作者簡(jiǎn)介:劉宇,中學(xué)化學(xué)高級(jí)教師,2004年畢業(yè)于四川師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院化學(xué)教育專業(yè)。從教15年來(lái),有七屆高中畢業(yè)班教育教學(xué)經(jīng)歷,多次榮獲各級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)或榮譽(yù)稱號(hào),多次參與國(guó)家、省級(jí)課題研究,多項(xiàng)教學(xué)成果在省市獲獎(jiǎng)。近年來(lái)在《中學(xué)化學(xué)教與學(xué)》《中學(xué)生數(shù)理化》等報(bào)刊上發(fā)表文章70余篇,主編(主審)教輔書籍16本。
有機(jī)框圖推斷試題是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn),其中依據(jù)信息進(jìn)行陌生方程式的書寫又是近年高考全國(guó)卷中有機(jī)主觀題的一種考查趨勢(shì)。這類試題需要考生結(jié)合信息和有機(jī)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)(化學(xué)鍵的斷裂與形成)進(jìn)行有機(jī)物的重新組建,難度相對(duì)較大,區(qū)分度高,因此熱度逐年提升。
一、信息方程式書寫的基本步驟
信息方程式是我們書寫有機(jī)方程式的模板,結(jié)合有機(jī)反應(yīng)發(fā)生的基本原理,依據(jù)具體信息的呈現(xiàn),可以得出基本的解題步驟。
利用類似反應(yīng)的方法,僅以乙烯為原料合成有機(jī)化合物CH2=CHCOOCH2CH3,涉及的反應(yīng)方程式為_______。
解析:對(duì)于此類試題的解答,一般思路和步驟如下:
(1)信息的提取。
有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)就是反應(yīng)物特殊位置的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,反應(yīng)后形成新的化學(xué)鍵,因此有機(jī)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生后原有機(jī)物的碳鏈骨架不變,結(jié)合題干信息,原反應(yīng)的原理為:
對(duì)比反應(yīng)前后有機(jī)物的結(jié)構(gòu)關(guān)系,反應(yīng)物分子中實(shí)線框與虛線框之間的化學(xué)鍵斷裂,實(shí)線框的部分結(jié)合形成反應(yīng)主產(chǎn)物,虛線框的部分組合成水。
(2)信息的處理。
結(jié)合提取的信息,將信息用自己熟悉的表示方法表述出化學(xué)鍵的斷裂與形成,將信息加工、轉(zhuǎn)化與整合,形成結(jié)論或者規(guī)律。
該方程式即原有雙鍵碳原子連接的氫原子、醇羥基中的氫原子與氧氣提供的氧原子結(jié)合形成水分子,剩余的部分與CO斷鍵后形成的羰基連接形成酯。
(3)信息的運(yùn)用。
CH2=CHCOOCH 2 CH3是以乙烯為原料合成的有機(jī)化合物,那么可確定該物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵的形成過(guò)程為:
在以上的信息中,主要包括了類似于高中所學(xué)過(guò)的幾種反應(yīng)類型,下面以實(shí)例加以說(shuō)明。
二、常見的信息呈現(xiàn)類型
1.脫縮反應(yīng)。
脫縮反應(yīng)是指某個(gè)(或多個(gè))有機(jī)化合物分子斷裂部分舊化學(xué)鍵,脫出部分原子(或原子團(tuán))形成小分子,余下的原子(或原子團(tuán))重新通過(guò)新化學(xué)鍵連接形成有機(jī)物的過(guò)程。這一類化學(xué)反應(yīng)在高中階段較為陌生,但結(jié)合有機(jī)反應(yīng)的斷鍵(成鍵)原理進(jìn)行分析,難度不太大。
例2高血脂嚴(yán)重影響人體健康,化合物E是一種臨床治療高血脂癥的藥物。E的合成路線如下(部分反應(yīng)條件和試劑略):
例3 姜黃素是從姜科植物中提取的一種色素,它的主要藥理作用有抗氧化、保肝護(hù)肝、抑制腫瘤生長(zhǎng)等,它具有對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。
能力提升:對(duì)于脫縮反應(yīng),不論反應(yīng)物是一個(gè)或多個(gè),不論是脫去中間部分原子(團(tuán))還是分別脫去端點(diǎn)的原子(團(tuán)),結(jié)合試題中具體的信息,結(jié)合具體反應(yīng)中的斷鍵和成鍵情況即可快速書寫。
2.類取代反應(yīng)。
取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子中的原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)替代的反應(yīng)。如CH4+CI2-光照→CH3CI+HCI,一般斷裂的化學(xué)鍵為單鍵,但在試題中常常其他化學(xué)鍵也發(fā)生類似的反應(yīng),我們類比解答即可。
解析:CH2=CH-CN在酸性溶液中反應(yīng)生成酸性物質(zhì)B( C3 H4O2),即丙烯酸(CH2=CH-COOH),丙烯酸進(jìn)一步與CH80H在H2SO4催化作用下酯化得到C( CH2 =CH-COOCH3)。結(jié)合已知信息,連接兩個(gè)氫原子的雙鍵碳原子原有氫原子被R-X中的R(不飽和烴基或苯環(huán))取代,取代出的氫原子與鹵原子結(jié)合生成HX。
能力提升:類取代反應(yīng)與取代反應(yīng)的本質(zhì)即是有機(jī)物分子中的原子(或原子團(tuán))被其他原子(或原子團(tuán))占據(jù)位置的過(guò)程。在占據(jù)位置的過(guò)程中可能斷裂的是單鍵(高中教材的主要呈現(xiàn)形式)、雙鍵或者三鍵,另外的原子(原子團(tuán))依據(jù)成鍵理論接入即可。這些反應(yīng)在有機(jī)框圖中以信息的形式呈現(xiàn),同時(shí)受到框圖中前后物質(zhì)的約束,我們?cè)诮忸}時(shí)結(jié)合信息解答即可,目前無(wú)需考慮斷鍵與成鍵的緣由。
3.類加成反應(yīng)。
加成反應(yīng)是指有機(jī)物分子中的不飽和鍵(雙鍵或三鍵)兩端的碳原子與其他原子或原子團(tuán)直接結(jié)合生成新的化合物的反應(yīng)。
以乙烯為起始原料,選用必要的無(wú)機(jī)試劑合成E,寫出合成路線(用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示有機(jī)物),用箭頭表示轉(zhuǎn)化關(guān)系,箭頭上注明試劑和反應(yīng)條件)。
乙烯和水可以直接加成生成乙醇,乙醇氧化生成乙醛,乙醛發(fā)生已知條件中的反應(yīng)就可以使碳鏈增長(zhǎng),由于碳碳雙鍵易被氧化,因此首先發(fā)生消去反應(yīng),然后再氧化醛基為羧基,羧酸和乙醇發(fā)生酯化反應(yīng),即可得物質(zhì)E,合成路線為:
能力提升:類加成反應(yīng)就像加成(或加聚)反應(yīng)一樣,將原有有機(jī)物分子中的π鍵斷裂,另一分子也斷裂一根化學(xué)鍵,將拆出的原子(原子團(tuán))分別接人原π鍵(可能是碳碳雙鍵、碳碳三鍵等)兩端的原子,這些反應(yīng)有的也與低聚反應(yīng)類似,只是該處涉及雙鍵和三鍵共同參與降飽和度的反應(yīng)。
(責(zé)任編輯 謝啟剛)