新高考化学考点一轮复习全国通用学案第12章第4节生命中的基础有机物合成高分子

1/22 第四节 生命中的基础有机物 合成高分 子 [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：从分子结构上看，可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合 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 2/22 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 C6H12O6 ――→ 酒化酶 2C2H5OH＋2CO2↑。 (3)二糖——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 (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。 3/22 b．都能发生水解反应，反应的化学方程式分别为 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。 4/22 (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) [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。 5/22 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 (2)蛋白质的结构与性质 ①组成与结构 6/22 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 7/22 [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 溶液褪色 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CH2—CH2，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 8/22 溶液褪色，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 9/22 4．已知氨基酸可发生反应： ―→ ＋N2↑＋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) 10/22 (2) (3) (4)4 (5) 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 11/22 (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 高分子化合物是相对小分子而言的，简称高分子。大部分高分子化合物是由 小分子通过聚合反应制得的，所以常被称为聚合物或高聚物。 (1)单体：能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。如 的单体为 。 (2) 链 节 ： 高 分 子 化 合 物 中 化 学 组 成 相 同 、 可 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 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 12/22 1 高 分 子 化 合 物 ――――→ 根据来源 天然高分子化合物，如淀粉。 合成 高分 子化 合物 ――→ 按结构 线型结构： 具有热塑性， 如低压聚乙烯 支链型结构： 具有热塑性， 如高压聚乙烯 网状结构： 具有热固性， 如酚醛树脂 2 高分子材料 传统高分子材料 塑料 合成纤维 合成橡胶 新型高分子材料 功能高分子材料 复合材料 (3)纤维 天然纤维：如棉花、羊毛、蚕丝、麻等 化学纤维 人造纤维：如人造丝、人造棉等 合成纤维：如“六大纶”：涤纶、锦纶、 腈纶、丙纶、维纶、氯纶 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：由不饱和的单体加成聚合生成高分子化合物的反应。 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 13/22 (2)缩聚反应 ①定义：单体间相互作用生成高分子化合物，同时还生成小分子化合物(如 水、氨、卤化氢等)的聚合反应。 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 14/22 ◎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。] 15/22 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 。 (5) 的单体是____________。 16/22 (6) 的 单 体 是 ______________ 和 ______________。 [答案] 根据高分子结构找单体的思维模板 (1)加聚产物： ⇒ 。 (2)缩聚产物： ⇒ 。 ◎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 17/22 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 )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 ； 18/22 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)碳碳三键 1,4丁二醇 (2)加聚反应 加成反应(或还原反应) 缩聚反应 (3) (4)H—C≡C—H＋ ――→ 碱 HO—CH2—C≡C—CH2—OH [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： 19/22 (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 20/22 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 。 (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 (6) [新题预测] G 是良好的生物医药缓释材料，其合成路线： 21/22 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 。 22/22 (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 (6) (7)