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2020-2021学年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 1.1 有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入课时评价鲁科版选择性必修3

2020-2021学年高中化学 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 1.1 有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入课时评价鲁科版选择性必修3

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- 14 -

有机合成的关键——碳骨架的构建和官能团的引入

　　　　　　　(40分钟　70分)
一、选择题(本题包括9小题,每小题5分,共45分)
1.以乙烯为原料生产环氧乙烷的方法很多。经典的方法是氯代乙醇法,它包括两步反应:
①CH2CH2+Cl2+H2OClCH2CH2OH+HCl
②ClCH2CH2OH+HCl+Ca(OH)2
+CaCl2+2H2O
现代石油化工采用银作催化剂,可以实现一步完成,反应式为
2CH2CH2+O2与经典方法相比,现代方法的突出优点是(　　)
A.所使用的原料没有爆炸的危险
B.符合绿色化学中的最理想的“原子经济”
C.对设备的要求较低
D.充分利用了加成反应的原理
【解析】选B。“绿色化学”的最大特点在于它是在始端就采用预防实际污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,工艺一:除生成环氧乙烷外还有CaCl2和H2O的生成,还使用有毒气体氯气,不符合绿色化学的原则;工艺二:乙烯和氧气反应全部生成了环氧乙烷,原子利用率为100%,符合绿色化学的原则。
2.下列反应可使碳链增长的有(　　)
①加聚反应　　　　　　②缩聚反应
③酯化反应 ④卤代烃的氰基取代反应
⑤乙酸与甲醇的反应
A.全部　　B.①②③　　C.①③④　　D.①②③④
【解析】选A。题中所给反应都能使产物的碳原子数增多,碳链增长。
3.(双选)武兹反应是重要的有机增碳反应,可简单表示为2R—X+2NaR—R+2NaX,应用这一反应,下列所给化合物中可以与钠合成环丁烷的是(　　)
A.CH3Br　　　　　B.CH3CH2CH2CH2Br
C.CH2BrCH2Br D.CH2BrCH2CH2CH2Br
【解析】选C、D。由题目所给信息可知,CH3Br与CH3CH2CH2CH2Br均可产生链状烷烃,而不能产生环丁烷,A、B 均错;2分子的CH2BrCH2Br反应或1分子的CH2BrCH2CH2CH2Br均可得到1分子的环丁烷,C、D均正确。
4.(2020·潍坊高二检测)科学家合成了一种能自动愈合自身内部细微裂纹的神奇塑料。合成路线如图所示:

下列说法正确的是(　　)
A.甲的化学名称为2,4-环戊二烯
B.一定条件下,1 mol乙与1 mol H2加成的产物可能为
C.若神奇塑料的平均相对分子质量为10 000,则其平均聚合度约为90
D.甲的所有链状不饱和烃稳定结构的同分异构体有四种
【解析】选D。甲的化学名称为1,3-环戊二烯,A错误;B中产物双键的位置不正确,错误;C中聚合度n=≈76,错误;D中四种同分异构体的碳骨架为:
C≡C—CC—C,C≡C—C—CC,C—C≡C—CC,,正确。
5.乙烯酮(CH2CO)在一定条件下能与含活泼氢的化合物发生加成反应,反应可表示成CH2CO+HACH3COA。乙烯酮在一定条件下与下列各试剂发生加成反应时所得产物不正确的是(　　)
A.与HCl加成时得CH3COCl
B.与H2O加成时得CH3COOH
C.与CH3OH加成时得CH3COCH2OH
D.与CH3COOH加成时得CH3COOCOCH3
【解析】选C。CH2CO+CH3OH
,C项错误。
6.(双选)三位科学家因在烯烃复分解反应研究中的杰出贡献而荣获诺贝尔化学奖,烯烃复分解反应可表示如下:
++,下列化合物经过烯烃复分解反应可以生成的是(　　)

【解析】选A、D。由题中所给信息可知,碳碳双键断裂后形成的碳碳双键,逐一分析各选项中化合物进行烯烃复分解反应的产物。A项的生成物为
和CH2CH2;B项的生成物为
和CH2CH—CH3;C项的生成物为
和CH2CH2;D项的生成物为
和CH2CH—CH3。
7.有机物A～D间存在图示的转化关系。

下列说法不正确的是(　　)
A.D的结构简式为CH3COOCH2CH3
B.A能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.B与乙酸发生了取代反应
D.可用B萃取碘水中的碘单质
【解析】选D。乙醛催化氧化生成乙酸,所以C为CH3CHO,据此可以推出B是CH3CH2OH,A是乙烯,D是乙酸乙酯。其中乙醇能够和碘水互溶,不会出现分层现象,不能用来萃取碘水中的碘单质。
8.(2020·青岛高二检测)卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应,可制得格林试剂R—MgX,它可与醛、酮等羰基化合物加成:

所得产物经水解可以得到醇,这是某些复杂醇的合成方法之一。现欲合成(CH3)3C―OH,下列所选用的卤代烃和羰基化合物的组合正确的是(　　)
A.乙醛和氯乙烷　　　　B.甲醛和1-溴丙烷
C.甲醛和2-溴丙烷 D.丙酮和一氯甲烷
【解析】选D。由题给信息可知产物中与—OH相连的碳原子是羰基碳原子,要合成,需要丙酮和一氯甲烷。
9.(2020·淄博高二检测)化合物Y具有抗菌、消炎作用,可由化合物X制得。下列有关化合物X、Y的说法不正确的是(　　)

A.Y与乙酸发生酯化反应可得到X
B.1 mol X最多能与2 mol NaOH反应
C.X、Y均能与酸性KMnO4溶液反应
D.室温下X、Y分别与足量Br2加成的产物分子中的手性碳原子数目相等
【解析】选B。1 mol X中有1 mol羧基和1 mol酯基,其中1 mol酯基消耗2 mol氢氧化钠。
二、非选择题(本题包括2小题,共25分)
10.(12分)乙烯是一种重要的化工原料,以乙烯为原料衍生出部分化工产品的反应如下(部分反应条件已略去):
CH2CH2　　A
(C2H6O)　　B
(C2H4O2)　　C
(C4H8O2)

　　D
(C2H4O)　　E
(C2H6O2)　　F
(C6H10O4)
　请回答下列问题:
(1)A的化学名称是__。 
(2)B和A反应生成C的化学方程式为__, 
该反应的类型为__。 
(3)D的结构简式为__。 
(4)F的结构简式为__。 
(5)D的同分异构体的结构简式为__。 
【解析】CH2CH2与H2O在催化剂作用下发生加成反应,生成A(CH3CH2OH),CH3CH2OH经氧化生成B(C2H4O2),则B为CH3COOH。CH3COOH与CH3CH2OH在浓H2SO4、加热条件下发生酯化反应,生成C(C4H8O2),则C为CH3COOCH2CH3。E与B在浓硫酸、加热条件下发生酯化反应,生成
F(C6H10O4),从而推知E分子中含有2个—OH,则E为HOCH2CH2OH,F为。D与H2O发生反应生成E(HOCH2CH2OH),可推知D为,不可能为CH3CHO。D(C2H4O)的同分异构体为CH3CHO和CH2CH—OH。
答案:(1)乙醇
(2)CH3CH2OH+CH3COOH
CH3COOCH2CH3+H2O　酯化反应(或取代反应)
(3)　(4)
(5)CH3CHO、CH2CHOH
11.(13分)下图是某有机物合成反应的流程图:
甲乙

丙　　
　已知甲溶液遇石蕊溶液变红。请回答下列问题:
(1)有机物丙中官能团的名称为__。 
(2)写出下列反应的化学方程式及反应类型。
反应①:______________,__。 
反应②:______________,__。 
(3)→丙实际需要两步才能完成,写出第一步反应的化学方程式:__, 
第二步所用试剂及目的是__。 
(4)丙有多种同分异构体,其中符合下列条件的同分异构体共有________种,写出其中苯环上一氯代物有两种的有机物的结构简式:__。 
a.遇FeCl3溶液显色
b.能发生银镜反应及水解反应
c.苯环上只有2个取代基
【解析】根据和,且甲溶液遇石蕊溶液变红,可推知先发生氧化反应生成(甲),甲再发生消去反应生成 (乙),乙再与溴化氢加成生成。根据
和可推知
发生碱性水解,再酸化生成丙,丙分子内酯化生成,所以丙为
(1)有机物丙为,所含官能团的名称为羧基和羟基。
(4)有多种同分异构体,其中遇FeCl3溶液显色,说明含有酚羟基;能发生银镜反应及水解反应,说明含有可水解的酯基且是甲酸酯基HCOO—;苯环上只有2个取代基,其中一个是酚羟基,另一个是HCOOCH2CH2—或HCOOCH(CH3)—,2个取代基在苯环上有邻、间、对三种位置关系,故共有6种同分异构体。其中苯环上一氯代物有2种有机物,说明2个取代基处于对位,结构简式为和

答案:(1)羧基和羟基
(2)2+O2
2
氧化反应
+2NaOH +NaCl+2H2O　消去反应
(3)+2NaOH
+NaBr+H2O
稀盐酸或稀硫酸酸化,将—COONa转化为—COOH
(4)6　、

　　　　　　　(20分钟　30分)
一、选择题(本题包括1小题,共5分)
12.碳链增长在有机合成中具有重要意义,它是实现由小分子有机化合物向较大分子有机化合物转化的主要途径。某同学设计了如下4个反应,其中可以实现碳链增长的是(　　)
A.CH3CH2CH2CH2Br和NaCN共热
B.CH3CH2CH2CH2Br和NaOH的乙醇溶液共热
C.CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热
D.CH3CH2CH3和Br2(g)光照
【解析】选A。B、C可实现官能团的转化,D中可引入Br原子,但均不会实现碳链增长,A中反应为CH3(CH2)3Br+NaCNCH3(CH2)3CN+NaBr,可增加一个碳原子。
二、非选择题(本题包括1小题,共25分)
13.(2020·江苏高考)化合物F是合成某种抗肿瘤药物的重要中间体,其合成路线如下:

(1)A中的含氧官能团名称为硝基、________和__。 
(2)B的结构简式为________________。 
(3)C→D的反应类型为________________。 
(4)C的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式________________。 
①能与FeCl3溶液发生显色反应。
②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1且含苯环。
(5)写出以CH3CH2CHO和为原料制备的合成路线流程图(无机试剂和有机溶剂任用,合成路线流程图示例见本题题干)。
【解析】(1)—CHO为醛基,—OH为羟基。(2)由A、C的结构简式推知,A中HO—转变为CH3O—,A中—CHO转化为—CH2OH,由转化条件分析,A与CH3I反应,为HO—转变为CH3O—,则推知B的结构简式为。(3)C中—OH被—Br所代替,则为取代反应。(4)能与FeCl3发生显色反应说明含有酚羟基,能发生水解反应,说明含有酯基,水解产物之一为α-氨基酸,则说明氨基和羧基连在同一个碳原子上,另一个产物不同化学环境的H原子数目比为1∶1,说明该分子中取代基的基团是对称的。硝基的不饱和度为1,酯基的不饱和度也为1,酯基水解得羟基,原来苯环上必须连有羟基,由对称性知,水解所得有机物中三个酚羟基是对称的,剩余的原子刚好组成一个氨基酸分子,由此写出结构简式为。(5)分析目标产物,其中含有SO双键,类比流程中E到F,目标产物可由与H2O2反应
而得,进一步逆推,模拟D至E,可知CH3CH2CH2Br与可生成
。CH3CH2CH2Br可以由CH3CH2CHO先还原为CH3CH2CH2OH,再与PBr3反应而得。
答案:(1)醛基　(酚)羟基
(2)
(3)取代反应　(4)　
(5)CH3CH2CHOCH3CH2CH2OHCH3CH2CH2Br　

　　　【补偿训练】
　　(2019·全国卷Ⅰ)化合物G是一种药物合成中间体,其合成路线如下:
DF
　回答下列问题:
(1)A中的官能团名称是__________。 
(2)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳。写出B的结构简式,用星号()标出B中的手性碳__________。 
(3)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式__________。(不考虑立体异构,只需写出3个) 
(4)反应④所需的试剂和条件是__。 
(5)⑤的反应类型是__________。 
(6)写出F到G的反应方程式__。 
(7)设计由甲苯和乙酰乙酸乙酯
(CH3COCH2COOC2H5)制备的合成路线__________(无机试剂任选)。 
【解析】(1)根据A的结构简式可知A中的官能团名称是羟基。
(2)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳,则根据B的结构简式可知B中的手性碳原子可表示为。
(3)具有六元环结构、并能发生银镜反应的B的同分异构体的结构简式中含有醛基,则可能的结构为、、、、。
(4)反应④是酯化反应,所需的试剂和条件是乙醇、浓硫酸、加热。
(5)根据以上分析可知⑤的反应类型是取代反应。
(6)F到G的反应分两步完成,方程式依次为
、
。
(7)由甲苯和乙酰乙酸乙酯
(CH3COCH2COOC2H5)制备,
　可以先由甲苯合成,再根据题中反应⑤的信息由乙酰乙酸乙酯合成
,最后根据题中反应⑥的信息由合成产品
。具体的合成路线图为:,
CH3COCH2COOC2H5

。
答案:(1)羟基　(2)
　(3)、、
、、(任写3个)　(4) C2H5OH/浓H2SO4、加热　(5)取代反应
(6)
、

(7)C6H5CH3C6H5CH2Br,
CH3COCH2COOC2H5