知識清單29 有機合成與推斷（教師版） 2025年高考化學一輪復習知識清單

知識清單29有機合成與推斷知識點01研究有機化合物的一般方法知識點02有機合成知識點03有機合成路線的設計及應用知識點01研究有機化合物的一般方法一、有機物的分離、提純方法1．蒸餾（1）適用范圍：分離、提純的有機物熱穩(wěn)定性較高，其沸點與雜質的沸點相差較大。（2）實驗裝置（3）注意事項①溫度計水銀球位于蒸餾燒瓶支管口處。②碎瓷片的作用：使液體平穩(wěn)沸騰，防止暴沸。③冷凝管中水流的方向是下口進入，上口流出。2．萃?。?）萃取的原理①液－液萃?。豪么蛛x組分在兩種不互溶的溶劑中的溶解度不同，將其從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。②固－液萃取：利用溶劑從固體物質中溶解出待分離組分的過程。（2）萃取劑的條件①待分離組分在萃取劑中的溶解度較大②萃取劑與原溶劑不能互溶，且不與溶質反應。（3）常用萃取劑：乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等（4）分液：將萃取后的兩層液體分開的操作。（5）裝置圖（6）注意事項①分液時，下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出。②3．重結晶（1）原理：利用被提純物質與雜質在同一溶劑中的溶解度不同而將雜質除去。（2）溶劑的選擇①雜質在所選溶劑中的溶解度很大或溶解度很小，易于除去。②被提純的有機化合物在所選溶劑中的溶解度受溫度的影響較大，能夠進行冷卻結晶。（3）裝置圖及操作步驟4．常見有機物的分離提純方法（括號內(nèi)為雜質）混合物試劑分離提純的方法苯（苯甲酸）NaOH溶液分液乙酸乙酯（乙酸）飽和Na2CO3溶液溴苯（溴）NaOH溶液苯（乙苯）KMnO4酸性溶液、NaOH溶液乙醇（水）CaO蒸餾乙醛（乙酸）NaOH溶液苯甲酸（苯甲酸鈉）水重結晶二、研究有機化合物的基本步驟三、研究有機化合物結構的物理方法1．質譜法（1）作用：測定有機物的相對分子質量（2）讀圖：質譜圖中最右側的分子離子峰或質荷比最大值表示樣品中分子的相對分子質量（3）示例：該有機物的相對分子質量為46。2．紅外光譜（1）作用：初步判斷某有機物分子中所含有的化學鍵或官能團。（2）不同的化學鍵或官能團的吸收頻率不同，在紅外光譜圖上將處于不同的位置。（3）示例：有機物C2H6O的紅外光譜上有O－H、C－H和C－O的吸收峰，可推知其結構為C2H5OH。3．核磁共振氫譜（1）作用：測定有機物分子中氫原子的類型和它們的相對數(shù)目。（2）讀圖：吸收峰數(shù)目＝氫原子種類，吸收峰面積比＝氫原子數(shù)之比。（3）示例：有機物C2H6O的核磁共振氫譜如圖，圖中三個峰的面積之比是1∶2∶3，則有3種處于不同化學環(huán)境的氫原子，個數(shù)比為1∶2∶3，其結構簡式為CH3CH2OH。4．X射線衍射（1）作用：可以獲得鍵長、鍵角等分子結構信息。（2）應用：將X射線衍射技術用于有機物（特別是復雜的生物大分子）晶體結構的測定，可以獲得更為直接而詳盡的結構信息。四、有機物分子式和結構簡式的確定1．有機物分子式的確定（1）常規(guī)確定方法（2）化學方程式法：利用有機反應中反應物、生成物之間“量”的關系求分子式的方法。①CxHy+（x+）O2xCO2+H2O（g）②CxHyOz+（x+－）O2xCO2+H2O（g）③CxHyOzNp+（x+QUOTE－QUOTE）O2xCO2+QUOTEH2O+QUOTEN2（3）“商余法”推斷烴的分子式（設烴的相對分子質量為M）QUOTEM12的余數(shù)為0或碳原子數(shù)大于或等于氫原子數(shù)時，將碳原子數(shù)依次減少一個，每減少一個碳原子即增加12個氫原子，直到飽和為止。2．有機物的不飽和度的確定（1）計算公式：①不含氮原子：Ω＝②含有氮原子：Ω＝（2）說明①N（C）表示碳原子數(shù)，N（H）表示氫原子數(shù)，N（N）表示氮原子數(shù)。②若有機化合物分子中含有鹵素原子，則將其視為氫原子。（3）常見官能團或原子團的不飽和度官能團或原子團不飽和度官能團或原子團不飽和度一個碳碳雙鍵1一個碳碳三鍵2一個羰基1一個苯環(huán)4一個脂環(huán)1一個氰基2一個硝基13．有機物分子結構的鑒定（1）分子結構確定步驟（2）有機物的不飽和度與分子結構的關系①Ω＝0，說明分子是飽和鏈狀結構；②Ω＝1，說明分子中有一個雙鍵或一個環(huán)；③Ω＝2，說明分子中有兩個雙鍵或一個三鍵，或一個雙鍵和一個環(huán)，或兩個環(huán)；④Ω≥4，說明分子中很有可能有苯環(huán)。（3）實驗方法確定有機化合物的官能團官能團種類試劑判斷依據(jù)碳碳雙鍵或碳碳三鍵溴的四氯化碳溶液橙紅色溶液褪色酸性KMnO4溶液紫色溶液褪色鹵素原子NaOH溶液（加熱）、稀硝酸、AgNO3溶液有沉淀產(chǎn)生，根據(jù)沉淀的顏色判斷鹵素的種類醇羥基鈉緩慢反應，有氫氣放出酚羥基FeCl3溶液顯色濃溴水有白色沉淀產(chǎn)生醛基銀氨溶液（水浴加熱）有銀鏡生成新制氫氧化銅懸濁液（加熱煮沸）有磚紅色沉淀產(chǎn)生羧基NaHCO3溶液有二氧化碳氣體放出1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)己烷中混有己烯，可使用溴水進行除雜，用分液的方法分離。()(2)紅外光譜與核磁共振氫譜可以用于確定有機物的官能團和相對分子質量。()(3)李比希元素分析儀不僅可以分析試樣中常見元素的含量，還可以測定試樣分子的空間結構。()(4)1－丁醇與乙醚互為同分異構體，則質譜圖相同。()(5)有機物核磁共振氫譜有兩個峰，且峰面積之比為3：1。()(6)已知某有機物燃燒生成的CO2和H2O的量，即可判斷該有機物的最簡式。()(7)有機物完全燃燒后僅生成CO2和H2O，則該有機物中一定含有C、H、O三種元素。()(8)燃燒是測定有機物分子結構的有效方法。()(9)的核磁共振氫譜中有6組峰。()(10)蒸餾分離液態(tài)有機物時，在蒸餾燒瓶中應加少量碎瓷片。()(11)乙醇是良好的有機溶劑，根據(jù)相似相溶原理用乙醇從水溶液中萃取有機物。()(12)用核磁共振氫譜不能區(qū)分HCOOCH3和HCOOCH2CH3。()(13)CH3COOCH2CH3與CH3CH2COOCH3互為同分異構體，H－NMR譜顯示兩者均有三種不同的氫原子且三種氫原子的比例相同，故不用H－NMR來鑒別。()(14)根據(jù)物質的沸點利用蒸餾法提純液態(tài)有機物時，沸點相差大于30℃為宜。()(15)有機物核磁共振氫譜中會出現(xiàn)三組峰，且峰面積之比為3：4：1。()(16)混合物經(jīng)萃取、分液后可獲得純凈物。()(17)質譜法可以測定有機物的摩爾質量，而紅外光譜和核磁共振氫譜圖可以確定有機物的官能團類型。()【答案】(1)(×)(2)(×)(3)(×)(4)(×)(5)(√)(6)(×)(7)(×)(8)(×)(9)(×)(10)(√)(11)(×)(12)(×)(13)(×)(14)(√)(15)(×)(16)(×)(17)(×)1．下列實驗中，所采取的分離或提純方法與對應原理都正確的是()選項實驗目的分離或提純方法原理A分離溶于水中的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大B除去乙醇中的乙酸加入CaO固體后蒸餾乙酸轉化為難揮發(fā)的乙酸鈣C除去甲烷中的乙烯通過酸性KMnO4溶液洗氣乙烯與酸性KMnO4溶液反應D分離汽油和四氯化碳分液四氯化碳和汽油的密度不同【答案】B【解析】乙醇與水互溶，不能用作萃取劑分離溶于水中的碘，A錯誤；乙酸與CaO反應，轉化為難揮發(fā)的乙酸鈣，再通過蒸餾即可提純乙醇，B正確；乙烯會被酸性KMnO4溶液氧化為CO2，使甲烷中混有新的雜質，C錯誤；汽油和四氯化碳互溶，無法用分液法分離二者，D錯誤。2．有機物M的核磁共振氫譜圖如圖，則M的結構簡式可能是()A．CH3OCH3 B．CH3CH2OHC．CH3CH2CH3 D．CH3COOCH2CH2CH3【答案】B【解析】有機物含有1種H，則核磁共振氫譜有1個峰，故A錯誤；含有3種H，核磁共振氫譜有3個峰，故B正確；含有2種H，核磁共振氫譜有2個峰，故C錯誤；含有4種H，核磁共振氫譜有4個峰，故D錯誤。知識點02有機合成一、碳骨架的構建1．碳鏈的增長（1）鹵代烴的取代反應①溴乙烷與氰化鈉在酸性條件下的反應：CH3CH2Br+NaCN→CH3CH2CN+NaBr，CH3CH2CNCH3CH2COOH。②溴乙烷與丙炔鈉的反應CH3CH2Br+NaC≡CCH3→CH3CH2C≡CCH3+NaBr（2）醛酮的加成反應①丙酮與HCN的反應②乙醛與HCN的反應CH3CHO+HCNCH3CH（OH）CN③羥醛縮合（以乙醛為例）CH3CHO+CH3CHOCH3CH（OH）CH2CHO④醛、酮與RMgX加成：+RMgX。2．碳鏈的縮短（1）與酸性KMnO4溶液的氧化反應①烯烴、炔烴的氧化反應CH3－CHCH3CH3COOH+CH3－－CH3②苯的同系物的氧化反應CH2CH3COOH（2）脫羧反應①無水醋酸鈉與氫氧化鈉的反應：CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3②2－甲基丙酸鈉與氫氧化鈉的反應：CH3－COONa+NaOHCH3CH2CH3↑+Na2CO3（3）某些有機物的水解反應①蛋白質的水解反應②糖類的水解反應③酯的水解反應（4）水解的裂化或裂解①異丁烷裂化：CH3－CH3CH4+CH3CH＝CH2②十八烷裂化：C18H38C8H18（辛烷）+C8H16（辛烯）二、官能團的引入和消除1．官能團的引入（1）碳碳雙鍵的引入①醇的消去：CH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O②鹵代烴的消去：CH3CH2Br+NaOHCH2＝CH2↑+NaBr+H2O③鄰二鹵代烴的消去：+ZnCH2＝CH2↑+ZnCl2④炔烴與H2的加成：CH≡CH+H2CH2＝CH2（2）鹵素原子的引入①與HX的加成：CH2＝CH2+HBrCH3CH2Br、CH≡CH+HBrCH2＝CHBr②與X2的加成：CH2＝CH2+X2、CH≡CH+X2③烷烴、芳香烴的取代反應：CH4+Cl2CH3Cl+HCl、+Br2Br+HBr④烯烴、羧酸的α－H取代CH3－CH＝CH2+Cl22－CH＝CH2+HClRCH2COOH+Cl2R－－COOH+HCl⑤醇與鹵代烴的取代：CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O（3）羥基的引入方式①烯烴與水加成：CH2＝CH2+H2OCH3CH2OH②醛、酮與H2加成：CH3CHO+H2CH3CH2OH③醛、酮與HCN加成：CH3－－H+HCNCH3－－CN④羥醛縮合：CH3－－H+H－CH2CHOCH3－－CH2－CHO⑤鹵代烴的水解：CH3－－CH3+NaOHCH3－－CH3+NaBr⑥酯的水解：CH3－－O－C2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH⑦酚鈉與酸反應：ONa+H2O+CO2OH+NaHCO3（4）羧基的引入方式①烯的氧化：RCH2CH＝CH2RCH2COOH+CO2↑②腈的水解：CH3CH2CNCH3CH2COOH③醛的氧化：2RCHO+O22RCOOH（5）羰基的引入方式①烯的氧化：CH2CH3CO2↑+CH3－－CH3②叔醇的催化氧化：2R－－R′+O22R－－R′+2H2O2．官能團的消除（1）通過加成反應消除或－C≡C－①CH2＝CH2+H2CH3CH3②CH3－C≡C－CH3+2H2CH3CH2CH2CH3（2）通過消去反應或氧化反應或酯化反應消除－OH①CH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O②2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O③CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O。（3）通過氧化反應或加成反應可消除－CHO①2CH3CHO+O22CH3COOH②CH3CHO+H2CH3CH2OH（4）通過消去反應或水解反應可消除鹵素原子①CH3CH2Br+NaOHCH2＝CH2↑+NaBr+H2O②CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBr（5）通過水解反應消除酯基①CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH②CH3COOCH2CH3+NaOHCH3CH2OH+CH3COONa3．成環(huán)與開環(huán)的反應（1）成環(huán)①羥基酸分子內(nèi)酯化（內(nèi)酯）+H2O②二元酸和二元醇分子間酯化成環(huán)+（環(huán)酯）+2H2O③雙烯合成反應+（2）開環(huán)①環(huán)酯的水解反應+2H2O+②某些環(huán)狀烯烴的氧化反應HOOC（CH2）4COOHCH3－－（CH2）4COOH三、官能團的轉化和保護1．典型的官能團的轉化關系2．官能團的保護有機合成時，往往在有機物分子中引入多個官能團，但有時在引入某一個官能團時容易對其他官能團造成破壞，導致不能實現(xiàn)目標化合物的合成。因此，在制備過程中要把分子中的某些官能團通過恰當?shù)姆椒ūＷo起來，在適當?shù)臅r候再將其轉變回來，從而達到有機合成的目的。（1）醇羥基的保護R－OHR－O－R′R″－O－R′R″－OH（2）酚羥基的保護因酚羥基易被氧化，所以在氧化其他基團前可以先使其與NaOH反應，把－OH變?yōu)椋璒Na將其保護起來，待氧化后再酸化將其轉變?yōu)椋璒H。（3）碳碳雙鍵的保護碳碳雙鍵也容易被氧化，在氧化其他基團前可以利用其與鹵素單質、鹵化氫等的加成反應將其保護起來，待氧化后再利用消去反應轉變?yōu)樘继茧p鍵。例如，已知烯烴中在某些強氧化劑的作用下易發(fā)生斷裂，因而在有機合成中有時需要對其進行保護，過程可簡單表示如下：①+Br2+Zn+ZnBr2②CH2＝CHRCH2Cl－CH2RCH2Cl－CH2R′CH2＝CHR′（4）氨基（－NH2）的保護例如，在對硝基甲苯合成對氨基苯甲酸的過程中應先把－CH3氧化成－COOH，再把－NO2還原為－NH2。防止當KMnO4氧化－CH3時，－NH2（具有還原性）也被氧化。（5）醛基的保護①醛基可被弱氧化劑氧化，為避免在反應過程中受到影響，對其保護和恢復過程為：Ⅰ．Ⅱ．R－CHO再如檢驗碳碳雙鍵時，當有機物中含有醛基、碳碳雙鍵等多種官能團時，可以先用弱氧化劑，如銀氨溶液、新制Cu（OH）2懸濁液等氧化醛基，再用溴水、酸性KMnO4溶液等對碳碳雙鍵進行檢驗。②醛與醇反應生成縮醛：+H2O生成的縮醛比較穩(wěn)定，與稀堿和氧化劑均難反應，但在稀酸中微熱，縮醛會水解為原來的醛。1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)有機合成應盡量選擇步驟最少的合成路線，符合低價、綠色、環(huán)保等要求。()(2)只有通過取代反應才能引入—OH。()(3)通過加成反應可以同時引入兩個鹵素原子。()(4)某酯C6H12O2經(jīng)水解后得到相同碳原子數(shù)的羧酸和醇，再把醇氧化得到丙酮()，則酯是C2H5COOCH(CH3)2。()(5)通過加成反應不能引入碳碳雙鍵官能團。()(6)酯基官能團只能通過酯化反應得到。()(7)由CH3CH3→CH3CH2Cl→CH2=CH2→CH3CH2OH的轉化過程中，經(jīng)過的反應類型是取代反應→消去反應→加成反應。()(8)用鹽析的方法分離提純蛋白質。()(9)加聚反應可以使有機物碳鏈增長，取代反應不能。()(10)CH2=CHCHO能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明分子中含有碳碳雙鍵。()(11)引入羥基只能通過取代反應實現(xiàn)。()(12)某有機物具有酸性，只可能含有羧基。()(13)某有機物可發(fā)生銀鏡反應，說明該有機物屬于醛類。()【答案】(1)(√)(2)(×)(3)(√)(4)(√)(5)(×)(6)(×)(7)(√)(8)(√)(9)(×)(10)(×)(11)(×)(12)(×)(13)(×)1．由石油裂解產(chǎn)物乙烯制取HOCH2COOH，需要經(jīng)歷的反應類型有()A．氧化——氧化——取代——水解B．加成——水解——氧化——氧化C．氧化——取代——氧化——水解D．水解——氧化——氧化——取代【答案】A【解析】由乙烯CH2=CH2合成HOCH2COOH的步驟：CH2=CH2→CH3CHO→CH3COOH→Cl—CH2COOH→HOCH2COOH。故反應類型：氧化——氧化——取代——水解。2．有機分析中，常用臭氧氧化分解來確定有機物中碳碳雙鍵的位置與數(shù)目。如：(CH3)2C=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(①O3),\s\do5(②Zn、H2O))(CH3)2C=O＋CH3CHO已知某有機物A經(jīng)臭氧氧化分解后發(fā)生以下一系列的變化：從B合成E通常經(jīng)過多步反應，其中最佳次序是()A．水解、酸化、氧化 B．氧化、水解、酸化C．水解、酸化、還原 D．氧化、水解、酯化【答案】B【解析】本題考查有機合成最佳路線的分析和選擇能力，體現(xiàn)科學探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。知識點03有機合成路線的設計及應用一、有機合成路線的設計與實施1．有機合成路線確定的要素（1）基礎：在掌握碳骨架構建和官能團轉化基本方法的基礎上。（2）設計與操作：進行合理的設計與選擇，確定合成路線，以較低的成本和較高的產(chǎn)率，通過簡便而對環(huán)境友好的操作得到目標產(chǎn)物。2．有機合成的過程3．有機合成路線設計應遵循的四個原則（1）符合綠色化學思想。①有機合成中的原子經(jīng)濟性；②原料的綠色化；③試劑與催化劑的無公害性。（2）原料價廉，原理正確。（3）路線簡捷，便于操作，條件適宜，安全可靠。（4）易于分離，產(chǎn)率高。4．有機合成的發(fā)展（1）有機合成的技術和效率不斷提高的影響因素①新的有機反應；②新試劑的不斷發(fā)現(xiàn)；③有機合成理論的發(fā)展（2）發(fā)展過程時間發(fā)展過程20世紀初維爾施泰特通過十余步反應合成顛茄酮，總產(chǎn)率僅有0．75%十幾年后，羅賓遜改進了合成思路，僅用3步反應便完成合成，總產(chǎn)率達90%20世紀中后期伍德沃德與多位化學家合作，成功合成了一系列結構復雜的天然產(chǎn)物，促進了有機合成技術和有機反應理論的發(fā)展科里提出了系統(tǒng)化的逆合成概念，開始利用計算機來輔助設計合成路線，讓合成路線的設計逐步成為有嚴密思維邏輯的科學過程，使有機合成進入了新的發(fā)展階段。（3）有機合成發(fā)展的作用①使人們能通過人工手段合成原本只能從生物體內(nèi)分離、提取的天然產(chǎn)物。②使人們可以根據(jù)實際需要設計合成具有特定結構和性能的新物質。③為化學、生物、醫(yī)學、材料等領域的研究和相關工業(yè)生產(chǎn)提供了堅定的物質基礎。④有力地促進了人類健康水平提高和社會發(fā)展進步。二、有機合成的分析方法1．正合成法此法是采用正向思維方法，從已知原料入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向待合成有機物，其思維程序是原料中間產(chǎn)物產(chǎn)品。2．逆合成法此法是采用逆向思維方法，從產(chǎn)品的組成、結構、性質入手，找出合成所需要的直接或間接的中間產(chǎn)物，逐步推向已知原料，其思維程序是產(chǎn)品中間產(chǎn)物原料。3．綜合比較法此法是采用綜合思維的方法，將正向或逆向推導出的幾種合成途徑進行比較，從而得到最佳的合成路線。其思維程序是原料中間產(chǎn)物目標產(chǎn)物。二、常見的有機合成路線1．烴、鹵代烴、烴的含氧衍生物之間的轉化關系烴R－H鹵代烴R－X醇類R－OH醛類R－CHO羧酸R－COOH酯類RCOOR′2．一元合成路線R－CH＝CH2鹵代烴一元醇一元醛一元羧酸酯3．二元合成路線CH2＝CH2CH2X－CH2X二元醇二元醛二元羧酸鏈酯、環(huán)酯、聚酯4．芳香族化合物合成路線（1）（2）1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)有機合成應盡量選擇步驟最少的合成路線，符合低價、綠色、環(huán)保等要求。()(2)有機物間存在下列轉化關系：其中a是烴類，其余是烴的衍生物，若a的相對分子質量是42，則d是乙醛。()(3)有機合成的思路就是通過有機反應構建目標化合物的分子碳架，并引入或轉化成所需的官能團。()(4)逆合成分析法可以簡單表示為目標化合物→中間體Ⅱ→中間體Ⅰ→基礎原料。()(5)為減少污染，有機合成不能使用輔助原料，不能有副產(chǎn)物。(×)【答案】(1)(√)(2)(×)(3)(√)(4)(√)(5)(×)1．根據(jù)某有機合成的片段：寫出以C2H5OH為原料合成乳酸()的路線(其他試劑任選)。____________________________________________________________