有机合成题的解题策略

1970-01-01 08:00

有机合成题的解题策略

李书明

有机化学在高考试卷中占有20%之多,在这部分内容里,主要考查有机物的合成与推断。由于这部分内容不仅知识容量大,而且能力要求高,因此,既是我们学习的重点,也是我们学习的难点。通过对有机合成题进行分析、解剖,争取突破难点,掌握重点,最终赢得高考。

一、高考有机化学要考什么?

仔细研究和分析近几年高考试题,发现无论是命题思路还是命题形式,跟以往相比,有着明显的变化和发展,有机合成题逐步向综合型、能力型方向发展。强调了化学思想、化学方法,注重知识的迁移应用。在科学探究能力方面也在加强。也就是说,由知识考查逐步转向知识、能力的综合考察。

有机化学这一部分知识主要在化学选修五的教材中,在考试目标中主要为“理解”和“综合应用”层次,属于最高层次的要求。在高考试题中主要以有机框图题和有机信息题形式出现。

近两年北京高考考试说明化学学科没有大的变化,反映出化学学科高考的稳定性、一贯性。

以2013年《考试大纲》为例,它主要涵盖以下几点要求:

1、了解有机化合物结构测定的一般程序和方法。能进行确定有机化合物分子式的简单计算。

2、能根据组成分子的元素种类、分子中碳链的结构、分子中含有的官能团,对常见的有机物进行分类。能建立起脂肪烃(烷、烯、炔)、芳香烃(苯及其同系物、其他常见芳香烃)和烃的衍生物(卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯)的分类框架。知道它们的转化关系。

3、了解根据有机化合物结构预测其能发生的有机反应类型的一般思路。了解有机合成路线设计的一般程序。

具体来说,主要有:

11个属于了解层次的知识点; 8个属于掌握层次的知识点; 1个属于综合应用层次的知识点。

11个属于了解层次的知识点有:

(1)知道有机化合物中碳原子的成键特点,认识有机化合物的同分异构现象及其普遍存在的本质原因;

(2)了解有机化合物的分类,并能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物;

(3)知道有机化合物的某些物理性质与其结构的关系 (4)了解天然气、石油液化气和汽油的主要成分及其应用 (5)认识烃及其衍生物在有机合成和有机化工中的重要作用。

(6)了解糖类、油脂、氨基酸和蛋白质的组成、结构和主要性质及其应用 (7)认识维生素、食品添加剂和药物等对人体健康的作用 (8)认识化学科学在生命科学发展中的重要作用

(9)了解新型高分子材料的性能及其在高新技术领域中的应用

(10)认识合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献以及对环境和健康的影响

(11)了解“白色污染”的处理方法 8个属于掌握层次的知识点有: (1)掌握研究有机化合物的一般方法。

(2)根据官能团、同系物和同分异构体等概念,掌握有机物的组成和结构。 (3)判断和正确书写有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。 (4)掌握烃(烷、烯、炔、芳香烃)及其衍生物(卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯)的组成、结构和性质。

(5)从官能团的角度掌握有机化合物的性质,并能列举事实说明有机物分子中基团之间的相互影响。

(6)根据加成反应、取代反应和消去反应的特点,判断有机反应类型。 (7)掌握加聚反应和缩聚反应的特点。

(8)能依据合成高分子的组成和结构特点分析其链节和单体。 1个属于综合应用层次的知识点是以下四部分的综合应用: (1)有机化合物的组成与结构; (2) 烃及其衍生物的性质与应用;

(3)糖类、氨基酸和蛋白质; (4)合成高分子化合物。

根据以上考试目标的基本要求,在高考中有机合成题主要有以下几种形式: 1、根据官能团的衍变关系及有机计算或题给的新信息,确定有机物的 分子式或结构简式;推断官能团的种类、结构式(或名称)、性质;确定同分异构体的数目或结构简式;

2、写出指定反应的反应类型、反应条件或反应的化学方程式; 3、根据题给的新信息,按指定的路线合成新的有机物。 下面我们就谈一谈解有机合成题的基本方法。 二、有机合成题的解题策略 第一、要有必备的基础知识

有机合成主要是合成全新的有机分子,从反应前后的分子结构变化来看,主要有以下几种变化情况:

1、官能团的引入 2、官能团的转化 3、碳骨架的构建 4、官能团的保护 5、官能团的消除 6、成环反应 1.官能团的引入

有机化学中常见的官能团有碳碳双键、碳碳三键、卤原子、醇羟基、醛基、羧基、酯基、肽键等。主要的引入方法列举如下:

(1)引入C=C双键,主要方法有:

①某些醇的消去引入C=C,如:乙醇消去生成乙烯 ②某些卤代烃的消去引入C=C,如:溴乙烷消去生成乙烯 ③炔烃不完全加成引入C=C,如:乙炔加成生成乙烯。 (2)引入卤原子(—X)主要方法有:

①烃与X2取代,如:甲烷在光照条件下生成一氯甲烷和氯化氢 (同时还能生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷),苯在液溴作催化剂条件下发生取代反应

生成溴苯和溴化氢。

②不饱和烃与HX或X2加成,如:乙烯和溴水加成反应生成1,2-二溴乙烷。 ③醇与HX取代,如:乙醇与溴化氢发生取代反应生成溴乙烷和水(乙醇中的羟基与溴化氢中的氢原子生成水,相当于溴原子取代了羟基)。

(3)引入羟基(—OH)的主要方法有:

①烯烃与水的加成,如:乙烯与水在催化剂加热加压条件下生成乙醇。 ②醛(酮)与氢气加成,如:乙醛与氢气发生加成反应生成乙醇(乙醛中的碳氧双键发生断裂,然后氢气中的氢氢键发生断裂变成两个氢原子,分别加在碳原子和氧原子上形成乙醇)。

③卤代烃的水解(碱性),如:溴乙烷与氢氧化钠水溶液发生取代反应。 ④酯的水解,如:乙酸乙酯在稀硫酸条件下水解生成乙酸和乙醇。 (4)引入-CHO或羰基的方法有:羟基直接相连的碳上有两个氢(伯醇)氧化为醛;羟基相连的碳上有一个氢(仲醇)氧化为酮;羟基相连的碳上没氢不能被氧化。,如:乙醇氧化生成乙醛,2——丙醇氧化生成丙酮等。

(5)引入-COOH的方法有:

醛的氧化(含有醛基的物质可以被银氨溶液、新制的氢氧化铜悬浊液、氧气、酸性高锰酸钾溶液等生成羧基),酯的水解(酯在酸性条件下水解生成羧酸),某些苯环侧链的氧化(苯的同系物在高锰酸钾、酸性条件下氧化成羧基)。

2.官能团的转化:

官能团的转化包括官能团种类变化、官能团数目变化、官能团位置变化等。 (1)官能团种类变化主要有:

卤代烃在氢氧化钠水溶液中水解生成醇;醇被催化氧化生成醛;醛被催化氧化生成酸;酸与醇在稀硫酸作催化剂下酯化生成酯。(官能团种类由卤原子→羟基→醛基→羧基→酯基)。

(2)官能团数目变化,如:溴乙烷在氢氧化钠醇溶液中加热,发生消去反应生成乙烯,乙烯与溴水发生加成反应生成1,2-二溴乙烷(官能团数目由一个转变成两个)。

(3)官能团位置变化,如:1-溴丙烷在氢氧化钠醇溶液中消去反应生成丙烯;丙烯与溴化氢发生加成反应生成2-溴丙烷。在这个过程中,官能团溴原子

位置由1号碳原子转移到2号碳原子上。

3.碳骨架的构建。

碳骨架的构建主要指改变碳原子的连接方式,形成新的碳链。主要有 (1)碳链增长: 增长碳链的反应主要有:

①酯化反应:乙酸与乙醇在酸性环境下生成乙酸乙酯,就增加两个碳原子 ②加聚反应:乙烯在一定条件下发生加聚反应,增长了碳链

③缩聚反应:对苯二甲酸与乙二醇在催化剂作用下,生成聚对苯二甲酸乙二醇酯,增长了碳链

④根据题中所给信息。 如:卤代烃与NaCN的取代

△△

R—X+NaCN——→ R—CN+NaX,R—CN+2H2O+H+——→RCOOH+NH4+ 通过上面反应,增加一个碳原子 (2)减少碳链的反应主要有:

①水解反应,如酯的水解,糖类、蛋白质的水解,这些物质的水解都是一个有机分子生成两个或更多个的有机分子,碳链变短。

②裂化和裂解反应,如:石油的裂化和裂解,都是大分子变成小分子,碳链变短。

③氧化反应。燃烧,烯烃催化氧化, 如:烯烃的氧化

④脱羧反应,如:醋酸钠与碱石灰反应生成甲烷,两碳变一碳。 4.官能团的保护

在有机合成时,有时候还要考虑官能团的保护(如酚羟基易被氧化)

HOCOOC2H5例:工业上用甲苯生产对羟基苯甲酸乙酯如下图

,其生产过各


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