高中化學同步講義（選擇性必修三）第15講 酮（教師版）

第15課酮1．認識酮的結構和性質，了解酮在生產、生活中的重要應用。2．學會醛和酮同分異構體的書寫及判斷。一、酮的結構與性質1、酮的概念和結構特點(1)定義：羰基與兩個烴基相連成的化合物。酮類官能團的結構簡式為。(2)表示方法：(R、R1必須為烴基)；飽和一元酮的通式為CnH2nO(n≥3)。2、丙酮(1)丙酮是最簡單的酮，它的分子式為C3H6O，結構簡式為CH3COCH3或。(2)丙酮的物理性質：常溫下丙酮是無色透明液體，沸點56.2℃，易揮發(fā)，能與水、乙醇等互溶，能溶解多種有機物，是一種重要的有機溶劑和化工原料。(3)丙酮的化學性質：①加成反應：與H2、HX、HCN、NH3、醇等發(fā)生加成反應，催化加氫生成醇的化學方程式：。②氧化反應：酮中羰基直接與兩個烴基相連，沒有與羰基直接相連的氫原子，所以不能被銀氨溶液、新制的氫氧化銅等弱氧化劑氧化，但大多數(shù)酮能在空氣中燃燒?！舅伎寂c討論p71】參考【答案】丙酮與丙醛分子式均為C3H6O，但結構不同，兩者互為同分異構體；丙醛能被弱氧化劑如銀氨溶液、新制Cu(OH)2氧化，而丙酮卻不能，故可采用上述兩種試劑鑒別它們。3．酮的應用酮是重要的有機溶劑和化工原料。如丙酮可以做化學纖維等的溶劑，還用于生產有機玻璃、農藥和涂料等?！久麕燑c撥】酮和同碳原子數(shù)的醛屬于同分異構體，如丙酮和丙醛互為同分異構體。4．醛和酮的區(qū)別與聯(lián)系醛酮官能團醛基：酮羰基：官能團位置碳鏈末端(最簡單的醛是甲醛)碳鏈中間(最簡單的酮是丙酮)結構通式(R為烴基或氫原子)(R、R′均為烴基)聯(lián)系碳原子數(shù)相同的飽和一元脂肪醛和飽和一元脂肪酮互為同分異構體5．醛基與酮羰基的區(qū)別(1)醛基能被酸性KMnO4溶液、溴水、氧氣、新制氫氧化銅懸濁液、銀氨溶液等氧化劑氧化。(2)酮羰基不能被酸性KMnO4溶液、溴水、新制Cu(OH)2懸濁液、銀氨溶液等氧化劑氧化。二、醛、酮的同分異構體找法通式CnH2nO(n≥1)類別異構體醛、酮、烯醇、烯醚、環(huán)醇、環(huán)醚?？既愵悇e異構體醛(n≥1)酮(n≥3)烯醇(n≥3)方法醛基屬于端位基，將烴分子中鏈端的甲基變成醛基碳碳單鍵變成碳氧雙鍵多官能團，變鍵優(yōu)先，取代其次：先找烯烴，再用羥基取代以“C5H10O”為例(無)?問題一酮的加成反應【典例1】環(huán)己酮和乙二醇在一定條件下反應可生成環(huán)己酮縮乙二醇，其反應過程如圖所示。下列說法不正確的是A．生成環(huán)己酮縮乙二醇的反應為加成反應B．相同質量的有機物完全燃燒消耗氧氣的量：環(huán)己酮＞環(huán)己酮縮乙二醇C．環(huán)已酮的一氯代物有3種(不包含立體異構)D．環(huán)己酮分子中所有碳原子不可能共平面【答案】A【解析】A．由示意圖可知，環(huán)己酮和乙二醇在一定條件下反應生成環(huán)己酮縮乙二醇和水，則該反應不可能是加成反應，故A錯誤；B．環(huán)己酮的分子式為C6H10O，98g環(huán)己酮完全燃燒消耗氧氣的物質的量為8mol，環(huán)己酮縮乙二醇的分子式為C8H14O2，98g環(huán)己酮縮乙二醇完全燃燒消耗氧氣的物質的量為×10.5mol≈7.05mol＜8mol，故B正確；C．由結構簡式可知，環(huán)已酮分子中有3類氫原子，則一氯代物有3種，故C正確；D．環(huán)己酮分子中存在飽和碳原子，飽和碳原子的空間構型為四面體形，則分子中所有碳原子不可能共平面，故D正確；故選A。【解題必備】酮能與H2、HX、HCN、NH3及其衍生物、醇、格氏試劑(RMgX)等發(fā)生加成反應，加成通式為,產物還可能發(fā)生水解生成其他產物?！咀兪?-1】乙烯酮(CH2C=O)在一定條件下能與含活潑氫原子的化合物發(fā)生加成反應，反應可表示為CH2=C=O＋H—A→CH3—CAO。乙烯酮在一定條件下與下列試劑加成，其產物不正確的是()A．與HCl加成生成B．與H2O加成生成C．與CH3OH加成生成D．與CH3COOH加成生成【答案】C【解析】根據(jù)題意，若A為—Cl，則與HCl加成生成，A項正確；若A為—OH，則與H2O加成生成，B項正確；若A為—OCH3，則與CH3OH加成生成，C項錯誤；若A為—OOCCH3，則與CH3COOH加成生成，D項正確?！咀兪?-2】已知醛和酮可與格氏試劑（R′MgX）發(fā)生加成反應，所得產物經水解后可得醇：若要用此方法制?。–H3）2－CH2CH3，可選用的醛（或酮）與格氏試劑是（）。A．H－－H與CH3CH2－MgXB．CH3CH2CHO與CH3CH2MgXC．CH3－－H與CH3－MgXD．CH3－－CH3與CH3CH2MgX【答案】D【解析】根據(jù)反應物和最終產物的結構特點，可以看出，格氏試劑與羰基化合物（醛、酮）等的反應合成醇類的規(guī)則是：羰基上的碳氧雙鍵斷裂，氧上加氫形成羥基，碳上加上格氏試劑中的R′形成側鏈，由此可以推出反應物。選項中各物質反應最終形成的醇依次是：CH3CH2－CH2OH、CH3CH2－－CH2CH3、CH3－－CH3、（CH3）2－CH2CH3，答案選D。?問題二醛和酮同分異構體的書寫及判斷【典例2】分子式為C5H10O，且結構中含有－－的有機物共有（）。A．4種B．5種C．6種D．7種【答案】D?！窘馕觥糠肿邮綖镃5H10O滿足飽和一元醛、酮的通式CnH2nO，且結構中含有－－，故可以是醛或酮類。（1）醛類：可寫為C4H9－CHO，因C4H9－有4種結構，故C4H9CHO的醛有4種。（2）酮類：可寫為CH3－－C3H7，因－C3H7有2種結構，故CH3－－C3H7有2種，即CH3－－CH2CH2CH3，CH3－－CH3；也可寫成C2H5－－C2H5，此種形式只有1種；所以酮類共有3種?！窘忸}必備】1．官能團類型異構（1）相同碳原子數(shù)的飽和一元醛、飽和一元酮、脂環(huán)醇、烯醇等互為同分異構體（2）C3H6O的常見同分異構體醛酮環(huán)醇烯醇CH3CH2CHOCH3COCH3CH2＝CH－CH2OH2．醛類碳骨架異構的寫法－－“取代法”（1）C4H8O的醛C3H7－CHO（2種，－C3H7有2種）（2）C5H10O的醛C4H9－CHO（4種，－C4H9有4種）（3）C6H12O的醛C5H11－CHO（8種，－C5H11有8種）3．酮類碳骨架異構的寫法－－“插入法”（1）將C5H10O去掉一個酮基后還剩余4個碳原子，其碳骨架有以下2種結構：（2）找出對稱結構，將酮基放在合適的位置，一共有如下3個位置可以安放：【變式2-1】肉桂醛的結構簡式為，與其具有相同官能團的芳香族同分異構體(不考慮立體異構)有A．3種 B．4種 C．5種 D．6種【答案】B【解析】肉桂醛的官能團為碳碳雙鍵和醛基，與其具有相同官能團的芳香族同分異構體(不考慮立體異構)有、、和，共計4種，故選B?！咀兪?-2】某單官能團有機化合物，只含碳、氫、氧三種元素，相對分子質量為58，完全燃燒時產生等物質的量的CO2和H2O。它可能的結構共有（不考慮立體異構）（）。A．4種B．5種C．6種D．7種【答案】B【解析】根據(jù)燃燒產物CO2和H2O的物質的量相等可知C、H原子個數(shù)比為1∶2，分子式可設為（CH2）mOn，根據(jù)相對分子質量為58，討論得出分子式為C3H6O，其可能的結構有丙醛CH3CH2CHO，丙酮CH3COCH3，環(huán)丙醇，環(huán)醚、，共5種，答案選B。1．下列物質屬于酮的是()【答案】C【解析】酮一定含有羰基()，A為甲醛，屬于醛；B為甲酸，屬于羧酸；D含有醚鍵，屬于醚。2．苯氯乙酮是一種具有荷花香味的化學試劑，吸入可引起咽喉炎、氣管及支氣管炎，主要作為軍用與警用催淚性毒劑。苯氯乙酮的結構簡式如圖所示，則下列說法正確的是()A．苯氯乙酮中含有三種官能團：苯環(huán)、羰基、碳氯鍵B．1mol苯氯乙酮最多可與4molH2發(fā)生加成反應C．苯氯乙酮能發(fā)生銀鏡反應D．苯氯乙酮既能發(fā)生取代反應，又能發(fā)生消去反應【答案】B【解析】苯環(huán)不是官能團，A錯誤；苯環(huán)和碳氧雙鍵可以與H2發(fā)生加成反應，最多與4molH2加成，B正確；苯氯乙酮中沒有醛基不能發(fā)生銀鏡反應，C錯誤；由于氯原子相連的碳原子的鄰位碳原子上沒有H原子，不能發(fā)生消去反應，D錯誤。3．如圖為香芹酮分子的結構，下列有關敘述正確的是()A．香芹酮化學式為C10H12OB．香芹酮可以發(fā)生加成反應、消去反應和氧化反應C．香芹酮能使酸性KMnO4溶液褪色D．香芹酮分子中有3種官能團【答案】C【解析】A．根據(jù)有機物的結構簡式可知香芹酮化學式為C10H14O，A錯誤；B．香芹酮分子中含有碳碳雙鍵、羰基，可以發(fā)生加成反應和氧化反應，但不能發(fā)生消去反應，B錯誤；C．碳碳雙鍵和羰基均能使酸性KMnO4溶液褪色，C正確；D．香芹酮分子中有2種官能團，即碳碳雙鍵和羰基，D錯誤。4．貝里斯-希爾曼反應條件溫和，其過程具有原子經濟性，示例如圖所示，下列說法正確的是()+A．Ⅰ的同分異構體中含有苯環(huán)的醛有3種B．該反應屬于取代反應C．Ⅱ中所有碳原子共平面D．Ⅲ可以發(fā)生消去反應【答案】D【解析】A．含有苯環(huán)的醛有、共4種，故A錯誤；B．羰基轉化為—OH，且產物只有一種，則為加成反應，故B錯誤；C．Ⅱ中含3個亞甲基均為四面體結構，則所有碳原子不共面，故C錯誤；D．Ⅲ中與羥基相連的碳的鄰碳上有H原子，能發(fā)生消去反應，故D正確。5．留蘭香(薄荷中的一種)可用來治療感冒咳嗽、胃痛腹脹、神經性頭痛等，其有效成分為葛縷酮(結構簡式如圖)。下列有關葛縷酮的說法正確的是()A．葛縷酮的分子式為C10H16OB．葛縷酮使溴水和酸性KMnO4溶液褪色的原理相同C．葛縷酮中所有碳原子可能處于同一個平面D．羥基直接連苯環(huán)且苯環(huán)上有2個取代基的葛縷酮的同分異構體有12種【答案】D【解析】A．根據(jù)圖示，葛縷酮的不飽和度為4，所以分子式為C10H14O，A錯誤；B．葛縷酮使溴水和酸性KMnO4溶液褪色，但原理不同，前者是加成反應，后者是氧化反應，B錯誤；C．葛縷酮中所有碳原子不可能處于同一個平面，C錯誤；D．分子式為C10H14O，羥基直接連苯環(huán)，且苯環(huán)上有2個取代基，還?！狢4H9，其結構有四種，分別是—C—C—C—C、、、，每一種在苯環(huán)上與羥基分別有鄰間對3種異構體，共12種，D正確。6.環(huán)己酮是一種重要的化工原料，實驗室常用下列方法制備環(huán)己酮：環(huán)己醇、環(huán)己酮和水的部分物理性質見下表：物質沸點（℃）密度（g·cm－3，20℃）溶解性環(huán)己醇161.1（97.8）*0.9624能溶于水環(huán)己酮155.6（95）*0.9478微溶于水水100.00.9982括號中的數(shù)據(jù)表示該有機物與水形成的具有固定組成的混合物的沸點（1）酸性Na2Cr2O7溶液氧化環(huán)己醇反應的△H＜0，反應劇烈將導致體系溫度迅速上升，副反應增多。實驗中將酸性Na2Cr2O7溶液加到盛有環(huán)己醇的燒瓶中，在55~60℃進行反應。反應完成后，加入適量水，蒸餾，收集95~100℃的餾分，得到主要的含環(huán)己酮和水的混合物。①酸性Na2Cr2O7溶液的加料方式為_________________________。②蒸餾不能分離環(huán)己酮和水的原因是____________________。（2）環(huán)己酮的提純需要經過以下一系列的操作：a蒸餾，收集151~156℃的餾分；b過濾；c在收集到的餾分中加NaCl固體至飽和，靜置，分液；d加入無水MgSO4固體，除去有機物中少量水。①上述操作的正確順序是__________（填字母）。②上述操作b、c中使用的玻璃儀器除燒杯、錐形瓶、玻璃棒外，還需__________。③在上述操作c中，加入NaCl固體的作用是____________________。（3）利用核磁共振氫譜可以鑒定制備的產物是否為環(huán)己酮，環(huán)己酮分子中有_____種不同化學環(huán)境的氫原子?！敬鸢浮浚?）①緩慢滴加②環(huán)已酮和水形成具有固定組成的混合物一起蒸出（2）①cdba②漏斗、分液漏斗③增加水層的密度，有利于分層（3）3【解析】（1）由于酸性Na2Cr2O7溶液氧化環(huán)己醇反應劇烈，導致體系溫度迅速上升、副反應增多，所以酸性Na2Cr2O7溶液加入不能太快，應用酸式滴定管緩慢滴加；環(huán)己酮和水能形成具有固定組成的混合物，具有固定的沸點，蒸餾時能被一起蒸出，所以蒸餾難以分離環(huán)己酮和水的混合物．環(huán)己酮和水能夠產生共沸，采取蒸餾是不可取的，建議采用精餾；（2）聯(lián)系制取肥皂的鹽析原理，即增加水層的密度，有利于分層，環(huán)己酮的提純時應首先加入NaCl固體，使水溶液的密度增大，將水與有機物更容易分離開來，然后向有機層中加入無水MgSO4，出去有機物中少量的水，然后過濾，除去硫酸鎂晶體，再進行蒸餾即可；分液需要的主要儀器為分液漏斗，過濾需要由漏斗組成的過濾器；（3）跟據(jù)環(huán)己酮結構的對稱性，環(huán)己酮中存在與氧原子鄰、間、對三種位置的氫原子，即分子中有3種氫。1．茉莉酮可用作食用香精，其結構如圖所示，下列關于其敘述正確的是 ()A．茉莉酮易溶于水B．茉莉酮中含有三種官能團C．茉莉酮可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色D．茉莉酮與二氫茉莉酮互為同分異構體【答案】C【解析】A．茉莉酮中不含親水基團，且碳原子數(shù)較多，難溶于水，故A錯誤；B．茉莉酮中含有碳碳雙鍵和羰基兩種官能團，故B錯誤；C．茉莉酮中含有碳碳雙鍵，可與溴水發(fā)生加成反應、與酸性KMnO4溶液發(fā)生氧化反應，故C正確；D．茉莉酮的不飽和度為4，二氫茉莉酮的不飽和度為3，分子式不同，不是同分異構體，故D錯誤。2．企鵝酮因結構類似企鵝，因此而得名(見圖)。下列有關企鵝酮的說法不正確的是()A．分子式為C10H14OB．1mol企鵝酮分子最多可以和2mol氫氣加成C．1mol企鵝酮分子最多可以和含2mol溴的溴水加成D．企鵝酮能使酸性高錳酸鉀溶液褪色【答案】B【解析】A．由該有機物結構簡式可知，分子式為C10H14O，故A正確；B．企鵝酮分子中碳碳雙鍵、羰基都能與氫氣發(fā)生加成反應，因此1mol企鵝酮分子最多能與3mol氫氣發(fā)生加成反應，故B錯誤；C．企鵝酮分子中碳碳雙鍵能與Br2發(fā)生加成反應，因此1mol企鵝酮分子最多可以和含2mol溴的溴水加成，故C正確；D．企鵝酮分子中碳碳雙鍵能與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應使酸性高錳酸鉀褪色，故D正確。3.化合物丙是合成藥物奧拉帕尼的中間體，其合成路線如下(TsOH為對甲苯磺酸)：下列有關說法不正確的是A．化合物甲中含有三種官能團B．化合物甲、乙可用銀氨溶液鑒別C．化合物丙在NaOH的醇溶液中加熱可發(fā)生反應脫去HFD．反應②在1)的條件下發(fā)生的是-CN的水解反應，在2)的條件下是脫去-CHO的保護基【答案】C【解析】A．化合物甲中含有-CHO、-CN、-F三種官能團，A項正確；B．甲、乙兩種有機物分子中，只有甲分子中含有醛基，能發(fā)生銀鏡反應，所以可用銀氨溶液鑒別甲與乙，B項正確；C．苯環(huán)上的F只能被取代，不能被消去，所以丙分子中不能脫去HF，C項錯誤；D．反應②的第1)步加NaOH的目的是使-CN水解生成-COOH，第2)步加HCl的目的是脫去醛基上的保護基，D項正確；故選C。4.β-紫羅蘭酮是存在于玫瑰花、番茄等中的一種天然香料，它經多步反應可合成維生素A。下列說法正確的是A．β—紫羅蘭酮可能有屬于芳香烴類的同分異構體B．1mol維生素A最多能與4molH2發(fā)生加成反應C．維生素A的分子式為C20H30OD．β—紫羅蘭酮與中間體X互為同分異構體【答案】C【解析】A．由結構簡式可知，β—紫羅蘭酮分子中含有羰基，屬于烴的衍生物，不可能有屬于芳香烴類的同分異構體，故A錯誤；B．由結構簡式可知，維生素A分子中含有的碳碳雙鍵一定條件下能與氫氣發(fā)生加成反應，1mol維生素A最多能與5mol氫氣發(fā)生加成反應，故B錯誤；C．由結構簡式可知，維生素A的分子式為C20H30O，故C正確；D．由結構簡式可知，β—紫羅蘭酮與中間體X的分子式不同，不可能互為同分異構體，故D錯誤；故選C。4．格氏試劑是鹵代烴與金屬鎂在無水乙醚中作用得到的，它可與羰基發(fā)生加成反應，如：RX+MgRMgX，+RMgX今欲通過上述反應合成2-丙醇，選用的有機原料正確的一組是()A．氯乙烷和甲醛 B．氯乙烷和丙醛C．一氯甲烷和丙酮 D．一氯甲烷和乙醛【答案】D【解析】由信息+RMgX可知，此反應原理為斷開CO雙鍵，烴基加在碳原子上，—MgX加在O原子上，產物水解得到醇，即發(fā)生取代反應，即氫原子(—H)取代—MgX，現(xiàn)要制取2-丙醇，則反應物中碳原子數(shù)之和為3。A．氯乙烷和甲醛反應生成產物經水解得到CH2(OH)CH2CH3，故A錯誤；B．氯乙烷和丙醛反應生成產物經水解得到3-戊醇(CH3CH2CH(OH)CH2CH3)，不是2-丙醇，故B錯誤；C．一氯甲烷和丙酮反應生成產物經水解得到2-甲基-2-丙醇，不是2-丙醇，故C錯誤；D．一氯甲烷和乙醛反應生成產物為2-丙醇，故D正確。5．糠叉丙酮()是一種重要的醫(yī)藥中間體，可由糠醛()和丙酮(CH3COCH3)反應制備。下列說法錯誤的是()A．糠醛的全部原子可共平面B．1mol糠醛最多可與3molH2發(fā)生加成反應C．糠叉丙酮的分子式為C8H8O2，可發(fā)生還原反應D．含苯環(huán)和羧基的糠叉丙酮的同分異構體有3種【答案】D【解析】A．糠醛中含有碳碳雙鍵、醛基，由其結構簡