人教版 (新课标)选修5 有机化学基础第二节 醛学案
展开1、掌握乙醛的组成、结构、性质和用途,了解甲醛、苯甲醛的性质和用途;
2、了解醛、酮的结构特点,能理解醛、酮在组成、结构和性质上的异同;
3、利用醛的主要化学性质实现醇、醛、羧酸的相互转化。
【要点梳理】
要点一、醛的结构、通式和性质
1.醛的组成和结构。
【高清课堂:醛#醛类的结构特征】
(1)醛是由烃基(或H)与醛基()相连而构成的化合物。
醛类的官能团是醛基,醛基可写成或—CHO,但不能写成—COH,且醛基一定位于主链末端。
【高清课堂:醛#醛类的分类】
(2)醛类按所含醛基的数目可分为一元醛、二元醛和多元醛等。
2.醛的分子通式。
一元醛的通式为R—CHO,饱和一元脂肪醛的通式为CnH2n+1—CHO(或CnH2nO)。分子式相同的醛、酮、烯醇互为同分异构体。
3.醛的物理性质。
醛类除甲醛是气体外,其余醛类都是无色液体或固体。醛类的熔、沸点随分子中碳原子数的增加而逐渐升高。
【高清课堂:醛#醛类的化学性质】
4.醛的化学性质。
醛类的化学性质主要由醛基(—CHO)来决定,如乙醛的加成反应和氧化反应就都发生在醛基上。
(1)加成反应。
醛基上的C=O键在一定条件下可与H2、HX、HCN、NH3、氨的衍生物、醇等发生加成反应,但不与Br2加成,这一点与C=C键的加成不同。其加成通式为:
醛的催化加氢反应也是它的还原反应;
在有机合成中可利用该反应增长碳链;
(2)氧化反应。
①易燃烧。
2CH3CHO+5O24CO2+4H2O
②催化氧化。
2CH3CHO+O22CH3COOH
③被银氨溶液、新制的Cu(OH)2等弱氧化剂氧化。
CH3CHO+2Ag(NH3)2OHCH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O
本反应又称银镜反应,常用来检验醛基。
CH3CHO+2Cu(OH)2CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
该反应生成了砖红色的Cu2O沉淀,也可用来检验醛基。
注意:醛基的检验方法。
银镜反应。
醛类具有较强的还原性,能和银氨溶液反应,被氧化为羧酸,同时得到单质银,若控制好反应条件,可以得到光亮的银镜。因此实验时应注意以下几点:a.试管内壁必须光滑、洁净.b.应使用水浴加热;c.加热过程中不可振荡和振动试管;d.实验的银氨溶液应现配现用;e.乙醛的用量不宜太多;f实验后附着银镜的试管可用稀硝酸浸泡,再用水洗除去。
与新制的Cu(OH)2反应。
醛类可在加热条件下与新制的Cu(OH)2反应,醛被氧化为羧酸,同时Cu(OH)2被还原成砖红色的Cu2O沉淀,这是检验醛基的另一种方法。实验时应注意以下几点:a.硫酸铜与碱反应制取Cu(OH)2时碱应过量;b.混合液必须加热到沸腾时才会有砖红色沉淀生成。
④醛类也能被酸性KMnO4溶液等强氧化剂氧化。
⑤缩聚反应。
条件不同时可得到线型酚醛树脂或体型酚醛树脂。
5.重要的醛类物质简介。
(1)甲醛(HCHO)是无色、有强烈刺激性气味的气体,易溶于水。
甲醛是重要的有机合成原料,常用于制造酚醛树脂、脲醛树脂、维纶、染料等,35%~40%的甲醛水溶液俗称福尔马林,具有杀菌、防腐性能等。
甲醛除具有醛类的通性外,还具有一定的特性,如1 ml甲醛与足量的银氨溶液反应可得4 ml Ag。
(2)乙醛(CH3CHO)是无色、有刺激性气味的液体,密度比水小,沸点是20.8℃,易挥发,易燃烧,能跟水、乙醇等互溶。可由乙醇氧化制得。乙醛是有机合成的重要原料,主要用于制乙酸、丁醇、乙酸乙酯等。
(3)苯甲醛()是有杏仁气味的液体,沸点是178℃,工业上称其为苦杏仁油,它与糖结合存在于杏仁、桃仁等果实的种子中,苯甲醛是制造染料、香料的重要中间体。
要点二、酮的组成、结构和性质
1.酮的组成与结构。
(1)酮是两个烃基与羰基()碳原子相连而成的化合物。
(2)酮的通式为,其官能团为羰基。分子式相同的醛、酮、烯醇互为同分异构体。
2.酮的主要化学性质。
酮在一定条件下能与H2、HCN、HX、NH3、氨的衍生物、醇等发生加成反应(这一点与醛类性质相似),酮不能被银氨溶液、新制的Cu(OH)2所氧化(这一点与醛类性质不同),据此可用银氨溶液和新制的Cu(OH)2来区分醛和酮。
3.丙酮简介。
丙酮()是组成最简单的酮,是有特殊气味的无色液体,沸点为56.2℃,能与水以任意比例互溶,并能溶解多种有机物。
【典型例题】
类型一:醛的结构和性质
例1 已知
(1)该反应的生成物中含有的官能团的名称是________,该物质在一定条件下能发生________(填序号)。
①银镜反应 ②酯化反应 ③还原反应
(2)已知HCHO分子中所有原子都在同一平面内,若要使R1CHO分子中所有原子都在同一平面内,R1可以是________(填序号)。
①—CH3 ② ③—CH=CH2
(3)某氯代烃A的分子式为C6H11Cl,它可以发生如下转化:
结构分析表明E分子中含有两个甲基且没有支链。试回答:
①写出C的分子式:________;
②写出A、E的结构简式:A________,E________。
【思路点拨】本题考查醛基的结构与性质。卤代烃与NaOH反应时,注意是醇溶液还是水溶液,条件不同,产物不同。醇的氧化、酯化反应及醛的还原。
【答案】(1)醛基 ①③ (2)②③ (3)①C6H10O2
—Cl
② CH3COO(CH2)6OOCCH3
【解析】(1)按题给信息知,当双键碳原子上连有氢原子时,能在Zn、H2O存在下被O3氧化得到醛。醛的官能团是醛基,醛能发生银镜反应和还原反应(如与H2加成),但不能发生酯化反应。
(2)因HCHO的4个原子共平面,要使R1CHO的所有原子共平面,则基团R1中的所有原子应共平面,故应选②③。
—Cl
(3)根据有机物A~E的相互转化图可知,A为卤代烃,B为烯烃,C为醛,D为醇,则E为乙酸酯。由E的分子式C10H18O4可推知其分子中应含有2个,2个—CH3,烃基为C6H12,只能构成—(CH2)6—才能得出符合题意的E,则E的结构简式可能是。再逆推可得D为HO—(CH2)6—OH,C为OHC—(CH2)4—CHO,B为 ,则A为 ,正好符合C6H11Cl。
【总结升华】能发生银镜反应,是醛基的性质,但含有醛基的不一定是醛,比如甲酸、甲酸酯中都含有醛基,但并不属于醛类物质。醛能被氧化成为羧酸,也能被还原为醇;而酮不能被氧化,只能被还原为醇。
例2 实验室做乙醛和银氨溶液反应的实验:
(1)为产生光亮的银镜,试管应先用________溶液煮沸,倒掉煮沸液后再用清水将试管冲洗干净。
(2)配制银氨溶液时向盛有________溶液的试管中逐滴滴加________,边滴边振荡,直到________为止。有关反应的离子方程式为:①________;②________。
(3)加热时应用________加热,产生银镜的离子方程式为:________。
【思路点拨】本题考查醛基发生银镜反应的实验。实验操作中注意银氨溶液配制时试剂滴加的先后顺序、对应发生的离子反应、加热时的操作方法及反应的化学方程式。
【答案】(1)NaOH
(2)AgNO3 氨水 生成的沉淀恰好完全溶解
①Ag++NH3·H2O==AgOH↓+NH4+
②AgOH+2NH3·H2O==[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O
(3)水浴 CH3CHO+2[Ag(NH3)2]++2OH—→CH3COO-+NH4++3NH3+2Ag↓+H2O
【解析】(1)为顺利完成银镜反应的实验,必须使用洁净的试管,已用过的试管,要先用NaOH(aq)煮沸,以洗去油污,然后再用蒸馏水洗涤。
(2)银镜反应要求水浴加热才能顺利完成。
【总结升华】配制银氨溶液,有两点要求:①沉淀(AgOH和Ag2O的混合物)必须完全消失,否则影响实验效果;②氨水不可过量,否则产生易爆物质。因此,一般做法为:向AgNO3(aq)中滴加氨水。边滴边振荡,直到产生的沉淀恰好完全溶解为止。开始时AgNO3(aq)过量,发生如下反应:
①Ag++NH3·H2O==AgOH↓+NH4+
并有部分AgOH发生分解反应:
②2AgOH==Ag2O↓+H2O(此反应不作要求)
后来NH3·H2O过量,AgOH和Ag2O逐渐溶解在NH3·H2O中。
③AgOH+2NH3·H2O==Ag(NH3)2OH+2H2O
④Ag2O+4NH3·H2O==2Ag(NH3)2OH+3H2O
④反应不作要求。注意络合物Ag(NH3)2OH在水中完全电离,写离子方程式时需拆为离子形式。
例3 由某饱和一元醛和饱和一元酮(通式为CnH2nO,n≥3,分子中含有羰基,但不能被弱氧化剂氧化)组成的混合物共0.5 ml,其质量为23.4 g,此混合物与足量银氨溶液反应,析出86.4 g银。推断混合物的可能组成
及质量。
【思路点拨】解此题时,往往只是设醛的通式来计算,得出一组答案,而没有把HCHO单独拿出来讨论,忽略了甲醛与银氨溶液反应的特殊性(HCHO~4Ag),而漏解。
【答案】(1)甲醛HCHO 6 g,丙酮CH3COCH3 17.4 g;
(2)乙醛CH3CHO 17.6 g,丙酮CH3COCH3 5.8 g。
【解析】根据题意知:醛、酮的平均相对分子质量为23.4×2=46.8。
由于酮CnH2nO,n≥3,所以碳原子数最少的酮是丙酮,其式量为58,则混合物中醛的式量只能小于46.8,即只可能是甲醛(式量30)或乙醛(式量44)。
(1)若醛为甲醛,则据HCHO—→4Ag
1 ml 4×108 g
x 86.4 g
x=0.2 ml,质量=0.2ml×30 g·ml-1=6 g,
则酮的质量=23.4 g-6 g=17.4 g,
酮的物质的量=0.5 ml-0.2 ml=0.3 ml,
酮的式量==58,故n=3,为丙酮。
(2)若醛为乙醛,则据CH3CHO—→2Ag
1 ml 2×108 g
y 86.4 g
y=0.4 ml,质量=0.4 ml×44 g·ml-1=17.6 g,
则酮的质量=23.4 g-17.6 g=5.8 g,
酮的物质的量=0.5 ml-0.4 ml=0.1 ml,
酮的式量==58,故n=3,为丙酮。
【总结升华】甲醛、乙醛中都含有醛基,但与银氨溶液发生反应时,相同物质的量的甲醛和乙醛与足量的银氨溶液发生反应时,生成银的物质的量并不相同,因为甲醛中可视为含有两个醛基。
举一反三:
【变式1】已知柠檬醛的结构简式为:
根据科学的知识判断,下列说法不正确的是( )。
A.能使酸性KMnO4溶液褪色
B.能发生银镜反应
C.与乙醛互为同系物
D.1 ml柠檬醛与足量H2加成后得到分子式为C10H20O的醇
【答案】C、D
【变式2】在一定条件下,烯烃可发生臭氧化还原水解反应,生成羰基化合物,该反应可表示为:
已知:①化合物A,其分子式为C9H10O,它既能使溴的四氯化碳溶液褪色,又能与FeCl3溶液发生显色反应,且能与金属钠或NaOH溶液反应生成B;②B发生臭氧化还原水解反应生成C,C能发生银镜反应;③C催化加氢生成D,D在浓硫酸存在下加热生成E;④E既能使溴的四氯化碳溶液褪色,又能与FeCl3溶液发生显色反应,且能与NaOH溶液反应生成F;⑤F发生臭氧化还原水解反应生成G,G能发生银镜反应,遇酸转化为H(C7H6O2)。
请根据上述信息,完成下列填空:
(1)写出下列化合物的结构简式(如果有多组化合物符合题意,只需写出其中的一组):
A________,C________,E________。
(2)写出分子式为C7H6O2的含有苯环的所有同分异构体的结构简式________。
【答案】
(2)
【变式3】醛类因易被氧化为羧酸,而易使酸性高锰酸钾溶液或溴水褪色。向乙醛中滴入酸性KMnO4溶液,可观察到的现象是________。现已知柠檬醛的结构式为,若要检验其中的碳碳双键,其实验方法是________。
【答案】酸性KMnO4溶液褪色 先取少量柠檬醛溶液于一试管中,再加入足量银氨溶液,水浴加热。反应后取上层清液,然后再加少量酸性KMnO4溶液,振荡。若酸性KMnO4溶液褪色,则证明该分子中有C=C键存在,否则不存在C=C键
【变式4】3 g某醛和足量的银氨溶液反应,结果析出43.2 g Ag,则该醛可能是( )。
A.甲醛 B.乙醛 C.丙醛 D.丁醛
【答案】A
类型二:酮的结构和性质
例4 请阅读下列材料:
=O
在含羰基的化合物中,羰基碳原子与两个烃基直接相连时,叫做酮。当两个烃基都是脂肪烃基时,叫脂肪酮,如甲基酮;都是芳香烃基时,叫芳香酮;当两个烃基是相互连接的闭合环状结构时,叫环酮,如环己酮 。
像醛一样,酮也是一类化学性质活泼的化合物,如羰基也能进行加成反应。加成时,试剂的带负电部分先进攻羰基中带正电的碳,而后试剂中带正电部分加到羰基带负电的氧上,这类加成反应叫亲核加成。
但酮羰基的活泼性比醛羰基稍差,不能被弱氧化剂氧化。
许多酮都是重要的化工原料和优良溶剂,一些脂环酮还是名贵香料。
试回答:
(1)写出甲基酮与氢氰酸(HCN)反应的化学方程式________。
(2)下列化合物中不能和银氨溶液发生反应的是( )。
A.HCHO B.HCOOH C. D.HCOOCH3
(3)有一种名贵香料——灵猫香酮属于( )。
A.脂肪酮 B.脂环酮 C.芳香酮
(4)樟脑也是一种重要的酮,它不仅是一种家用杀虫剂,而且是香料、塑料、医药工业中重要的原料。它的分子式为________。
【思路点拨】解答本题时,特别注意题给信息,正确理解即可解答甲基酮与氢氰酸的反应。
【答案】(1) (2)C (3)B (4)C10H16O
【解析】(1)依据题给信息,羰基也能进行加成反应。加成时,试剂的带负电部分先进攻羰基中带正电的碳,而后试剂中带正电部分加到带负电的氧上。HCN分子中,氢原子带正电,氰酸根带负电,因而氰酸根进攻羰基碳原子,氢原子结合到羰基氧原子上。即
(2)能和银氨溶液发生反应的应是含醛基(—CHO)的物质,题给选项中A、B、D中的物质均含—CHO。故选C。
(3)由题给信息可知,灵猫香酮属于两烃基相互连接的闭合环状结构的环酮即脂环酮。故选B。
(4)利用碳的四价键原则,首先查出碳原子数,再算出氢原子数和氧原子数,即可得出分子式。
【总结升华】酮中也含有碳氧双键,但与醛不同的是,酮中的羰基碳不与氢连接,所以醛能被氧化为羧酸而酮不能再被氧化。
举一反三:
【变式1】我国盛产山茶子精油,用其主要成分柠檬醛可以与丙酮反应制取假紫罗兰酮,进而合成具有工业价值的紫罗兰酮。(结构简式为键线形式)
又知R—X+H2O—→R—OH+HX(R为烃基)。
下列是一种有机物的合成路线,请回答有关问题:
(1)C物质的结构简式为________,D物质的结构简式为________。
(2)反应________属于取代反应,反应________属于加成反应,反应________属于消去反应。
(3)写出反应②、⑥的化学方程式:②________、⑥________。
【答案】(1) CH3CHO (2)①② ④⑥ ⑤
(3)
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