内容正文:
第四讲 卤代烃 醇 酚(基础课)
高考目标定位 1.了解卤代烃的组成、结构特点,掌握卤代烃的性质,能利用卤代烃的形成和转化进行有机合成。2.能从结构的角度辨识醇和酚,了解重要醇、酚的性质和用途。3.能从官能团、化学键的特点及基团之间的相互影响分析醇和酚的反应规律,并能正确书写有关反应的化学方程式。
考点一 卤代烃
1.概念
烃分子中的氢原子被卤素原子取代后生成的一类物质称为卤代烃。官能团是碳卤键,饱和一元卤代烃通式:CnH2n+1X(n≥1)。
2.分类
3.物理性质
4.水解反应和消去反应的比较
反应
类型
水解反应
(取代反应)
消去反应
反应
条件
强碱的水溶液加热
强碱的醇溶液加热
断键
方式
化学
方程式
RCH2X+NaOH
RCH2OH
+NaX
RCH2CH2X+
NaOH
RCH===CH2+
NaX+H2O
续表
反应
类型
水解反应
(取代反应)
消去反应
产物
特征
引入—OH
消去H、X,生成物中含有碳碳双键或碳碳三键
思考1
是不是所有的卤代烃都能发生消去反应?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
提示 卤代烃能发生消去反应的结构条件
①卤代烃中碳原子数≥2;②存在β-H;③苯环上的卤素原子不能消去。
5.卤代烃(RX)中卤素原子的检验
思考2
卤代烃(RX)中卤素原子检验时为什么要酸化?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
提示 加入稀硝酸酸化是为了中和过量的NaOH,防止NaOH与AgNO3反应,产生棕褐色的Ag2O沉淀。
6.卤代烃的获取
(1)不饱和烃与卤素单质、卤化氢等的加成反应
①如CH3—CH===CH2+Br2―→
CH3CHBrCH2Br;
②如CH3—CH===CH2+HBr
;
(2)取代反应
①如C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O。
②如+Br2+HBr↑。
练一 卤代烃的结构与性质
1.下列有关卤代烃说法正确的是( )
A.所有卤代烃在适当条件下都能发生水解反应
B.所有卤代烃在适当条件下都能发生消去反应
C.检验溴乙烷中是否有溴元素,方法是先加入NaOH溶液共热,冷却后再加硝酸银溶液,观察有无浅黄色沉淀生成
D.所有卤代烃都是通过取代反应制得的
答案 A
解析 A.卤代烃在NaOH的水溶液中均可发生水解反应,即所有卤代烃在适当条件下都能发生水解反应,A正确;B.与-X相连C的邻位C上有H才可以发生消去反应,如CH3Cl、(CH3)3CCH2Cl不能发生消去反应,B错误;C.向溴乙烷中加入NaOH溶液共热,溴乙烷发生取代反应产生Br-,由于溶液中可能含有过量的NaOH,OH-会与加入AgNO3溶液的Ag+变为AgOH沉淀,AgOH分解产生Ag2O,会影响Br元素的检验,需要加入稀硝酸溶液消耗溶液中的NaOH,使溶液呈酸性,再滴入AgNO3溶液,C错误;D.卤代烃可利用烯烃加成反应制备,如乙烯与HCl可发生加成反应生成氯乙烷,D错误;故选A。
2.化合物X的分子式为C5H11Cl,用NaOH的醇溶液处理X,可得分子式为C5H10的两种产物Y、Z,Y、Z经催化加氢后都可得到2-甲基丁烷。若将化合物X用NaOH的水溶液处理,则所得有机产物的结构简式可能是( )
A.CH3CH2CH2CH2CH2OH
B.(CH3)2C(OH)CH2CH3
C.(CH3)2CHCH2CH2OH
D.(CH3)3CCH2OH
答案 B
解析 根据能跟H2加成生成2-甲基丁烷,结合题意,说明Y和Z均为分子式为C5H10的烯烃,其碳骨架为,氯代烃发生消去反应生成烯烃和烯烃加氢生成烷烃,碳骨架不变,故所得有机产物的碳骨架有一个支链甲基。CH3CH2CH2CH2CH2OH没有支链,A项错误;对应的X为,发生消去反应生成的烯烃有2种,符合题目要求,B项正确;CHCH3CH3CH2CH2OH对应的X为CHCH3CH3CH2CH2Cl,发生消去反应只能生成一种烯烃,C项错误;对应的X为,不能发生消去反应,D项错误。
练二 卤代烃的制备与有机合成
3.由CH3CH2CH2Br制备CH3CH(OH)CH2OH,依次发生的反应类型和反应条件都正确的是( )
选项
反应类型
反应条件
A
加成反应、取代反应、消去反应
KOH醇溶液/加热、KOH水溶液/加热、常温
B
消去反应、加成反应、取代反应
NaOH醇溶液/加热、常温、NaOH水溶液/加热
C
氧化反应、取代反应、消去反应
加热、KOH醇溶液∕加热、KOH水溶液/加热
D
消去反应、加成反应、水解反应
NaOH水溶液/加热、常温、NaOH醇溶液/加热
答案 B
解析 CH3CH2CH2Br―→CH3CHCH2―→CH3CHXCH2X(X代表卤素原子)―→CH3CH(OH)CH2OH。依次发生消去反应、加成反应、水解反应(取代反应),由对应的反应条件可知B项正确。
4.某烃A与Br2发生加成反应生成二溴代物B。B用热的NaOH醇溶液处理得有机物C,经测定C的分子中含有两个双键,其分子式为C5H6。将C在催化条件下加氢可得到分子式为C5H10的有机物D,D的一氯代物只有1种结构。则烃A的结构简式为( )
A.CH3CH2CH2CHCH2
B.CH2CHCH2CHCH2
C.
D.
答案 C
解析 由题意可知A、B、C、D的转化过程中分别发生了烃与溴的加成反应,二溴代物的消去反应,二烯烃与氢气的加成反应,符合该过程各物质的分子式及结构特征的只有。
5.如图是8种有机化合物的转换关系:
请回答下列问题:
(1)根据系统命名法,化合物A的名称是 。
(2)上述框图中,①是 反应,③是 反应(填反应类型)。
(3)化合物E是重要的工业原料,写出由D生成E的化学方程式:________________________________________________________________________。
(4)C1的结构简式是________________________________________________________________________;
F1的结构简式是 。F1与F2的关系为 。
答案 (1)2,3-二甲基丁烷 (2)取代;加成
(3)
(4)CCH3CH3CCH3CH3;
CCH3BrCH2CCH3CH2Br;同分异构体
解析 有机物的系统命名法,关键是选好主链;由题给图示AB可知①为取代反应。由B的结构简式及反应条件可知C1、C2可能为CHCH3CH3CCH3CH2或CCH3CH3CCH3CH3,由于E可发生1,4-加成和1,2-加成,则E为二烯烃,不难推出C1为CCH3CH3CCH3CH3,D为,E为CCH3CH2CCH3CH2。
【题后归纳】
1.卤代烃在有机合成中的应用
(1)引入羟基(碱性水解)。
(2)引入不饱和键(消去反应)。
(3)改变官能团的位置:通过消去反应获得烯烃,再通过烯烃与HX(X为卤素)的加成反应,又得到卤代烃,但卤素原子的位置发生了变化。
(4)改变官能团的数目:通过消去反应获得烯烃,再通过烯烃与X2的加成反应得到二卤代烃。
(5)进行官能团保护:烯烃中的碳碳双键易被氧化,常采用以下两步保护碳碳双键,如:
CH2CH2CH3CH2BrCH2CH2
2.卤代烃发生的其他反应(举例)
(1)C2H5Br+C2H5ONaC2H5—O—C2H5+NaBr
(2)C2H5Br+KCNC2H5CN+KBr
(3)
(4)(武兹反应)2CH3CH2Br+2Na―→CH3CH2CH2CH3+2NaBr(碳链增长)
(5)与金属反应CH3CH2Br+MgCH3CH2MgBr(格氏试剂)
考点二 醇类
1.概念和分类
(1)概念
羟基与饱和碳原子相连的化合物称为醇,饱和一元醇的通式为CnH2n+1OH(n≥1)。
(2)分类
2.物理性质
熔、沸点
溶解性
密度
醇
①高于相对分子质量接近的烷烃或烯烃;
②随碳原子数的增加而升高;
③碳原子数相同时,羟基个数越多,熔、沸点越高
①饱和一元醇随碳原子数的增加而降低;
②羟基个数越多,溶解度越大
饱和一元醇比水小
思考1
硫醇是—SH与链烃基相连的含硫有机物,其性质与醇类有相似之处。
①沸点:C2H5SH<C2H5OH原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
②水溶性:C2H5SH<C2H5OH原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示 ①乙硫醇和乙醇属于组成和结构相似的分子,乙醇分子间会形成氢键,所以沸点大于乙硫醇
②S原子吸电子的能力比O弱,所以乙硫醇分子的极性比乙醇分子弱,在水中的溶解度也应较小,且乙醇能与水形成分子间氢键
3.从官能团、化学键的视角理解醇的化学性质
(1)由结构特点预测性质
醇的官能团羟基(—OH),决定了醇的主要化学性质,受羟基的影响,C—H的极性增强,一定条件下也可能断键发生化学反应。
(2)由断键方式理解性质
Ⅰ.分子发生反应的断键部位
Ⅱ.由Ⅰ填写表格
条件
断键
位置
反应
类型
化学方程式(以C2H5OH为例)
Na
①
置换
反应
2CH3CH2OH+2Na―→2CH3CH2ONa+H2↑
HBr,△
②
取代
反应
CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O
O2(Cu),△
①③
氧化
反应
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
浓硫酸,
170 ℃
②④
消去
反应
CH3CH2OH
CH2===CH2↑+H2O
浓硫酸,
140 ℃
①或②
取代
反应
2CH3CH2OH
C2H5—O—C2H5+H2O
CH3COOH
(浓硫酸)
①
取代
反应
(酯化
反应)
CH3CH2OH+CH3COOH
CH3COOC2H5+H2O
思考2
相同条件下,等质量的甲醇、乙二醇、丙三醇与足量钠反应,放出氢气物质的量最多的是 ,等物质的量的甲醇、乙二醇、丙三醇与足量钠反应,放出氢气的体积比为 。
提示 丙三醇 1∶2∶3
4.几种重要的醇
物质
物理性质
用途
乙醇
无色、有特殊香味的液体,易挥发,密度比水小,能与水以任意比例互溶
燃料;化工原料;常用的溶剂;体积分数为75%时可作医用消毒剂
甲醇
(木醇)
无色液体,沸点低、易挥发、易溶于水
化工生产、车用燃料
乙二醇
丙三醇
(甘油)
无色、黏稠液体,与水以任意比例互溶
重要化工原料,制造化妆品、发动机防冻液等
思考3 工业上可用乙烯水合法生产乙醇
第一步:反应CH2===CH2+HOSO3H(浓硫酸)―→CH3CH2OSO3H(硫酸氢乙酯);
第二步:硫酸氢乙酯水解生成乙醇。
第一步属于 (填反应类型)。第二步反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示 加成反应 CH3CH2OSO3H+H2O―→CH3CH2OH+H2SO4
练一 醇类的结构与性质
1.下列说法中,正确的是( )
A.醇类在一定条件下都能发生消去反应生成烯烃
B.CH3OH、CH3CH2OH、、都能在铜催化下发生氧化反应
C.将与CH3CH2OH在浓H2SO4存在下加热,最多可生成3种有机产物
D.醇类在一定条件下都能与氢卤酸反应生成卤代烃
答案 D
解析 A.甲醇不能发生消去反应,多碳醇当与羟基相邻的碳原子上没有氢原子时也不能发生消去反应,A错误;B.中和羟基相连的碳原子上面没有氢原子,不能被催化氧化,B错误;C.与CH3CH2OH在浓H2SO4存在下加热反应时,不仅可以发生分子内脱水,生成烯烃,也能分子间脱水生成醚,烯烃有两种,醚有三种,所以有机产物最多有5种,C错误;D.醇类在加热条件下都能与浓氢卤酸发生取代反应,生成卤代烃,D正确;故选D。
2.薄荷是常用中药之一,从薄荷中提取的薄荷醇可制成医药。薄荷醇的结构简式如图,下列说法正确的是( )
A.薄荷醇的分子式为C10H20O,它是环己醇的同系物
B.薄荷醇的分子中至少有12个原子处于同一平面上
C.薄荷醇在Cu或Ag作催化剂、加热条件下能被O2氧化为醛
D.在一定条件下,薄荷醇能发生取代反应、消去反应和加聚反应
答案 A
解析 薄荷醇的分子式为C10H20O,它与环己醇具有相似的结构,分子组成上相差4个CH2原子团,属于同系物,故A项正确;薄荷醇的碳环上的碳碳键都是共价单键,不是平面结构,故B项错误;薄荷醇分子中,与羟基相连的碳原子上只有1个H原子,在Cu或Ag作催化剂、加热条件下,其能被O2氧化为酮,故C项错误;薄荷醇分子中没有碳碳不饱和键,不能发生加聚反应,故D项错误。
练二 醇类的消去反应和催化氧化反应
3.分子式为C7H16O的饱和一元醇的同分异构体有多种。
A.
B.
C.
D.CH3(CH2)5CH2OH
上述该醇的同分异构体中:
(1)可以发生消去反应,生成两种单烯烃的是 ;
(2)可以发生催化氧化生成醛的是________________________________________________________________________;
(3)不能发生催化氧化的是 ;
(4)能被催化氧化为酮的有 种。
答案 (1)C (2)D (3)B (4)2
【思路点拨】解答本题要明确如下几点:
解析 (1)该醇发生消去反应生成两种单烯烃,表明连有-OH的碳原子的相邻碳原子上应连有氢原子,且以-OH所连碳为中心,分子不对称,另外,羟基碳不能在1号位上,只有C。(2)~(4)连有-OH的碳上有2个氢原子时可被氧化为醛,是D;有一个氢原子时可被氧化为酮,是A、C;不含氢原子时不能发生催化氧化,是B。
【题后归纳】 醇的消去反应和催化氧化反应规律
1.醇的消去规律
(1)结构条件
①醇分子中连有羟基(—OH)的碳原子必须有相邻的碳原子;
②该相邻的碳原子上必须连有氢原子。
(2)断键方式
2.醇的催化氧化规律
醇能否发生催化氧化及氧化产物类型取决于醇分子中是否有α-H及其个数:
考点三 苯酚与酚类
1.酚类概念
酚是羟基与苯环直接相连而形成的化合物。
思考1
分子式为C7H8O有机物中,属于芳香族的同分异构体共有 种,属于酚类的有 种,属于芳香醇的有 种。
提示 5 3 1
2.苯酚的组成与结构
分子式:C6H6O
官能团:—OH,名称为(酚)羟基
结构特点:羟基与苯环直接相连
3.苯酚的物理性质
4.苯酚的化学性质
(1)弱酸性
+H3O+,苯酚具有弱酸性,俗称石炭酸。酸性:H2CO3>>HCO,苯酚不能使酸碱指示剂变色。
思考2
苯酚的浑浊液变澄清溶液又变浑浊。
该过程中发生反应的化学方程式分别为________________________________________________________________________
,________________________________________________________________________。
提示
(2)与溴水的取代反应
苯酚滴入过量浓溴水中产生的现象为生成白色沉淀。
化学方程式:
。
(3)显色反应:与FeCl3溶液作用显紫色。
(4)苯酚与甲醛在催化剂作用下,可发生缩聚反应,化学方程式:
+nHCHO+(n-1)H2O。
(5)氧化反应:易被空气氧化为粉红色。
5.基团之间的相互影响
例如:苯酚与溴的取代反应比苯、甲苯与溴的取代反应容易进行,原因是羟基对苯环的影响使苯环在羟基的邻、对位上的氢原子变得活泼,易被取代。
思考3
1 mol 与足量钠反应,生成的氢气的物质的量为 ,与足量氢氧化钠反应,消耗的氢氧化钠的物质的量为 ,与足量碳酸氢钠反应,生成的二氧化碳的物质的量为 。
提示 2 mol 3 mol 1 mol
1.下列实验可以获得预期效果的是( )
A.苯酚俗名石炭酸,向苯酚稀溶液中滴入石蕊试液变浅红色
B.用溴水除去苯中的少量苯酚
C.用溴水即可鉴别苯酚溶液、2,4-己二烯和甲苯
D.在碳酸氢钠溶液中滴入苯酚的水溶液后立即放出二氧化碳
答案 C
解析 苯酚酸性很弱,向苯酚稀溶液中滴入石蕊试液溶液不变色,故A错误;向含少量苯酚的苯中加入溴水,生成2,4,6-三溴苯酚白色沉淀,但三溴苯酚易溶于苯中,无法分离,故B错误;苯酚和溴水反应生成白色沉淀,2,4-己二烯可以使溴水褪色,甲苯和溴水不反应,但甲苯可以萃取溴水中的溴,甲苯的密度比水的小,所以下层是水层,上层是橙红色的有机层,因此可以鉴别,故C正确;由于苯酚酸性小于碳酸酸性,在碳酸氢钠溶液中滴入苯酚的水溶液,不会生成二氧化碳气体,故D错误。
2.我国科研人员发现中药成分黄芩素能明显抑制新冠病毒的活性。下列关于黄芩素的说法不正确的是( )
A.分子中有3种官能团
B.能与Na2CO3溶液反应
C.在空气中可发生氧化反应
D.能和Br2发生取代反应和加成反应
答案 A
解析 根据物质结构简式可知:该物质分子中含有酚羟基、醚键、羰基、碳碳双键四种官能团,A错误;黄芩素分子中含有酚羟基,由于酚的酸性比NaHCO3强,所以黄芩素能与Na2CO3溶液反应产生NaHCO3,B正确;酚羟基不稳定,容易被空气中的氧气氧化,C正确;该物质分子中含有酚羟基,由于羟基所连的苯环的邻、对位有H原子,因此可以与浓溴水发生苯环上的取代反应;分子中含有不饱和的碳碳双键,可以与Br2等发生加成反应,D正确。
3.丁子香酚(,Mr=164)可用于配制香精、作杀虫剂和防腐剂。已知结合质子由强到弱的顺序为CO>>HCO,回答下列问题:
(1)丁子香酚的分子式为 ,其中含有 种官能团。
(2)下列物质不能与丁子香酚发生化学反应的是 (填选项字母)。
a.NaOH溶液 b.NaHCO3溶液
c.Na2CO3溶液 d.Br2的CCl4溶液
(3)任写一种同时满足下列条件的丁子香酚的同分异构体的结构简式 。
①苯环上连有两个对位取代基
②能与FeCl3溶液发生显色反应
③能发生银镜反应
答案 (1)C10H12O2 3 (2)b
(3)、
、、、中的一种
【题后归纳】
1.一些物质(粒子)酸性强弱顺序
CH3COOH>H2CO3>>HCO
2.脂肪醇、芳香醇、酚类的比较
脂肪醇
芳香醇
酚
结构
特点
—OH与链烃基相连
—OH与芳香烃侧链相连
—OH与苯环直接相连
主要化
学性质
①取代反应
②消去反应(与羟基碳相邻的碳原子上含有H)
③氧化反应
①弱酸性
②取代反应
③显色反应
④氧化反应
⑤加成反应
羟基H
的活泼性
酚羟基>醇羟基
1.(2023·重庆高考)橙皮苷广泛存在于脐橙中,其结构简式(未考虑立体异构)如下所示:
关于橙皮苷的说法正确的是( )
A.光照下与氯气反应,苯环上可形成C—Cl键
B.与足量NaOH水溶液反应,O—H键均可断裂
C.催化剂存在下与足量氢气反应,π键均可断裂
D.与NaOH醇溶液反应,多羟基六元环上可形成π键
答案 C
解析 A.光照下链烃基氢可以与氯气反应,氯气不会取代苯环上的氢,A错误;B.分子中除苯环上羟基,其他羟基不与氢氧化钠反应,B错误;C.催化剂存在下与足量氢气反应,苯环加成为饱和碳环,羰基氧加成为羟基,故π键均可断裂,C正确;D.橙皮苷不与NaOH醇溶液反应,故多羟基六元环不可形成π键,D错误。
2.(2023·辽宁高考)冠醚因分子结构形如皇冠而得名,某冠醚分子c可识别K+,其合成方法如下。下列说法错误的是( )
A.该反应为取代反应
B.a、b均可与NaOH溶液反应
C.c核磁共振氢谱有3组峰
D.c可增加KI在苯中的溶解度
答案 C
解析 A.根据a和c的结构简式可知,a与b发生取代反应生成c和HCl,A正确;B.a中含有酚羟基,酚羟基呈弱酸性能与NaOH反应,b可在NaOH溶液中发生水解反应,生成醇类,B正确;C.根据c的结构简式可知,冠醚中有四种不同化学环境的氢原子,如图所示:,核磁共振氢谱有4组峰,C错误;D.c可与K+形成配离子,该物质在苯中溶解度较大,因此c可增加KI在苯中的溶解度,D正确。
3.(2024·湖北高考)鹰爪甲素(如图)可从治疗疟疾的有效药物鹰爪根中分离得到。下列说法错误的是( )
A.有5个手性碳
B.在120 ℃条件下干燥样品
C.同分异构体的结构中不可能含有苯环
D.红外光谱中出现了3 000 cm-1以上的吸收峰
答案 B
解析 A.连4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子,分子中有5个手性碳原子,如图中用星号标记的碳原子:,故A正确;B.由鹰爪甲素的结构简式可知,其分子中有过氧键,过氧键热稳定性差,所以不能在120 ℃条件下干燥样品,故B错误;C.鹰爪甲素的分子式为C15H26O4,如果有苯环,则分子中最多含2n-6=15×2-6=24个氢原子,则其同分异构体的结构中不可能含有苯环,故C正确;D.由鹰爪甲素的结构简式可知,其分子中含羟基,即有氧氢键,所以其红外光谱图中会出现3 000 cm-1以上的吸收峰,故D正确;故答案为:B。
4.(2024·甘肃高考)曲美托嗪是一种抗焦虑药,合成路线如下所示,下列说法错误的是( )
A.化合物Ⅰ和Ⅱ互为同系物
B.苯酚和(CH3O)2SO2在条件①下反应得到苯甲醚
C.化合物Ⅱ能与NaHCO3溶液反应
D.曲美托嗪分子中含有酰胺基团
答案 A
解析 A.化合物Ⅰ含有的官能团有羧基、酚羟基,化合物Ⅱ含有的官能团有羧基、醚键,官能团种类不同,化合物Ⅰ和化合物Ⅱ不互为同系物,A项错误;B.根据题中流程可知,化合物Ⅰ中的酚羟基与(CH3O)2SO2反应生成醚,故苯酚和(CH3O)2SO2在条件①下反应得到苯甲醚,B项正确;C.化合物Ⅱ中含有羧基,可以与NaHCO3溶液反应,C项正确;D.由曲美托嗪的结构简式可知,曲美托嗪中含有的官能团为酰胺基、醚键,D项正确;故选A。
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