5)下列关于化合物B、D的说法正确的是
a.均能和Na反应放出H2 b.均溶于水
c.均能和O2在一定条件发生氧化反应 d.均能和NaHCO3反应放出CO2
(6)写出D+F→G的化学方程式 。
【答案】(1)羟基 取代反应
(2)CH3CH2CHO CH3CH2COOCH2CH2CH3
(3)HBr
(4)nCH3CH=CH2
(5)abc
(6)CH3CH2COOH+ HOCH(CH3)2 CH3CH2COOCH(CH3)2+H2O
【分析】A丙烯和水在过氧化物作用下加成生成B丙醇,B被氧气氧化为C丙醛,C被氧气氧化为D丙酸;A和X生成E,则X为HBr,E和水在氢氧化钠水溶液中加热发生取代反应生成F;酸D和醇F发生酯化反应生成G丙酸异丙酯;
【解析】(1)根据B物质结构简式可知,官能团的名称为羟基;E和水在氢氧化钠水溶液中加热发生取代反应生成F,反应类型为取代反应;
(2)B经催化氧化得到化合物C丙醛,即C的结构简式为:CH3CH2CHO;丙酸异丙酯G的结构简式为:CH3CH2COOCH(CH3)2;G的酯类同分异构体,则含有酯基,结构简式可以为CH3CH2COOCH2CH2CH3;
(3)A→E是加成反应,对比A和E的结构简式可知,物质X的化学式是HBr;
(4)化合物A为丙烯,含碳碳双键,在一定条件下生成聚丙烯,化学方程式是:nCH3CH=CH2 ;
(5)化合物B、D分别为丙醇和丙酸,含有官能团分别为羟基、羧基;均能和Na反应放出H2,均溶于水,均能和O2在一定条件发生氧化反应,丙酸能和NaHCO3反应放出CO2而丙醇不能;
故答案为abc;
(6)酸D和醇F发生酯化反应生成G丙酸异丙酯,反应为CH3CH2COOH+ HOCH(CH3)2 CH3CH2COOCH(CH3)2+H2O。
【变式1-1】烷烃(以甲烷为例)在光照条件下发生卤代反应,原理如图所示:
某研究人员研究了异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例,结果如图:
下列说法正确的是:
A.异丁烷的二溴代物有两种
B.丙烷在光照条件下发生溴代反应,生成的一溴代物中,1-溴丙烷含量更高
C.反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定
D.光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代烃反应的关键步骤
【答案】D
【解析】A.异丁烷的二溴代物有、、三种结构,A错误;
B.根据烷烃卤代反应的机理,丙烷在光照条件下发生溴代反应,生成的一溴代物中,2-溴丙烷含量更高,B错误;
C. 根据烷烃卤代反应的机理,可知形成的自由基越稳定,得到的自由基越多,形成相应卤代烃的量就越多,异丁烷形成的自由基 比稳定,C错误;
D.根据烷烃卤代反应的机理,卤素单质分子在光照条件下卤素单质分子中化学键断裂形成·X是引发卤代反应的关键步骤,D正确;
故选D。
【变式1-2】对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成。已知①苯环上的硝基可被还原为氨基:+3Fe+6HCl→ +3FeCl2+2H2O,产物苯胺还原性强,易被氧化;②-CH3为邻、对位取代定位基,而-COOH为间位取代定位基。则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是
A.甲苯 X Y对氨基苯甲酸
B.甲苯XY对氨基苯甲酸
C.甲苯XY对氨基苯甲酸
D.甲苯XY对氨基苯甲酸
【答案】A
【解析】由于甲基是邻、对位取代定位基,而-COOH为间位取代定位基,且氨基还原性强,易被氧化,所以由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤是:甲苯与浓硝酸、浓硫酸混合加热发生甲基对位上的取代反应产生对硝基甲苯,然后被酸性KMnO4溶液氧化,产生对硝基苯甲酸,最后对硝基苯甲酸与Fe、HCl作用,硝基被还原产生-NH2,得到对氨基苯甲酸,故合理选项是A。
【变式1-3】A、B、C、D在一定条件下的转化关系如图所示(反应条件已省略)。其中,A是一种植物生长调节剂,其产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志;C是生活中常用的一种具有酸味的调味品的成分;B和C在浓硫酸和加热的条件下发生反应,生成的有机物D有特殊的香味。
试回答下列问题:
(1)在有机合物A、B、C、D中,属于烃类的是 (填结构简式)。
(2)B分子中含有的官能团的名称为 ,A→B反应类型为 。
(3)B和C反应生成D的反应方程式 。
(4)实验室制备D中常混有B、C,提纯时常加 溶液,再充分振荡,静置后 (填操作名称)。
【答案】(1)CH2=CH2
(2)羟基 加成反应
(3)CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
(4)饱和碳酸钠溶液 分液
【分析】A是一种植物生长调节剂,A的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志之一,则A为乙烯(CH2=CH2),由图示转化关系可知,乙烯和H2O在一定条件下发生加成反应生成的B为乙醇(CH3CH2OH),乙醇被酸性高锰酸钾溶液氧化生成C,C是生活中常用的一种具有酸味的调味品的成分,则C为乙酸(CH3COOH),B和C在浓硫酸和加热的条件下发生酯化反应,生成的有机物D有特殊的香味,则D为乙酸乙酯(CH3COOCH2CH3);乙醇和丙烯酸在浓硫酸和加热的条件下发生酯化反应生成丙烯酸乙酯;
【解析】(1)A为乙烯(CH2=CH2),B为乙醇(CH3CH2OH),C为乙酸(CH3COOH),D为乙酸乙酯(CH3COOCH2CH3),烃是只含有碳、氢两种元素的有机化合物,则属于烃类的是CH2=CH2;
(2)B为乙醇(CH3CH2OH),分子中含有的官能团的名称为羟基,A→B是乙烯和H2O在一定条件下发生加成反应生成乙醇(CH3CH2OH),反应类型为加成反应;
(3)B为乙醇,C为乙酸(CH3COOH),D为乙酸乙酯,乙醇和乙酸在浓硫酸作催化剂加热条件下发生酯化反应(取代反应)生成乙酸乙酯,化学反应方程式为CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O;
(4)实验室制备乙酸乙酯中常混有乙酸和乙醇,提纯时常加饱和碳酸钠溶液,可以溶解乙醇,消耗乙酸,减小乙酸乙酯的溶解度,充分振荡静置后进行分液,即可分离出较纯净的乙酸乙酯。
【变式1-4】金刚烷是一种重要的化工原料,工业上可以A(环戊二烯)为原料经下列途径制备:
已知:Diels-Alder反应为共轭双烯与含有碳碳双键或碳碳三键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应。
如:
试回答下列问题:
(1)B的键线式为 。
(2)金刚烷的分子式为 ,其一氯代物有 种。
(3)A(环戊二烯)可由下列路线制备,这些反应中属于取代反应的是 (填字母)。
(4)如果要合成,所用的起始原料可以是_______(填字母)。
①2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔
②1,3-戊二烯和2-丁炔
③2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔
④2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
(5)可由A(环戊二烯)和E经Diels-Alder反应制得。
①E的结构简式为 。
②写出与互为同分异构体,且一溴代物只有两种的芳香烃的名称: ;除该芳香烃外,生成这两种一溴代物还需要的反应试剂和条件分别为 、 。
【答案】(1)
(2)C10H16 2
(3)a
(4)A
(5)CH2=CH-CH=CH2 1,3,5-三甲基苯(或均三甲基苯) 纯溴、光照 纯溴、铁作催化剂
【分析】由流程知:环戊二烯发生信息反应生成B为,B和氢气发生加成反应生成C,C进一步转变为D。
【解析】(1)2个环戊二烯分子间发生信息反应生成B,则B的键线式为。
(2)根据结构简式,金刚烷的分子式为C10H16,分子内有2种氢、则其一氯代物有2种。
(3)A(环戊二烯)可由下列路线制备,a中环戊烷发生取代反应得到一氯代环戊烷,b为消去反应,c为加成反应,d为消去反应,则这些反应中属于取代反应的是a。
(4)如果要合成,把产物中的键按图所示断开,得所用的起始原料可以是和,即为①2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔;把产物中的键按图所示断开,得所用的起始原料可以是和,即为④丙炔和2,3-二甲基-1,3-丁二烯;
选A。
(5)①可由A(环戊二烯)和E经Diels-Alder反应制得,把产物中的键按图所示断开,可知其由A(环戊二烯)和1,3-丁二烯反应所得,E的结构简式为CH2=CH-CH=CH2。
②的同分异构体分子式为C9H12,且一溴代物只有两种即分子内只有2种氢原子、是芳香烃则含1个苯环,故该同分异构体的名称:1,3,5-三甲基苯(或均三甲基苯);除该芳香烃外,依据甲苯和纯溴在光照下发生甲基上取代、甲苯和纯溴、铁作催化剂下发生苯环上取代可知,生成这两种一溴代物还需要的反应试剂和条件分别为纯溴、光照; 纯溴、铁作催化剂。
◆题型02 高分子化合物的判断
★知识积累
1.有机高分子材料的分类
根据来源不同可将有机高分子材料分为天然有机高分子材料和合成有机高分子材料。
(1)天然有机高分子材料:如棉花、羊毛、天然橡胶、蛋白质等。
(2)合成有机高分子材料:如塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等。
2.三大合成高分子材料——塑料、橡胶和纤维。
【易错提醒】(1)有机高分子材料中,塑料都是合成的,橡胶与纤维都既有天然的也有人工合成的。
(2)以煤、石油和天然气为原料制成的三大合成材料,可用于生产和生活的各个领域。
(3)高分子材料均为混合物,其聚合度无定值;通过聚合反应可利用小分子物质合成有机高分子材料。
【典例3】下列物质不属于天然有机高分子化合物的是( )
A.淀粉 B.纤维素 C.聚氯乙烯 D.蛋白质
【答案】C
【解析】 聚氯乙烯是合成高分子化合物;淀粉、纤维素、蛋白质都是天然有机高分子化合物。
【典例4】下列说法正确的是( )
A.利用石油作原料制得的纤维是人造纤维
B.天然纤维是不能再被加工处理的
C.合成纤维、人造纤维和天然纤维统称化学纤维
D.煤和农副产品也可经过处理制得合成纤维
【答案】D
【解析】棉花、羊毛、木材和草类的纤维都是天然纤维;天然纤维经过人工处理形成人造纤维;以石油、天然气、煤和农副产品作原料制成单体,经聚合反应制成的是合成纤维,合成纤维和人造纤维统称化学纤维。故只有D正确。
【变式2-1】下列关于纤维的说法中不正确的是( )
A.化学纤维包括天然纤维、人造纤维和合成纤维
B.棉花、羊毛、蚕丝和麻都是天然纤维
C.用木材等为原料经过化学加工处理是人造纤维
D.用石油、煤、天然气和农副产品做原料加工制得单体,经聚合反应制成的是合成纤维
【答案】A
【解析】
纤维包括天然纤维和化学纤维,化学纤维又包括人造纤维和合成纤维。
【变式2-2】2023年4月22日,中国海军举行海军成立纪念日舰艇开放日活动,下列开放日展示的物品不涉及有机高分子材料的是
A.直8直升机驾驶舱前的硅酸盐玻璃 B.防毒面具上的橡胶软壳
C.由功能纤维制成的防护服 D.由涤纶布制成的国旗
【答案】A
【解析】A.硅酸盐玻璃属于无机非金属材料,A项正确;
B.橡胶属于有机高分子材料,B项错误;
C.功能纤维属于有机高分子材料,C项错误;
D.涤纶属于有机高分子材料,D项错误;
故选A。
◆题型03 加聚反应的判断与方程式书写
★知识积累
加聚反应
1. 概念:不饱和单体间通过加成反应相互结合生成高分子化合物的反应。
2. 特征:①没有小分子的副产物生成;②所生成的高分子的式量是单体的整数倍;③高分子与单体具有相同的元素质量组成;④通过共价键结合,具有特定的结构,因此化学组成并不复杂。
3. 单体的结构条件:含有双键、三键或环状结构的低分子在一定条件下可发生加聚反应, 单体中常含有“C=C”“C≡C”“”等结构。
4. 加聚产物结构简式的书写:将链节写在方括号内,聚合度n在方括号的右下角。由于加聚产物的端基不确定,通常用“-”表示。
①含一个碳碳双键的单体聚合物的写法:断开双键,键分两端,添上括号,n在后面。
②含“C=C—C=C”的单体聚合物的写法:双变单,单变双,括住两头,n在后面。
③含有一个碳碳双键的两个单体聚合物的写法:双键打开,彼此相连,括住两头,n在后面。
5. 常见的加聚反应:
(1)自聚反应:单体分子中只含一个不饱和键的加聚反应,一般是单体分子中的碳碳双键或三键断裂,单体间相互结合成链状高分子化合物。如:
n CH≡CH
催化剂
-CH2=CH-
n
nCH2=CHCH3
催化剂
-CH2-CH-
n
CH3
(2)共轭双键的加聚反应,分子中含双键、单键交替结构的烯烃称为共轭烯烃,其中的双键为共轭双键。此类烯烃在加聚时,原来的两个双键断裂,在形成的高分子化合物中又生成一个新的双键,单体相互结合成链状。如:
n H2C=C-CH=CH2
CH3
-H2C-C=CH-CH2-
n
CH3
催化剂
(3)共聚反应:不同烯烃之间的共聚即发生反应的单体有两种或多种。如:
n CH2=CH2 + n CH3CH=CH2
催化剂
-H2C-CH-CH2-CH2-
n
CH3
催化剂
n CH2=CH2 + n CH2=CH-CH=CH2
-CH2-CH2-CH2-CH=CH-CH2-
n
6、由加聚产物推单体的方法
①由加聚高聚物推单体是聚合反应的逆过程,方法是:高聚物链节半键还原→双键重现→正推验证。
②在上述过程中,若半键还原无法形成完整双键,可考虑再断裂单键构成完整双键(不是一种单体)或断裂双键构成完整双键(二烯烃)。
例如:a.凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的高聚物,其合成单体必为一种,将两个半键闭合即可。
如: ,其单体是。
b.凡链节主链有四个碳原子(无其他原子),且链节无双键的高聚物,其单体必为两种,在正中央划线断开,然后两个半键闭合即可。
如:的单体为和两种。
c.凡链节主键中只有碳原子,并存在结构的高聚物,其规律是:“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”划线断开,然后将半键闭合即单双键互换。
如:的单体是:,
的单体是:和。
【典例5】某高聚物的结构式如图: ,其单体的结构简式为
A.
B.
C. 和CH3CH=CH2
D. 和CH2=CH2
【答案】D
【解析】由高聚物的结构可知,主链可含有6个C原子,没有其他杂原子,其中含有1个C=C双键,为二烯烃和烯烃的加聚反应产物,按如图所示断键,其中双键中1个C-C断裂,再恢复原来的双键,故单体为,,答案选D。
【典例6】乙烯、丙烯和1,3—丁二烯()是常见的合成高分子化合物的基础原料,由此三种有机物合成的高分子化合物可能为
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【分析】乙烯、丙烯和1,3—丁二烯按照如下顺序发生加聚反应可能得到,nCH2=CH2+nCH2=CH-CH=CH2+ n。
【解析】A.1,3—丁二烯参与加聚反应以1,4加成为基础,故链节中有碳碳双键存在,并且碳碳双键不可能在链端,故A错误;B.1,3—丁二烯参与加聚反应以1,4加成为基础,故链节中应有碳碳双键存在,故B错误;C.丙烯参与加聚反应,加聚产物链节的主链上不可能有甲基,甲基只能作为支链,故C错误;D.根据分析由此三种有机物合成的高分子化合物可能为,故D正确;故答案为:D。
【典例7】某烃的结构简式为:。
①用系统命名法命名 ;
②写出该烃加聚反应的化学方程式 。
【答案】2-甲基-3-乙基-1,3己二烯
【变式3-1】国家游泳中心(水立方)的建筑采用了膜材料ETFE,该材料为四氟乙烯与乙烯的共聚物,四氟乙烯也可与六氟丙烯共聚成聚全氟乙丙烯。下列说法错误的是( )
A.ETFE分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式
B.合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应
C.聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为CF2—CF2—CF2—CF—CF3
D.四氟乙烯分子中既含有极性键又含有非极性键
【答案】C
【解析】CF2==CF2与CH2==CH2发生加聚反应生成ETFE,其分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式,A项正确;CF3CF==CF2与CF2==CF2发生加聚反应生成聚全氟乙丙烯,B项正确;结构简式中—CF3—中碳原子超过4个键,其链节为—CF2—CF2—CF2—CF(CF3)—或—CF2—CF2—CF(CF3)—CF2—,C项错误;CF2==CF2中C—F为极性共价键,—C==C—为非极性共价键,D项正确,答案选C。
【变式3-2】以乙炔为原料制备乙酸和聚丙烯酸甲酯()路线如图(部分反应条件已省略):
回答下列问题:
(1)聚丙烯酸甲酯链节为 。
(2)乙烯、乙酸、、四种物质中可与金属钠反应的有 ,反应①②③中原子利用率为的是 (填序号)。
(3)所含官能团名称: ,写出反应①的化学方程式: ,该反应的类型为 。
(4)反应③的化学方程式为 。
【答案】 乙酸、、 ② 碳碳双键和羧基 取代(或酯化)反应
【分析】乙炔和氢气发生加成反应生成乙烯,乙烯和水发生加成反应生成乙醇,乙醇发生催化氧化生成乙醛,乙醛继续被氧化生成乙酸,丙烯酸和甲醇发生酯化反应生成X是丙烯酸甲酯,丙烯酸甲酯发生加聚反应生成聚丙烯酸甲酯,据此解答。
【解析】(1)聚丙烯酸甲酯的结构简式为,属于加聚产物,则聚丙烯酸甲酯链节为。
(2)乙烯含有碳碳双键,和金属钠不反应,乙酸和均含有羧基,含有羟基,这三种物质均可与金属钠反应,反应①③中还有水生成,②中只有一种产物生成,因此反应②中原子利用率为。
(3)所含官能团名称为碳碳双键和羧基,反应①的化学方程式为,该反应的类型为取代(或酯化)反应。
(4)反应③的化学方程式为。
【变式3-3】以乙炔为主要原料可以合成聚氯乙烯、聚丙烯腈和氯丁橡胶,有关合成路线如图所示。
已知反应:nCH2=CH-CH=CH2
请完成下列各题:
(1)写出物质的结构简式:A ,D 。
(2)写出反应③的化学方程式: 。
(3)某化学兴趣小组选用下列装置和药品制取乙炔并进行有关乙炔性质的探究。试回答下列问题:
①b中制取乙炔的化学方程式为 。
②制乙炔时,a中装饱和食盐水的目的是 。
③d、e中的反应现象都是溶液褪色,d中反应类型是 ;e中反应类型是 。
④若足量溴水吸收乙炔,完全反应生成C2H2Br4,已知称取电石m克,理想状况下,测得d中增重n克,则电石纯度(写出计算过程) 。
【答案】(1)CH2=CHCl CH2=CH-CCl=CH2
(2)CH≡CH+HCNCH2=CHCN
(3)CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ 获得平稳的乙炔气流 加成反应 氧化反应
×100%
【分析】根据A的聚合产物可知,A是乙炔与HCl加成生成的CH2=CHCl;乙炔与HCN加成生成B,则B为CH2=CH-CN;两分子乙炔聚合生成C,则C为CH≡C-CH=CH2,与HCl加成生成D,根据D的聚合产物,可知D应为CH2=CH-CCl=CH2。
【解析】(1)根据分析可知A为CH2=CHCl,D为CH2=CH-CCl=CH2;
(2)反应③为乙炔与HCN的加成反应,化学方程式为CH≡CH+HCNCH2=CH-CN;
(3)①b中制取乙炔的化学方程式为CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑;
②制乙炔时,a中装饱和食盐水的目的是减慢反应速率,获得平稳的乙炔气流;
乙炔和溴水发生加成反应使溴水褪色,e中乙炔被酸性高锰酸钾溶液氧化而褪色;
d中增重n克,即乙炔的质量为n克,设CaC2的质量xg,根据反应式
CaC2的纯度为×100%。
◆题型04 高分子化合物的性质分析
★知识积累
【典例8】下列关于有机高分子化合物的说法不正确的是
A.有机高分子化合物称为聚合物,是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应制得的
B.有机高分子化合物的相对分子质量很大,但其结构是若干链节的重复
C.对于一种高分子材料,n是一个整数值,因而它的相对分子质量是确定的
D.高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类
【答案】C
【解析】A有机高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类,.小分子反应物也就是单体通过聚合反应得到高分子化合物,因此有机高分子化合物称为聚合物,A正确;B.单体的分子之间通过加聚反应或缩聚反应得到有机高分子化合物,官能团的性质决定了高分子化合物的结构是若干链节的重复,B正确;C. 对于高分子化合物来说,它们的结构均是由若干个链节组成的,但聚合度n不是确定值,通常其相对分子质量是一个大致范围,C错误;D. 高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类,天然高分子化合物如蛋白质、淀粉、纤维素等,而聚乙烯、聚氯乙烯等属于合成高分子材料,D正确;答案选C。
【典例9】下列关于有机高分子化合物的说法中,不正确的是
A.有机高分子化合物的相对分子质量很大
B.有机高分子化合物与生成它的小分子有机化合物在物理和化学性质上都有较大的差异
C.一块无色透明的塑料的成分是聚乙烯,是纯净物,有固定的相对分子质量
D.有机高分子化合物被称为聚合物,是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而得到的
【答案】C
【解析】A.有机高分子化合物的相对分子质量很大,一般在一万以上,故A正确;B.有机高分子化合物由相对分子质量较小的有机化合物发生聚合反应生成,有机高分子化合物与生成它的小分子有机物在结构上差别很大导致物理和化学性质上都有较大差别,故B正确;C.聚乙烯的聚合度n值为不确定值,没有固定的相对分子质量,没有固定的熔沸点,属于混合物,故 C错误;D.有机高分子化合物大部分是由小分子通过聚合反应得到的,相对分子质量一般在一万以上,简称高分子或聚合物,故D正确;故选C。
【典例10】某高分子化合物的部分结构如下:。下列说法中正确的是( )
A.聚合物的分子式为 C3H3Cl3 B.聚合物的链节为
C.合成该聚合物的单体是 ClHC==CHCl D.若 n 表示聚合度,则其相对分子质量为 95n
【答案】C
【解析】注意到碳碳单键可以旋转,则可判断上述聚合物重复的结构单元(即链节)为,该聚合物的结构简式为。合成它的单体是 ClHC===CHCl,其分子式为(C2H2Cl2)n,其相对分子质量为 97n。
【变式4-1】下列关于高分子化合物的说法中正确的是( )
A.高分子化合物的相对分子质量一般在几千至几万
B.高分子化合物一般都是混合物
C.聚乙烯有固定的熔点和沸点
D.高分子化合物分子中只含C、H、O三种元素
【答案】B
【解析】
高分子化合物的相对分子质量在104以上,A错误;高分子化合物都是混合物,没有固定的熔、沸点,B正确,C错误;蛋白质属于高分子化合物,除含有C、H、O外,还含有N、P等元素,D错误。
【变式4-2】下列关于高分子化合物的组成、结构、性质的说法错误的是( )
①高分子化合物没有固定的熔点
②纯净的淀粉属于纯净物
③合成高分子化合物的结构大致分为线型结构、支链型结构和体型结构
④线型高分子化合物具有热固性
⑤高分子材料一般不易燃烧
⑥高分子化合物的相对分子质量都很大
⑦体型高分子化合物具有热塑性
A.②④⑤⑥ B.①③⑥ C.①⑤⑦ D.②④⑤⑦
【答案】D
【解析】①高分子化合物是由链节相同但聚合度不同的分子构成,属于混合物,没有固定的熔点,①正确;②纯净的淀粉为高分子化合物,由直链淀粉和支链淀粉混合而成,属于混合物,②错误;③合成高分子化合物的结构有的呈链状,有的呈网状,大致分为线型结构、支链型结构和体型结构,③正确;④线型高分子化合物具有热塑性,④错误;⑤高分子材料具有可燃性,都能燃烧,⑤错误;⑥高分子化合物的相对分子质量都很大,都在1万以上,有的高达上百万,⑥正确;⑦体型高分子化合物具有热固性,⑦错误;综合以上分析,②④⑤⑦错误,故选D。
【变式4-3】聚氯乙烯简称 PVC,是当今世界上产量最大、应用最广的热塑性塑料之一、工业上以乙烯和氯气为原料合成 PVC 的流程如下:
乙烯1,2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)氯乙烯(CH2=CHCl)PVC
回答下列问题:
(1)下列物质与乙烯一定可以互称为同系物的是___________(填字母)
A.C2H5Cl B.C4H8 C. D.
(2)氯乙烯的分子式为 。
(3)乙烯生成 1,2-二氯乙烷的反应类型是 。
(4)氯乙烯生成 PVC 的化学方程式为 。
(5)下列有关 PVC 的说法正确的是___________(填字母)。
A.PVC 的单体是 CH3CH2Cl
B.PVC 是高分子化合物
C.PVC 能够使溴的四氯化碳溶液褪色
D.PVC 易降解
【答案】(1)D (2) (3)加成反应 (4)
(5)B
【分析】乙烯和氯气发生加成反应生成1,2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl),CH2ClCH2Cl发生消去反应生成氯乙烯(CH2=CHCl),CH2=CHCl发生加聚反应生成PVC。
【解析】(1)同系物必须是同一类物质。A.C2H5Cl为卤代烃和乙烯不是同系物;B.C4H8可能是烯烃也可能是环烷烃,故和乙烯不是同系物;C.为炔烃,含有碳碳三键,和乙烯不是同系物;D.为丙烯,和乙烯互为同系物;故选D。
(2)氯乙烯的分子式为。
(3)乙烯生成1,2-二氯乙烷为加成反应。
(4)氯乙烯生成PVC的化学方程式为。
(5)PVC为,其单体为:CH2=CHCl,A错误;PVC是高分子化合物,B正确;PVC中不含不饱和键,不能够使溴的四氯化碳溶液褪色,C错误;PVC不易降解,D错误;故选B。
◆题型05 合成高分子的应用
【典例11】化学与生活息息相关。下列说法错误的是
A.聚乙炔属于有机高分子材料,不能导电
B.疫苗等生物制剂需要在低温下保存
C.淀粉和纤维素是天然吸水材料
D.多糖、蛋白质和核酸都是生物大分子
【答案】A
【解析】A.聚乙炔属于有机高分子材料,其链节上每个C原子存在1个单电子能自由移动,可以导电,故A错误;B.疫苗等生物制剂在温度高时容易发生蛋白质变性,因此需低温保存,故B正确;C.淀粉和纤维素均为多糖,含大量的亲水羟基,具有吸水性,是天然吸水材料,故C正确;D.多糖、蛋白质和核酸相对分子质量都很大,属于生物大分子,故D正确;故选:A。
【典例12】广东汉乐历史悠久,通常使用的乐器有唢呐、椰胡、琵琶和大鼓等。下列相关描述错误的是
A.唢呐的主要材料为黄铜,黄铜属于合金
B.制作椰胡的椰子壳富含纤维素,纤维素与淀粉互为同分异构体
C.琵琶的弦线多用尼龙线制作,尼龙属于化学合成纤维
D.大鼓的鼓面常用牛皮制作,牛皮富含蛋白质,蛋白质属于高分子化合物
【答案】B
【解析】A.唢呐的主要材料为黄铜,黄铜主要是铜和锌形成的合金,A正确;B.纤维素和淀粉聚合度不同,不是同分异构体,B错误;C.琵琶的弦线多用尼龙线制作,尼龙属于化学合成纤维,C正确;D.大鼓的鼓面常用牛皮制作,牛皮富含蛋白质,蛋白质属于高分子化合物,D正确;故选B。
【变式5-1】大国制造彰显中国实力,化学材料助力科技成果的转化与应用。下列说法正确的是
A.“神舟十五号”宇宙飞船返回舱外壳使用的高温结构陶瓷属于有机高分子材料
B.中国航天员的出舱宇航服使用了多种合成纤维,其中涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯)属于聚酯类高分子化合物
C.“北斗”导航卫星使用的芯片,其主要成分是二氧化硅晶体
D.“C919”大型民用客机使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料
【答案】B
【解析】A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,不属于有机高分子材料,故A错误;B.聚对苯二甲酸乙二酯是含有酯基的聚酯类高分子化合物,故B正确;C.芯片的主要成分是半导体材料硅,不是二氧化硅晶体,故C错误;D.碳纤维是碳元素形成的单质,不是新型有机高分子材料,是新型无机非金属材料,故D错误;故选B。
【变式5-2】第24届冬奥会于2022年2月4日在北京开幕,科技部提出了“科技冬奥”的理念。以下事实对应的解释或说法正确的是
A.有舵雪橇所使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料
B.吉祥物“冰墩墩”的制作原材料聚氯乙烯可用作食品包装膜
C.冬奥期间的核酸检测是确认病毒类型的有效手段,核酸和核苷酸均为生物大分子
D.北京冬奥会使用二氧化碳跨临界制冰技术,与传统制冷剂氟利昂相比更加环保
【答案】D
【解析】A.碳纤维是一种新型无机非金属材料,A错误;B.聚氯乙烯受热会释放出有毒物质,不能用作食品包装膜,B错误;C.核酸是生物大分子,核苷酸为小分子,C错误;D.二氧化碳制冰不会产生有毒有害物质,氟利昂会破坏臭氧层,相比前者更环保,D正确;故选D。
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专题09 人工合成有机化合物
◆题型01 有机物的合成方法和路线的设计
◆题型02 高分子化合物的判断
◆题型03 加聚反应的判断与方程式书写
◆题型04 高分子化合物的性质分析
◆题型05 合成高分子的应用
◆题型01 有机物的合成方法和路线的设计
★知识积累
有机合成路线设计思路
(1)设计有机合成路线时,首先要正确判断需合成的有机物的类别,它含有哪些官能团,与哪些知识信息有关。
(2)其次是根据现有的原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标化合物分成若干片段,或寻找官能团的引入、转换、保护方法,或设法将各片段拼凑衍变,尽快找出合成目标化合物的关键。
(3)最后将正向推导和逆向推导得出的若干个合成路线加以综合比较,选择最佳的合成方案。
【典例1】由乙炔为原料制取CHClBr-CH2Br,下列方法中,最可行的是
A.先与HBr加成后,再与HCl加成
B.先与H2完全加成后,再与Cl2、Br2取代
C.先与HCl加成后,再与Br2加成
D.先与Cl2加成后,再与HBr加成
【典例2】化合物G(丙酸异丙酯)可用作食品香料。现可通过下列转化制取(部分反应条件略去):
(1)化合物B中官能团的名称是 ,E→F的反应类型是 。
(2)化合物C的结构简式 ,G的酯类同分异构体的结构简式(写一个即可) 。
(3)A→E是加成反应,物质X的化学式是 。
(4)化合物A在一定条件下可生成高分子聚丙烯,该反应的化学方程式是 。
(5)下列关于化合物B、D的说法正确的是
a.均能和Na反应放出H2 b.均溶于水
c.均能和O2在一定条件发生氧化反应 d.均能和NaHCO3反应放出CO2
(6)写出D+F→G的化学方程式 。
【变式1-1】烷烃(以甲烷为例)在光照条件下发生卤代反应,原理如图所示:
某研究人员研究了异丁烷发生溴代反应生成一溴代物的比例,结果如图:
下列说法正确的是:
A.异丁烷的二溴代物有两种
B.丙烷在光照条件下发生溴代反应,生成的一溴代物中,1-溴丙烷含量更高
C.反应过程中异丁烷形成的自由基比稳定
D.光照条件下卤素单质分子中化学键断裂是引发卤代烃反应的关键步骤
【变式1-2】对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成。已知①苯环上的硝基可被还原为氨基:+3Fe+6HCl→ +3FeCl2+2H2O,产物苯胺还原性强,易被氧化;②-CH3为邻、对位取代定位基,而-COOH为间位取代定位基。则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是
A.甲苯 X Y对氨基苯甲酸
B.甲苯XY对氨基苯甲酸
C.甲苯XY对氨基苯甲酸
D.甲苯XY对氨基苯甲酸
【变式1-3】A、B、C、D在一定条件下的转化关系如图所示(反应条件已省略)。其中,A是一种植物生长调节剂,其产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志;C是生活中常用的一种具有酸味的调味品的成分;B和C在浓硫酸和加热的条件下发生反应,生成的有机物D有特殊的香味。
试回答下列问题:
(1)在有机合物A、B、C、D中,属于烃类的是 (填结构简式)。
(2)B分子中含有的官能团的名称为 ,A→B反应类型为 。
(3)B和C反应生成D的反应方程式 。
(4)实验室制备D中常混有B、C,提纯时常加 溶液,再充分振荡,静置后 (填操作名称)。
【变式1-4】金刚烷是一种重要的化工原料,工业上可以A(环戊二烯)为原料经下列途径制备:
已知:Diels-Alder反应为共轭双烯与含有碳碳双键或碳碳三键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应。
如:
试回答下列问题:
(1)B的键线式为 。
(2)金刚烷的分子式为 ,其一氯代物有 种。
(3)A(环戊二烯)可由下列路线制备,这些反应中属于取代反应的是 (填字母)。
(4)如果要合成,所用的起始原料可以是_______(填字母)。
①2-甲基-1,3-丁二烯和2-丁炔
②1,3-戊二烯和2-丁炔
③2,3-二甲基-1,3-戊二烯和乙炔
④2,3-二甲基-1,3-丁二烯和丙炔
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
(5)可由A(环戊二烯)和E经Diels-Alder反应制得。
①E的结构简式为 。
②写出与互为同分异构体,且一溴代物只有两种的芳香烃的名称: ;除该芳香烃外,生成这两种一溴代物还需要的反应试剂和条件分别为 、 。
◆题型02 高分子化合物的判断
★知识积累
1.有机高分子材料的分类
根据来源不同可将有机高分子材料分为天然有机高分子材料和合成有机高分子材料。
(1)天然有机高分子材料:如棉花、羊毛、天然橡胶、蛋白质等。
(2)合成有机高分子材料:如塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等。
2.三大合成高分子材料——塑料、橡胶和纤维。
【易错提醒】(1)有机高分子材料中,塑料都是合成的,橡胶与纤维都既有天然的也有人工合成的。
(2)以煤、石油和天然气为原料制成的三大合成材料,可用于生产和生活的各个领域。
(3)高分子材料均为混合物,其聚合度无定值;通过聚合反应可利用小分子物质合成有机高分子材料。
【典例3】下列物质不属于天然有机高分子化合物的是( )
A.淀粉 B.纤维素 C.聚氯乙烯 D.蛋白质
【典例4】下列说法正确的是( )
A.利用石油作原料制得的纤维是人造纤维
B.天然纤维是不能再被加工处理的
C.合成纤维、人造纤维和天然纤维统称化学纤维
D.煤和农副产品也可经过处理制得合成纤维
【变式2-1】下列关于纤维的说法中不正确的是( )
A.化学纤维包括天然纤维、人造纤维和合成纤维
B.棉花、羊毛、蚕丝和麻都是天然纤维
C.用木材等为原料经过化学加工处理是人造纤维
D.用石油、煤、天然气和农副产品做原料加工制得单体,经聚合反应制成的是合成纤维
【变式2-2】2023年4月22日,中国海军举行海军成立纪念日舰艇开放日活动,下列开放日展示的物品不涉及有机高分子材料的是
A.直8直升机驾驶舱前的硅酸盐玻璃 B.防毒面具上的橡胶软壳
C.由功能纤维制成的防护服 D.由涤纶布制成的国旗
◆题型03 加聚反应的判断与方程式书写
★知识积累
加聚反应
1. 概念:不饱和单体间通过反应相互结合生成的反应。
2. 特征:①没有小分子的生成;②所生成的高分子的式量是单体的倍;③高分子与单体具有相同的;④通过共价键结合,具有特定的结构,因此化学组成并不复杂。
3. 单体的结构条件:含有键、键或结构的低分子在一定条件下可发生加聚反应, 单体中常含有“C=C”“C≡C”“”等结构。
4. 加聚产物结构简式的书写:将写在方括号内,聚合度n在方括号的。由于加聚产物的端基不确定,通常用“-”表示。
①含一个碳碳双键的单体聚合物的写法:断开双键,键分两端,添上括号,n在后面。
②含“C=C—C=C”的单体聚合物的写法:双变,单变,括住两头,n在后面。
③含有一个碳碳双键的两个单体聚合物的写法:双键打开,彼此相连,括住两头,n在后面。
5. 常见的加聚反应:
(1)自聚反应:单体分子中只含一个不饱和键的加聚反应,一般是单体分子中的碳碳双键或三键断裂,单体间相互结合成链状高分子化合物。如:
n CH≡CH
催化剂
-CH2=CH-
n
nCH2=CHCH3
催化剂
-CH2-CH-
n
CH3
(2)共轭双键的加聚反应,分子中含双键、单键结构的烯烃称为共轭烯烃,其中的双键为共轭双键。此类烯烃在加聚时,原来的两个双键断裂,在形成的高分子化合物中又生成一个新的双键,单体相互结合成链状。如:
n H2C=C-CH=CH2
CH3
-H2C-C=CH-CH2-
n
CH3
催化剂
(3)共聚反应:不同烯烃之间的共聚即发生反应的单体有两种或多种。如:
n CH2=CH2 + n CH3CH=CH2
催化剂
-H2C-CH-CH2-CH2-
n
CH3
催化剂
n CH2=CH2 + n CH2=CH-CH=CH2
-CH2-CH2-CH2-CH=CH-CH2-
n
6、由加聚产物推单体的方法
①由加聚高聚物推单体是聚合反应的逆过程,方法是:高聚物链节半键还原→双键重现→正推验证。
②在上述过程中,若半键还原无法形成完整双键,可考虑再断裂单键构成完整双键(不是一种单体)或断裂双键构成完整双键(二烯烃)。
例如:a.凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的高聚物,其合成单体必为一种,将两个半键闭合即可。
如: ,其单体是。
b.凡链节主链有四个碳原子(无其他原子),且链节无双键的高聚物,其单体必为两种,在正中央划线断开,然后两个半键闭合即可。
如:的单体为和两种。
c.凡链节主键中只有碳原子,并存在结构的高聚物,其规律是:“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”划线断开,然后将半键闭合即单双键互换。
如:的单体是:,
的单体是:和。
【典例5】某高聚物的结构式如图: ,其单体的结构简式为
A.
B.
C. 和CH3CH=CH2
D. 和CH2=CH2
【典例6】乙烯、丙烯和1,3—丁二烯()是常见的合成高分子化合物的基础原料,由此三种有机物合成的高分子化合物可能为
A.
B.
C.
D.
【典例7】某烃的结构简式为:。
①用系统命名法命名 ;
②写出该烃加聚反应的化学方程式 。
【变式3-1】国家游泳中心(水立方)的建筑采用了膜材料ETFE,该材料为四氟乙烯与乙烯的共聚物,四氟乙烯也可与六氟丙烯共聚成聚全氟乙丙烯。下列说法错误的是( )
A.ETFE分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式
B.合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应
C.聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为CF2—CF2—CF2—CF—CF3
D.四氟乙烯分子中既含有极性键又含有非极性键
【变式3-2】以乙炔为原料制备乙酸和聚丙烯酸甲酯()路线如图(部分反应条件已省略):
回答下列问题:
(1)聚丙烯酸甲酯链节为 。
(2)乙烯、乙酸、、四种物质中可与金属钠反应的有 ,反应①②③中原子利用率为的是 (填序号)。
(3)所含官能团名称: ,写出反应①的化学方程式: ,该反应的类型为 。
(4)反应③的化学方程式为 。
【变式3-3】以乙炔为主要原料可以合成聚氯乙烯、聚丙烯腈和氯丁橡胶,有关合成路线如图所示。
已知反应:nCH2=CH-CH=CH2
请完成下列各题:
(1)写出物质的结构简式:A ,D 。
(2)写出反应③的化学方程式: 。
(3)某化学兴趣小组选用下列装置和药品制取乙炔并进行有关乙炔性质的探究。试回答下列问题:
①b中制取乙炔的化学方程式为 。
②制乙炔时,a中装饱和食盐水的目的是 。
③d、e中的反应现象都是溶液褪色,d中反应类型是 ;e中反应类型是 。
④若足量溴水吸收乙炔,完全反应生成C2H2Br4,已知称取电石m克,理想状况下,测得d中增重n克,则电石纯度(写出计算过程) 。
◆题型04 高分子化合物的性质分析
★知识积累
【典例8】下列关于有机高分子化合物的说法不正确的是
A.有机高分子化合物称为聚合物,是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应制得的
B.有机高分子化合物的相对分子质量很大,但其结构是若干链节的重复
C.对于一种高分子材料,n是一个整数值,因而它的相对分子质量是确定的
D.高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类
【典例9】下列关于有机高分子化合物的说法中,不正确的是
A.有机高分子化合物的相对分子质量很大
B.有机高分子化合物与生成它的小分子有机化合物在物理和化学性质上都有较大的差异
C.一块无色透明的塑料的成分是聚乙烯,是纯净物,有固定的相对分子质量
D.有机高分子化合物被称为聚合物,是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而得到的
【典例10】某高分子化合物的部分结构如下:。下列说法中正确的是( )
A.聚合物的分子式为 C3H3Cl3 B.聚合物的链节为
C.合成该聚合物的单体是 ClHC==CHCl D.若 n 表示聚合度,则其相对分子质量为 95n
【变式4-1】下列关于高分子化合物的说法中正确的是( )
A.高分子化合物的相对分子质量一般在几千至几万
B.高分子化合物一般都是混合物
C.聚乙烯有固定的熔点和沸点
D.高分子化合物分子中只含C、H、O三种元素
【变式4-2】下列关于高分子化合物的组成、结构、性质的说法错误的是( )
①高分子化合物没有固定的熔点
②纯净的淀粉属于纯净物
③合成高分子化合物的结构大致分为线型结构、支链型结构和体型结构
④线型高分子化合物具有热固性
⑤高分子材料一般不易燃烧
⑥高分子化合物的相对分子质量都很大
⑦体型高分子化合物具有热塑性
A.②④⑤⑥ B.①③⑥ C.①⑤⑦ D.②④⑤⑦
【变式4-3】聚氯乙烯简称 PVC,是当今世界上产量最大、应用最广的热塑性塑料之一、工业上以乙烯和氯气为原料合成 PVC 的流程如下:
乙烯1,2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)氯乙烯(CH2=CHCl)PVC
回答下列问题:
(1)下列物质与乙烯一定可以互称为同系物的是___________(填字母)
A.C2H5Cl B.C4H8 C. D.
(2)氯乙烯的分子式为 。
(3)乙烯生成 1,2-二氯乙烷的反应类型是 。
(4)氯乙烯生成 PVC 的化学方程式为 。
(5)下列有关 PVC 的说法正确的是___________(填字母)。
A.PVC 的单体是 CH3CH2Cl
B.PVC 是高分子化合物
C.PVC 能够使溴的四氯化碳溶液褪色
D.PVC 易降解
◆题型05 合成高分子的应用
【典例11】化学与生活息息相关。下列说法错误的是
A.聚乙炔属于有机高分子材料,不能导电
B.疫苗等生物制剂需要在低温下保存
C.淀粉和纤维素是天然吸水材料
D.多糖、蛋白质和核酸都是生物大分子
【典例12】广东汉乐历史悠久,通常使用的乐器有唢呐、椰胡、琵琶和大鼓等。下列相关描述错误的是
A.唢呐的主要材料为黄铜,黄铜属于合金
B.制作椰胡的椰子壳富含纤维素,纤维素与淀粉互为同分异构体
C.琵琶的弦线多用尼龙线制作,尼龙属于化学合成纤维
D.大鼓的鼓面常用牛皮制作,牛皮富含蛋白质,蛋白质属于高分子化合物
【变式5-1】大国制造彰显中国实力,化学材料助力科技成果的转化与应用。下列说法正确的是
A.“神舟十五号”宇宙飞船返回舱外壳使用的高温结构陶瓷属于有机高分子材料
B.中国航天员的出舱宇航服使用了多种合成纤维,其中涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯)属于聚酯类高分子化合物
C.“北斗”导航卫星使用的芯片,其主要成分是二氧化硅晶体
D.“C919”大型民用客机使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料
【变式5-2】第24届冬奥会于2022年2月4日在北京开幕,科技部提出了“科技冬奥”的理念。以下事实对应的解释或说法正确的是
A.有舵雪橇所使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料
B.吉祥物“冰墩墩”的制作原材料聚氯乙烯可用作食品包装膜
C.冬奥期间的核酸检测是确认病毒类型的有效手段,核酸和核苷酸均为生物大分子
D.北京冬奥会使用二氧化碳跨临界制冰技术,与传统制冷剂氟利昂相比更加环保
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