核心小专题 有机物的结构与性质
考向分析
该题一般会以某有机化合物的结构简式(或图谱分析)、转化关系为载体,设问角度主要涉及有机化合物官能团的性质及应用、同分异构体判断、原子空间结构、反应类型等,新高考命题中还会涉及有机化合物分子中化学键类型、轨道杂化方式等融合《物质结构与性质》模块相关内容的考查
备考策略
(1)熟记各种官能团的性质,根据官能团判断物质的性质。
(2)能够灵活应用简单有机物结构特点为模型分析原子空间相对位置。
(3)判断原子(如C、N、O)的杂化,判断共线、共面问题。
(4)从分子结构、原子结构的角度进行分析,体现学科内知识间的综合应用
必备知识
一 结合有机物的结构简式(或图谱分析)考查
1.确定分子结构——波谱分析
(1)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)最大值即为该有机化合物的相对分子质量。
(2)红外光谱
原理 不同的化学键或官能团的吸收频率不同,在红外光谱图上将处于不同的位置
作用 获得分子中所含的化学键或官能团的信息
(3)核磁共振氢谱
原理 处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同,相应的信号在谱图上出现的位置也不同,具有不同的化学位移
作用 获得有机物分子中氢原子的种数及相对数目,吸收峰数目=氢原子种数,吸收峰面积比=各种氢原子数目比
举例 分子式为C2H6O的有机物A,其核磁共振氢谱图如下,则A的结构简式为CH3CH2OH
2.熟知重要官能团的性质
官能团 结构 性质
(醇) 羟基 —OH 易取代、易消去、易催化氧化、易被强氧化剂氧化
(酚) 羟基 —OH 极弱酸性(酚羟基中的氢能与NaOH溶液反应,但不能使指示剂变色)、易氧化、显色反应(苯酚遇FeCl3溶液呈紫色)
醛基 易氧化(如乙醛与银氨溶液共热生成银镜)、可被还原
酮羰基 可被还原(如:在Ni粉催化、加热条件下被H2还原为)
羧基 酸性(如乙酸的酸性强于碳酸)、易取代(如发生酯化反应)
酯基 发生水解反应,生成羧酸(盐)和醇
酰胺基 发生水解反应生成羧酸(盐)和铵盐(或氨气)
二 以有机物间转化关系为载体考查
1.有机化合物分子结构中原子共线、共面问题的判断
2.有机化合物之间的衍变关系
考点过关
考向一 结合有机物的结构简式(或图谱分析)考查
例1 [2024·山东卷] 我国科学家在青蒿素研究方面为人类健康做出了巨大贡献。在青蒿素研究实验中,下列描述错误的是 ( )
A.通过萃取法可获得含青蒿素的提取液
B.通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构
C.通过核磁共振谱可推测青蒿素相对分子质量
D.通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团
例2 [2024·浙江6月选考] 有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素,红外光谱显示A分子中没有醚键,质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是 ( )
A.能发生水解反应
B.能与NaHCO3溶液反应生成CO2
C.能与O2反应生成丙酮
D.能与Na反应生成H2
例3 [2023·浙江1月选考] 七叶亭是一种植物抗菌素,适用于细菌性痢疾,其结构如图,下列说法正确的是 ( )
A.分子中存在2种官能团
B.分子中所有碳原子共平面
C.1 mol该物质与足量溴水反应,最多可消耗2 mol Br2
D.1 mol该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗3 mol NaOH
例4 [2024·黑吉辽卷] 如图所示的自催化反应,Y作催化剂。下列说法正确的是 ( )
A.X不能发生水解反应
B.Y与盐酸反应的产物不溶于水
C.Z中碳原子均采用sp2杂化
D.随c(Y)增大,该反应速率不断增大
考向二 以有机物间转化关系为载体考查
例1 [2024·浙江6月选考] 丙烯可发生如下转化(反应条件略):
下列说法不正确的是 ( )
A.产物M有2种且互为同分异构体(不考虑立体异构)
B.H+可提高Y→Z转化的反应速率
C.Y→Z过程中,a处碳氧键比b处更易断裂
D.Y→P是缩聚反应,该工艺有利于减轻温室效应
例2 [2024·浙江1月选考] 制造隐形眼镜的功能高分子材料Q的合成路线如下:
XC2H4Br2Y
下列说法不正确的是 ( )
A.试剂a为NaOH乙醇溶液
B.Y易溶于水
C.Z的结构简式可能为
D.M分子中有3种官能团
例3 [2023·浙江6月选考] 丙烯可发生如下转化,下列说法不正确的是 ( )
A.丙烯分子中最多7个原子共平面
B.X的结构简式为CH3CHCHBr
C.Y与足量KOH醇溶液共热可生成丙炔
D.聚合物Z的链节为
变式训练
1.[2024·浙江丽水模拟] 下列关于有机物的检测方法不正确的是 ( )
A.质谱图中最右侧的分子离子峰的质荷比数值即为该有机物的相对分子质量
B.李比希法是定量研究有机物中元素组成的方法,可以确定有机物的分子式
C.X射线衍射技术用于有机化合物晶体结构的测定,可以获得键长、键角等分子结构信息
D.红外光谱法可以用于分析有机物中含有的化学键和官能团
2.[2024·湖南长沙长郡中学模拟] 使用现代分析仪器对有机化合物A的分子结构进行测定,相关结果如图所示:
下列说法不正确的是 ( )
A.图丙为该有机化合物的质谱图
B.该有机化合物的相对分子质量为74
C.该有机化合物属于醚类物质
D.该有机化合物中所有原子不可能在同一平面
3.[2024·浙江舟山中学模拟] 奥培米芬是一种雌激素受体调节剂,下列说法正确的是 ( )
A.属于芳香烃
B.存在3种官能团
C.含有—OH等亲水基团,具有较好的水溶性
D.在KOH醇溶液或浓硫酸中加热均能发生消去反应
4.[2024·浙江嘉兴模拟] 某药物具有清热解毒功效,其有效成分结构如下。下列有关该物质的说法不正确的是 ( )
A.所有碳原子不可能处于同一平面上
B.存在顺反异构体
C.与足量H2充分反应后的产物中共含6个手性碳原子
D.1 mol该物质最多可与2 mol NaOH反应
5.[2024·浙江台州质检] 酚酞可以发生如下转化:
下列说法不正确的是 ( )
A.酚酞中所有碳原子可能共平面
B.酚酞可以与FeCl3溶液发生显色反应
C.酚酞在强碱性溶液中可能呈现无色
D.1 mol酚酞与足量溴水发生取代反应最多消耗4 mol Br2
6.[2024·湖北沙市中学模拟] 2-甲基环戊醇可作为合成橡胶、塑料和纤维等高分子材料中的软化剂和增塑剂。其合成路线如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.根据化合物B的结构,推测过程Ⅰ依次发生了加成反应、水解反应
B.试剂1选择的试剂为NaOH醇溶液,反应条件是加热
C.化合物C是一种难溶于水的液体
D.过程Ⅲ中,化合物C与水反应时可能生成多种组成相同的有机产物
答案与解析
考向一
例1 C [解析] 某些植物中含有青蒿素,可以通过用有机溶剂浸泡的方法将其中所含的青蒿素浸取出来,这种方法为固-液萃取,固液分离后可以获得含青蒿素的提取液,A正确;晶体中结构粒子的排列是有规律的,通过X射线衍射实验可以得到晶体的衍射图,通过分析晶体的衍射图可以判断晶体的结构特征,故X射线衍射可测定青蒿素晶体结构,B正确;通过核磁共振氢谱可推测青蒿素分子中不同化学环境的氢原子的种数及其数目之比,但核磁共振谱不能测定青蒿素的相对分子质量,可用质谱法测定青蒿素的相对分子质量,C不正确;红外光谱可推测有机物分子中含有的官能团和化学键,故通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团,D正确。
例2 D [解析] 由质谱图可知,有机物A的相对分子质量为60,A只含C、H、O三种元素,因此A的分子式为C3H8O或C2H4O2,由核磁共振氢谱可知,A有4种等效氢,红外光谱显示A分子中没有醚键,因此A为CH3CH2CH2OH,不能发生水解反应,故A错误;A中官能团为羟基,不能与NaHCO3溶液反应生成CO2,故B错误;CH3CH2CH2OH中羟基直接相连的碳原子上有两个氢原子,与O2发生催化氧化反应生成丙醛,无法生成丙酮,故C错误;CH3CH2CH2OH中含有羟基,能与Na反应生成H2,故D正确。
例3 B [解析] 七叶亭分子中有(酚)羟基、酯基和碳碳双键3种官能团,A项错误;由该分子结构可知,该分子内所有碳原子均为sp2杂化,分子内所有的碳原子共平面,B项正确;七叶亭中苯环上有2个氢原子可以与Br2发生取代反应,1个碳碳双键能够与Br2发生加成反应,故1 mol七叶亭最多可以消耗3 mol Br2,C项错误;七叶亭中2个酚羟基和1个酚酯基均能消耗NaOH,1 mol七叶亭最多可以消耗4 mol NaOH,D项错误。
例4 C [解析] 根据X的结构简式可知,其结构中含有酯基和酰胺基,因此可以发生水解反应,A错误;有机物Y中含有亚氨基,具有碱性,可以与盐酸发生反应生成盐,生成的盐在水中的溶解性较好,B错误;有机物Z中含有苯环和碳碳双键,无饱和碳原子,其所有的碳原子均为sp2杂化,C正确;随着体系中c(Y)增大,Y在反应中起催化作用,反应初始阶段化学反应速率会加快,但随着反应的不断进行,反应物X的浓度不断减小,且浓度的减小占主要因素,反应速率又逐渐减小,即不会一直增大,D错误。
考向二
例1 D [解析] 丙烯与HOCl发生加成反应得到M,M有CH3CHClCH2OH和CH3CH(OH)CH2Cl两种可能的结构(不考虑立体异构),在Ca(OH)2环境下脱去HCl生成物质Y(),Y在H+环境水解再脱H+得到主产物Z;Y与CO2可发生反应得到物质P()。据分析,产物M有2种且互为同分异构体(不考虑立体异构),A正确;据分析,H+先参与反应,后又脱离,是催化剂,故其可提高Y→Z转化的反应速率,B正确;从题干部分可看出,是a处碳氧键断裂,进一步得到主产物Z,故a处碳氧键比b处更易断裂,C正确;Y→P没有小分子生成,不是缩聚反应,该工艺有利于消耗CO2,减轻温室效应,D错误。
例2 A [解析] X可与溴的四氯化碳溶液反应生成C2H4Br2,可知X为乙烯;由Q的结构可知,C2H4Br2发生水解反应生成HOCH2CH2OH,在浓硫酸加热条件下与Z发生反应生成单体M,结合Q可反推知单体M为CH2C(CH3)COOCH2CH2OH,则Z可能为。根据分析可知,1,2-二溴乙烷发生水解反应,反应所需试剂为NaOH水溶液,A错误;根据分析可知,Y为HOCH2CH2OH,含羟基,可与水分子间形成氢键,增大其在水中的溶解度,B正确;根据分析可知Z的结构简式可能为,C正确;M的结构简式为CH2C(CH3)COOCH2CH2OH,含碳碳双键、酯基和羟基3种官能团,D正确。
例3 B [解析] CH3—CHCH2与Br2在光照条件下发生甲基上的取代反应,生成(X);CH3—CHCH2与Br2的CCl4溶液发生加成反应,生成(Y);CH3—CHCH2在催化剂作用下发生加聚反应,生成(Z)。乙烯分子中有6个原子共平面,甲烷分子中最多有3个原子共平面,则丙烯分子中,两个框内的原子可能共平面,所以最多7个原子共平面,A正确;由分析可知,X的结构简式为,B不正确;Y()与足量KOH醇溶液共热,发生消去反应可生成丙炔(CH3C≡CH)、KBr和H2O,C正确;聚合物Z为,则其链节为,D正确。
变式训练
1.B [解析] 质谱图中质荷比最大的离子峰就是该分子的相对分子质量,故质谱是快速精确测定有机物相对分子质量的重要方法,A正确;李比希元素分析仪只能确定有机物中所含的元素种类和含量,则可以确定有机物的最简式或者是实验式,不能测定有机物的分子式,B错误;X射线衍射实验是鉴别晶体与非晶体以及测定晶体结构的最可靠的途径,可用于测定键长、键角等分子结构信息,X射线衍射技术可用于测定有机化合物的晶体结构,C正确;分析有机物的红外光谱图可获得分子中所含有的化学键或官能团的信息,D正确。
2.A [解析] 图丙为该有机化合物的核磁共振氢谱图,故A错误;图甲的最大质荷比为74,X的相对分子质量为74,故B正确;由图乙可知A中含有烷基与醚键,属于醚类物质,故C正确;其通式可表示为CnH2n+2O,因此14n+2+16=74,解得n=4,故其分子式为C4H10O,该有机物含多个饱和碳原子,烷基是四面体结构,所有原子不可能在同一平面,故D正确。
3.D [解析] 组成元素有C、H、O、Cl,不是烃,A错误;结构中含有碳碳双键、碳氯键、醚键、羟基四种官能团,B错误;结构中含有Cl原子、醚键以及苯环,更多的是憎水基,在水中溶解度不大,C错误;结构中存在Cl原子和羟基,且邻位碳上均有氢原子,在KOH醇溶液或浓硫酸中加热均能发生消去反应,D正确。
4.C [解析] 中标记的C为sp3杂化,与这个C相连的原子肯定不共面,故所有碳原子不可能处于同一平面,A正确;最左侧的碳碳双键存在顺反异构体,B正确;与足量H2充分反应后的产物中共含5个手性碳原子,C错误;该物质中酯基是与酚形成的酯,1 mol该物质最多可与2 mol NaOH反应,D正确。
5.A [解析] 酚酞中有同时连接3个碳原子的sp3杂化的碳原子,因此不可能所有的碳原子共平面,A错误;酚酞中有酚羟基,可以与FeCl3溶液发生显色反应,B正确;由图中可以看出,酚酞变红色后,再继续加碱可以显出无色,故酚酞在强碱性溶液中可能呈现无色,C正确;酚羟基的邻对位可以和溴水发生取代反应,1 mol酚酞与足量溴水发生取代反应最多消耗4 mol Br2,D正确。
6.B [解析] 化合物A与CH3MgI发生加成反应引入—CH3和—OMgI,然后—OMgI发生水解反应产生羟基,醇羟基经消去反应生成C,C与水发生加成反应生成2-甲基环戊醇。根据化合物B的结构,化合物A与CH3MgI发生加成反应引入—CH3和—OMgI,然后—OMgI发生水解反应产生羟基,即化合物B,故A正确;化合物B转化为化合物C发生了醇羟基的消去反应,试剂为浓硫酸,反应条件为加热,故B错误;化合物C为烃类物质,难溶于水,由于C原子数目为6,熔沸点较高,常温下属于液态,故C正确;过程Ⅲ可以理解是C与水的加成反应,羟基位置不同可能会有不同的加成产物,可能会有化合物B生成,还可能生成对映异构体,故D正确。
