苏教版 (2019)必修 第二册专题8 有机化合物的获得与应用第三单元 人工合成有机化合物导学案

第三单元　人工合成有机化合物

基础课时19　人工合成有机化合物

知识点一　常见有机化合物的合成以乙烯为原料合成乙酸乙酯

(1)常规合成路线

根据所学知识，常用的合成路线为

此过程中发生反应的化学方程式及反应类型：

①CH2===_CH2＋H2OCH3CH2OH，加成反应。

②2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O，氧化反应。

③2CH3CHO＋O22CH3COOH，氧化反应。

④CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O，酯化反应或取代反应。

(2)其他合成路线

微点拨：依据被合成物质的组成和结构特点，选择合适的有机化学反应和起始原料，精心设计并选择合理的合成方法和路线。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)自然界存在的有机物已经很多了，不需要人工合成。 (×)

(2)只要能合成有机物，原料和合成路线无关紧要。 (×)

(3)为秉持绿色化学的理念，在有机合成中，尽量使用含水的溶剂作为反应介质。                            (√)

(4)制CH3CH2Cl时，选择CH3CH3和Cl2在光照条件下反应比乙烯和HCl加成更符合绿色化学思想。                            (×)

(5)乙烯是重要的工业原料，可通过加成、氧化、酯化反应三个步骤合成乙酸乙酯。                            (√)

知识点二　有机高分子的合成

1．有机高分子化合物

(1)定义：相对分子质量高达几万乃至几百万的有机化合物，简称有机高分子。

(2)分类

①天然有机高分子，如：淀粉、纤维素、蛋白质等；

②合成有机高分子，如：塑料、合成纤维、合成橡胶(统称为三大合成材料)等。

(3)有机高分子合成的有关概念

①单体：形成高分子化合物的小分子物质，如CH2=== CH2。

②链节：高分子化合物中不断重复的基本结构单元，如—CH2—CH2—。

③聚合度：高分子化合物中链节的数目，常用字母n表示。

2．加成聚合反应

(1)定义：含有碳碳双键(或碳碳三键)的相对分子质量小的有机物分子，在一定条件下，通过加成反应，互相结合成相对分子质量大的高分子，我们把这样的有机化学反应叫作加成聚合反应，简称加聚反应。

(2)举例：写出下列物质发生加聚反应的化学方程式

①氯乙烯：，其单体为CH2===CHCl，链节为。

②苯乙烯：nC6H5—CH===CH2其单体为C6H5CH===CH2，链节为。

3．在有机高分子合成领域中，化学工作者们正在研究和着力解决以下课题

(1)对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广。

(2)研制具有特殊功能的高分子材料。

(3)研制用于物质分离、能量转换的高分子膜。

(4)研制易分解的新型合成材料，防治“白色污染”。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)蔗糖的相对分子质量很大，故蔗糖为高分子化合物。 (×)

(2)乙烯和聚乙烯都能使溴的CCl4溶液褪色。 (×)

(3)糖类、油脂和蛋白质都是天然的有机高分子材料。 (×)

(4)含有碳碳双键的有机物分子，可以通过加聚反应形成有机高分子化合物。               (√)

(5)纯净的聚乙烯塑料为纯净物，因为它具有一定的分子组成。

  (×)

(6)天然橡胶的成分为聚异戊二烯()，合成该物质的小分子为CH2===CH2和CH2===CH—CH3。              (×)

(7)丁腈橡胶()具有优良的性质，合成该物质的原料为CH2===CH—CH===CH2和CH2=== CH—CN。              (√)

随着社会的发展，化学工业得到了飞速的发展。一方面由于化学工业的发展、促进了国防、工农业、医药卫生等科学技术的发展，改善了人们的生活条件，另一方面，化学工业向环境排放大量有毒、有害的物质，致使环境污染日益加剧，如酸雨出现，温室效应，臭氧层被破坏，海洋污染，淡水资源污染等，环境问题已成为21世纪国际上急待解决的问题之一。1995年，美国总统克林顿设立了一年一度的“总统绿色化学挑战奖”，奖励那些从事绿色化学研究的科学家和生产绿色化学产品的企业，极大地促进了绿色化学的发展。

[问题1]　什么是绿色化学？

提示：绿色化学是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除对人类健康和环境有害的物质的使用和产生的科学。

[问题2]　发展绿色化学对可持续发展有什么意义？

提示：绿色化学能够避免给环境造成负担、避免排放有害物质、节省资源、减少废弃物排放量。

[问题3]　绿色化学对有机合成路线的设计有什么意义？

提示：根据绿色化学思想在设计合成路线时应坚持原料无毒无害、过程绿色环保、原料利用率高、无有害物质排放的原则。

1．合成有机物的思路

(1)依据被合成物质的组成和结构特点，选择合适的有机化学反应和起始原料。

(2)设计并选择合成方法和路线。

(3)综合考虑原料来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件、是否有污染物排放、生产成本等因素选择最佳合成路线。

2．有机合成的基本原则

3．分析有机合成的常用方法

(1)正向思维法：采用正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需要的直接或间接的中间产物，逐步推向目标合成有机物，其思维程序是原料→中间产物→产品。

(2)逆向思维法：采用逆向思维方法，从目标合成有机物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间产物，逐步推向已知原料，其思维程序是产品→中间产物→原料。

(3)综合比较法：采用综合思维方法，将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较，得出最佳合成路线。

【例题1】　(2021·嘉兴高一检测)有机物A、B、C、D、E、F、G的转换关系如图所示：

已知1 mol A和1 mol HCl加成可得到B；1 mol A和1 mol H2加成可得到C，C常用来作水果催熟剂。据此回答下列问题：

(1)A的结构简式为________________，C的结构简式为________。

(2)以B为原料经过加聚反应所得的合成树脂的结构简式为________________。

(3)写出D和F生成G的化学方程式：______________________________

______________________________________________________________。

(4)C在催化剂和加热的条件下跟O2发生反应也能制得F，该反应的化学方程式是______________________________________________________________

______________________________________________________________。

【解题指南】　解答本题需注意以下两个方面

(1)乙烯常用来作水果的催熟剂。

(2)注意推导过程中反应条件的正确运用。

[解析]　(1)C常用来作水果的催熟剂，说明C为CH2===CH2，1 mol A和1 mol H2加成可得到乙烯，说明A为CH≡CH，由图中转化关系可知B为CH2===CHCl，D为CH3CH2OH，E为CH3CHO，F为CH3COOH，G为CH3COOCH2CH3。

(2)CH2===CHCl通过加聚反应得到聚氯乙烯，反应方程式为nCH2===CHCl。

(3)乙酸和乙醇在浓硫酸和加热条件下反应生成乙酸乙酯。

(4)CH2=== CH2与O2在催化剂和加热条件下反应生成乙酸。

[答案]　(1)CH≡CH　CH2=== CH2

(3)CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOCH2CH3＋H2O

(4)CH2=== CH2＋O2CH3COOH

1．用乙炔为原料制取CH2BrCHBrCl，可行的反应途径是(　　)

A．先加Cl2，再加Br2　 B．先加Cl2，再加HBr

C．先加HCl，再加HBr D．先加HCl，再加Br2

D　[反应路线为：CH≡CHCH2===CHClCH2BrCHBrCl。]

2．乙酸乙酯是重要的化工原料，生产乙酸乙酯的途径也很多。已知乙醛(CH3CHO)在一定条件下可被氧化成乙酸，也可以被还原成乙醇。现有淀粉、水、空气、乙烯等原料，如果分别用上述两种不同的有机原料开始合成乙酸乙酯，请绘制出有关的合成路线图，并在图中标明原料和各步转化产物(有机产物)的名称(无须写反应方程式)。

示例：合成路线一：……―→

合成路线二：

[答案]　合成路线一：

合成路线二：

有机合成的解题思路

生活中常用的塑料薄膜、人造革、塑料管材和板材等用品是用聚氯乙烯制造而成的。聚氯乙烯是以氯乙烯为原料，在一定条件下通过加聚反应得到的。

[问题1]　写出合成聚氯乙烯的化学方程式，并注明单体和链节。

提示：。

其单体为CH2=== CHCl，链节为。

[问题2]　构成高聚物的链节与生成高聚物的单体有何区别和联系？

提示：区别：链节是高分子化合物中重复的结构单元，而单体是形成高分子化合物的小分子物质。联系：(1)对于由加聚反应生成的高聚物，其链节和单体的化学组成和相对分子质量均相同。(2)链节是以单体为基础的，如聚乙烯的链节是—CH2—CH2—，而不是—CH2—。

[问题3]　三位科学家因发现“传导聚合物”而荣获2000年诺贝尔化学奖。传导聚合物的结构式为CH===CH，则该聚合物的单体是什么？

提示：该聚合物的单体是乙炔。

[问题4]　丁苯橡胶有许多优良的物理化学性能，在工业生产中具有广泛的应用。丁苯橡胶的结构简式为，写出形成丁苯橡胶的各单体的结构简式。

提示：CH2===CH—CH===CH2和。

如图所示，从结构单元的一端开始，利用弯箭头将键转移—箭尾处去掉一键，箭头处形成一键，可得单体。

1．加聚反应产物的书写

(1)单烯烃加聚型：单体中只含一个碳碳双键；

方法：断开碳碳双键中的一个键，双键两端的碳原子各伸出一条短线，用“[　　]”括起来，并在其右下角写上n。注意双键碳原子连有的其他原子或原子团(氢等除外)作支链。举例：

(2)不同烯烃共聚型：

例如：CH2===CH2与CH2===CHCH3按1∶1加聚时：nCH2===CH2＋nCH2===CH—CH3

方法：先断开每个小分子碳碳双键中的一个键变为—CH2—CH2—和，然后将其连接在一起即为一个结构单元或，最后用“[　　]”括起来，并在其右下角写上n。

2．加聚产物单体的判断

已知加聚产物的结构简式，可用“单双键互换法”推断合成它的单体，其步骤如下：

(1)去掉结构简式两端的“”和“”。

(2)将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键，碳碳双键改为碳碳单键。

(3)从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键，将碳原子价键超过四价的碳原子找出来，用“Δ”号标记上。

(4)去掉不符合四价的碳原子间的价键(一般为双键)，即得合成该加聚产物的单体。如判断的单体，按“单双键互换法”推断如下：

可得合成该有机物的单体：CH2===CH—CH3、CH2===CH2、。

【例题2】　(2021·宁波高一检测)合成有机玻璃的化学方程式如下：

(1)该反应的类型为________反应。

(2)其中单体是________________，高分子化合物的链节为________，n值叫________。

(3)有机玻璃属于________(填“纯净物”或“混合物”)。

【解题指南】　解答本题需注意以下两个方面

(1)加聚反应的实质及单体(链节)的正确推导。

(2)高分子化合物均为混合物。

[解析]　碳碳双键断开一个键，分子间彼此加成相互结合成高聚物，是加聚反应；该高分子化合物的链节是，n值为聚合度；所得高聚物因n值不确定，所以为混合物。

[答案]　(1)加聚　(2) 　

聚合度　(3)混合物

[变式旁通]

下列高分子化合物的部分结构如下：

它的单体是什么？

提示：该高分子化合物的单体是CH2===CH—COOH。该高分子化合物是该单体通过加聚反应获得的产物。

二四分段法判断高分子化合物的单体

选定聚合物的结构单元，从一侧开始分段，如果在结构单元的主链上遇到碳碳双键，可将4个C分为一段，其余则2个C为一段，从段的连接处断开，形成碳碳双键，可得单体。

3．国家游泳中心(水立方)的建筑采用了膜材料ETFE，该材料为四氟乙烯(CF2===CF2)与乙烯的共聚物，四氟乙烯(CF2===CF2)也可与六氟丙烯(CF3—CF===CF2)共聚成全氟乙丙烯。下列说法错误的是(　　)

A．ETFE分子中可能存在“—CH2—CH2—CF2—CF2—”的连接方式

B．合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应

C．聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为CF2—CF2—CF2—CF2—CF3

D．四氟乙烯能发生加成反应

C　[ETFE为四氟乙烯与乙烯的共聚物，CF2===CF2、CH2===CH2的链节分别为—CF2—CF2—、—CH2—CH2—，A正确；四氟乙烯(CF2===CF2)与六氟丙烯(CF2===CF—CF3)共聚生成的全氟乙丙烯应带有支链—CF3，B正确，C错误；四氟乙烯中含有碳碳双键，能发生加成反应，D正确。]

4．ABS树脂()是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。用于制备仪表、电气、电器、机械等各种零件。

(1)ABS树脂的链节为________________。

(2)合成ABS树脂的单体为______________________、________________、________________。

1．常见有机物的衍变关系

烯―→醇―→醛―→羧酸―→酯

2.

1．下面是有机合成的三个步骤：

①对不同的合成路线进行优选；

②由目标分子逆推原料分子并设计合成路线；

③观察目标分子的结构。

正确的顺序为(　　)

A．①②③　　B．③②①　　C．②③①　　D．②①③

B　[进行有机合成时，先确定有机物的分子结构中的官能团，再设计出不同的合成路线，最后对不同的合成路线进行优选。]

2．以乙烯为有机原料制备乙酸乙酯的合成路线中，最后一步化学反应的反应类型是(　　)

A．氧化反应 B．取代反应 

C．加成反应 D．水解反应

B　[以乙烯为原料制备乙酸乙酯的反应中，最后一步是乙醇与乙酸的酯化反应，该反应也属于取代反应，B项正确。]

3．下列合成路线符合工业生产乙醇的过程的是(　　)

A．CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OH

B．CH2===CH2CH3CH2ClCH3CH2OH

C．CH2===CH2CH3CH2OH

D．CH≡CHCH2===CH2CH3CH2ClCH3CH2OH

C　[CH3CH3与Cl2发生取代反应产生多种氯取代物，水解产物有多种物质；反应步骤越多，原料转化率越小，而且A、B、D都使用了污染物。]

4．下列对聚丙烯的描述错误的是(　　)

A．聚丙烯的分子长链是由C—C键连接而成的

B．聚丙烯的分子长链上有支链

C．聚丙烯每个链节主链上有2个碳原子

D．聚丙烯能使溴水褪色

D　[聚丙烯是由丙烯通过加聚反应形成的高分子化合物，其链节为，聚丙烯中不含碳碳双键，不能使溴水褪色。]

5．有机物A、B、C、D、E能发生如图所示的转化。请回答下面有关问题：

(1)写出A、B、C、D、E的名称：A________、B________、

C________、D________、E________。

(2)写出反应②、⑤的化学方程式，并指明反应类型____________________

____________________________________；________________________。

[解析]　(1)A由C2H2与H2反应得来，而A又能与水在一定条件下反应，故A是CH2===CH2；由反应⑤得知B是CH2===CHCl；A与H2O反应得C，C为CH3CH2OH；由反应④得D，D为CH3COOH；C与D发生酯化反应得E为CH3COOCH2CH3。(2)反应②属于加成反应，反应⑤属于加聚反应。

[答案]　(1)乙烯　氯乙烯　乙醇　乙酸　乙酸乙酯

(2)②CH≡CH＋HClCH2===CHCl，加成反应

⑤nCH2===CHCl，加聚反应