第40讲生物大分子合成高分子（讲义）（原卷版）

第40讲生物大分子合成高分子目录考情分析网络构建考点一糖类【夯基·必备基础知识梳理】知识点1糖类的定义和分类知识点2单糖知识点3二糖知识点4多糖【提升·必考题型归纳】考向1考查糖类的性质考向2考查糖类的水解考点二蛋白质、核酸【夯基·必备基础知识梳理】知识点1氨基酸的结构与性质知识点2蛋白质的结构与性质知识点3核酸【提升·必考题型归纳】考向1考查氨基酸的结构与性质考向2考查蛋白质的结构与性质考向3考查核酸的组成与结构考点三合成高分子【夯基·必备基础知识梳理】知识点1高分子化合物的组成知识点2高分子化合物的分类知识点3高分子化合物的合成方法【提升·必考题型归纳】考向1考查聚合反应及单体的判断考向2考查高分子材料及应用真题感悟考点要求考题统计考情分析生物大分子2023海南卷第2题，2分2022湖北卷第5题，3分2021山东卷第7题，2分一、分析近三年全国高考试题,高考命题在本讲有以下规律，从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,考查内容主要有以下两个方面:(1)考查生物大分子的性质及应用。(2)高分子化合物一般考查聚合物的组成与结构特点、单体和链节与聚合物结构的关系。二、根据高考命题的特点和规律,复习时要注意以下几个方面:1.生物大分子的性质及应用。2.高分子化合物一般考查聚合物的组成与结构特点、单体和链节与聚合物结构的关系合成高分子2023北京卷第9题，3分2022北京卷第11题，3分2021北京第卷11题，3分考点一糖类知识点1糖类的定义和分类1.定义：从分子结构上看，糖类可定义为多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。2.组成：含碳、氢、氧三种元素。大多数糖类化合物符合通式Cm(H2O)n，所以糖类也叫碳水化合物。糖类不一定都符合该通式，如脱氧核糖(C5H10O4)，符合该通式的不一定是糖，如乙酸(C2H4O2)。3.分类：(1)根据糖类能否水解以及水解后的产物，糖类可分为①单糖：凡是不能水解的糖称为单糖。如：葡萄糖、果糖、核糖及脱氧核糖等；②寡糖(低聚糖)：1mol糖水解后能产生2～10mol单糖的称为寡糖或低聚糖。若水解生成2mol单糖，则称为二糖，重要的二糖有麦芽糖、乳糖和蔗糖等；③多糖：1mol糖水解后能产生10mol以上单糖的称为多糖，如：淀粉、纤维素和糖原等。④相互转化(2)根据能否发生银镜反应划分①还原性糖：能发生银镜反应的糖，如:葡萄糖、麦芽糖；②非还原性糖：不能发生银镜反应的糖，如:蔗糖、淀粉、纤维素。【易错提醒】①大多数糖类化合物的分子式可用通式一般为Cm(H2O)n，m与n是可以相同、也可以不同的正整数；=2\*GB3②糖类不一定均符合Cm(H2O)n组成，如：脱氧核糖的分子式为C5H10O4；=3\*GB3③符合Cm(H2O)n组成的物质不一定是糖类，如：乙酸的分子式为C2H4O2[或C2(H2O)2]，故碳水化合物表示糖类并不准确；=4\*GB3④有甜味的不一定是糖，如：甘油、木糖醇等；没有甜味的也可能是糖，如：淀粉、纤维素等。因此，糖类物质不完全属于碳水化合物，也不等于甜味物质。⑤脱水缩合一般指两个或更多反应物生成一个主要产物，并伴随着失去H2O等小分子的反应。知识点2单糖1.组成和分子结构名称分子式结构简式官能团葡萄糖C6H12O6CH2OH(CHOH)4CHO—OH、—CHO果糖C6H12O6CH2OH(CHOH)3COCH2OH、—OH核糖C5H10O5CH2OH(CHOH)3CHO—OH、—CHO脱氧核糖C5H10O4CH2OH(CHOH)2CH2CHO—OH、—CHO2.葡萄糖的化学性质(1)还原性：能发生银镜反应，能与新制Cu(OH)2悬浊液反应(2)加成反应：与H2发生加成反应生成己六醇(3)发酵成醇：eq\o(\s\up7(C6H12O6),\s\do5(葡萄糖))eq\o(――→,\s\up7(酒化酶))2C2H5OH＋2CO2↑(4)生理氧化：C6H12O6＋6O2―→6CO2＋6H2O＋能量知识点3二糖蔗糖麦芽糖分子式C12H22O11C12H22O11分子结构分子中无醛基分子中有醛基互为同分异构体，都是二糖化学性质水解生成葡萄糖和果糖水解生成葡萄糖非还原性糖，与银氨溶液或新制的Cu(OH)2不反应还原性糖，与银氨溶液或新制的Cu(OH)2反应鉴别方法向其溶液中分别加入银氨溶液，水浴加热，能发生银镜反应的是麦芽糖，不能发生银镜反应的是蔗糖(也可用新制的氢氧化铜鉴别)知识点4多糖——淀粉与纤维素1.相似点①都属于高分子化合物，属于多糖，分子式都可表示为(C6H10O5)n；②都能发生水解反应，如淀粉水解的化学方程式为(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6③都不能发生银镜反应。2.不同点①结构不同；通式中n值不同；不是同分异构体。②淀粉遇碘显蓝色。③纤维素可以与醋酸、硝酸发生酯化反应制备醋酸纤维、硝酸纤维。3.淀粉水解程度的判断①实验原理：判断淀粉水解的程度时，要注意检验产物中是否生成葡萄糖，同时还要确认淀粉是否水解完全。用银氨溶液或新制的Cu(OH)2和碘水来检验淀粉是否发生了水解及水解是否完全②实验步骤③实验现象和结论现象A现象B结论①未出现银镜溶液变成蓝色淀粉尚未水解②出现银镜溶液变成蓝色淀粉部分水解③出现银镜溶液不变蓝色淀粉完全水解【易错提醒】①验证水解产物时,首先要加入NaOH溶液中和后再进行实验。②要验证混合液中是否还有淀粉应直接取水解液加碘水,而不能在加入NaOH中和后再加碘水,因碘水与NaOH溶液反应。考向1考查糖类的性质例1．（2023·山东泰安·统考三模）农村谚语“烟台苹果莱阳梨，甜不过潍县的萝卜皮”，苹果、梨和萝卜均含有丰富的碳水化合物[通式为]和多种维生素。下列有关说法中错误的是A．蔗糖能在催化剂的作用下水解，生成葡萄糖和果糖B．淀粉和纤维素互为同分异构体C．维生素是维持人体生命活动必需的一类有机物质D．葡萄糖是还原糖，能与新制的氢氧化铜反应【变式训练】（2023·重庆万州·重庆市万州第二高级中学校考模拟预测）资源回收与利用是环保的重要课题之一、某小组拟利用银镜制备硝酸银，其流程如下[已知：]；下列说法正确的是A．加入银氨溶液之前加入NaOH的目的是中和B．从环保和成本角度考虑应选择浓硝酸溶解银镜C．“一系列操作”过程包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、高温烘干D．若以葡萄糖为原料给瓶胆镀银，则葡萄糖最多镀银考向2考查糖类的水解例2．（2023·全国·高三）某同学检验淀粉水解程度的实验如下：步骤1：向淀粉溶液中加入一定量稀H2SO4，加热反应几分钟；冷却后取少量水解液，加入碘水，溶液显蓝色。步骤2：另取少量水解液加入足量NaOH溶液，再加入新制Cu(OH)2悬浊液并加热至沸腾，有砖红色沉淀生成。该同学结合实验情况做出了以下判断，你认为其中说法不正确的是A．步骤1加入稀H2SO4，目的是为了加快淀粉的水解速率B．步骤2产生沉淀的方程式为：C．步骤1、2的现象说明淀粉发生了部分水解D．实验结果并不能得出淀粉的水解反应是可逆过程的结论【变式训练】（2023·全国·模拟预测）某实验小组为探究淀粉是否水解，操作如下：在洁净的试管中加入0.5g淀粉和4mL20%的硫酸溶液，加热试管3~4min，冷却后，取少量反应后的溶液于试管中，再滴入适量现配的银氨溶液，用酒精灯直接加热，并不断振荡，通过观察试管内壁是否出现一层光亮如镜的银单质来判断淀粉的水解。实验过程中存在的错误有A．1处 B．2处 C．3处 D．4处考点二蛋白质、核酸知识点1氨基酸的结构与性质1.氨基酸的组成与结构①氨基酸的概念：羧酸分子中烃基的氢原子被氨基取代后得到的化合物称为氨基酸。②氨基酸的结构：天然蛋白质水解后得到的几乎都是α－氨基酸，其通式为，官能团为—NH2和—COOH。2.氨基酸的化学性质①两性：氨基酸分子中既含有酸性基团—COOH，又含有碱性基团—NH2，因此，氨基酸是两性化合物，如甘氨酸与HCl、NaOH反应的化学方程式分别为②成肽反应：两个氨基酸分子(可以相同，也可以不同)，在酸或碱的存在下加热，通过一分子的氨基与另一分子的羧基间脱去一分子水，缩合形成含肽键()的化合物，称为成肽反应。多种氨基酸分子间脱水以肽键相互结合，可形成蛋白质。如丙氨酸分子成肽反应方程式为：【特别注意】两种不同的氨基酸可形成四种二肽。知识点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.蛋白质是由氨基酸通过缩聚反应生成的，蛋白质属于天然有机高分子。2.性质3.酶（1）大部分酶是一种蛋白质，具有蛋白质的性质。（2）酶是一种生物催化剂，催化作用具有以下特点：①条件温和，不需加热②具有高度的专一性③具有高效催化作用知识点3核酸1.核酸的形成2.核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)比较物质核糖核酸(RNA)脱氧核糖核酸(DNA)元素组成C、H、O、N、P基本组成单位核糖核苷酸(4种)脱氧核糖核苷酸(4种)化学组成戊糖核糖脱氧核糖碱基U(尿嘧啶)T(胸腺嘧啶)A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)磷酸相同一般结构由一条核糖核苷酸链构成由两条脱氧核糖核苷酸链构成分布主要在细胞质中主要在细胞核中考向1考查氨基酸的结构与性质例1．（2023·北京东城·统考一模）硒代半胱氨酸(含C、H、N、O、34Se5种元素)是一种氨基酸，其分子空间结构如图，下列说法不正确的是A．Se位于元素周期表中第四周期VIA族 B．图中最大的球代表SeC．硒代半胱氨酸分子中含一个手性碳原子 D．硒代半胱氨酸难溶于水，易溶于苯【变式训练】（2023秋·河北张家口·高三统考开学考试）氨基酸是蛋白质水解产物，某氨基酸的结构简式如图所示。下列有关说法正确的是A．该有机物能与碱反应不与酸反应B．该有机物与浓硝酸能发生显色反应C．该分子分子内和分子间都能形成氢键D．键长：考向2考查蛋白质的结构与性质例2．（2023秋·江西吉安·高三宁冈中学校考开学考试）下列关于蛋白质的叙述错误的是A．浓HNO3溅到皮肤上，使皮肤呈黄色，是由于浓HNO3和蛋白质发生显色反应B．灼烧羊毛时会产生烧焦羽毛的气味C．蛋白质水解的最终产物是肽类化合物D．高温灭菌的原理是加热后使蛋白质变性，从而使细菌死亡【变式训练】（2023秋·北京西城·高三北京十四中校考开学考试）新冠病毒是一种具有包膜的RNA病毒，包膜的主要成分是蛋白质和脂质。核酸检测就是检测新冠病毒的RNA。下列说法不正确的是A．核酸和蛋白质都是生物大分子B．核酸和蛋白质都不能发生水解反应C．核酸中核苷酸之间通过磷酯键连接D．一定浓度的含氯消毒液可使新冠病毒中的蛋白质变性考向3考查核酸的组成与结构例3．（2023春·湖北孝感·高三校联考开学考试）核酸检测和抗原检测是抗击新冠疫情中的有力手段。下列说法正确的是A．部分抗原是蛋白质，因此是碱性物质B．DNA两条链上的碱基通过共价键连接C．蛋白质抗原在高温下仍然可以生效D．核酸分子水解可以得到磷酸【变式训练】（2023·全国·模拟预测）同学们知道核酸采样管中的红色液体是什么吗？它是一种样本保护液。它们可以裂解蛋白，保护并释放出核酸。其中胍盐，是病毒核酸保存液的重要成分之一。胍是一元碱，碱性与氢氧化钠相近。胍在碱性条件下不稳定，易水解为氨和尿素。保存液的红色是因为其中添加了一种叫酚红的指示剂，酚红遇碱显红色。以下说法错误的是A．核酸和蛋白质都是高分子化合物B．核酸水解产物中含有磷酸，葡萄糖和碱基C．尿素是一种重要的化肥，可以促进农作物的生长，提高产量，但是也不要过度使用D．我们常见的指示剂酚酞石蕊、甲基橙都是有机物考点三合成高分子知识点1高分子化合物的组成1．概念有机高分子化合物是由许多不分子化合物以共价键结合成的，相对分子质量很大(通常在104以上)的一类化合物。2．与有机高分子化合物相关的概念概念定义示例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链节高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位聚合度高分子链中含有链节的数目，通常用n表示聚合物由单体聚合形成的相对分子质量较大的化合物【易错提醒】(1)高分子的合成是利用有机物相互反应的性能，得到相对分子质量较大的高分子的过程。(2)聚合反应得到的是分子长短不一的混合物，所以有机高分子没有固定的熔、沸点。(3)因为聚合物是混合物，所以没有固定的相对分子质量。聚合物的平均相对分子质量=链节的相对式量×聚合度(n)。3．高分子有机化合物与低分子有机物的区别有机高分子化合物低分子有机物相对分子质量很大(通常104～106)1000以下相对分子质量的数值平均值有明确的数值分子的基本结构由若干个重复结构单元组成单一分子结构性质在物理、化学性质上有较大差异联系以低分子有机物为原料，经聚合反应得到各种相对分子质量不等的同系物组成的混合物，也称为聚合物知识点2高分子化合物的分类及性质1.高分子化合物的分类(1)按来源分：天然高分子、合成高分子。(2)按结构分：线型高分子、体型高分子、支链型高分子。(3)按性质分：热塑性高分子、热固性高分子。(4)按用途分：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、黏合剂等。其中，塑料、合成纤维、合成橡胶又被称为“三大合成材料”。2.高分子化合物的基本性质(1)溶解性:线型高分子(如有机玻璃)能溶解在适当的有机溶剂中;网状结构高分子(如硫化橡胶)不溶于有机溶剂,只有一定程度的溶胀。(2)热塑性和热固性:线型高分子具有热塑性(如聚乙烯),网状结构高分子具有热固性(如电木、硫化橡胶)。(3)强度:高分子材料强度一般比较大。(4)电绝缘性:通常高分子材料电绝缘性良好。知识点3高分子化合物的合成方法1．加成聚合反应(1)概念:由含有不饱和键的化合物分子以加成反应的形式结合成高分子化合物的反应，简称加聚反应。(2)加聚反应方程式的书写①乙烯的加聚：nCH2=CH2②1,3－丁二烯的加聚：。(3)聚合物的平均相对分子质量＝链节的相对分子质量×聚合度(n)。(4)反应特点①单体分子中需有双键、叁键等不饱和键，如烯、二烯、炔、醛等含不饱和键的化合物，加聚反应只发生在不饱和键上。②单体和聚合物组成相同，聚合物相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍。③反应只生成高聚物，没有副产物产生，原子利用率为100%。④加成聚合物(简称加聚物)结构式的书写：将链节写在方括号内，聚合度n在方括号的右下角。(5)巧断加聚物的单体：已知加聚物的结构简式，可用下面介绍的“单双键互换法”巧断合成它的单体，其步骤是：①首先去掉加聚物两端的“”、“”。②再将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键，碳碳双键改为碳碳单键。③再从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键，把碳原子的价键超过4价的碳原子找出来。用“△”符号标示出来。④去掉不符合4价的碳原子间的价键（一般为双键），即得合成该加聚物的单体。【易错提醒】某些环状化合物开环后可以相互结合，生成聚合物，如环氧乙烷的开环聚合该反应也属于加聚反应。2．缩合聚合反应(1)概念:由一种或一种以上的单体相互结合生成聚合物，同时有小分子生成的反应，简称缩聚反应。得到的高分子称为缩聚物。(2)类型①羟基酸缩聚，如HOCH2COOH的缩聚：。HOOC(CH2)5OH的缩聚：。②二元醇与二元酸缩聚，如乙二酸与乙二醇的缩聚：。己二酸与乙二醇的缩聚：。③氨基酸缩聚：④二元酸与二胺缩聚：⑤苯酚与甲醛的缩聚(酚醛树脂)：3)反应特点①缩聚反应的单体至少含有两个官能团（如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等）或多官能团的小分子。②所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。③反应除了生成聚合物外还生成小分子副产物，如H2O、HX等。④仅含两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构，含三个或三个以上官能团的单体缩聚后的聚合物呈体型(网状)结构。4)缩聚物单体的判断方法步骤第一步第二步第三步方法采用“切割法”去掉缩聚物结构简式中的方括号与“n”,变为小分子断开分子中的肽键或酯基在断开的羰基碳原子上连接—OH,在氧或氮原子上连接—H,还原为单体小分子实例加聚反应和缩聚反应的比较类别加聚反应缩聚反应单体特征含不饱和键(如)至少含两个特征官能团(如—OH、、—NH2)单体种类含碳碳双键或碳碳三键的有机物或环状有机物等酚和醛，二元醇、二元酸、氨基酸聚合方式通过不饱和键、破环加成通过缩合脱去小分子而连接聚合物特征高聚物与单体具有相同的组成高聚物和单体具有不同的组成产物只产生高聚物高聚物和小分子考向1考查聚合反应及单体的判断例1．（2023·山东·校联考模拟预测）下列高分子材料说法错误的是A．合成橡胶(

)没有顺反异构体B．高分子材料(

)是由苯乙烯和丙烯腈通过加聚反应合成C．聚乙烯醇(

)在水中有很好的溶解性D．酚醛树脂(

)是由苯酚和甲醛通过缩聚反应合成【变式训练】（2023·山东临沂·统考二模）北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”“雪容融”由PVC、ABS、PC和亚克力等环保材料制作而成。下列说法错误的是A．通过质谱法测定PVC()的平均相对分子质量，可得其聚合度B．ABS的单体之一是丁二烯，其碳的百分含量和乙炔相同