聚焦2021年高考有机命题的生物视角

2022-02-22孙晶

高中数理化 2022年2期

孙晶

（山东省日照市莒县第四中学）

仔细研读2021年高考命题可以发现，氨基酸、酶、嘌呤、油脂、生物降解、蛋白质、生物活性等生物学科的名词，悄然登上化学命题的舞台，凸显学科的融合和思维融通.下面从不同角度选取几个相关的高考题予以阐释，以期大家对生物化学联合命题前景和趋向有个大体的了解与展望.

命题角度1 氨基酸与同分异构体

例1(2021年海南卷)我国化工专家吴蕴初自主破解了“味精”的蛋白质水解工业生产方式.味精的主要成分为谷氨酸单钠盐.X是谷氨酸(结构简式如下)的同分异构体，与谷氨酸具有相同的官能团种类与数目.下列有关说法正确的是( ).

A.谷氨酸分子式为C5H8NO4

B.谷氨酸分子中有2个手性碳原子

C.谷氨酸单钠能溶于水

D.X的数目(不含立体异构)有8种

解析

根据谷氨酸的结构简式，可以推知其分子式为C5H9NO4，选项A错误.因为谷氨酸分子中有1个手性碳原子(用*标出)，选项B错误.

谷氨酸单钠属于钠盐，能溶于水，选项C正确.X有(不含立体异构)

共8种，选项D正确.答案为C、D.

【真题回味】该题以我国化工专家吴蕴初自主破解“味精”的蛋白质水解工业生产方式为命题背景进行切入，落实了爱国主义情怀，体现了立德树人、服务社会的命题理念.题目涉及分子式的确定、手性碳原子的判断、生活中常用的调味品——味精性质的判断和同分异构体数目的计算.本题的设计在基础之中凸显了能力要求，有较高的区分度，落实了主干知识的考查要求.

命题角度2 有机物与抗击新冠病毒

例2(2021年北京卷)我国科研人员发现中药成分黄芩素(如图1)能明显抑制新冠病毒的活性.下列有关黄芩素的说法不正确的是( ).

图1

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.能与Br2发生取代反应和加成反应

解析

由结构可知，黄芩素分子中含酚羟基、醚键、碳碳双键、羰基，共4种官能团，选项A说法错误.黄芩素含有酚羟基，与碳酸钠溶液反应生成酚钠、碳酸氢钠，选项B说法正确.含酚羟基，在空气中可发生氧化反应，选项C说法正确.酚羟基的邻位与溴水发生取代反应，碳碳双键与溴发生加成反应，选项D说法正确.答案为A.

【真题回味】该题以抑制新冠病毒活性的黄芩素进行命题切入，体现化学与生活的密切联系，落实科学态度与社会责任这一学科素养，同时强调中药在抗击新冠病毒中发挥的不可磨灭的重要作用，让学生了解中药，建立起中华文化自信.

命题角度3 考查基本营养物质与油脂

例3(2021年浙江卷)关于油脂，下列说法不正确的是( ).

B.花生油能使酸性高锰酸钾溶液褪色

C.植物油通过催化加氢可转变为氢化油

D.油脂是一种重要的工业原料，可用于制造肥皂、油漆等

解析

【真题回味】花生油、豆油等液态油脂，含有不饱和双键，具有烯烃和油脂的双重性质.

命题角度4 考查“小分子胶水”与有机物的结构与性质

例4(2021年辽宁卷)我国科技工作者发现某“小分子胶水”(结构如图2)能助力自噬细胞“吞没”致病蛋白.下列说法正确的是( ).

图2

A.该分子中所有碳原子一定共平面

B.该分子能与蛋白质分子形成氢键

C.1 mol该物质最多能与3molNaOH反应

D.该物质能发生取代、加成和消去反应

解析

亨廷顿舞蹈症是四大神经退行性疾病之一，临床表现为不自主的舞蹈样动作、认知障碍、精神异常等症状.复旦大学发明的“小分子胶水”，助力细胞自噬“吞没”致病蛋白，为无法治愈的亨廷顿病带来新曙光.苯分子、乙烯分子、中所有原子共平面，单键可以旋转，则该分子中所有C原子可能共平面，选项A错误.该分子中的O原子能和蛋白质分子中的H原子之间形成氢键，导致“小分子胶水”能助力自噬细胞“吞没”致病蛋白，选项B正确.该分子中的酚羟基、酯基水解生成的羧基和酚羟基都能和NaOH以1∶1反应，该分子中含有2个酚羟基，1个酯基水解生成1个酚羟基和1个羧基，所以1mol该物质最多能消耗4molNaOH，选项C错误.该分子中含有苯环、酚羟基、碳碳双键和酯基，具有苯、酚、烯烃和酯的性质，酚羟基、酯基能发生取代反应，苯环和碳碳双键能发生加成反应，该物质不能发生消去反应，选项D错误.答案为B.

【真题回味】该题以复旦大学发明“小分子胶水”，助力细胞自噬“吞没”致病蛋白为命题背景，考查有机物官能团的识别与性质判断，在解答该类问题时要注意酚酯的特殊性，1个酯基水解生成1个酚羟基和1个羧基，而酚羟基会继续消耗氢氧化钠溶液.酚酯、醇酯分别在氢氧化钠溶液中水解，1mol酚酯基最多消耗2 mol NaOH，1 mol醇酯基最多消耗1 mol NaOH.

命题角度5 考查生活中的生物高分子材料

例5(2021年河北卷)高分子材料在生产生活中应用广泛.下列说法错误的是( ).

A.芦苇可用于制造黏胶纤维，其主要成分为纤维素

B.聚氯乙烯通过加聚反应制得，可用于制作不粘锅的耐热涂层

C.淀粉是相对分子质量可达几十万的天然高分子物质

D.大豆蛋白纤维是一种可降解材料

解析

本题考查高分子材料的成分与性质.黏胶纤维是以天然纤维素为原料，经过碱化、老化、磺化等工序制成的可溶性纤维素磺酸酯，再溶于稀的碱溶液制成的黏胶.芦苇的主要成分是纤维素，可用于制造黏胶纤维，选项A说法正确.聚氯乙烯可以通过CH2＝CHCl发生加聚反应得到，聚氯乙烯在使用中能够缓慢释放有毒物质，不能用于制作不粘锅涂层，选项B说法错误.淀粉存在于自然界中，是多糖，属于天然高分子化合物，相对分子质量可达到几十万，选项C说法正确.大豆蛋白纤维的主要成分是蛋白质，所有的蛋白质纤维在酸性或碱性条件下水解生成氨基酸，则大豆蛋白纤维可制成可降解材料，选项D说法正确.答案为B.

【易错警示】棉花、木材等原料的主要成分是纤维素；醋酸纤维的本质是纤维素醋酸酯，属于酯类；黏胶纤维的主要成分是纤维素.

命题角度6 考查生物降解材料与聚合原理

例6(2021年北京卷)可生物降解的高分子材料聚苯丙生(L)的结构片段如图3所示.

图3

聚苯丙生(L)： Xm—Yn—Xp—Yq( 表示链延长)

下列有关L的说法不正确的是( ).

A.制备L的单体分子中都有2个羧基

B.制备L的反应是缩聚反应

C.L中的官能团是酯基和醚键

D.m、n、p和q的大小对L的降解速率有影响

解析

【真题回味】该题以生物降解材料为命题背景，考查了缩聚反应原理，同时考查了降解材料的时间与碳链长短的关系，试题潜移默化考查了化学与环保的关联，落实了科学态度与社会责任这一学科核心素养.

命题角度7 考查大豆异黄酮及其衍生物的合成

例7(2021年全国甲卷)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图4所示.

图4

回答下列问题：

(1)A的化学名称为_________.

(2)1molD反应生成E至少需要________mol氢气.

(3)写出E中任意两种含氧官能团的名称____.

(4)由E生成F的化学方程式为________.

(5)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_________.

(6)化合物B的同分异构体中能同时满足下列条件的有_________.

a.含苯环的醛或酮；

b.不含过氧键(—O—O—)；

c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1.

A.2个 B.3个 C.4个 D.5个

(7)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

解析

大豆异黄酮是黄酮类化合物，是大豆生长中形成的一类次级代谢产物，是一种生物活性物质.根据流程图知，A和B发生反应生成C，根据F结构简式知，C中酚羟基和乙酸酐发生取代反应生成D，结合D的分子式知，D的结构简式为根据E的分子式知，D中碳碳双键和羰基与氢气发生加成反应生成E，结构简式为根据F的结构简式知，E发生消去反应生成F，由G生成H分两步进行.

(1)A的化学名称为间苯二酚.

(4)根据F的结构简式知，E发生消去反应生成F，由E生成F的化学方程式为