122有机化学反应的研究讲解.docx

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122有机化学反应的研究讲解

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

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

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H

O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H

O，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

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O2

B．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

3O2。

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

CH3CH2OH；加成反应。

（2）2CH3CH2OH＋O2

2CH3CHO＋2H2O；氧化反应。

（3）2CH3CHO＋O2

2CH3COOH；氧化反应。

（4）CH3COOH＋CH3CH2OH

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

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

2CH3CHO＋2H2O

B．H2＋Cl2

2HCl

C．

D．CH3—CH3＋2Cl2

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

O2＋O　Cl＋O3―→ClO＋O2　ClO＋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）C

5．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′

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．①④

C．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．2Na

O2＋2H2O===4Na18OH＋O2↑

B．2KMnO4＋5H

O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋518O2↑＋8H2O

C．NH4Cl＋2H2O===NH3·2H2O＋HCl

D．K37ClO3＋6HCl===K37Cl＋3Cl2↑＋3H2O

答案　B

解析　A项中Na

O2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H

O2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．CH3CH2OH

B．CH2===CH—CH3

C．CH3—COOH

D．CH2===CH—CH2OH

答案　D

6．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．CH2Br

B．CH2BrCH2CH2CH2Br

C．CH2BrCH2Br

D．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）4　2　

（2）3　2

11．已知：

①RCH2X＋H2O

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：

__________。

答案　

解析　由烷烃取代反应的机理，苯环上甲基取代产物有三种，可知C的结构简式为

，根据信息

（1）

（2）可知D的结构简式为

。

12．如下图所示，乙酸跟乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下发生酯化反应（反应A），其逆反应是水解反应（反应B）。

反应可能经历了生成中间体（Ⅰ）这一步。

已知有机物相互转化的反应类型如下：

（1）如果将反应按加成、消去、取代反应进行分类，则A～F六个反应中（将字母代号填入下列横线上），属于取代反应的是____________；属于加成反应的是______________。

（2）中间体（Ⅰ）属于有机物的________类。

（3）如果将原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，则生成物乙酸乙酯中是否有18O？

如果将原料

中羧羟基的氧原子用18O标记，则生成物H2O中的氧原子是否有18O？

试简述你作此判断的理由。

答案　

（1）AB　CF　

（2）醇和醚

（3）是，理由是酯化反应的机理是羧酸脱羟基醇脱氢。

是，根据羧酸提供羟基，18O会在水中发现。

解析　酯化反应属于取代反应，其逆反应也是取代反应，从乙酸与乙醇到中间体（Ⅰ）的反应C是加成反应，其逆反应为消去反应，从中间体到酯的反应分子内脱水是消去反应，其逆反应是加成反应。

如果原料C2H5OH中的氧原子用18O标记，根据酯化反应的机理，18O应在酯中，不在水里；如果将原料

中羧羟基的氧原子用18O标记，根据羧酸提供羟基，18O会在水中发现。

[拓展探究]

13．

（1）下表为烯烃类化合物与溴发生加成反应的相对速率（以乙烯为标准）：

烯烃类化合物

相对速率

（CH3）2C===CHCH3

10.4

CH3CH===CH2

2.03

CH2===CH2

1.00

CH2===CHBr

0.04

根据表中数据，总结烯烃类化合物加溴时，反应速率与

键上取代基的种类、个数间的关系：

__________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）下列化合物与氯化氢加成时，取代基对速率的影响与上述规律类似，其中反应速率最慢的是______（填字母）。

A．（CH3）2C===C（CH3）2B．CH3CH===CHCH3

C．CH2===CH2D．CH2===CHCl

（3）烯烃与溴化氢、水加成时，产物有主次之分，例如：

下列框图中B、C、D都是相关反应中的主要产物（部分条件、试剂被略去），且化合物B中仅有4个碳原子、1个溴原子、9个等效氢原子。

上述框图中，B的结构简式为________________；属于取代反应的有____________（填框图中的序号，下同），属于消去反应的有________。

答案　

（1）①

键上的氢被甲基（烷基）取代，有利于加成反应；②甲基（烷基）越多，加成反应速率越大；③

键上的氢被溴（卤素）取代，不利于加成反应

（2）D　（3）（CH3）3CBr　①②　③

解析　

（1）对比（CH3）2C===CHCH3、CH3CH===CH2、CH2===CH2发现结构上的相似点为都有

键，所不同的是双键上所连的甲基数目的差异，甲基越多，加成反应的速率越大，对比CH2===CH2、CH2===CHBr可以发现速率变慢是由于被卤素原子取代所引起的，可知卤原子的存在不利于加成反应。

（3）由图可知，A是一种烷烃，B是卤代烃，B中有4个碳原子、1个溴原子、9个等效氢原子，由等效氢（同一个碳上所连的氢是等效的，同一个碳上所连甲基上的氢是等效的）可推知B为（CH3）3CBr，C为（CH3）3COH，D为CH2===C（CH3）2，A为（CH3）3CH。