■廣東省佛山市高明區(qū)紀念中學 林鳳蘭

烴的衍生物高考題剖析

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烴的衍生物是選修5《有機化學基礎》的主要內容,也是每年高考的熱點之一。烴的衍生物內容主要包括鹵代烴、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯的典型代表物的組成、結構特點和它們的相互聯(lián)系,以及上述衍生物所含官能團和基團重新組合而成的含有多個官能團的有機物的組成、結構和性質等。下面結合近年高考題剖析烴的衍生物主要考查了哪些知識點,考查到什么程度,有何規(guī)律,進而幫助同學們以點帶面學好該部分內容。

一、鹵代烴同分異構體的種數

(1)2-甲基丙烷、環(huán)戊烷、2,2-二甲基丁烷和2,2-二甲基丙烷在光照下與氯氣反應,只生成1種一氯代物的是____(填名稱)。

(2)C4H9Cl有____種同分異構體。

(3)分子式為C4H8Cl2的有機物共有(不含立體異構)____種。

解析：(1)2-甲基丙烷、環(huán)戊烷、2,2-二甲基丁烷和2,2-二甲基丙烷的結構簡式分別為

別有3、3、3、4條對稱軸,由等效氫規(guī)則可知它們分別含有2、1、3、1種氫,由于上述烷烴所含氫原子種數等于其一氯代物的種數,因此分別能產生2、1、3、1種一氯代物,故環(huán)戊烷和2,2-二甲基丙烷符合題目要求。

(2)由分子式可知,C4H9Cl是C4H10的一氯代物,先定碳骨架(C4有兩種碳骨架:再找對稱軸(確定等效氫原子的種數分別為,最后用氯原子取代氫原子(可以移動的位置有2+2=4種)。

(3)C4H8Cl2是C4H10的二氯代物,先由(2)可知,C4H10的一氯代物有2+2=4種(骨架為,另一個氯原子的位置可以移動情況如下(要

防止重復,因為兩個取代基相同),因此共有4+2+3=9種。

答案：(1)環(huán)戊烷和2,2-二甲基丙烷(2)4(3)9

點評：鹵代烴的組成、結構、性質和應用方面的考點眾多,主要涉及鹵代烴的同分異構體和制備,以及鹵代烴與NaOH水溶液或NaOH乙醇溶液共熱時的反應類型和原理等。解答本題的關鍵是根據有機物的命名規(guī)則準確書寫其結構簡式,利用等效氫規(guī)則正確判斷烷烴、環(huán)烷烴分子中所含氫原子的種類,再先定一個鹵素原子的位置,然后再定另一個鹵素元素的位置異構體的種數。

二、醇的組成、結構和性質

圖1

香葉醇是合成玫瑰精油的主要原料,結構可用鍵線式表示(如圖1),鍵線式中每個端點和拐點處都代表有一個碳原子,氫原子可根據碳為四價的原則而相應地在碳上補充。下列有關香葉醇的敘述正確的是( )。

A.香葉醇的分子式為C10H18O

B.香葉醇不能使溴的四氯化碳溶液褪色

C.香葉醇不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色

D.香葉醇能發(fā)生加成反應,不能發(fā)生取代反應

解析：由香葉醇的結構簡式可得其分子式為C10H18O,A項正確。香葉醇含有2個碳碳雙鍵、1個羥基,前者與B r2能發(fā)生加成反應,B項錯誤。碳碳雙鍵和羥基都能被酸性高錳酸鉀溶液氧化,C項錯誤。羥基能發(fā)生取代反應,D項錯誤。

答案：A

點評：本題是碳碳雙鍵、羥基和烷基等官能團、基團組合而成的陌生有機物,解答的關鍵是利用已知結構簡式、碳四價規(guī)則推斷陌生醇的分子式,根據所含官能團推斷陌生醇的反應類型和性質。

三、酚的結構和性質

某化妝品的組分Z具有美白功效,原從楊樹中提取,現(xiàn)可用如下反應制備:

下列敘述錯誤的是( )。

A.X、Y和Z均能使溴水褪色

B.X和Z均能與NaHCO3溶液反應放出CO2

C.Y既能發(fā)生取代反應,也能發(fā)生加成反應

D.Y可作加聚反應單體,X可作縮聚反應單體

解析：X、Z的結構簡式中均含羥基且與苯環(huán)直接相連,均屬于酚且均能與濃溴水發(fā)生取代反應,Y中的碳碳雙鍵與溴水發(fā)生加成反應,因此它們均能使溴水褪色,故A正確。由苯酚的酸性比碳酸弱類推,X、Z的酸性比碳酸弱,因此不能與NaHCO3溶液反應放出CO2,故B錯誤。Y中的碳碳雙鍵能發(fā)生加成反應,苯環(huán)能發(fā)生取代反應,故C正確。Y中的碳碳雙鍵能發(fā)生類似乙烯變?yōu)榫垡蚁┑募泳鄯磻?苯酚與甲醛在酸催化下加成變?yōu)猷徚u甲基苯酚,鄰羥甲基苯酚發(fā)生縮聚反應可以生成線型結構的酚醛樹脂,X中的酚羥基也能活化苯環(huán)上鄰對位的CH鍵,也能先發(fā)生加成反應,后發(fā)生加聚反應,故D正確。

答案：B

點評：官能團與有機物的性質是高考的熱點,無論題目情景如何新穎,都要準確判斷有機物所含官能團,根據官能團的性質確定能否發(fā)生某種有機反應,反應中是否有特征現(xiàn)象,反應原理和有機產物如何表示等系列問題。

四、羧酸等多官能團有機物的性質

圖2

分枝酸可用于生化研究。其結構簡式如圖2。下列關于分枝酸的敘述正確的是( )。

A.分枝酸分子中含有2種官能團

B.分枝酸可與乙醇、乙酸反應,且反應類型相同

C.1mol分枝酸最多可與3molNaOH發(fā)生中和反應

D.分枝酸可使溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液褪色,且原理相同

解析：由分枝酸的結構簡式可知,分枝酸含有四種官能團,即羧基、碳碳雙鍵、醇羥基、醚鍵,故A項錯誤。分枝酸含有羧基、醇羥基,由此推斷它既有乙酸或羧酸的化學性質,又有乙醇或醇類的化學性質,因此它能與乙醇、乙酸發(fā)生酯化反應,故B項正確。羧基具有酸性,醇羥基沒有酸性,1mol分枝酸含有2mol羧基,因此最多可與2molNaOH發(fā)生中和反應,故C項錯誤。分枝酸含有3個碳碳雙鍵,因而具有乙烯或烯烴的化學性質,與溴能發(fā)生加成反應而使溴的四氯化碳溶液褪色,分枝酸中的碳碳雙鍵、醇羥基均能被酸性高錳酸鉀溶液氧化,因此分枝酸能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,但褪色的原理不同,故D項錯誤。

答案：B

點評：有機化合物的結構(特別是官能團)與有機物的性質密切相關,本題以分枝酸為研究對象,考查了考生運用所學知識分析問題、解決問題的能力,涉及羧基、羥基和碳碳雙鍵等官能團的判斷,以及通過官能團推測有機化合物的性質和有機反應類型的判斷,體現(xiàn)了化學學科學以致用的特點。

五、烴的衍生物的綜合推斷

A(C2H2)是基本有機化工原料。由A制備聚乙烯醇縮丁醛和順式異戊二烯的合成路線(部分反應條件略去)如下所示。

回答下列問題:

(1)A的名稱是____,B含有的官能團是____。

(2)①的反應類型是____,⑦的反應類型是____。

(3)C和D的結構簡式分別為____、___。

(4)異戊二烯分子中最多有____個原子共平面,順式聚異戊二烯的結構簡式為____。

(5)寫出與A具有相同官能團的異戊二烯的所有同分異構體:___(填結構簡式)。

(6)參照異戊二烯的上述合成路線,設計一條由A和乙醛為起始原料制備1,3-丁二烯的合成路線:___。

解析：(1)由分子式(C2H2)推斷,A是乙炔(HC≡ CH );由第②步反應產物的結構及條件逆推,B為CH2==CHOO CCH3,所含官能團為碳碳雙鍵和酯基。(2)由A、B的結構及反應試劑、條件推斷,第①步反應為

CH2==CHOO CCH3,碳碳三鍵轉化為碳碳雙鍵,因此屬于加成反應;由反應物、產物的結構推斷,第⑦步反應是醇的消去反應,脫水后變?yōu)樵黾恿?個碳碳雙鍵的二烯烴。(3)由酯的性質可知,第③步反應是高聚酯的水解反應,則C為聚乙烯醇;由第④步反應產物的名稱及結構逆推,D為丁醛(CH3CH2CH2CHO);由反應物和產物的結構簡式推斷,第⑤步反應為丙酮[(CH3)2C== O ]與乙炔(HC≡ CH )的加成反應,第⑥步反應為碳碳三鍵與H2在一定條件下的加成反應。(4)由于甲烷是正四面體分子,乙烯分子中2個C、6個H共面,則CH2==C(CH3)CH==CH2分子中甲基所含3個H中只有1個H可以與其余部分(CH2==C(C)CH==CH2)共面,即最多有1+3+2+2+3=11個原子共面;由順-2-丁烯、反-2-丁烯的結構類推可知順式聚異戊二烯的結構簡式。(5)A的官能團是碳碳三鍵,異戊二烯[CH2==C(CH3)CH==CH2]的分子式為C5H8,由碳四價可知,符合條件的同分異構體按直鏈和支鏈的順序推斷有3種,結構分別是HC≡ CCH2CH2CH3、HC≡ CCH(CH3)2、CH3C≡ CCH2CH3。(6)物質的合成路線設計是考查創(chuàng)新思維的重要方式,這是一個簡單的有機物合成路線設計題,而且給出了合成路線的模板——異戊二烯的合成路線:

該題中要求合成的目標產物與異戊二烯的差別,首先要確認1,3-丁二烯的結構簡式為,可以發(fā)現(xiàn)其比異戊二烯少一個甲基。因此將中間產物中相應的甲基去除,最后將提供此甲基的原料“丙酮”中相應的甲基也去除,即可得出目標合成路線。

答案：(1)乙炔 碳碳雙鍵和酯基

(2)加成反應 消去反應

點評：本題以乙炔制備聚乙烯醇縮丁醛和順式異戊二烯的合成路線為情境,內容涵蓋了“有機化學基礎”模塊的主要內容,突出對信息獲取能力和推理能力的考查,要求同學們分析合成路線中的物質的碳原子數、官能團、碳骨架等的變化,確定相關物質的結構和指定反應的反應類型。同時注重設問的創(chuàng)新,要求同學們讀懂試題的信息,結合已學知識,設計可行的合成路線。

六、針對性練習

A.5種 B.6種 C.7種 D.8種

2.藥物阿司匹林可由水楊酸制得,它們的結構如圖3所示。有關說法正確的是( )。

圖3

A.服用阿司匹林,身體出現(xiàn)水楊酸不良反應時,可靜脈注射NaHCO3溶液

B.阿司匹林的分子式為C9H10O4

C.1mol阿司匹林最多可消耗2mol NaOH

D.水楊酸可以發(fā)生取代、加成、氧化、加聚反應

3.迷迭香酸有很強的抗氧化性,能對癌癥和動脈硬化的預防起到一定作用,其結構如圖4所示。下列敘述正確的是( )。

圖4

A.迷迭香酸的分子式為C18H15O8

B.迷迭香酸分子中含有5種官能團

C.1mol迷迭香酸跟H2反應,最多可消耗7molH2

D.迷迭香酸能使酸性高錳酸鉀溶液及溴的四氯化碳溶液褪色,屬于芳香烴

4.圖5所示物質為一種天然產物,具有一定的除草功效,下列有關該化合物的說法正確的是( )。

A.該分子中含有3種官能團

B.1mol該化合物最多能與6molNaOH反應

圖5

C.1mol該化合物最多能與含4molB r2的濃溴水反應

D.該化合物既能與F e Cl3發(fā)生顯色反應,也能和NaHCO3反應放出CO2

5.G是一種新型香料的主要成分之一,其結構中含有三個六元環(huán)。G的合成路線如下(部分產物和部分反應條件略去)。

已知:①R CHCH2+CH2==CHR'

②B中核磁共振氫譜圖顯示分子中有6種不同環(huán)境的氫原子。

③D和F是同系物。

請回答下列問題:

(1)(CH3)2C== CH2的系統(tǒng)命名法名稱為____。

(2)A→B反應過程中涉及的反應類型依次為____、____。

(3)D分子中含有的含氧官能團名稱是____,G的結構簡式為____。

(4)生成E的化學方程式為____。

(5)同時滿足下列條件的F的同分異構體有____種(不包括立體異構),其中核磁共振氫譜為4組峰、能水解的物質的結構簡式為____。

①與F e Cl3溶液發(fā)生顯色反應。

②苯環(huán)上有兩個取代基、含C== O 。

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

答案與提示

1.C

提示:根據有機物的結構簡式可知分子的氫原子有7種,所以其一氯代物有7種。

2.A

提示:阿司匹林顯酸性,服用阿司匹林,身體出現(xiàn)水楊酸不良反應時,可靜脈注射NaHCO3溶液,A正確。阿司匹林的分子式為C9H9O4,B錯誤。阿司匹林中含有1個羧基和一個酚羥基形成的酯基,1mol阿司匹林最多可消耗3molNaOH,C錯誤。水楊酸分子中含有羧基和酚羥基,可以發(fā)生取代、加成、氧化反應,但不能發(fā)生加聚反應,D錯誤。

3.C

提示:迷迭香酸的分子式為C18H16O8,A錯誤。迷迭香酸分子中含有4種官能團,B錯誤。苯環(huán)與碳碳雙鍵可以與氫氣發(fā)生加成反應,則1mol迷迭香酸跟H2反應,最多可消耗7molH2,C正確。迷迭香酸能使酸性高錳酸鉀溶液及溴的四氯化碳溶液褪色,但不屬于芳香烴,屬于芳香族化合物,D錯誤。

4.C

提示:由結構簡式可知,該分子中含有羥基、酯基、碳碳雙鍵和醚基四種官能團,A錯誤。分子中含有3個酚羥基,1個酯基,故1mol該化合物最多能與4molNaOH反應, B錯誤。分子中含有1個碳碳雙鍵和個酚羥基,所以1mol該化合物最多能與含4mol B r2的濃溴水反應,C正確。含有酚羥基,能與F e Cl3發(fā)生顯色反應;不含有羧基,故不能與NaHCO3反應放出CO2,D錯誤。

5.(1)2-甲基-1-丙烯(或2-甲基丙烯,或甲基丙烯)

(2)取代反應 加成反應

(1)(CH3)2C== CH2的系統(tǒng)命名法名稱為2-甲基-1-丙烯。

(2)A→B反應過程中涉及的反應類型依次為取代反應、加成反應。,D分子中含有的含氧官能團名稱是醇羥基和羧基,G的結構簡式為。

(4)生成E的化學方程式為

(5)F的同分異構體同時滿足下列條件:①與F e Cl3溶液發(fā)生顯色反應;②苯環(huán)上有兩個取代基、含C== O ,苯環(huán)上有鄰、間、對37種,故異構體有3×7=21種;核磁共振氫譜為4組峰、能水解的物質,即4種化學環(huán)境的H,只有苯環(huán)上對位(3種H)、側鏈上1種H(上述前兩種)才符合條件,其結構簡式為

(6)丙烯和HO B r 發(fā)生取代反應生成CH3CH B r CH2OH,CH3CH B r CH2OH發(fā)生氧化反應生成CH3CH B r COOH, CH3CH B r COOH和氫氧化鈉的水溶液加熱酸化得到CH3CHOHCOOH,其合成路線為

(責任編輯 謝啟剛)