烃的衍生物高考题剖析

■广东省佛山市高明区纪念中学 林凤兰

烃的衍生物高考题剖析

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烃的衍生物是选修5《有机化学基础》的主要内容,也是每年高考的热点之一。烃的衍生物内容主要包括卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯的典型代表物的组成、结构特点和它们的相互联系,以及上述衍生物所含官能团和基团重新组合而成的含有多个官能团的有机物的组成、结构和性质等。下面结合近年高考题剖析烃的衍生物主要考查了哪些知识点,考查到什么程度,有何规律,进而帮助同学们以点带面学好该部分内容。

一、卤代烃同分异构体的种数

(1)2-甲基丙烷、环戊烷、2,2-二甲基丁烷和2,2-二甲基丙烷在光照下与氯气反应,只生成1种一氯代物的是____(填名称)。

(2)C4H9Cl有____种同分异构体。

(3)分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)____种。

解析：(1)2-甲基丙烷、环戊烷、2,2-二甲基丁烷和2,2-二甲基丙烷的结构简式分别为

别有3、3、3、4条对称轴,由等效氢规则可知它们分别含有2、1、3、1种氢,由于上述烷烃所含氢原子种数等于其一氯代物的种数,因此分别能产生2、1、3、1种一氯代物,故环戊烷和2,2-二甲基丙烷符合题目要求。

(2)由分子式可知,C4H9Cl是C4H10的一氯代物,先定碳骨架(C4有两种碳骨架:再找对称轴(确定等效氢原子的种数分别为,最后用氯原子取代氢原子(可以移动的位置有2+2=4种)。

(3)C4H8Cl2是C4H10的二氯代物,先由(2)可知,C4H10的一氯代物有2+2=4种(骨架为,另一个氯原子的位置可以移动情况如下(要

防止重复,因为两个取代基相同),因此共有4+2+3=9种。

答案：(1)环戊烷和2,2-二甲基丙烷(2)4(3)9

点评：卤代烃的组成、结构、性质和应用方面的考点众多,主要涉及卤代烃的同分异构体和制备,以及卤代烃与NaOH水溶液或NaOH乙醇溶液共热时的反应类型和原理等。解答本题的关键是根据有机物的命名规则准确书写其结构简式,利用等效氢规则正确判断烷烃、环烷烃分子中所含氢原子的种类,再先定一个卤素原子的位置,然后再定另一个卤素元素的位置异构体的种数。

二、醇的组成、结构和性质

图1

香叶醇是合成玫瑰精油的主要原料,结构可用键线式表示(如图1),键线式中每个端点和拐点处都代表有一个碳原子,氢原子可根据碳为四价的原则而相应地在碳上补充。下列有关香叶醇的叙述正确的是( )。

A.香叶醇的分子式为C10H18O

B.香叶醇不能使溴的四氯化碳溶液褪色

C.香叶醇不能使酸性高锰酸钾溶液褪色

D.香叶醇能发生加成反应,不能发生取代反应

解析：由香叶醇的结构简式可得其分子式为C10H18O,A项正确。香叶醇含有2个碳碳双键、1个羟基,前者与B r2能发生加成反应,B项错误。碳碳双键和羟基都能被酸性高锰酸钾溶液氧化,C项错误。羟基能发生取代反应,D项错误。

答案：A

点评：本题是碳碳双键、羟基和烷基等官能团、基团组合而成的陌生有机物,解答的关键是利用已知结构简式、碳四价规则推断陌生醇的分子式,根据所含官能团推断陌生醇的反应类型和性质。

三、酚的结构和性质

某化妆品的组分Z具有美白功效,原从杨树中提取,现可用如下反应制备:

下列叙述错误的是( )。

A.X、Y和Z均能使溴水褪色

B.X和Z均能与NaHCO3溶液反应放出CO2

C.Y既能发生取代反应,也能发生加成反应

D.Y可作加聚反应单体,X可作缩聚反应单体

解析：X、Z的结构简式中均含羟基且与苯环直接相连,均属于酚且均能与浓溴水发生取代反应,Y中的碳碳双键与溴水发生加成反应,因此它们均能使溴水褪色,故A正确。由苯酚的酸性比碳酸弱类推,X、Z的酸性比碳酸弱,因此不能与NaHCO3溶液反应放出CO2,故B错误。Y中的碳碳双键能发生加成反应,苯环能发生取代反应,故C正确。Y中的碳碳双键能发生类似乙烯变为聚乙烯的加聚反应,苯酚与甲醛在酸催化下加成变为邻羟甲基苯酚,邻羟甲基苯酚发生缩聚反应可以生成线型结构的酚醛树脂,X中的酚羟基也能活化苯环上邻对位的CH键,也能先发生加成反应,后发生加聚反应,故D正确。

答案：B

点评：官能团与有机物的性质是高考的热点,无论题目情景如何新颖,都要准确判断有机物所含官能团,根据官能团的性质确定能否发生某种有机反应,反应中是否有特征现象,反应原理和有机产物如何表示等系列问题。

四、羧酸等多官能团有机物的性质

图2

分枝酸可用于生化研究。其结构简式如图2。下列关于分枝酸的叙述正确的是( )。

A.分枝酸分子中含有2种官能团

B.分枝酸可与乙醇、乙酸反应,且反应类型相同

C.1mol分枝酸最多可与3molNaOH发生中和反应

D.分枝酸可使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色,且原理相同

解析：由分枝酸的结构简式可知,分枝酸含有四种官能团,即羧基、碳碳双键、醇羟基、醚键,故A项错误。分枝酸含有羧基、醇羟基,由此推断它既有乙酸或羧酸的化学性质,又有乙醇或醇类的化学性质,因此它能与乙醇、乙酸发生酯化反应,故B项正确。羧基具有酸性,醇羟基没有酸性,1mol分枝酸含有2mol羧基,因此最多可与2molNaOH发生中和反应,故C项错误。分枝酸含有3个碳碳双键,因而具有乙烯或烯烃的化学性质,与溴能发生加成反应而使溴的四氯化碳溶液褪色,分枝酸中的碳碳双键、醇羟基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,因此分枝酸能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但褪色的原理不同,故D项错误。

答案：B

点评：有机化合物的结构(特别是官能团)与有机物的性质密切相关,本题以分枝酸为研究对象,考查了考生运用所学知识分析问题、解决问题的能力,涉及羧基、羟基和碳碳双键等官能团的判断,以及通过官能团推测有机化合物的性质和有机反应类型的判断,体现了化学学科学以致用的特点。

五、烃的衍生物的综合推断

A(C2H2)是基本有机化工原料。由A制备聚乙烯醇缩丁醛和顺式异戊二烯的合成路线(部分反应条件略去)如下所示。

回答下列问题:

(1)A的名称是____,B含有的官能团是____。

(2)①的反应类型是____,⑦的反应类型是____。

(3)C和D的结构简式分别为____、___。

(4)异戊二烯分子中最多有____个原子共平面,顺式聚异戊二烯的结构简式为____。

(5)写出与A具有相同官能团的异戊二烯的所有同分异构体:___(填结构简式)。

(6)参照异戊二烯的上述合成路线,设计一条由A和乙醛为起始原料制备1,3-丁二烯的合成路线:___。

解析：(1)由分子式(C2H2)推断,A是乙炔(HC≡ CH );由第②步反应产物的结构及条件逆推,B为CH2==CHOO CCH3,所含官能团为碳碳双键和酯基。(2)由A、B的结构及反应试剂、条件推断,第①步反应为

CH2==CHOO CCH3,碳碳三键转化为碳碳双键,因此属于加成反应;由反应物、产物的结构推断,第⑦步反应是醇的消去反应,脱水后变为增加了1个碳碳双键的二烯烃。(3)由酯的性质可知,第③步反应是高聚酯的水解反应,则C为聚乙烯醇;由第④步反应产物的名称及结构逆推,D为丁醛(CH3CH2CH2CHO);由反应物和产物的结构简式推断,第⑤步反应为丙酮[(CH3)2C== O ]与乙炔(HC≡ CH )的加成反应,第⑥步反应为碳碳三键与H2在一定条件下的加成反应。(4)由于甲烷是正四面体分子,乙烯分子中2个C、6个H共面,则CH2==C(CH3)CH==CH2分子中甲基所含3个H中只有1个H可以与其余部分(CH2==C(C)CH==CH2)共面,即最多有1+3+2+2+3=11个原子共面;由顺-2-丁烯、反-2-丁烯的结构类推可知顺式聚异戊二烯的结构简式。(5)A的官能团是碳碳三键,异戊二烯[CH2==C(CH3)CH==CH2]的分子式为C5H8,由碳四价可知,符合条件的同分异构体按直链和支链的顺序推断有3种,结构分别是HC≡ CCH2CH2CH3、HC≡ CCH(CH3)2、CH3C≡ CCH2CH3。(6)物质的合成路线设计是考查创新思维的重要方式,这是一个简单的有机物合成路线设计题,而且给出了合成路线的模板——异戊二烯的合成路线:

该题中要求合成的目标产物与异戊二烯的差别,首先要确认1,3-丁二烯的结构简式为,可以发现其比异戊二烯少一个甲基。因此将中间产物中相应的甲基去除,最后将提供此甲基的原料“丙酮”中相应的甲基也去除,即可得出目标合成路线。

答案：(1)乙炔 碳碳双键和酯基

(2)加成反应 消去反应

点评：本题以乙炔制备聚乙烯醇缩丁醛和顺式异戊二烯的合成路线为情境,内容涵盖了“有机化学基础”模块的主要内容,突出对信息获取能力和推理能力的考查,要求同学们分析合成路线中的物质的碳原子数、官能团、碳骨架等的变化,确定相关物质的结构和指定反应的反应类型。同时注重设问的创新,要求同学们读懂试题的信息,结合已学知识,设计可行的合成路线。

六、针对性练习

A.5种 B.6种 C.7种 D.8种

2.药物阿司匹林可由水杨酸制得,它们的结构如图3所示。有关说法正确的是( )。

图3

A.服用阿司匹林,身体出现水杨酸不良反应时,可静脉注射NaHCO3溶液

B.阿司匹林的分子式为C9H10O4

C.1mol阿司匹林最多可消耗2mol NaOH

D.水杨酸可以发生取代、加成、氧化、加聚反应

3.迷迭香酸有很强的抗氧化性,能对癌症和动脉硬化的预防起到一定作用,其结构如图4所示。下列叙述正确的是( )。

图4

A.迷迭香酸的分子式为C18H15O8

B.迷迭香酸分子中含有5种官能团

C.1mol迷迭香酸跟H2反应,最多可消耗7molH2

D.迷迭香酸能使酸性高锰酸钾溶液及溴的四氯化碳溶液褪色,属于芳香烃

4.图5所示物质为一种天然产物,具有一定的除草功效,下列有关该化合物的说法正确的是( )。

A.该分子中含有3种官能团

B.1mol该化合物最多能与6molNaOH反应

图5

C.1mol该化合物最多能与含4molB r2的浓溴水反应

D.该化合物既能与F e Cl3发生显色反应,也能和NaHCO3反应放出CO2

5.G是一种新型香料的主要成分之一,其结构中含有三个六元环。G的合成路线如下(部分产物和部分反应条件略去)。

已知:①R CHCH2+CH2==CHR'

②B中核磁共振氢谱图显示分子中有6种不同环境的氢原子。

③D和F是同系物。

请回答下列问题:

(1)(CH3)2C== CH2的系统命名法名称为____。

(2)A→B反应过程中涉及的反应类型依次为____、____。

(3)D分子中含有的含氧官能团名称是____,G的结构简式为____。

(4)生成E的化学方程式为____。

(5)同时满足下列条件的F的同分异构体有____种(不包括立体异构),其中核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质的结构简式为____。

①与F e Cl3溶液发生显色反应。

②苯环上有两个取代基、含C== O 。

(6)模仿由苯乙烯合成F的方法,写出由丙烯制取α-羟基丙酸的合成路线:___。

答案与提示

1.C

提示:根据有机物的结构简式可知分子的氢原子有7种,所以其一氯代物有7种。

2.A

提示:阿司匹林显酸性,服用阿司匹林,身体出现水杨酸不良反应时,可静脉注射NaHCO3溶液,A正确。阿司匹林的分子式为C9H9O4,B错误。阿司匹林中含有1个羧基和一个酚羟基形成的酯基,1mol阿司匹林最多可消耗3molNaOH,C错误。水杨酸分子中含有羧基和酚羟基,可以发生取代、加成、氧化反应,但不能发生加聚反应,D错误。

3.C

提示:迷迭香酸的分子式为C18H16O8,A错误。迷迭香酸分子中含有4种官能团,B错误。苯环与碳碳双键可以与氢气发生加成反应,则1mol迷迭香酸跟H2反应,最多可消耗7molH2,C正确。迷迭香酸能使酸性高锰酸钾溶液及溴的四氯化碳溶液褪色,但不属于芳香烃,属于芳香族化合物,D错误。

4.C

提示:由结构简式可知,该分子中含有羟基、酯基、碳碳双键和醚基四种官能团,A错误。分子中含有3个酚羟基,1个酯基,故1mol该化合物最多能与4molNaOH反应, B错误。分子中含有1个碳碳双键和个酚羟基,所以1mol该化合物最多能与含4mol B r2的浓溴水反应,C正确。含有酚羟基,能与F e Cl3发生显色反应;不含有羧基,故不能与NaHCO3反应放出CO2,D错误。

5.(1)2-甲基-1-丙烯(或2-甲基丙烯,或甲基丙烯)

(2)取代反应 加成反应

(1)(CH3)2C== CH2的系统命名法名称为2-甲基-1-丙烯。

(2)A→B反应过程中涉及的反应类型依次为取代反应、加成反应。,D分子中含有的含氧官能团名称是醇羟基和羧基,G的结构简式为。

(4)生成E的化学方程式为

(5)F的同分异构体同时满足下列条件:①与F e Cl3溶液发生显色反应;②苯环上有两个取代基、含C== O ,苯环上有邻、间、对37种,故异构体有3×7=21种;核磁共振氢谱为4组峰、能水解的物质,即4种化学环境的H,只有苯环上对位(3种H)、侧链上1种H(上述前两种)才符合条件,其结构简式为

(6)丙烯和HO B r 发生取代反应生成CH3CH B r CH2OH,CH3CH B r CH2OH发生氧化反应生成CH3CH B r COOH, CH3CH B r COOH和氢氧化钠的水溶液加热酸化得到CH3CHOHCOOH,其合成路线为

(责任编辑 谢启刚)