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鲁科化学·选择性必修3
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微专题六 有机合成与推断突破口
[专题精讲]
1.根据特征反应确定官能团的种类
(1)能使溴水褪色的物质可能含有、—C≡C—、酚羟基或醛基等。
(2)能使酸性KMnO4溶液褪色的物质可能含有、—C≡C—、—CHO、羟基等或为苯的同系物(与苯环直接相连的碳原子上有氢原子)。
(3)能发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀的物质一定含有或HCOO—。
(4)能与Na反应放出H2的物质可能为醇、酚、羧酸等。
(5)能与Na2CO3溶液或NaHCO3溶液作用放出CO2或使紫色石蕊溶液变红的有机物中含有—COOH。
(6)能水解的有机物中可能含有酯基
()、卤原子、酰胺基()等。
(7)能发生消去反应的物质有醇、卤代烃等。
2.根据性质和有关数据推知官能团的数目
(1)—CHOeq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\o(――→,\s\up17([AgNH32]OH))2Ag,\o(――→,\s\up17(CuOH2))Cu2O))
(2)2—OH(醇、酚、羧酸)eq \o(――→,\s\up17(Na))H2
(3)2—COOHeq \o(――→,\s\up17(CO\o\al(2-,3)))CO2,—COOHeq \o(――→,\s\up17(HCO\o\al(-,3)))CO2
3.根据某些产物推知官能团的位置
(1)由醇被催化氧化成醛(或羧酸),—OH一定在链端;由醇被催化氧化成酮,—OH一定在链中;若该醇不能被催化氧化,则与—OH相连的碳原子上无氢原子。
(2)由消去反应的产物可确定—OH或—X的位置。
(3)由取代产物的种类可确定碳链结构。
4.根据反应条件推断反应类型
(1)在NaOH的水溶液中加热,可能是酯的水解反应或卤代烃的水解反应。
(2)在NaOH的乙醇溶液中加热,发生卤代烃的消去反应。
(3)在浓H2SO4存在的条件下加热,可能发生醇的消去反应、酯化反应、成醚反应或硝化反应等。
(4)与H2在Ni催化作用下发生反应,则为烯烃、炔烃、芳香烃、醛、酮的加成反应或还原反应。
(5)在O2、Cu(或Ag)、加热或CuO、加热条件下,发生醇的催化氧化反应。
(6)与O2或新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液反应,则该物质发生的是—CHO的氧化反应。(如果连续两次出现O2,则为(伯)醇→醛→羧酸的过程)
(7)在稀H2SO4、加热条件下,发生酯、低聚糖、多糖等的水解反应。
(8)在光照、X2气体条件下,发生烷基上的取代反应;在Fe粉、X2条件下,发生苯环上的取代反应。
[典例示范]
1.(2021·全国甲卷节选)近年来,以大豆素(化合物C)为主要成分的大豆异黄酮及其衍生物,因其具有优良的生理活性而备受关注。大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线如下:
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 ________ 。
(2)1 mol D反应生成E至少需要 ________ mol氢气。
(3)由E生成F的化学方程式为___________________________。
(4)由G生成H分两步进行:反应1)是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应,则反应2)的反应类型为 ________ 。
(5)根据上述路线中的相关知识,以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成下列有机物,写出合成路线。
+H2O;
(4)由G生成H分两步进行:反应1)是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应,则反应2)是将酯基水解生成羟基,反应类型为取代反应;(5)以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成下图有机物,可以将丙烯在mCPBA的作用下生成环氧化合物,环氧化合物在酸催化作用下水发生加成反应,然后再与碳酸二甲酯发生酯化反应即
答案:(1)间苯二酚(或1,3苯二酚或m苯二酚) (2)2
2.(2021·山东卷)一种利胆药物F的合成路线如图:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为 ________ ;符合下列条件的A的同分异构体有 ________ 种。
①含有酚羟基 ②不能发生银镜反应 ③含有四种化学环境的氢
(2)检验B中是否含有A的试剂为 ________ ;B→C的反应类型为 ________ 。
(3)C→D的化学方程式为 ________________ ;E中含氧官能团共 ________ 种。
解析:(1)由上述分析可知,A的结构简式为;A的同分异构体中满足:①含有酚羟基;②不能发生银镜反应,说明结构中不含醛基;
(4)
[专题精炼]
1.(2021·浙江6月选考)某课题组研制了一种具有较高玻璃化转变温度的聚合物P,合成路线如下:
已知:R1-Breq \o(――→,\s\up17(NaN3))R1-N3
请回答:
(1)化合物A的结构简式是 ________ ;化合物E的结构简式是 ________ 。
(2)下列说法不正确的是 ________ (填字母)。
A.化合物B分子中所有的碳原子共平面
B.化合物D的分子式为C12H12N6O4
C.化合物D和F发生缩聚反应生成P
D.聚合物P属于聚酯类物质
(3)化合物C与过量NaOH溶液反应的化学方程式是_________________________。
(4)在制备聚合物P的过程中还生成了一种分子式为C20H18N6O8的环状化合物。用键线式表示其结构 ________ 。
(5)写出3种同时满足下列条件的化合物F的同分异构体的结构简式(不考虑立体异构体):___________________________________
________________________________________ 。
①1H-NMR谱显示只有2种不同化学环境的氢原子
②只含有六元环
③含有结构片段,不含-C≡C-键
(6)以乙烯和丙炔酸为原料,设计如下化合物的合成路线(用流程图表示,无机试剂、有机溶剂任选)
______________________________________________________。
解析:(1)由上述分析可知,A的结构简式为;化合物E的结构简式为HOCH2CH2Br。(2)A项,化合物B的结构简式为,化合物B中苯环的6个碳原子共平面,而苯环只含有两个对位上的羧基,两个羧基的碳原子直接与苯环相连,所以这2个碳原子也应与苯环共平面,化合物B分子中所有碳原子共平面,故A正确;
B项,D的结构简式为,由此可知化合物D的分子式为C12H12N6O4,故B正确;C项,缩聚反应除形成缩聚物外,还有水、醇、氨或氯化氢等低分子副产物产生,化合物D和化合物F的聚合反应不涉及低分子副产物的产生,不属于缩聚反应,故C错误;D项,聚合物P中含有4n个酯基官能团,所以聚合物P属于聚酯类物质,故D正确;综上所述,说法不正确的是C项,故答案为C。
(3) 中酯基能与NaOH溶液发生水解反应、溴原子能与NaOH溶液在加热条件下能发生取代反应,因此反应的化学方程式为
(4)化合物D和化合物F之间发生反应,可以是n个D分子和n个F分子之间聚合形成化合物P,同时也可能发生1个D分子和1个F分子之间的加成反应,对于后者情况,化合物D中的2个-N3官能团与化合物F中的2个碳碳三键分别反应,可以形成环状结构,用键线式表示为
该环状化合物的化学式为C20H18N6O8,符合题意,故答案为:
(5)化合物F的分子式为C8H6O4,不饱和度为6,其同分异构体中含有结构片段,不含-C≡C-键,且只有2种不同化学环境的氢原子,说明结构高度对称,推测其含有2个相同结构片段,不饱和度为4,余2个不饱和度,推测含有两个六元环,由此得出符合题意的同分异构体如下:
(4)
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(5)
、
、
、(任写3种) (6)H2C===CH2
2.某药物中间体K的一种合成路线如下。
(1)A→B的反应类型是 ____________ ,D中含有的官能团名称是 ____________ 。
(2)E的化学名称是 ________________ ,K的分子式是 _____________________ 。
(3)F与足量NaOH溶液反应的化学方程式为 _________________________________ 。
(4)J的结构简式为 ______________________ 。
(5)G的同分异构体中能同时满足下列条件的共有 ______ 种(不含立体异构):
①能与金属钠反应产生气体
②既能发生银镜反应,又能发生水解反应
其中核磁共振氢谱显示为3组峰,且峰面积比为6∶1∶1的是 ___________ (写结构简式)。
(6)季戊四醇()是重要的化工原料。设计由甲醛和乙醇为起始原料制备季戊四醇的合成路线(无机试剂任选)。
O2在催化剂作用下醇羟基被氧化变为酮羰基,反应产生H:;H与D在NaOH存在并加热时反应产生J:,J在一定条件下发生消去反应产生K:。
(1)A是甲苯,甲苯与浓硫酸、浓硝酸共热发生取代反应,产生B为邻硝基甲苯,所以A→B的反应类型是取代反应;D的结构简式为,可知D中含有的官能团名称是醛基、氨基;(2) E结构简式为CH3CH2CH2COOH, E的化学名称是丁酸,K的结构简式为,根据结构简式可得出K的分子式
是C11H9NO2;(3)F是,与足量NaOH溶液反应,羧基发生中和反应,Br原子发生取代反应,Br原子变为—OH,同时产生HBr,HBr与NaOH发生中和反应,所以1 mol F可以与2 mol NaOH反应,该反应的化学方程式为
(4)根据上述推断可知J的结构简式为
,共5种不同的结构;其中核磁共振氢谱显示为3组峰,说明分子中含有3种不同的H原子,
峰面积比为6∶1∶1的是;(6)甲醇催化氧化产生甲醛(HCHO),乙醇催化氧化产生乙醛(CH3CHO),然后使乙醛与甲醛在碱性条件下发生醛与醛的加成反应产生,该物质与H2在镍做催化剂时发生加成反应产生
季戊四醇,结构简式为。
答案:(1)取代反应 醛基、氨基 (2)正丁酸 C11H9NO2
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