第三单元 人工合成有机化合物第一课时教学实录

第三单元

人工合成有机化合物

学习目标

1.通过乙酸乙酯的合成路线的分析，学会简单有机物合成的基本方法思路。

2.熟知有机合成过程中反应的反应类型及其判断。

3.知道常见的有机高分子化合物和三大合成材料。

[知

识

梳

理] 一、简单有机物的合成

1．概念

用化学方法合成新的有机化合物要依据被合成物质的组成和结构特点，选择适合的有机化学反应和起始原料，精心设计并选择合理的合成方法和路线。

2．以乙烯为原料合成乙酸乙酯

(1)若合成路线Ⅰ设计如下，请在方框内填写相应物质的名称：

核心素养建构

1.常见有机物的衍变关系

烯―→醇―→醛―→羧酸―→酯

2.

写出标有序号的有关反应的化学方程式，并注明反应类型：

①CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH，加成反应；

②2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O，氧化反应；

△③2CH3CHO＋O2――→2CH3COOH，氧化反应；

④CH3COOH＋CH3CH2OH(2)其他合成路线

浓H2SO4△催化剂催化剂催化剂CH3COOCH2CH3＋H2O，酯化反应。

3．合成有机物的思路：依据被合成物质的组成和结构特点，选择合适的有机化学反应和起始原料，精心设计并选择合理的合成方法和路线。

【自主思考】

1．一种物质的合成路线可能有多种，到底采用哪一种，主要应该考虑哪些因素？

提示

(1)合成路线的简约性。(2)实际生产的可操作性。(3)还要综合考虑原料来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件、是否有污染物排放、生产成本等问题来选择最佳的合成路线。

2．选择最佳合成路线由乙烯合成乙酸乙酯，写出反应的化学方程式，注明反应类型。

提示

①CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH

加成反应

②CH2===CH2＋O2――→CH3COOH

氧化反应

③CH3COOH＋CH3CH2OH浓H2SO4△催化剂催化剂CH3COOCH2CH3＋H2O

酯化反应

3．在一定条件下，将甲酸、乙酸、甲醇和乙醇置于同一反应体系中发生酯化反应。请回答下列问题：

(1)酯化反应的条件是_______________________________________________________。

(2)写出理论上能生成的所有酯的结构简式：___________________________________。

(3)以上酯中，互为同分异构体的是___________________________________________。

提示

(1)浓硫酸、加热

(2)HCOOCH3、HCOOCH2CH3、CH3COOCH3、CH3COOCH2CH3

(3)HCOOCH2CH3和CH3COOCH3

二、有机高分子化合物

1．有机高分子化合物

(1)概念：相对分子质量高达几万乃至几百万的有机化合物。简称高聚物或高分子。

(2)分类：

①天然有机高分子化合物，例如淀粉、纤维素、蛋白质等。

②合成有机高分子化合物，例如三大合成材料：塑料、合成纤维、合成橡胶。

2．有机高分子化合物的合成

(1)加聚反应：含有碳碳双键或碳碳叁键的相对分子质量小的化合物分子，在一定条件下，互相结合成相对分子质量大的高分子，这样的反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。

如在一定条件下，乙烯分子中的碳碳双键断开，相互结合生成高分子化合物聚乙烯。反应的化学方程式是

①单体：在聚合反应中，我们通常将用以形成高分子化合物的小分子物质称为单体。

②链节：将高分子化合物中不断重复的基本结构单元称为链节。

③聚合度：链节的数目称为聚合度。

(2)缩聚反应：相对分子质量小的化合物在生成高分子化合物的同时有小分子化合物生成的反应叫缩聚反应。

①如甲醛和苯酚形成酚醛树脂的化学方程式为：

单体为：

和HCHO。

3．有机高分子合成领域中着力解决的课题

(1)对重要的通用高分子材料进行改进和推广。

(2)研制具有特殊功能的材料。

(3)研制用于物质分离、能量转换的高分子膜

。

(4)研制易分解的新型合成材料，防治“白色污染”。

【自主思考】

4．高分子化合物是纯净物吗？

提示

高分子化合物中聚合度n值不一定相同，所以高分子化合物是混合物。

5．加聚反应有哪些特点？

提示

双键相连的原子形成长链，其余看作支链。有双键或叁键的物质才可能发生加聚反应，碳碳叁键、碳氧双键也能发生加聚反应。发生加聚反应时，双键变成了单键。

6．构成高聚物的链节与生成高聚物的单体有何区别和联系？

提示

区别：链节是高分子化合物中重复的结构单元，而单体是形成高分子化合物的小分子物质。联系：(1)对于由加聚反应生成的高聚物，其链节和单体的化学组成和相对分子质量均相同。(2)链节是以单体为基础的，如聚乙烯的链节是—CH2—CH2—，而不是—CH2—。

[效

果

自

测] 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子化合物。(

) (2)棉花和油脂都属于天然高分子化合物。(

) (3)乙烯水化法制乙醇是氧化反应。(

) (4)加聚反应的单体必须有不饱和键，如(或—C≡C—)，缩聚反应的单体一定无碳碳双键。(

) (5)聚乙烯为纯净物。(

) 答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

2．请预测有机物丙烯酸(CH2===CH—COOH)可发生的反应类型可能有(

) ①加成反应

②水解反应

③酯化反应

④中和反应

⑤氧化反应

A．①③

C．①③④⑤

B．①③④

D．①②③④⑤

答案

C

探究一、有机合成遵循的原则和常用方法

【合作交流】

1．讨论淀粉为原料合成乙酸的反应路线，请写出有关的路线图和反应方程式。

提示

淀粉――→葡萄糖――→乙醇――→乙醛――→乙酸。

催化剂催化剂催化剂(C6H10O5)n＋nH2O――→nC6H12O6

淀粉

C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2↑

2C2H5OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O △2CH3CHO＋O2――→2CH3COOH △【点拨提升】

1．有机合成遵循的原则

催化剂催化剂酶催化剂H2O酒化酶O2O2

2．分析有机合成的常用方法

(1)正向思维法：采用正向思维，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。

(2)逆向思维法：采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。

(3)综合比较法：此法采用综合思维的方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，得出最佳合成路线。

【典题例证1】

有机物A、B、C、D、E、F、G的转换关系如下图所示：

已知1 mol A和1 mol HCl加成可得到B；1 mol A和1 mol H2加成可得到C，C常用来

做水果催熟剂。据此回答下列问题：

(1)A的结构简式为________________，C的结构简式为________。

(2)以B为原料经过加聚反应所得的合成树脂的结构简式为______________。

(3)写出D和F生成G的化学方程式：___________________________________。

(4)C在催化剂和加热的条件下跟O2发生反应也能制得F，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________。

解析

C常用来作水果的催熟剂，说明C为CH2===CH2,1 mol A和1 mol H2加成可得到乙烯，说明A为CH≡CH，由图中转化关系可知B为CH2===CHCl，D为CH3CH2OH，E为CH3CHO，F为CH3COOH，G为CH3COOCH2CH3。(2)CH2===CHCl通过加聚反应得到引发剂聚氯乙烯，反应方程式为nCH2===CHCl――→。(3)乙酸和乙醇在催化剂和加热条件下反应生成乙酸乙酯。(4)CH2===CH2与O2在催化剂和加热条件下反应生成乙酸。

答案

(1)CH≡CH

CH2===CH2

(2)

浓H2SO4△(3)CH3CH2OH＋CH3COOH催化剂CH3COOCH2CH3＋H2O (4)CH2===CH2＋O2――→CH3COOH △【学以致用1】

用乙炔为原料制取CH2BrCHBrCl，可行的反应途径是(

) A．先加Cl2，再加Br2

B．先加Cl2，再加HBr C．先加HCl，再加HBr D．先加HCl，再加Br2

解析

反应路线为：CH≡CH――→CH2===CHCl――→CH2BrCHBrCl 催化剂答案

D 探究二、有机高分子化合物的合成

【合作交流】

2．写出下列物质发生加聚反应的生成物：

HClBr2(1)氯乙烯的加聚：――→催化剂。

(2)丙烯的加聚：

nCH3CH===CH2――→催化剂。

(3)苯乙烯的加聚：――→催化剂催化剂。

(4)四氟乙烯的加聚：nCF2===CF2――→【点拨提升】

1．加聚反应和缩聚反应比较

反应类型

单体结

构特征

聚合方式

反应特点

聚合物

组成

加聚反应

含碳碳双键或碳碳叁键等不饱和键

通过碳碳双键或碳碳叁键上的碳原子连接

只生成高聚物，没有其他产物

组成与单体相同，与单体具有相同的最简式，其相对分子质量为单体的n倍(n为聚合度) 缩聚反应

单体一般含两个或两个以上能够相互作用的官能团

通过缩合脱去小分子而连接

生成高聚物的同时，还有小分子产物生成

组成与单体不同，其相对分子质量小于单体的n倍(n为聚合度) 2.加聚产物的结构

含义

单体

聚合反应的反应物

链节

高分子中重复出现的结构单元

聚合度

链节数目

高分子结构简式

加聚反应的生成物

聚氯乙烯

关系

CH2===CHCl

n

高分子的相对分子质量＝聚合度×链节的式量

3.加聚反应产物的书写

(1)单烯烃加聚型：单体中只含一个碳碳双键

方法：断开碳碳双键中的一个键，双键两端的碳原子各伸出一条短线，用

[

] 括起来，并在其右下角写上n。注意双键碳原子连有的其他原子或原子团(氢等除外)作支链。

举例：nCH2===CH—CH3――→(2)不同烯烃共聚型：

引发剂

例如：CH2===CH2与CH2===CHCH3按1∶1加聚时：

nCH2===CH2＋nCH2===CH—CH3――→催化剂或

方法：先断开每个小分子碳碳双键中的一个键变为—CH2—CH2—和，然后将其连接在一起即为一个结构单元或，最后用[

]括起来，并在其右下角写上n。

【典题例证2】

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(CF2===CF2)与乙烯的共聚物，四氟乙烯(CF2===CF2)也可与六氟丙烯(CF3—CF===CF2)共聚成全氟乙丙烯。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—CF2—CF2D．四氟乙烯能发生加成反应

解析

ETFE为四氟乙烯与乙烯的共聚物，结构简式为CH2—CH2—CF2—CF2

，A正确；四氟乙烯(CF2===CF2)与六氟丙烯(CF2===CF—CF3)共聚生成的全氟乙丙烯应带有支链—CF3，B正确，C错误；四氟乙烯中含有碳碳双键，能发生加成反应，D正确。

答案

C 【学以致用2】

今有高聚物，

下列对此高聚物的分析中，正确的是(

) A．其单体是CH2===CH2和HCOOC2H5

B．这是缩聚反应产物

C．其链节是CH3CH2COOC2H5

D．其单体是CH2===CHCOOC2H5

解析

本题考查有机高分子化合物单体的判断，把上述物质变为

①号碳四价，说明①②之间双键可存在，而此时②号碳上的化合价超过＋4，则②③之间的双键必须切断，依次分析，断裂之处还有④⑤之间，故正确答案为D。

答案

D

1．下列对于有机高分子化合物的认识不正确的是(

) 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而得到的

B．有机高分子化合物的相对分子质量很大

C．对于一块高分子材料来说，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

解析

高分子材料是由许多n值相同或不同的高分子形成的，因此高分子材料都是混合物，没有确定的相对分子质量，C不正确。

答案

C 2．下列关于乙烯和聚乙烯的叙述正确的是(

) A．二者都能使溴水褪色，性质相似

B．二者互为同系物

C．二者最简式相同

D．二者相对分子质量相同

解析

单体CH2===CH2与高聚物的组成元素相同，二者的区别是CH2===CH2分子中有C===C键，而CH2—CH2分子中无C===C键，结构上不相似，所以性质不同，不是同系物，故正确答案为C。

答案

C 3．下列物质反应后可生成纯净的1,2-二溴乙烷的是(

) A．乙烯和溴化氢加成

B．乙烷和少量的溴蒸气光照

C．乙烯通入溴的四氯化碳溶液

D．乙烷通入溴水

解析

A项，生成一溴乙烷；B项，不能得到纯净的1,2-二溴乙烷；D项，不反应。

答案

C 4．下列合成路线符合工业生产乙醇的过程的是(

) A．CH3CH3――→CH3CH2Cl――→CH3CH2OH HO2Cl2NaOHB．CH2===CH2――→CH3CH2Cl――→CH3CH2OH HO2HClNaOHC．CH2===CH2――→CH3CH2OH D．CH≡CH――→CH2===CH2――→CH3CH2Cl――→CH3CH2OH HO2H2OH2HClNaOH解析

CH3CH3发生取代反应产生多种氯化物，水解产物有多种物质，反应步骤越多，原料转化率越小，而且A、B、D都使用了污染物。

答案

C 5．乙酸乙酯是重要的化工原料，生产乙酸乙酯的途径也很多。已知乙醛(CH3CHO)在一定条件下可被氧化成乙酸，也可以被还原成乙醇。现有淀粉、水、空气、乙烯等原料，如果分别用上述两种不同的有机原料开始合成乙酸乙酯，请绘制出有关的合成路线图，并在图中标明原料和各步转化产物(有机产物)的名称(无须写反应方程式)。

示例：

合成路线一：A反应条件――→B反应条件――→C……―→H

合成路线二：

答案

合成路线一：

其他反应物其他反应物

合成路线二：

课时作业

基础巩固

1．“绿色化学”要求在化工合成过程中，目标产物对反应物的原子利用率达到100%，下列反应类型一定符合这一要求的是(

) A．取代反应

C．酯化反应

B．加成反应

D．氧化反应

解析

加成反应消耗的反应物中的原子全部转化为目标产物中的原子，而取代反应和酯化反应反应物的原子不可能全部转化为目标产物中的原子，氧化反应消耗的反应物的原子不一定全部转化为目标产物中的原子。

答案

B 2．下列有机化合物，既能发生加成发应，又能发生加聚反应，还能发生缩聚反应的是(

)

解析

能发生加成反应的含有、—C≡C—或—CHO等；能发生加聚反应的含有、—C≡C—等；能发生缩聚反应的含有—NH2与—COOH、—OH与—COOH或酚羟基与醛基等。

答案

B 3．利用下列反应不能制得较为纯净的括号中的物质的是(

) A．乙烯与氯气加成(1,二氯乙烷) B．一分子乙炔先加一分子氯化氢，再加氢(氯乙烷) C．等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下反应(氯乙烷) D．浓硝酸与苯用浓硫酸作催化剂反应(硝基苯) 解析

等物质的量的氯气和乙烷在光照条件下发生取代反应可得一氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷等多种氯代乙烷。其他选项均能得到较为纯净的产物。

答案

C 4．下列关于天然橡胶A．天然橡胶是天然高分子化合物

的叙述中，不正确的是(

) B．天然橡胶受空气、日光作用，会被还原而老化

C．天然橡胶能溶于汽油、苯等有机溶剂

D．天然橡胶含有双键，能发生加成反应

解析

天然橡胶会逐渐被氧化而老化。

答案

B 的结构单元中含有C===C，受空气、日光作用，5．已知苯与一卤代烷在催化剂作用下可生成苯的同系物：。在催化剂存在下，由苯和下列各组物质合成乙苯最好应选用的是(

) A．CH3—CH3和Cl2

C．CH2===CH2和HCl

B．CH2===CH2和Cl2

D．CH3CH3和HCl 解析

据信息可知制取乙苯的原料是苯和CH3CH2Cl，而制取纯净CH3CH2Cl的方案是利用CH2===CH2和HCl加成。

答案

C 6．下列化合物中，既显酸性又能发生加聚反应的是(

)

A．CH2===CH—COOH B．CH3COOH C．CH2===CH—CH2OH D．CH2===CH—COOCH2CH3

解析

同时满足含有碳碳双键和羧基两种官能团的只有CH2===CH—COOH。

答案

A 7．某酯经水解后得酸A及醇B，醇B经氧化后可得A，则该酯可能是(

) A．

B．CH3COOCH3

D．CH3COOCH2CH3

C．CH3COOCH2CH2CH3

解析

酯水解后得酸A及醇B，醇B经氧化后可得A，说明B和A中的碳原子数相同，且B分子中羟基在链端(R—CH2OH)。A、B、C三项中的物质水解所得酸与醇的碳原子数不同，不合题意。D水解后得乙醇和乙酸，乙醇可被氧化为乙酸，符合题意。

答案

D 8．下列对聚丙烯的描述错误的是(

) A．聚丙烯的分子长链是由C—C键连接而成的

B．聚丙烯的分子长链上有支链

C．聚丙烯每个链节主链上有2个碳原子

D．聚丙烯能使溴水褪色

解析

聚丙烯是由丙烯通过加聚反应形成的高分子化合物，其链节为丙烯中不含碳碳双键，不能使溴水褪色。

答案

D 9．下列叙述中内容不正确的是(

) A．乙烯和聚乙烯性质不相同

B．聚乙烯是由CH2—CH2分子组成的化合物，加热至某一温度则可完全熔化

C．同质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后生成的CO2的质量相等

D．乙烯和聚乙烯的最简式相同

，聚解析

CH2===CH2单体与高聚物聚乙烯的结构不同，性质自然不同；单体与高聚物的最简式均为CH2，故同质量的单体与高聚物完全燃烧产生CO2的量相同；聚乙烯是混合物，受热熔化，具有热塑性。

答案

B 10．下列单体在一定条件下能发生加聚反应生成的是(

)

A．CH3CH===CH2和CH4

B．CH3CH===CH2和CH2===CH2

解析

加聚产物的链节为。在链节上隔两个碳原子断开碳碳共价单键，如：和CH2===CH2。

答案

B ，然后将两侧的半键闭合，即得对应的单体CH2===CH—CH3能力提升

11．合成有机玻璃的化学方程式如下：

(1)该反应的类型为________反应。

(2)其中单体是________，高分子化合物的链节为________，n值叫________。

(3)有机玻璃属________(填“纯净物”或“混合物”)。

解析

碳碳双键断开一个键，分子间彼此加成相互结合成高聚物，是加聚反应；该高分子化合物的链节是：混合物。

，n值为聚合度；所得高聚物因n值不确定，所以为答案

(1)加聚

(2)12．已知乙烯能发生以下转化：

聚合度

(3)混合物

(2)写出B、D化合物中的官能团：

(1)乙烯的结构简式为______________________________________________________；

B中官能团的名称：____________；D中官能团的名称：____________。

(3)写出下列反应的化学方程式并注明反应类型：

①_____________________；反应类型_______________________________________；

②_____________________；反应类型_______________________________________。

解析

乙烯和水发生加成反应生成B(乙醇)，乙醇催化氧化生成C(乙醛)，乙醇和D(乙酸)发生酯化反应生成乙酸乙酯。

答案

(1)CH2===CH2

(2)羟基

羧基

(3)①CH2===CH2＋H2O加热、加压――→CH3CH2OH

加成反应

②2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O

氧化反应

△13．某烃A是有机化学工业的基本原料，其产量可以用来衡量一个国家的石油化工发展水平，A还是一种植物生长调节剂，A可发生如图所示的一系列化学反应，其中①②③属于同种反应类型。根据下图回答下列问题：

Cu催化剂

(1)写出A、B、D的结构简式：

A．________，B________，D________。

(2)写出②④⑤反应的化学方程式，并注明反应类型：

②________________，反应类型___________________________________________。

④________________，反应类型___________________________________________。

⑤________________，反应类型___________________________________________。

答案

(1)CH2===CH2

CH3CH3

CH3CH2OH (2)CH2===CH2＋HCl――→CH3CH2Cl

加成反应

nCH2===CH2――→CH2CH2

加聚反应

CH3CH3＋Cl2――→CH3CH2Cl＋HCl

取代反应

14．已知：RCH2Cl＋NaOH――→RCH2OH＋NaCl △水光照催化剂催化剂

有机物E和F可用作塑料增塑剂或涂料的溶剂，它们的相对分子质量相等。可以用如下图所示方法合成。

(1)写出下列反应的化学方程式：

①A＋C→E：___________________________________________________；

②CH2===CH2―→D______________________________________________。

(2)E和F的相互关系是________。

A．同一种物质

C．同系物

B．同一类物质

D．同分异构体

答案

(1)①＋2CH3COOH催化剂浓H2SO4△＋2H2O ②CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH (2)BD