122有机化学反应的研究

第2课时有机化学反应的研究[学习目标定位]1.知道研究有机化学反应机理的基本方法和有机化学反应的研究内容。2.能利用有机化学反应进行简单的有机合成。1．标准状况下1mol某烃完全燃烧时，生成89.6LCO2，又知0.1mol此烃能与标准状况下4.48LH2加成。(1)该烃的分子式是C4H6。(2)若该烃的核磁共振氢谱只有一个峰，则该烃的结构简式是CH3—C≡C—CH3。(3)若该烃与氯气完全加成的产物中，氯原子连在不同碳原子上，则该烃的结构简式是CH2===CH—CH===CH2。2．根据已学知识，回答下列问题：(1)甲烷通入溴的四氯化碳溶液中不能使其褪色，但是甲烷在光照条件下可与溴蒸气反应，反应的化学方程式是CH4＋Br2――→光CH3Br＋HBr。(2)乙烯通入溴的四氯化碳溶液中的现象是溴的四氯化碳溶液褪色，反应的化学方程式是CH2===CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br。(3)上述(1)、(2)反应类型分别是取代反应、加成反应。3．乙酸在浓硫酸存在条件下可与乙醇发生酯化反应，生成具有香味的酯类化合物，方程式为CH3COOH＋C2H5OH浓H2SO4△CH3COOC2H5＋H2O，在这个反应中，酸失去了羟基与醇中羟基上的氢原子生成水，羰基的碳原子与醇中的氧原子形成共价键生成酯。探究点一有机反应机理的研究1．甲烷取代反应的反应机理为了探究甲烷取代反应的反应机理，人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究，记录到·Cl的核磁共振谱线和·CH3等基团的存在。于是认识到CH4与Cl2的反应机理为自由基型链反应。具体过程为Cl2光照,·Cl＋·Cl·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl……2．乙酸乙酯水解的反应机理将乙酸乙酯与H182O混合后加入H2SO4作催化剂，反应一段时间后检测到存在18O的物质有两种：一种是H182O，另一种是。于是判断酯水解时断裂的是键上的C—O键，在键的碳原子上加上羟基，在氧原子上加上氢。明确了酯水解的反应机理，反过来也认识到了酯化反应的反应机理，即酸脱羟基醇脱氢。[归纳总结]研究有机反应机理的方法(1)反应中间体测定法——甲烷的取代反应。(2)同位素示踪法——乙酸乙酯的水解。[活学活用]1．将CH3COOH和H18O—C2H5混合发生酯化反应，已知酯化反应是可逆反应，反应达到平衡后下列说法中正确的是()A．18O存在于所有物质中B．18O仅存在于乙醇和乙酸乙酯中C．18O仅存在于乙醇和水中D．有的乙醇分子可能不含18O答案B解析本题考查的是酯化反应的机理：“酸脱羟基醇脱氢”，即：CH3COOH＋H18OCH2CH3浓硫酸△CH3CO18OCH2CH3＋H2O，乙酸乙酯在水解时的断键方式是从形成的酯基处断开，因此，18O只可能存在于乙醇和乙酸乙酯中，而且乙醇分子里必然会有18O。2．冰箱制冷剂氟氯甲烷在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：O3O2＋O，Cl＋O3―→ClO＋O2，ClO＋O―→Cl＋O2，下列说法不正确的是()A．反应后将O3转变为O2B．Cl原子是总反应的催化剂C．氟氯甲烷是总反应的催化剂D．Cl原子反复起分解O3的作用答案C解析本反应是自由基反应，Cl原子是总反应的催化剂：2O3――→Cl3O2。氟氯甲烷只是提供这种催化剂的物质，因此C选项不正确。探究点二有机反应的应用1．乙烯是一种重要的化工原料，由乙烯可以合成出很多种物质。写出由乙烯合成乙酸乙酯的化学方程式，并注明反应类型。(1)CH2===CH2＋H2O――→催化剂CH3CH2OH；加成反应。(2)2CH3CH2OH＋O2――→催化剂△2CH3CHO＋2H2O；氧化反应。(3)2CH3CHO＋O2――→催化剂△2CH3COOH；氧化反应。(4)CH3COOH＋CH3CH2OH浓H2SO4△CH3COOCH2CH3＋H2O；酯化反应。2．乙烯在催化剂的作用下，还可以发生加成聚合反应，生成高分子化合物聚乙烯。其反应原理可用化学方程式表示如下：nCH2===CH2――→催化剂CH2—CH2(1)请根据上述反应原理写出下列反应的化学方程式：①由丙烯(CH3—CH===CH2)合成聚丙烯；②由苯乙烯()合成聚苯乙烯；(2)通过以上反应可知，有机物分子中含有碳碳双键()结构，则能够发生加成聚合反应。[归纳总结](1)有机合成路线的设计“逆合成分析理论”是由目标分子出发，逆向寻找能顺利合成目标分子的中间有机化合物，直到选出合适的起始原料反应物的方法。该理论是美国科学家科里于1967年创立提出的。(2)研究合成新的有机物研究有机反应能够帮助我们更好地应用有机化合物，使有机化合物更好地造福人类。目前科学家们已经成功合成大量具有特殊功能的有机物。[活学活用]3．下列各反应中属于加成反应的是()A．2CH3CH2OH＋O2――→催化剂△2CH3CHO＋2H2OB．H2＋Cl2=====光2HClC．D．CH3—CH3＋2Cl2――→光照CH2Cl—CH2Cl＋2HCl答案C解析C项中反应是H—H分子中的氢原子跟中的不饱和原子直接结合的反应。由此可知，C符合加成反应的概念。4．下列有机物不能发生加聚反应的是()答案B解析有机物分子中含有碳碳双键时，可发生加成聚合反应，选项B中，苯分子中无典型的碳碳双键，不能发生加聚反应。有机反应研究的内容1．在有机合成设计方面做出贡献，创立“逆合成分析法”的科学家是()A．贝采利乌斯B．李比希C．维勒D．科里答案D解析美国科学家科里1967年创立逆合成分析法。2．同位素示踪法研究化学反应，运用了同位素的()A．化学性质相似，物理性质相同B．化学性质相似，物理性质不同C．化学性质不同，物理性质相同D．化学性质不同，物理性质不同答案B解析同位素示踪法主要是利用放射性同位素与一般同位素在放射性性质上的差异，此差异属物理性质的差异。3．在人工合成过程中掺入放射性14C的用途是()A．催化剂B．媒介质C．组成元素D．示踪原子答案D解析加入14C主要是在研究反应机理时作为示踪原子。4．根据以下叙述，回答(1)～(2)小题。1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境化学家。大气中的臭氧层可滤除大量的紫外光，保护地球上的生物。氟利昂(如CCl2F2可在光的作用下分解，产生Cl原子，Cl原子会对臭氧层产生长久的破坏作用(臭氧的分子式为O3)。有关反应为O3光光O2＋OCl＋O3―→ClO＋O2ClO＋O―→Cl＋O2总反应：2O3―→3O2(1)在上述臭氧变成氧气的反应过程中，Cl是()A．反应物B．生成物C．中间产物D．催化剂(2)O3和O2是()A．同分异构体B．同系物C．氧的同素异形体D．氧的同位素答案(1)D(2)C5．已知有机分子中同一碳原子上连接两个羟基是不稳定的，会自动脱水：有人提出了醇氧化的两种可能过程：①去氢氧化，失去的氢原子再和氧原子结合成水分子；②加氧氧化，反应过程为先加氧后脱水；请在方框中填写加氧氧化的中间产物的结构式。要证明这两种过程哪一种是正确的，我们仍然准备用同位素原子示踪法。用18O2和铜催化剂在一定的温度下氧化乙醇，下列有关说法中正确的是________(填字母序号)。A．若18O只存在于产物H2O分子中，则说明醇的氧化是按①的过程进行B．若在产物H2O分子中含有18O，则说明醇的氧化是按①的过程进行C．若在产物乙醛分子中含有18O，则说明醇的氧化是按②的过程进行D．若醇的氧化按②的过程进行，则18O只能存在于产物乙醛分子中答案AC解析结合题目信息，则的中间产物是，用同位素示踪法，若去氢氧化失去的氢原子再与18O结合，则18O全在水中；若发生加氧氧化过程，则18O既可能存在于中也可能存在于H2O中。[基础过关]一、有机化学反应机理的研究1．化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的生成。欲探讨发生化学反应时分子中化学键在何处断裂的问题，近代科技常用同位素示踪法。如有下列反应：2R—14CH===CH—R′――→一定条件R—14CH===CH—R＋R′—14CH===CH—R′。可以推知，化合物反应时断裂的化学键应是()A．①③B．①④C．②D．②③答案A解析根据题中反应后产物可推知断键位置及连接方式：―→R—14CH===CH—R＋R′—14CH===CH—R′，即断键为双键两侧的键。2．同位素示踪法可用于反应机理的研究，下列反应或转化中同位素示踪表示正确的是()A．2Na182O2＋2H2O===4Na18OH＋O2↑B．2KMnO4＋5H182O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋518O2↑＋8H2OC．NH4Cl＋2H2O===NH3·2H2O＋HClD．K37ClO3＋6HCl===K37Cl＋3Cl2↑＋3H2O答案B解析A项中Na182O2中的氧元素化合价既升高也降低，所以生成物中既有－2价18O也有0价18O，A错；B项中KMnO4将H182O2中的－1价氧原子全部氧化成18O2，B正确；C项中铵根结合水电离出的氢氧根，2H一部分进入NH3·H2O，一部分进入HCl中，C错；D中氧化还原反应为归中类型，K37ClO3中的37Cl全部进入氯气中，D错。3．已知在水溶液中存在平衡：，当与CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的产物是()答案B解析因乙酸在水溶液中存在平衡，故有两种形式：二、有机化学反应类型及其判断4．针对下图所示的乙醇分子结构，下述关于乙醇在各种化学反应中化学键断裂情况的说法不正确的是()A．与醋酸、浓硫酸共热发生酯化反应时，①键断裂B．与金属钠反应时，①键断裂C．与醋酸、浓硫酸共热发生酯化反应时，②键断裂D．在加热和Ag催化下与O2反应时，①、③键断裂答案C解析乙醇发生酯化反应时断裂①键，其分子中的羟基失去氢原子。5．下列化合物中能发生氧化、酯化、加成三种反应的是()A．CH3CH2OHB．CH2===CH—CH3C．CH3—COOHD．CH2===CH—CH2OH答案D6．有机化学中取代反应的范畴很广。下列4个反应中，属于取代反应范畴的是()答案A解析B属氧化反应，C属加聚反应，D属加成反应。A属硝化反应，在取代反应的范畴之内。三、有机化学反应的应用7．已知卤代烃可以和钠发生反应，例如溴乙烷与钠发生反应为2CH3CH2Br＋2Na―→CH3CH2CH2CH3＋2NaBr，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．CH2BrB．CH2BrCH2CH2CH2BrC．CH2BrCH2BrD．CH3CH2CH2CH2Br答案B解析由卤代烃与钠及应的机理可知，若形成环丁烷，则卤代烃中含有四个碳原子和两个溴原子，且溴原子处于碳链的两端，符合题意的只有B项。8．两种烃A、B取等质量完全燃烧，生成CO2的量与消耗O2的量相同，这两种烃之间的关系正确的是()A．可能含有C、H、O三种元素B．一定具有相同的分子组成C．实验式相同D．只能是同种物质答案C解析等质量的烃A、B完全燃烧消耗O2的量与生成CO2的量相同，说明二者实验式相同，但分子组成不一定相同。9．某烃可按1∶1的物质的量之比与氢气加成，生成，则该烃可能的结构有()A．1种B．2种C．3种D．4种答案B解析该烃与氢气按物质的量之比1∶1加成生成烷烃，该烃分子中含有一个碳碳双键，碳碳双键位置只有两种可能，故可能有两种结构。[能力提升]10．分子式为C2H4O2的结构可能有和两种，为对其结构进行物理方法鉴定，可用__________或____________。(1)若为，则红外光谱中应该有____个振动吸收；核磁共振氢谱中应该有________个峰。(2)若为，则红外光谱中应该有______个振动吸收；核磁共振氢谱中应该有____个峰。答案红外光谱法核磁共振氢谱法(1)42(2)3211．已知：①RCH2X＋H2O――→NaOH△RCH2OH＋HX(X为卤素原子)②多个羟基连在同一个碳原子上不稳定：根据烷烃卤代反应和酯化反应的机理完成下列问题。(1)写出转化成A的方程式：__________。(2)D与A反应的方程式