2023屆新高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)(多選)魯科版第九章第6課時　合成高分子化合物與有機合成學(xué)案

第6課時合成高分子化合物與有機合成1.能對單體和高分子進行相互推斷,能分析高分子的合成路線,能寫出典型的加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的化學(xué)方程式。2.能舉例說明塑料、合成橡膠、合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點,能列舉重要的合成高分子化合物,說明它們在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。3.能綜合應(yīng)用有關(guān)知識完成推斷有機化合物、檢驗官能團、設(shè)計有機合成路線等任務(wù)。4.能參與材料選擇與使用、垃圾處理等社會性議題的討論,并作出有科學(xué)依據(jù)的判斷、評價和決策。合成有機高分子1.基本概念(1)單體:能夠進行聚合反應(yīng)形成高分子化合物的低分子化合物。(2)鏈節(jié):高分子化合物中化學(xué)組成相同、可重復(fù)的最小單位。(3)聚合度:由一種單體合成的高分子鏈中含有鏈節(jié)的數(shù)目。如:(4)常見高分子化合物的結(jié)構(gòu)簡式和單體名稱單體結(jié)構(gòu)簡式滌綸HOCH2CH2OH腈綸CH2CH—CN聚丙烯腈順丁橡膠CH2CH—CHCH2丁苯橡膠(SBR)CH2CH—CHCH2氯丁橡膠2.高分子化合物的分類及性質(zhì)特點(1)分類高分子化合物其中,塑料、合成纖維、合成橡膠又被稱為“三大合成材料”。(1)高分子化合物都屬于混合物。(2)碳纖維不屬于有機高分子材料。(3)天然橡膠含有,易發(fā)生加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)(老化)。強氧化劑、鹵素單質(zhì)、有機溶劑等都易腐蝕橡膠。(2)高分子化合物的基本性質(zhì)項目溶解性熱塑性和熱固性強度電絕緣性線型結(jié)構(gòu)高分子能溶于適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑熱塑性一般比較大電絕緣性良好(個別除外,如聚乙炔)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子不溶于有機溶劑,只有一定程度的溶脹熱固性3.合成高分子化合物的兩個基本反應(yīng)(1)加聚反應(yīng):由含有不飽和鍵的化合物分子以加成反應(yīng)形式結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)。特征:①單體往往是帶有雙鍵或三鍵的不飽和有機物(如乙烯、氯乙烯、甲基丙烯酸、異戊二烯等)。②高分子鏈節(jié)與單體的化學(xué)組成相同。③生成物只有高分子化合物,一般形成線型結(jié)構(gòu)。(2)縮聚反應(yīng):單體分子間縮合脫去小分子(如H2O、HX等)生成高分子化合物的反應(yīng)。特征:①單體不一定含有不飽和鍵,但必須含有兩個或兩個以上的反應(yīng)基團(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)。②縮聚反應(yīng)不僅生成高聚物,而且還生成小分子。③所得高分子化合物的組成跟單體的化學(xué)組成不同。4.加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng)化學(xué)方程式的書寫方法反應(yīng)類別單體特征寫法及示例單體的判斷方法加聚反應(yīng)單烯(炔)烴型斷開雙鍵,鍵分兩端,添上方括號,右下寫nnCH2CH2CH2—CH2二烯烴型單變雙,雙變單,破兩頭,移中間,添上方括號,右下寫n兩種或兩種以上單體聚合雙鍵打開,中間相連,添上方括號,右下寫n+nCH2CH2縮聚反應(yīng)—OH與—COOH間的縮聚—NH2與—COOH間的縮聚nH2NCH2COOH++(2n-1)H2O酚醛縮聚nHCHO+n[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)丙烯和聚丙烯都能使溴的四氯化碳溶液褪色。()(2)加聚反應(yīng)的原子利用率為100%。()(3)聚合度就是鏈節(jié)的個數(shù)。()(4)加聚反應(yīng)單體有一種,而縮聚反應(yīng)的單體應(yīng)該有兩種。()(5)酚醛樹脂的制取實驗可以用濃氨水或濃鹽酸作催化劑,可以用熱水洗滌制取過酚醛樹脂的試管。()解析:(1)聚丙烯分子中沒有不飽和鍵,不能與溴發(fā)生加成反應(yīng)。(3)有多個單體聚合形成的高分子化合物的聚合度等于n×單體數(shù)。(4)加聚反應(yīng)可以有多種單體,縮聚反應(yīng)的單體可以是有兩種官能團的一種物質(zhì)。(5)酚醛樹脂難溶于水。答案:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.做一做按要求完成下列化學(xué)方程式并指出反應(yīng)類型。(1)由苯乙烯合成聚苯乙烯:

,反應(yīng)。

(2)由對苯二甲酸與乙二醇合成滌綸:

,反應(yīng)。

(3)由2-氯-1,3-丁二烯合成氯丁橡膠:

,反應(yīng)。

答案:(1)加聚(2)+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O縮聚(3)加聚合成有機高分子化合物的成分及性能1.(2021·山東濰坊二模)高分子材料在疫情防控和新冠肺炎治療中起到了重要的作用。下列說法正確的是(B)A.聚乙烯是生產(chǎn)隔離衣的主要材料,能使酸性高錳酸鉀溶液褪色B.聚丙烯酸樹脂是3D打印護目鏡鏡框材料的成分之一,可以與NaOH溶液反應(yīng)C.天然橡膠是制作醫(yī)用無菌橡膠手套的原料,它是異戊二烯發(fā)生縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物D.聚乙二醇可用于制備治療新冠肺炎的藥物,聚乙二醇的結(jié)構(gòu)簡式為O—CH2—CH2—O解析:乙烯通過加聚反應(yīng)生成聚乙烯,聚乙烯中不含碳碳雙鍵,不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,A錯誤;丙烯酸的結(jié)構(gòu)簡式為CH2CHCOOH,通過加聚反應(yīng)生成聚丙烯酸樹脂,該聚合物中含有羧基,具有酸性,可與氫氧化鈉溶液發(fā)生中和反應(yīng),B正確;天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯,由異戊二烯通過加聚反應(yīng)生成,C錯誤;乙二醇分子中含有兩個羥基,可發(fā)生縮聚反應(yīng)生成聚乙二醇,該聚合物的結(jié)構(gòu)簡式為HOCH2—CH2—OH,D錯誤。2.聚乳酸(PLA)是以有機酸乳酸為原料生產(chǎn)的新型聚酯材料,性能勝于現(xiàn)有的塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料,是新世紀非常有發(fā)展前途的新型包裝材料。聚乳酸可以玉米為原料發(fā)酵生產(chǎn),利用聚乳酸制成生物降解性發(fā)泡材料。該材料的強度、壓縮應(yīng)力、緩沖性、耐藥性等與聚苯乙烯塑料相同,經(jīng)焚燒后不污染環(huán)境,還可肥田。下列說法不正確的是(C)A.聚乳酸使用后能被自然界中微生物完全降解,最終生成二氧化碳和水,不污染環(huán)境B.聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法,加工方便,應(yīng)用十分廣泛C.聚乳酸(PLA)是一種對環(huán)境友好的天然高分子聚酯材料D.聚乳酸是以淀粉發(fā)酵(或化學(xué)合成)得到的乳酸為基本原料制備的一種聚酯材料解析:聚乳酸(PLA)經(jīng)焚燒后不污染環(huán)境,是一種對環(huán)境友好的合成高分子聚酯材料,故C錯誤。兩類聚合反應(yīng)的分析判斷3.(2021·山東濱州三模)維綸(聚乙烯醇縮甲醛纖維)可用于生產(chǎn)服裝、繩索等。其合成路線如下:甲乙聚乙烯醇縮甲醛纖維下列說法不正確的是(D)A.反應(yīng)①是加聚反應(yīng)B.高分子甲的鏈節(jié)中只含有一種官能團C.通過質(zhì)譜法測定高分子乙的平均相對分子質(zhì)量,可得其聚合度D.反應(yīng)③的化學(xué)方程式為+nHCHO+(2n-1)H2O解析:的結(jié)構(gòu)中含有碳碳雙鍵,因此能發(fā)生加聚反應(yīng)生成甲,甲的結(jié)構(gòu)為,A項正確;由甲的結(jié)構(gòu)可知,甲的鏈節(jié)中只含有酯基一種官能團,B項正確;由題圖可知,甲在發(fā)生水解反應(yīng)后生成乙,那么乙的結(jié)構(gòu)為,對于聚合物,其平均相對分子質(zhì)量=鏈節(jié)的相對分子質(zhì)量×聚合度,C項正確;由題圖可知,維綸的結(jié)構(gòu)為,維綸是由聚乙烯醇和甲醛縮聚而來,聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)為,因此,每生成一個維綸的鏈節(jié)需要2分子聚乙烯醇的鏈節(jié)和1分子甲醛發(fā)生縮合,脫去1分子水,所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為+nHCHO+nH2O,D項不正確。4.(2022·廣東廣州檢測)合成高分子化合物提高了人類的生活質(zhì)量,下列說法正確的是(D)A.酚醛樹脂是酚類物質(zhì)和醛類物質(zhì)加聚而成的高分子化合物B.制作航天服的聚酯纖維屬于新型無機非金屬材料C.包裝食品的塑料袋的成分為聚氯乙烯D.天然橡膠和杜仲膠()的單體是同種物質(zhì)解析:酚醛樹脂是酚類物質(zhì)和醛類物質(zhì)縮聚而成的高分子化合物,故A錯誤;制作航天服的聚酯纖維屬于新型有機非金屬材料,故B錯誤;包裝食品的塑料袋的成分為聚乙烯,故C錯誤;天然橡膠和杜仲膠()互為順反異構(gòu),兩者的單體均為2甲基1,3丁二烯,故D正確。有機合成的思路與方法1.有機合成的概念:有機合成是使用相對簡單易得的原料,通過有機化學(xué)反應(yīng)來構(gòu)建碳骨架和引入官能團,由此合成出具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的目標分子。2.有機合成過程3.有機合成的原則:合成步驟較少,副反應(yīng)少,反應(yīng)產(chǎn)率高;原料、溶劑和催化劑盡可能價廉易得、低毒。4.有機合成中碳骨架的構(gòu)建(1)碳鏈增長的反應(yīng)①加聚反應(yīng)。②縮聚反應(yīng)。③酯化反應(yīng)。④利用題目信息所給反應(yīng)a.醛、酮與HCN加成:+H—CN。b.醛、酮與RMgX加成:+RMgX。c.醛、酮的羥醛縮合(其中至少一種有α-H):+。d.苯環(huán)上的烷基化反應(yīng):+R—Cl+HCl。e.鹵代烴與活潑金屬作用:2CH3Cl+2NaCH3—CH3+2NaCl。(2)碳鏈減短的反應(yīng)①烷烴的裂化反應(yīng)。②酯類、糖類、蛋白質(zhì)等的水解反應(yīng)。③烯烴、炔烴的氧化反應(yīng)。④羧酸鹽的脫羧反應(yīng)等。(3)由鏈成環(huán)①二元醇成環(huán),如HOCH2CH2OH②羥基酸酯化成環(huán),如+H2O。③氨基酸成環(huán),如H2NCH2CH2COOH+H2O。④二元羧酸成環(huán),如HOOCCH2CH2COOH+H2O。⑤利用題目所給信息成環(huán),如常給信息二烯烴與單烯烴的聚合成環(huán):+。5.有機合成中官能團的引入和轉(zhuǎn)化(1)官能團的引入引入官能團引入方法鹵素原子①烴、酚的取代;②不飽和烴與HX、X2的加成;③醇與氫鹵酸(HX)反應(yīng)羥基①烯烴與水加成;②醛酮與氫氣加成;③鹵代烴在堿性條件下水解;④酯的水解碳碳雙鍵①某些醇或鹵代烴的消去;②炔烴不完全加成;③烷烴裂化碳氧雙鍵①醇的催化氧化;②連在同一個碳上的兩個羥基脫水;③含碳碳三鍵的物質(zhì)與水加成羧基①醛基氧化;②酯、肽、蛋白質(zhì)、羧酸鹽的水解(2)官能團的消除①通過加成反應(yīng)可以消除不飽和鍵(雙鍵、三鍵、苯環(huán))。②通過消去、氧化或酯化反應(yīng)等消除羥基(—OH)。③通過加成或氧化反應(yīng)等消除醛基(—CHO)。④通過水解反應(yīng)消除酯基、肽鍵、鹵素原子。(3)官能團的改變①利用官能團的衍生關(guān)系進行衍變,如R—CH2OHR—CHOR—COOH。②通過某種化學(xué)途徑使一個官能團變?yōu)閮蓚€,如CH3CH2OHCH2CH2CH2ClCH2ClHOCH2CH2OH。③通過某種手段改變官能團的位置,如CH3CHCH2(4)官能團的保護①酚羥基的保護:因為酚羥基易被氧化,所以在氧化其他基團前可以先與NaOH反應(yīng),把—OH變?yōu)椤狾Na保護起來,待氧化后再酸化將其轉(zhuǎn)變?yōu)椤狾H。②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HCl等的加成反應(yīng)將其保護起來,待氧化后再利用消去反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘继茧p鍵。③氨基(—NH2)的保護:如在對硝基甲苯合成對氨基苯甲酸的過程中應(yīng)先把—CH3氧化成—COOH之后,再把—NO2還原為—NH2,防止當(dāng)KMnO4氧化—CH3時,—NH2(具有還原性)也被氧化。6.有機合成題的解題思路(1)整體思路(2)有機合成中官能團的常見轉(zhuǎn)化關(guān)系[理解辨析]做一做完成下列各步轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式,并指出反應(yīng)類型。①;。

②;。

③;。

④;。

⑤;。

⑥;。

⑦;。

答案:①CH2CH2+H2OCH3CH2OH加成反應(yīng)②2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O氧化反應(yīng)③2CH3CHO+O22CH3COOH氧化反應(yīng)④2CH3COOH++2H2O取代反應(yīng)(或酯化反應(yīng))⑤CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O酯化反應(yīng)(或取代反應(yīng))⑥CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH取代反應(yīng)(或水解反應(yīng))⑦nCH2CH2CH2—CH2加聚反應(yīng)有機合成路線的分析、推斷1.(2021·山東日照一模)Pyribencarb(物質(zhì)G)是一種廣譜殺菌劑,對灰霉病和菌核病有特效,對作物不僅具有保護作用還有治療作用。其合成路線如圖:已知:Ⅰ.R—NH2+R′—COOHR—NH—COR′R—NH2Ⅱ.R—NH2+XCOOR′R—NH—COOR′R—NH2Ⅲ.+NH2OH(R表示含苯環(huán)的原子團,R′表示含碳原子團或氫原子,X表示鹵素原子)回答下列問題:(1)A轉(zhuǎn)化為B的目的是,B生成C的化學(xué)方程式為。

(2)D中非含氧官能團的名稱為,E的結(jié)構(gòu)簡式為,F生成G的反應(yīng)類型為。

解析:由已知信息Ⅰ可知,B應(yīng)為,D為,由已知信息Ⅱ可知E為,E發(fā)生類似已知信息Ⅲ的反應(yīng)生成F,F的結(jié)構(gòu)簡式為。(1)A轉(zhuǎn)化為B再發(fā)生類似已知信息Ⅰ的反應(yīng)又重新得到—NH2,目的是保護氨基;B生成C的化學(xué)方程式為++CH3COOH。(2)D為,其中非含氧官能團的名稱為氯原子、氨基;E的結(jié)構(gòu)簡式為;F生成G的反應(yīng)類型為取代反應(yīng)。答案:(1)保護氨基++CH3COOH(2)氯原子、氨基取代反應(yīng)2.(2021·四川德陽三模)芳香化合物A(C9H12O)常用于藥物及香料的合成,A有如圖轉(zhuǎn)化關(guān)系:已知:①A中含兩個甲基;②+CO2;③RCOCH3+R′CHORCOCHCHR′+H2O。回答下列問題:(1)A的核磁共振氫譜有個吸收峰。

(2)由D生成E的反應(yīng)條件為,K中所含官能團的名稱為,L的結(jié)構(gòu)簡式為。(3)由H生成I的化學(xué)方程式為

。

(4)在“轉(zhuǎn)化關(guān)系”中,下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于取代反應(yīng)的是(填字母)。

a.B→D b.D→Ec.E→F d.F→H解析:A的分子式為C9H12O,不飽和度為4,從F以及K的結(jié)構(gòu)簡式可知,A分子中有苯環(huán)。A生成B,B發(fā)生已知②中的反應(yīng)生成C,C再發(fā)生已知③中的反應(yīng)生成K,從K的結(jié)構(gòu)可知,C為,L為。A有9個碳原子,C有8個碳原子,所以B的結(jié)構(gòu)簡式為,A中有兩個甲基,則A為。B和溴發(fā)生加成反應(yīng)生成D,D為,根據(jù)F的部分結(jié)構(gòu)以及F能發(fā)生銀鏡反應(yīng)可知,F為,則D發(fā)生水解反應(yīng)得到E,E為,F發(fā)生銀鏡反應(yīng),然后再酸化得到H,H為,H可以發(fā)生縮聚反應(yīng)得到I。(1)由以上分析可知,A為,A中有5種不同化學(xué)環(huán)境的H,則A的核磁共振氫譜有5個吸收峰。(2)由D生成E是鹵代烴的水解反應(yīng),反應(yīng)條件為NaOH水溶液、加熱;根據(jù)K的結(jié)構(gòu)簡式可知,K中所含官能團的名稱為酮羰基、碳碳雙鍵;L的結(jié)構(gòu)簡式為。(3)H分子中含有羧基和羥基,可以發(fā)生縮聚反應(yīng),化學(xué)方程式為n(4)B→D是不飽和碳原子和溴的加成反應(yīng);D→E是鹵代烴的水解反應(yīng),也是取代反應(yīng);E→F是醇的催化氧化反應(yīng);F→H是醛的氧化反應(yīng),屬于取代反應(yīng)的只有b。答案:(1)5(2)NaOH水溶液、加熱酮羰基、碳碳雙鍵(3)n(4)b有機合成路線的設(shè)計3.(2021·湖南長沙一模節(jié)選)已知:+‖;請設(shè)計由和乙烯(CH2CH2)為起始原料,制備的合成路線:

(無機試劑任選)。

解析:在濃硫酸作用下發(fā)生消去反應(yīng)得到,與溴發(fā)生加成反應(yīng)得到,在氫氧化鈉、乙醇作用下發(fā)生消去反應(yīng)生成,和乙烯發(fā)生加成反應(yīng)得到。答案:4.(2021·河北石家莊二模節(jié)選)已知:R—CHO,R′—CNR′COOH。請寫出以為有機原料制備化合物的合成路線流程圖(無機試劑任選):

。

解析:在NaCN/NH4Cl條件下反應(yīng)生成,然后在酸性條件下得到,最后在濃硫酸、加熱的條件下發(fā)生酯化反應(yīng)得到。答案:5.(2021·山東青島模擬)有機化合物I是一種重要的有機合成中間體,合成路線如圖:已知:①+②+回答下列問題:(1)A的名稱為,H的結(jié)構(gòu)簡式為。

(2)寫出D→E的化學(xué)方程式:,F→G過程中涉及的反應(yīng)類型有。

(3)設(shè)計由CH3CHOHCH3為原料制備的合成路線(無機試劑任選):

。解析:(1)A為,名稱為1,3丁二醇,H的結(jié)構(gòu)簡式為。(2)D→E是與氫氧化鈉反應(yīng)生成、和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為+2NaOH++H2O,F→G是轉(zhuǎn)化為,過程中涉及的反應(yīng)類型有加成反應(yīng)形成環(huán)、消去反應(yīng)脫去1個水分子形成碳碳雙鍵。(3)CH3CHOHCH3催化氧化生成丙酮,丙酮發(fā)生類似已知信息①的反應(yīng)生成;CH3CHOHCH3在濃硫酸中發(fā)生消去反應(yīng)生成丙烯,丙烯與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)生成CH2CHCH2Cl,與CH2CHCH2Cl發(fā)生類似已知信息②的反應(yīng)生成。答案:(1)1,3-丁二醇(2)+2NaOH++H2O加成反應(yīng)、消去反應(yīng)(3)有機推斷的解題思路(對應(yīng)學(xué)生用書第255～256頁)1.(2021·山東卷,19節(jié)選)一種利膽藥物F的合成路線如圖:已知:Ⅰ.+Ⅱ.回答下列問題:(1)A的結(jié)構(gòu)簡式為;E中含氧官能團共種。

(2)已知:,綜合上述信息,寫出由和制備的合成路線:

。解析:由信息Ⅱ反應(yīng)以及F的結(jié)構(gòu)簡式和E的分子式可知E的結(jié)構(gòu)簡式為,D發(fā)生信息Ⅰ反應(yīng)得到E,則D的結(jié)構(gòu)簡式為,C與CH3OH發(fā)生反應(yīng)生成D,C相較于D少1個碳原子,說明C→D是酯化反應(yīng),因此C的結(jié)構(gòu)簡式為,B→C碳鏈不變,而A→B碳鏈增長,且增長的碳原子數(shù)等于中碳原子數(shù),同時B→C的反應(yīng)條件為NaClO2、H+,NaClO2具有氧化性,因此B→C為氧化反應(yīng),A→B為取代反應(yīng),C8H8O3的不飽和度為5,說明苯環(huán)上的取代基中含有不飽和鍵,因此A的結(jié)構(gòu)簡式為,B的結(jié)構(gòu)簡式為。(1)由上述分析可知,A的結(jié)構(gòu)簡式為,E的結(jié)構(gòu)簡式為,其中的含氧官能團為醚鍵、酚羥基、酯基,共3種。(2)由和制備過程需要增長碳鏈,可利用題干中A→B的反應(yīng)實現(xiàn),然后利用信息Ⅰ反應(yīng)得到目標產(chǎn)物,目標產(chǎn)物中碳碳雙鍵位于端基碳原子上,因此需要與HBr在-80℃下發(fā)生加成反應(yīng)生成,和反應(yīng)生成,根據(jù)信息Ⅰ反應(yīng)生成。答案:(1)3(2)2.(2020·山東卷,19節(jié)選)化合物F是合成吲哚-2-酮類藥物的一種中間體,其合成路線如下:AB()CDEF(C10H9NO2)已知:Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ar—X+Ar為芳基;X=Cl,Br;Z或Z′=COR,CONHR,COOR等?；卮鹣铝袉栴}:(1)C→D的反應(yīng)類型為;E中含氧官能團的名稱為。(2)C的結(jié)構(gòu)簡式為,F的結(jié)構(gòu)簡式為。

(3)Br2和的反應(yīng)與Br2和苯酚的反應(yīng)類似,以和為原料合成,寫出能獲得更多目標產(chǎn)物的較優(yōu)合成路線:

(其他試劑任選)。

解析:(1)在堿性、加熱條件下水解,再酸化可得C,C的結(jié)構(gòu)簡式是,由題給已知信息Ⅱ可知C生成D發(fā)生的是羧基結(jié)構(gòu)中的—OH被Cl取代的反應(yīng),則D為,E為,E的含氧官能團是羰基、酰胺基。(2)由上