高中化学第3讲 烃的含氧衍生物(教案)

第3课时必备知识——烃的含氧衍生物

[基本概念]①醇和酚；②醛和酮；③羧酸和酯；④酯化反应；⑤氧化反应和还原反应；

⑥显色反应

[基本规律]①醇类的催化氧化反应规律；②醇类的消去反应规律；③酯化反应的类型及规律；④烃的衍生物之间的转化及规律

知识点1醇和酚的结构与性质

一、醇的结构与性质

1．醇的概念

醇是羟基(—OH)与烃基或苯环侧链上的碳原子相连构成的化合物，饱和一元醇分子的通式为C n H2n＋1OH或R—OH。

2．醇的分类

3．醇的物理性质

物理性质递变规律

密度一元脂肪醇的密度一般小于1 g·cm－3

沸点①直链饱和一元醇的沸点随着分子中碳原子数的递增而升高

②醇分子间存在氢键，所以相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点远高于烷烃

水溶性低级脂肪醇易溶于水，饱和一元醇的溶解度随着分子中碳原子数的递增而逐渐减小

4.醇的化学性质

由断键方式理解醇的化学性质(以乙醇为例)，乙醇分子中可能发生反应的部位如下，填写表格内容：

条件断键位置反应类型化学方程式

Na ①置换

反应

2CH3CH2OH＋2Na―→

2CH3CH2ONa＋H2↑

HBr，△②取代

反应

CH3CH2OH＋HBr―→

CH3CH2Br＋H2O

O2(Cu)，△①③氧化

反应

2CH3CH2OH＋O2

――→

Cu

△2CH3CHO＋2H2O

浓硫酸，170 ℃②④消去

反应

CH3CH2OH――→

浓硫酸

170 ℃CH2

===CH2↑＋H2O

浓硫酸，140 ℃①或②取代

反应

2CH3CH2OH――→

浓硫酸

140 ℃

C2H5OC2H5＋H2O

CH3COOH/ (浓硫酸) ①

酯化

反应

CH3CH2OH＋CH3COOH

浓H2SO4

△

CH3COOC2H5＋H2O

2．苯酚的物理性质

3．苯酚的化学性质

由于苯环对羟基的影响，使酚羟基比醇羟基活泼；由于羟基对苯环的影响，使苯酚中羟基邻、对位的氢比苯中的氢活泼而易取代。

[通关2] (2020·湖南长郡中学检测)咖啡中的咖啡酸具有抗氧化、抗炎、抗粥样硬化等多种有益作用。其球棍模型如下图所示，下列关于咖啡酸的说法正确的是()

A．分子式为C9H10O4

B．分子中至多有6个碳原子共平面

C．1 mol咖啡酸与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2

D．1 mol咖啡酸最多能够与5 mol H2发生加成反应

C[由咖啡酸的球棍模型可知，其分子式为C9H8O4，A项错误；分子中含有苯环和碳碳双键，二者均是平面结构，若两个平面重合，所有碳原子均共平面，共9个碳原子，B 项错误；咖啡酸分子中含有—COOH，则1 mol咖啡酸与足量NaHCO3反应生成1 mol CO2，C项正确；苯环和碳碳双键能与H2发生加成反应，故1 mol咖啡酸最多能够与4 mol H2发生加成反应，D项错误。]

[通关3] (2021·山东淄博检测)柠檬酸是无色晶体，无臭，味极酸，分子结构如图所示。广泛用于食品业、化妆业等，其钙盐在冷水中比在热水中易溶解。下列有关柠檬酸的说法

正确的是()

A．易溶于水，其分子式为C6H6O7

B．1 mol 该物质与足量的钠反应最多生成4 mol H2

C．该物质可以发生取代反应生成环状化合物

D．1 mol 该物质与足量NaHCO3反应最多生成4 mol CO2

C[由柠檬酸的分子结构可知，其分子式为C6H8O7，A错误；—COOH和—OH都能与金属钠反应产生H2，故1 mol 该物质与足量钠反应最多生成2 mol H2，B错误；该物质含有—COOH和—OH，可发生分子内酯化反应，生成环状化合物，C正确；—COOH能与NaHCO3反应生成CO2，—OH则不能，故1 mol 该物质与足量NaHCO3反应最多生成3 mol CO2，D错误。]

醇和酚的官能团及化学性质

官能团主要化学性质

醇—OH ①跟活泼金属Na等反应产生H2；②消去反应，分子内脱水生成烯烃；③催化氧化；④与羧酸及无机含氧酸发生酯化反应

酚—OH ①弱酸性；②遇浓溴水生成白色沉淀(定性检验，定量测定)；③遇FeCl3溶液呈紫色(定性检验)

知识点2醛、酮的结构与性质

一、醛的结构与性质

1．醛的概念

醛是由烃基(或氢原子)与醛基相连而构成的化合物，可表示为R—CHO，官能团为—CHO。饱和一元醛的通式为C n H2n O(n≥1)。

2．两种醛的物理性质

物质颜色状态气味溶解性甲醛(HCHO) 无色气体刺激性气味易溶于水

乙醛 (CH 3CHO)

无色

液体

刺激性气味

与H 2O 、

C 2H 5OH 互溶

3.醛的化学性质(以乙醛为例)

醛类物质既具有氧化性又具有还原性，其氧化、还原关系为醇氧化

还原

醛――→氧化 羧酸

(1)氧化反应

①银镜反应：CH 3CHO ＋2Ag(NH 3)2OH ――→△

CH 3COONH 4＋2Ag ↓＋3NH 3＋H 2O ； ②与新制Cu(OH)2悬浊液的反应：CH 3CHO ＋2Cu(OH)2＋NaOH ――→△ CH 3COONa ＋Cu 2O ↓＋3H 2O ；

4．醛在生产、生活中的作用和对环境、健康产生的影响

(1)醛是重要的化工原料，广泛应用于合成纤维、医药、染料等行业。

(2)35%～40%的甲醛水溶液俗称福尔马林；具有杀菌(用于种子杀菌)和防腐性能(用于浸制生物标本)。

(3)劣质的装饰材料中挥发出的甲醛是室内主要污染物之一。 二、酮的结构与性质

C[该物质中分子中含有碳碳双键和醛基，可被酸性高锰酸钾溶液氧化，MnO—4被还原为Mn2＋而褪色，A项正确；含有醛基，可发生银镜反应，B项正确；该物质分子中的苯环、碳碳双键和醛基均能与氢气发生加成反应，则1 mol该有机物能与5 mol H2发生加成反应，C项错误；该分子中的苯环、碳碳双键和醛基均是平面形结构，通过两个碳碳单键相连，由于单键可以旋转，故所有原子可能共平面，D项正确。]

D[由香茅醛的结构简式推知，其化学式为C10H18O，A正确；含有醛基，能发生银镜反应，B正确；含有碳碳双键、醛基，均能与酸性KMnO4溶液、溴水反应，故能使这两种溶液褪色，C正确；香茅醛分子中有8种不同化学环境的氢原子，D错误。] [通关4] (2021四川省双流中学质检)萜类化合物广泛存在于动植物体内，关于下列萜类化合物的说法正确的是()

A．a和b都属于芳香烃

B．a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上

C．在一定条件a、b和c均能与氢气发生加成反应

D. b和c均能与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀

C[b分子除含碳、氢外，还含有氧，故不属于芳香烃，A错误；a和c分子均含多个饱和碳原子，故所有碳原子不能处于同一平面上，B错误；a含碳碳双键，b含苯环，c含醛基，故在一定条件下都能与H2发生加成反应，C正确；c含醛基，在加热条件下，能与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀，b只含羟基，不能与新制Cu(OH)2悬浊液反应，D错误。]

[通关5] (深度思考)某有机物的结构简式为(CH3)2C===CHCH2CH2CHO，通过实验方法检验其中的官能团。

(1)实验操作中，应先检验哪种官能团？____________，原因是____________________。

(2)检验分子中醛基的方法是____________，化学方程式为_________________。

(3)检验分子中碳碳双键的方法是__________________。

答案(1)醛基检验碳碳双键要使用溴水或KMnO4酸性溶液，而醛基也能使溴水或KMnO4酸性溶液褪色

(2)在洁净的试管中加入少量试样和银氨溶液后，水浴加热有银镜生成或在洁净的试管中加入少量试样和新制氢氧化铜悬浊液，加热煮沸，有红色沉淀生成

(CH 3)2C===CHCH 2CH 2CHO ＋2Ag(NH 3)2OH ――→△

2Ag ↓＋3NH 3＋

(CH 3)2C===CHCH 2CH 2COONH 4＋H 2O 或(CH 3)2C===CHCH 2CH 2CHO ＋2Cu(OH)2＋NaOH ――→△ (CH 3)2C===CHCH 2CH 2COONa ＋Cu 2O ↓＋3H 2O

(3)加入过量银氨溶液氧化醛基后，调节溶液至酸性再加入溴水(或KMnO 4酸性溶液)，溶液褪色，证明含有碳碳双键

知识点3 羧酸、酯的结构与性质

一、羧酸的结构与性质 1．羧酸的概念

羧酸是由烃基或氢原子与羧基相连构成的有机化合物，官能团为—COOH 。饱和一元羧酸的分子的通式为

C n H 2n O 2(n ≥1)。 2．羧酸的分类

3．羧酸的化学性质

二、酯的结构与性质

1．酯的概念

2．酯的物理性质

3．酯的水解反应

酯的水解反应为取代反应；在酸性条件下为可逆反应；在碱性条件下，能中和产生的羧酸，反应能完全进行。

4．酯的用途

(1)日常生活中的饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。

(2)酯还是重要的化工原料。

下列说法不正确的是()

A．①的反应类型是加成反应

B．②的反应类型是消去反应

C．若用R18OH作反应物，产物可能H182O

D．酯化过程中，用浓硫酸有利于②的过程

C[反应①羧基中C＝O键变成C—O键，故属于加成反应，A正确；反应②中两个羟基同时连在同一碳原子上发生消去反应脱水，B正确；根据酯化反应的过程，若用R18OH 作反应物，产物是R′CO18OR和H2O，C错误；酯化过程中，用浓硫酸吸收了反应生成的水，使反应朝着有利于生成更多的R′COOR的方向移动，有利于②的过程，D正确。]

下列有关说法不正确的是()

A．上述三种物质都能与金属钠反应

B．1 mol乙醛酸与足量碳酸氢钠溶液反应能生成1 mol气体

C．对羟基扁桃酸可发生加成反应、取代反应和缩聚反应

D．1 mol对羟基扁桃酸与足量NaOH溶液反应，最多可消耗3 mol NaOH

D[酚羟基、羧基和羟基都能与钠反应，A项正确；1 mol乙醛酸中含有1 mol羧基，与碳酸氢钠溶液反应能生成1 mol二氧化碳，B项正确；对羟基扁桃酸含有苯环，能发生加成反应，含有羟基和羧基，能发生取代反应和缩聚反应，C项正确；对羟基扁桃酸中的酚

羟基、羧基能与NaOH溶液反应，1 mol该物质最多可消耗2 mol NaOH，D项错误。]

醇、酚、羧酸分子中羟基的活性比较

醇、酚、羧酸的结构中均有—OH，由于这些—OH所连的基团不同，—OH受相连基团的影响就不同，故羟基氢的活性也就不同，表现在性质上也相差较大，其比较如下：

含羟基的物质

比较项目

醇酚羧酸羟基上氢原子活泼性――→

逐渐增强

在水溶液中电离极难电离微弱电离部分电离酸碱性中性很弱的酸性弱酸性

与Na反应

反应放出

H2反应放出

H2

反应放出

H2

与NaOH反应不反应反应反应

与NaHCO3反应不反应不反应反应放出

CO2

下列有关化合物X、Y和Z的说法不正确的是()

A．X分子中含1个手性碳原子

B．Y分子中的碳原子一定处于同一平面

C．Z在浓硫酸催化下加热可发生消去反应

D．X、Z分别在过量NaOH溶液中加热，均能生成丙三醇

B[X分子中间与羟基相连的碳原子为手性碳，A正确；Y中与O原子相连的甲基上的C原子与苯环不一定处于同一平面，B错误；Z中连有羟基的碳原子，与之相邻的碳原子上有H原子，故可以发生消去反应，C正确；X中—Cl可以在NaOH溶液中发生水解反应生成羟基，Z中酯基和氯原子均可以水解生成羟基，D正确。]

A[苯环和碳碳双键可以与氢气发生加成反应，A项正确；结构中存在碳碳双键，能够与溴水发生加成反应，B项错误；官能团有碳碳双键、羟基及酯基，C项错误；该物质中存在酚酯结构，1 mol该物质最多消耗2 mol NaOH，D项错误。]

知识点4烃的衍生物之间的转化关系

1．有机物之间的衍生关系

从单官能团有机物到双官能团有机物的转化，必通过烯烃和卤代烃作“桥梁”。

2．烃的衍生物转化关系中的重要线索

[通关1] (2021·天津部分区联考)乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品，工业生产乙酸乙酯的方法很多，示例如下：

下列说法正确的是()

A．与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有3种

B．反应①、②、③均为取代反应

C．乙醇、乙醛两种无色液体可以用酸性高锰酸钾溶液鉴别

D．乙酸分子中共平面原子最多有5个

A[与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有甲酸丙酯、甲酸异丙酯和丙酸甲酯，共有3种，A项正确；反应①为取代反应，②、③为加成反应，B项错误；乙醇、乙醛两种无色液体都能与酸性高锰酸钾溶液反应，不能鉴别，C项错误；乙酸分子中碳氧双键形成一个平面，共平面原子最多有6个，D项错误。]

[通关2] (2021·湖南长郡中学检测)M是一种治疗疥疮的新型药物，合成路线如下：

下列说法不正确的是()

A．Y生成M的反应类型为取代反应

B．Y分子中所有碳原子不可能在同一平面上

C．可用NaHCO3溶液或溴水鉴别X和M

D．X与乙醇发生酯化反应生成的有机物的分子式为

C12H20O2

C[从Y和M的结构简式可知，Y生成M的反应是取代反应，A项正确；Y分子中非端点碳原子有三个饱和碳原子(四面体碳原子)，故Y分子中所有碳原子不可能在同一平面，B项正确；利用NaHCO3可以鉴别X和M，但是X和M中均存在碳碳双键，不能用溴水鉴别，C项错误；X的分子式为C10H16O2，与乙醇(分子式为C2H6O)发生酯化反应生成一分子水和酯，则酯的分子式为C12H20O2，D项正确。]

[通关3] (2020·全国卷Ⅲ)苯基环丁烯酮(PCBO)是一种十分活泼的反应

物，可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4＋2]环加成反应，合成了具有生物活性的多官能团化合物(E)，部分合成路线如下：

回答下列问题：

(1)A的化学名称是___________。

(2)B的结构简式为___________。

(3)由C生成D所用的试剂和反应条件为___________；该步反应中，若反应温度过高，C易发生脱羧反应，生成分子式为C8H8O2的副产物，该副产物的结构简式为________。

(4)写出化合物E中含氧官能团的名称__________；E中手性碳(注：连有四个不同的原子或基团的碳)的个数为___________。