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2022版高考化学一轮复习 第12章 有机化学基础 第4节 基本营养物质 有机合成学案 鲁科版

2022版高考化学一轮复习 第12章 有机化学基础 第4节 基本营养物质 有机合成学案 鲁科版

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第4节　基本营养物质　有机合成
[课标解读]　1.了解糖类、油脂、氨基酸和蛋白质的组成、结构特点、主要化学性质及应用。　2.了解糖类、油脂、氨基酸和蛋白质在生命过程中的作用。　3.了解合成高分子的组成与结构特点。能依据简单合成高分子的结构分析其链节和单体。　4.了解加聚反应和缩聚反应的含义。　5.了解合成高分子在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面中的贡献。

　生命中的基础有机化学物质

知识梳理
1．糖类
(1)糖类的概念和分类
①概念：指分子中有两个或两个以上羟基的醛或酮以及水解后可以生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物。
②组成：主要包含C、H、O三种元素。大多数糖类化合物的通式为Cm(H2O)n，所以糖类也叫“碳水化合物”。
③分类

注意：①糖类的通式不一定均为Cm(H2O)n，如鼠李糖的分子式为C6H12O5；符合Cm(H2O)n的有机物不一定为糖类，如乙酸C2H4O2。
②糖类不一定有甜味，如淀粉；有甜味的物质不一定是糖类，如糖精。
(2)单糖——葡萄糖、果糖
①组成和分子结构
名称
分子式
结构简式
官能团
二者关系
葡萄糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)4 CHO
—OH、—CHO
同分异构体
果糖
C6H12O6
CH2OH(CHOH)3
COCH2OH

②葡萄糖的化学性质
a．还原性：能与新制Cu(OH)2悬浊液和银氨溶液反应。
b．加成反应：与H2发生加成反应生成己六醇。
c．酯化反应：葡萄糖含有醇羟基，能与羧酸发生酯化反应。
d．发酵生成乙醇：由葡萄糖发酵制乙醇的化学方程式为
C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑。
(3)双糖——蔗糖与麦芽糖
①相同点
a．组成相同，分子式均为C12H22O11，二者互为同分异构体。
b．能发生水解反应。
②不同点
a．官能团不同：蔗糖分子中不含醛基，麦芽糖分子中含有醛基，能发生银镜反应，能还原新制Cu(OH)2悬浊液。
b．水解产物不同：蔗糖和麦芽糖发生水解反应的化学方程式分别为
C12H22O11＋H2OC6H12O6＋C6H12O6
　蔗糖　　 葡萄糖 果糖；
。
(4)多糖——淀粉与纤维素
①相同点
a．都属于高分子化合物，分子式都可表示为(C6H10O5)n。
b．都能发生水解反应，反应的化学方程式分别为
(C6H10O5)n＋nH2O nC6H12O6
　淀粉　　　　　　　　葡萄糖；
(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6
　纤维素　　　　　　　葡萄糖。
c．都不能发生银镜反应。
②不同点
a．通式中n值不同。
b．淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。
2．油脂
(1)组成和结构
从化学成分上讲油脂是高级脂肪酸与甘油形成的酯，由C、H、O三种元素组成，其结构可表示为

(2)分类

(3)物理性质
①油脂一般不溶于水，密度比水小。
②天然油脂都是混合物，没有恒定的熔、沸点。
a．含不饱和脂肪酸成分较多的甘油酯常温下一般呈液态。
b．含饱和脂肪酸成分较多的甘油酯常温下一般呈固态。
(4)化学性质
①油脂的氢化(油脂的硬化)
经硬化制得的油脂叫人造脂肪，也称硬化油。如油酸甘油酯与H2发生加成反应的化学方程式为

②水解反应(以硬脂酸甘油酯为例写出化学方程式)
a．酸性条件——制高级脂肪酸
；
b．碱性条件——皂化反应
。
[辨易错]
(1)糖类、油脂均可发生水解反应。(　　)
(2)淀粉、纤维素的水解产物均为葡萄糖且通式均为(C6H10O5)n，故二者为同分异构体。(　　)
(3)油脂的水解反应又叫皂化反应。(　　)
(4)植物油和苯均可作为溴水的萃取剂。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
3．氨基酸、蛋白质
(1)氨基酸的结构与性质
①氨基酸的组成和结构：氨基酸是羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代的化合物。官能团为—COOH和—NH2。
α­氨基酸结构简式可表示为。
②氨基酸的化学性质
a．两性(以为例)
与盐酸反应的化学方程式：

与NaOH溶液反应的化学方程式：

b．成肽反应
两分子氨基酸缩水形成二肽

多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合，可形成蛋白质。
(2)蛋白质的结构与性质
①组成与结构
a．蛋白质含有C、H、O、N、S等元素。
b．蛋白质是由氨基酸组成的，通过缩聚反应产生，蛋白质属于天然有机高分子化合物。
②性质
a．水解：在酸、碱或酶的作用下最终水解生成氨基酸。
b．两性：具有氨基酸的性质。
c．盐析：向蛋白质溶液中加入某些浓的无机盐[如(NH4)2SO4、Na2SO4等]溶液后，可以使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，为可逆过程，可用于分离和提纯蛋白质。
d．变性：加热、紫外线照射、超声波、强酸、强碱、重金属盐、一些有机物(甲醛、酒精、苯甲酸等)会使蛋白质变性，属于不可逆过程。可用于消毒、灭菌等。
e．颜色反应：含有苯基的蛋白质遇浓硝酸变黄色，该性质可用于蛋白质的检验。
f．蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味。
(3)酶
①绝大多数酶是一种蛋白质，易变性。
②酶是一类生物催化剂，催化作用具有以下特点：
a．条件温和、不需加热；
b．具有高度的专一性；
c．具有高效催化作用。
4．糖类、油脂、蛋白质的用途

[辨易错]
(1)糖类、油脂和蛋白质均只含C、H、O元素。(　　)
(2)氨基酸分子间可以发生脱水生成环状化合物和高分子化合物。(　　)
(3)向两份蛋白质溶液中分别加入食盐和CuSO4溶液，均有沉淀生成，二者的原理相同。(　　)
(4)所有蛋白质遇浓硝酸均变黄色。(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×

命题点1　基本营养物质的性质及应用
1．下列关于常见有机物的说法正确的是(　　)
①棉花、蚕丝和聚乙烯的主要成分都是纤维素
②甲烷、乙醇和乙酸在一定条件下都能发生取代反应
③等质量的乙烷、乙烯、苯充分燃烧所消耗氧气的量由多到少
④除去乙酸乙酯中残留的乙酸，加过量饱和Na2CO3溶液振荡后，静置分液
⑤乙酸乙酯和植物油均可水解生成乙醇
⑥乙烯、苯、乙醇、油脂都能使酸性KMnO4溶液退色
⑦棉、麻、丝、毛完全燃烧后都只生成CO2和H2O
⑧氨基酸在人体中生成新的蛋白质属于加聚反应
A．①⑤⑥⑦　B．②③④　　C．①②③⑧　D．②④⑤⑧
B　[蚕丝的主要成分为蛋白质，聚乙烯的主要成分为，①错；植物油水解产物为高级脂肪酸和甘油，⑤错；苯和固态脂肪不能使酸性KMnO4溶液退色，⑥错；丝、毛为蛋白质，燃烧产物还有N、P、S的化合物，⑦错；氨基酸生成蛋白质的反应为缩聚反应，⑧错。]
2．我国科学家在全球率先发现了有效治疗Ⅱ型糖尿病的神奇分子——非肽类分子激动剂(代号为Boc5，分子式为C54H52N4O16S2)，它的神奇之处在于能模拟人体内的某些大分子，促进人体的胰岛素分泌，发挥对血糖的调节作用，这一发现将为千百万Ⅱ型糖尿病患者解除病痛。下列有关说法正确的是 (　　)
A．Boc5中一定不含
B．葡萄糖、麦芽糖、蔗糖均能与新制氢氧化铜悬浊液反应生成Cu2O
C．Boc5是高分子化合物
D．糖类的通式均满足(CH2O)n
A　[Boc5为非肽类分子，故分子中不含肽键，A正确；蔗糖与新制Cu(OH)2悬浊液不生成Cu2O，B错误；Boc5不是高分子化合物，C错误；糖类的通式不一定均满足(CH2O)n，D错误。]
3．下列说法正确的是(　　)
A．在紫外线、饱和Na2SO4、CuSO4溶液、福尔马林等作用下，蛋白质均会发生变性
B．油脂属于高分子化合物，是混合物
C．在一定条件下，氨基酸之间能发生反应，合成更加复杂的化合物
D．检验淀粉在稀硫酸催化条件下水解产物的方法是：取适量水解液于试管中，加入少量新制Cu(OH)2悬浊液，加热，观察是否有砖红色沉淀生成
C　[A项，饱和Na2SO4溶液可使蛋白质发生盐析，而在紫外线、CuSO4溶液、福尔马林等作用下，蛋白质均会发生变性；B项，油脂相对分子质量较小，不属于高分子化合物；C项，氨基酸含有氨基、羧基，可发生取代、缩聚反应，可生成二肽、多肽或蛋白质；D项，淀粉是在酸性条件下水解，葡萄糖和新制Cu(OH)2悬浊液反应必须在碱性条件下，所以要用新制Cu(OH)2悬浊液检验葡萄糖时要先中和酸，否则无法成功。]
命题点2　氨基酸的缩合与缩聚
4．已知氨基酸可发生反应：＋HNO2―→ ＋H2O
且已知：D、E的相对分子质量分别为162和144，可发生物质转化关系，如下图所示：

(1)写出B、D的结构简式：B____________________________________、
D____________________________________________________________。　　　　　　　　　
(2)写出C→E的化学方程式：_____________________________________
_____________________________________________________________。
(3)写出C→D的化学方程式：_____________________________________
_____________________________________________________________。
(4)和甘氨酸()缩合可形成________种二肽。
(5)分别与盐酸和NaOH溶液反应的离子方程式为___________________________________________________________________，
___________________________________________________________________。
[解析]　根据题意氨基酸与HNO2作用生成羟基酸，故C为，根据D、E的相对分子质量可确定C的脱水原理。(4)相同氨基酸间脱水各形成1种二肽，不同氨基酸间脱水形成2种二肽，共4种。
[答案]　(1)

(4)4

氨基酸分子之间的缩合与缩聚反应
(1)2种不同氨基酸脱水可形成4种二肽(相同分子之间形成2种，不同分子之间形成2种)。
(2)分子间或分子内脱水成环

(3)氨基酸分子缩聚成高分子化合物

　有机高分子及其合成

知识梳理
1．有机高分子的组成与结构
高分子化合物是指由许多小分子化合物以共价键结合成的、相对分子质量很高(通常为104～106)的一类化合物。高分子化合物常称为聚合物或高聚物。
(1)单体：能用来合成高分子化合物的小分子化合物。如的单体为
。
(2)链节：高分子化合物中化学组成和结构均可以重复的最小单位。如的链节为。
(3)聚合度：高分子链中含有链节的数目。
如合成聚乙烯CH2—CH2的单体为CH2===CH2，链节为—CH2CH2—，聚合度为n。
2．高分子材料的分类及性质

(3)纤维
3．有机高分子的合成反应——加聚反应与缩聚反应
(1)加聚反应
①定义：单体通过加成的方式生成高分子化合物的反应，简称加聚反应。

②产物特征：高聚物与单体具有相同的组成，生成物一般为线型结构。
③加聚反应类型
a．聚乙烯类(塑料、纤维)：

b．聚1,3­丁二烯类(橡胶)：

c．混合加聚类：两种或两种以上单体加聚
如：nCH2===CH—CH===CH2＋nCH2===CH—CN
。

(2)缩聚反应
①定义：由单体通过分子间的相互缩合而生成高分子化合物的聚合反应，简称缩聚反应。
②产物特征：生成高聚物和小分子，高聚物与单体有不同的组成。
③缩聚反应类型
a．聚酯类：—OH与—COOH间的缩聚
nHOCH2—CH2OH＋nHOOC—COOH

nHOCH2—CH2—COOH
b．聚氨基酸类：—NH2与—COOH间的缩聚

c．酚醛树脂类：

命题点1　有机高分子的结构、性质及合成
1．近年来，由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。下图是以烃A为原料生产人造羊毛的合成路线：

下列说法正确的是(　　)
A．合成人造羊毛的反应属于缩聚反应
B．A生成C的反应属于加成反应
C．A生成D的反应属于取代反应
D．烃A的结构简式为CH2===CH2
B　[人造羊毛的单体是CH2===CH—CN和CH2===CH—OOCCH3，推测A生成C的反应属于加成反应，即A为乙炔，由此推测A生成D的反应属于加成反应。]
2．交联聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中表示链延长)(　　)

A．聚合物P中有酯基，能水解
B．聚合物P的合成反应为缩聚反应
C．聚合物P的原料之一丙三醇可由油脂水解获得
D．邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程中也可形成类似聚合物P的交联结构
D　[A项，由交联聚合物P的结构片段X、Y可判断其结构中含有酯基，因此聚合物P能水解，正确；B项，酯基是由羧基和醇羟基脱水生成的，因此聚合物P的合成反应为缩聚反应，正确；C项，油脂水解可生成丙三醇，正确；D项，乙二醇只含两个醇羟基，邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程不可能形成类似聚合物P的交联结构，错误。]
3．填写下列单体或高分子化合物的结构简式。
(1)CH2===CH—CN的聚合物为___________________________________。
(2)CH2===CH—CH===CH2的聚合物为____________________________。
(3) 的单体为
_____________________________________________________________。
(4)__________的单体是和HO(CH2)2OH。
(5)的单体是____________。
(6)的单体是______________和______________。
[答案]　(1)

(6)H2N—CH2—COOH　H2N—CH2CH2—COOH

根据高分子结构找单体的思维模板
(1)加聚产物：⇒
CHCH2、CH2===CH—CH===CH2。
(2)缩聚产物：⇒
HOOCCOOH、HOCH2CH2OH。
命题点2　涉及有机高分子合成的综合试题
4．已知一个碳原子上连有两个羟基是不稳定的，会脱水转化为羰基：，写出以为原料制备合成的线路图。
[答案]　

5．甲烷是一种重要的化工原料，在一定条件下可以制备工程塑料PBT(酯类高分子聚合物)、人造象牙(主要成分为CH2O)等。其合成路线如下：

(1)A中含有的官能团的名称为__________；F的名称为________。
(2)B转化为E的反应类型为________；C转化为F的反应类型为________，F―→PBT的反应类型为________。
(3)D的核磁共振氢谱中仅有一种化学环境的氢原子，D的结构简式为________________________；PBT的结构简式为__________________________
___________________________________________________________________。
(4)写出A与B反应生成C的化学方程式：_____________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[解析]　甲醇在Cu作催化剂的条件下被O2氧化为甲醛，即B为HCHO，比较D与B的分子式可知，D是3分子HCHO发生加成反应的产物，且D的核磁共振氢谱中仅有一种化学环境的氢原子，所以D的结构简式为；PBT为酯类高分子聚合物，则F为二元醇，结合F的分子式和已知信息，可知A应为乙炔，1分子乙炔与2分子甲醛发生已知的加成反应，得到C的结构简式为HOCH2C≡CCH2OH，则F的结构简式为HOCH2CH2CH2CH2OH，生成的酯类高分子聚合物PBT为聚对苯二甲酸丁二酯。
[答案]　(1)碳碳叁键　1,4­丁二醇　(2)加聚反应　加成反应(或还原反应)　缩聚反应
(3)

[真题验收]
1．(2020·天津学业水平等级性考试，T3)下列说法错误的是(　　)
A．淀粉和纤维素均可水解产生葡萄糖
B．油脂的水解反应可用于生产甘油
C．氨基酸是组成蛋白质的基本结构单元
D．淀粉、纤维素和油脂均是天然高分子
D　[淀粉和纤维素都是由葡萄糖单元形成的，均可水解产生葡萄糖，A项正确；油脂水解可生成高级脂肪酸(或高级脂肪酸盐)和甘油，B项正确；氨基酸通过缩聚反应生成蛋白质，C项正确；油脂不是高分子化合物，D项错误。]
2．(2016·全国卷Ⅰ)秸秆(含多糖类物质)的综合利用具有重要的意义。下面是以秸秆为原料合成聚酯类高分子化合物的路线：

回答下列问题：
(1)下列关于糖类的说法正确的是________(填标号)。
a．糖类都有甜味，具有CnH2mOm的通式
b．麦芽糖水解生成互为同分异构体的葡萄糖和果糖
c．用银镜反应不能判断淀粉水解是否完全
d．淀粉和纤维素都属于多糖类天然高分子化合物
(2)B生成C的反应类型为________。
(3)D中的官能团名称为________，D生成E的反应类型为________。
(4)F的化学名称是________，由F生成G的化学方程式为__________________________________________________________________。
(5)具有一种官能团的二取代芳香化合物W是E的同分异构体，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，W共有________种(不含立体异构)，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为__________________________________。
(6)参照上述合成路线，以(反，反)­2,4­己二烯和C2H4为原料(无机试剂任选)，设计制备对苯二甲酸的合成路线___________________________________
___________________________________________________________________。
[解析]　(1)a选项，不是所有的糖都有甜味，如纤维素等多糖没有甜味，也不是所有的糖都具有CnH2mOm的通式，如脱氧核糖的分子式为C5H10O4，所以说法错误；b选项，麦芽糖水解只生成葡萄糖，所以说法错误；c选项，如果淀粉部分水解生成葡萄糖，也可以发生银镜反应，即银镜反应不能判断溶液中是否还含有淀粉，因此只用银镜反应不能判断淀粉水解是否完全，所以说法正确；d选项，淀粉和纤维素都属于多糖类天然高分子化合物，所以说法正确。(5)W为二取代芳香化合物，因此苯环上有两个取代基，0.5 mol W与足量碳酸氢钠溶液反应生成44 g CO2，说明W分子结构中含有两个羧基，还有两个碳原子，先将两个羧基和苯环相连，如果碳原子分别插入苯环与羧基间，有一种情况，如果两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；如果2个碳原子只插入其中一个苯环与羧基之间，有—CH2CH2—和—CH(CH3)—两种情况，两个取代基分别在苯环上邻、间、对位，有6种同分异构体；再将苯环上连接一个甲基，另一个取代基为一个碳原子和两个羧基，即—CH(COOH)2，有一种情况，两个取代基分别在苯环的邻、间、对位，有3种同分异构体；因此共有12种同分异构体，其中核磁共振氢谱为三组峰的结构简式为HOOCH2CCH2COOH。(6)由题给路线图可知，己二烯与乙烯可生成环状烯，环状烯可转化为对二甲苯，用高锰酸钾可将对二甲苯氧化为对苯二甲酸，所以其合成路线为：
。
[答案]　(1)cd　(2)取代反应(酯化反应)　(3)酯基、碳碳双键　消去反应　(4)己二酸

(5)12　HOOCH2CCH2COOH
(6)
[新题预测]
G是良好的生物医药缓释材料，其合成路线：

已知：R—CH2—CHO＋HCHO
回答下列问题：
(1)A的化学名称为______________；B中官能团的名称为______________。
(2)由F生成G的反应类型为______________。
(3)无机试剂Ⅰ、Ⅱ分别为____________、____________。
(4)物质X的结构简式是______________________。
(5)写出D与试剂Ⅰ的化学反应方程式：_______________________________
____________________________________________________________________。
(6)Y是比D多1个碳原子的同系物，写出两种符合下列条件的Y的结构简式：_______________________________________________________________
__________________________________________________________________。
①能与饱和Na2CO3溶液反应放出气体；
②苯环上有3个侧链，核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢原子，且峰面积比为6∶2∶1∶1。
(7)参照以上合成路线，写出以甲醛、乙醛和乙二醇为主要原料。合成功能高分子材料
的路线：_________________________________
________________________________________________(其他无机试剂任选)。
[解析]　根据已知，可知B为，B和Br2加成，所以C为，D为。根据G的结构可知F为，E为。
(6)核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢原子，且峰面积比为6∶2∶1∶1，则必有2个甲基且对称，2个Br也必然对称，所以有4种情况：
，答案任写两种。
[答案]　(1)苯乙醛　碳碳双键、醛基　(2)缩聚反应　(3)NaOH水溶液　浓硫酸　(4)CH3COOH
(5)＋2NaBr＋H2O

(7)CH3CHOCH2===CHCHO
CH2===CHCOOH
CH2===CHCOOCH2CH2OH