2023届新高考化学一轮复习生物大分子与合成高分子学案

生物大分子与合成高分子【学科素养】1.证据推理与模型认知:能通过结构预测有机物的性质或分析解释化学性质,从结构特征认识性质,进一步体会结构与性质的关系。2.变化观念与平衡思想:有机合成中官能团的引入与转化,设计合成路线,认识有机化合物之间的相互转化关系,发展“变化观念”的学科思想。3.科学探究与创新意识:能列举物质组成和测定的仪器分析方法,能运用仪器分析的数据或图表推测简单物质的组成和结构;能对实验方案、实验过程和实验结论进行评价,提出进一步探究的设想。4.科学态度与社会责任:能从“绿色化学”的角度设计、评价和优化有机化合物的合成方案,并能处理或解决生产和生活中的化学问题。考点考题考点一:生物大分子2021山东等级考第7题2021湖南选择考第2题2020天津等级考第4题2018全国卷Ⅰ第7题考点二:合成高分子2019全国Ⅱ卷第7题2019上海高考第8题2018北京高考第10题考点三:有机合成路线的设计2021全国甲卷第36题2021全国乙卷第36题2021山东等级考第20题2020全国Ⅰ卷第36题考点一:生物大分子(基础性考点)从结构特点来认识生物大分子1.糖类(1)分类及转化关系(2)葡萄糖的结构与性质①结构物质分子式结构简式官能团二者关系葡萄糖C6H12O6CH2OH(CHOH)4CHO—OH、—CHO互为同分异构体果糖C6H12O6CH2OH(CHOH)3COCH2OH、—OH②葡萄糖的化学性质a.葡萄糖与银氨溶液反应的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH4+3NH3+2Ag↓+H2O。b.葡萄糖被新制Cu(OH)2悬浊液氧化的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O。(3)常见的二糖、多糖项目蔗糖麦芽糖相同点组成分子式均为C12H22O11性质都能发生水解反应不同点是否含醛基否是水解产物葡萄糖和果糖葡萄糖相互关系互为同分异构体类别淀粉纤维素分子组成(C6H10O5)n(C6H10O5)n(n与淀粉分子式中的n是不同的值,故二者不是同分异构体)结构特点几百个到几千个葡萄糖单元构成的高分子化合物,有直链及支链结构几千个葡萄糖单元构成的高分子化合物化学性质1.不与银氨溶液发生银镜反应,不显还原性2.在稀酸作用下发生水解,最终产物是葡萄糖,在人体内也水解为葡萄糖,反应方程式为(C6H10O5)n(淀粉)+nH2OnC6H12O6(葡萄糖)3.淀粉遇碘变为蓝色1.不与银氨溶液发生银镜反应,不显还原性2.在酸作用下水解,最终产物是葡萄糖,但比淀粉水解困难(需水浴加热,用70%的硫酸催化),反应方程式为(C6H10O5)n(纤维素)+nH2OnC6H12O6(葡萄糖)3.纤维素在人体内不能水解2.核酸核酸是由核苷酸单体形成的生物大分子,可以发生水解反应。【辨易错】①淀粉和纤维素具有相同的分子通式,互为同分异构体(×)②淀粉和纤维素都属于糖类,均可以为人体提供营养(×)③棉花、蚕丝的主要成分都是蛋白质(×)④棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶都属于天然高分子化合物(√)3.氨基酸与蛋白质蛋白质是由氨基酸通过肽键相互连接形成的聚合物。氨基酸多肽蛋白质【微点拨】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: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。能力点一:淀粉水解程度的判断1.实验原理:水解淀粉→葡萄糖淀粉→遇碘单质变蓝葡萄糖→含醛基(能被银氨溶液或新制氢氧化铜氧化)2.实验步骤3.实验现象及结论编号现象A现象B结论1未出现银镜溶液变蓝色淀粉尚未水解2出现银镜溶液变蓝色淀粉部分水解3出现银镜溶液不变蓝色淀粉完全水解说明: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。某学生设计了三个实验方案,用以检验淀粉的水解情况。方案A:水解液中和液溶液变蓝结论:淀粉完全没有水解。方案B:淀粉液产生银镜现象水解液无红色沉淀析出结论:淀粉完全没有水解。方案C:淀粉液水解液中和液有银镜现象结论:淀粉已经水解完全。根据上述操作及现象首先回答其结论是否正确,然后简要说明理由。如果三个方案均不合理。请另设计一个方案来证明淀粉已经水解完全了。(1)方案A____________________________。

(2)方案B____________________________。

(3)方案C____________________________。

(4)你的方案_________________________。

【解析】检验淀粉未水解的关键是实验证明没有水解产物葡萄糖生成;检验淀粉部分水解的关键是既要用实验证明有水解产物葡萄糖生成,还要用实验证明仍有未水解的淀粉存在;检验淀粉水解完全的关键是要用实验证明淀粉已不存在。为使淀粉水解而在淀粉溶液中加入了硫酸,而证明水解产物葡萄糖时,无论用新制Cu(OH)2悬浊液还是银氨溶液都必须在碱性环境中进行,所以在加鉴别试剂前必须用NaOH溶液中和硫酸。答案:(1)结论不正确。如果淀粉只是部分发生水解,未水解的淀粉遇碘(I2)也会呈蓝色。(2)结论不正确。如果淀粉发生水解会生成葡萄糖,但由于水解液没有用NaOH溶液中和,所以加入的Cu(OH)2会溶于硫酸,从而无法氧化葡萄糖,也就无红色沉淀生成。(3)结论不正确。该实验只能证实淀粉已经或正在发生水解,没有证明是否仍有淀粉存在,所以无法证明淀粉是否水解完全。(4)合理的方案应该是产生银镜现象能力点二:糖、核酸、蛋白质的结构和性质综合性判断1.(2019·全国卷Ⅱ)“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干”是唐代诗人李商隐的著名诗句,下列关于该诗句中所涉及物质的说法错误的是()A.蚕丝的主要成分是蛋白质B.蚕丝属于天然高分子材料C.“蜡炬成灰”过程中发生了氧化反应D.古代的蜡是高级脂肪酸酯,属于高分子聚合物【解析】选D。蚕丝的主要成分是蛋白质,蚕丝属于天然高分子材料,A、B正确;蜡烛燃烧过程中有机物发生氧化反应,C正确;高级脂肪酸酯属于油脂,不是高分子聚合物,D错误。2.(2022·潮州模拟)某DNA分子的片段如图所示。下列关于该片段的说法错误的是()A.氢键的强度:①>②B.该片段中所有参与形成氢键的原子都共平面C.该片段在一定条件下可发生水解反应D.胞嘧啶与鸟嘌呤分子中酰胺基的化学活性并不完全相同【解析】选B。A.氧原子的电负性大于氮原子,半径小于氮原子,形成的氢键更强,则氢键的强度:①>②,故A正确;B.如图中“*”所标注的氮原子成三个价键,N原子的价层电子对数为3+QUOTE5-3×12eq\f(5－3×1,2)=4,因此采用sp3杂化,为四面体结构,单键可以旋转,因此该片段中所有参与形成氢键的原子不都共平面,故B错误;C.该片段中含有酰胺基,在一定条件下可发生水解反应,故C正确;D.胞嘧啶与鸟嘌呤分子中酰胺基的氮原子化学环境不同,故酰胺基的化学活性并不完全相同,故D正确。3.(2021·山东等级考)某同学进行蔗糖水解实验,并检验产物中的醛基,操作如下:向试管Ⅰ中加入1mL20%蔗糖溶液,加入3滴稀硫酸,水浴加热5分钟。打开盛有10%NaOH溶液的试剂瓶,将玻璃瓶塞倒放,取1mL溶液加入试管Ⅱ,盖紧瓶塞;向试管Ⅱ中加入5滴2%CuSO4溶液。将试管Ⅱ中反应液加入试管Ⅰ,用酒精灯加热试管Ⅰ并观察现象。实验中存在的错误有几处()A.1B.2C.3D.4【解析】选B。第1处错误:利用新制氢氧化铜悬浊液检验蔗糖水解生成的葡萄糖中的醛基时,溶液需保持弱碱性,否则作水解催化剂的酸会和氢氧化铜反应,导致实验失败,题干实验过程中蔗糖水解后溶液未冷却并碱化;第2处错误:NaOH溶液具有强碱性,不能用玻璃瓶塞,否则NaOH与玻璃塞中SiO2反应生成具有黏性的Na2SiO3,会导致瓶盖无法打开,共2处错误。考点二:合成高分子(基础性考点)(一)从结构上认识高分子1.高分子与一般小分子有机化合物的区别项目高分子一般小分子有机化合物举例淀粉、纤维素、聚乙烯等乙烯、葡萄糖、乙酸等组成由若干个重复结构单元组成单一分子结构相对分子质量一般高达104~106较小2.高分子化合物的分类及性质特点其中,塑料、合成纤维、合成橡胶又被称为三大合成材料。3.三大合成材料—塑料、合成纤维、合成橡胶(1)塑料名称单体结构简式聚乙烯CH2＝CH2聚丙烯(丙纶)CH2＝CH—CH3聚氯乙烯(氯纶)CH2＝CHCl聚苯乙烯CH2＝CH—C6H5聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)(2)纤维分天然纤维、人造纤维、合成纤维。常见合成纤维名称单体结构简式涤纶HOCH2CH2OH锦纶H2N(CH2)5COOH腈纶CH2＝CH—CN(3)合成橡胶①按来源分橡胶→天然橡胶、合成橡胶②常见合成橡胶名称单体结构简式顺丁橡胶CH2＝CH—CH＝CH2丁苯橡胶CH2＝CH—CH＝CH2、氯丁橡胶丁腈橡胶CH2＝CH—CH＝CH2、CH2＝CH—CN【辨易错】(1)天然橡胶是高聚物,不能使溴水褪色(×)(2)天然橡胶聚异戊二烯()为纯净物(×)(3)酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料(×)(4)的单体是CH2＝CH2和(×)(二)高分子的合成方法1.加聚反应和缩聚反应的区别项目加聚反应缩聚反应单体含双键、三键等不饱和键具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2、其他活泼氢原子及—X等)或多官能团的小分子产物没有副产物有聚合物同时还有小分子(如H2O、NH3、HCl等)链节链节的化学组成和单体的化学组成相同链节的化学组成和单体的化学组成不同2.反应实例(1)氯乙烯合成聚氯乙烯的化学方程式为。(2)nHOOC(CH2)4COOH+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O。(3)由苯乙烯合成聚苯乙烯:n。(4)由对苯二甲酸与乙二醇合成涤纶:

+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O。(5)由2-氯-1,3-丁二烯合成氯丁橡胶:。能力点:高聚物单体的推断方法(1)加聚产物的主链一般全为碳原子,按“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”的规律画线断键,然后半键闭合、单双键互换。(2)缩聚产物的链节中不全为碳,一般有“、”等结构,在或画线处断键,碳原子上连—OH,氧原子和氮原子上连—H,即得单体。·命题角度一:高分子材料1.(2021·河北选择考)高分子材料在生产生活中应用广泛。下列说法错误的是()A.芦苇可用于制造黏胶纤维,其主要成分为纤维素B.聚氯乙烯通过加聚反应制得,可用于制作不粘锅的耐热涂层C.淀粉是相对分子质量可达几十万的天然高分子物质D.大豆蛋白纤维是一种可降解材料【解析】选B。芦苇中含有天然纤维素,可用于制造黏胶纤维,A正确;聚氯乙烯在高温条件下会分解生成有毒气体,不能用于制作不粘锅的耐热涂层,B错误;淀粉属于天然高分子物质,其相对分子质量可达几十万,C正确;大豆蛋白纤维的主要成分为蛋白质,能够被微生物分解,因此大豆蛋白纤维是一种可降解材料,D正确。·命题角度二:高聚物单体的判断2.(2022·清远模拟)苯丙炔酸()广泛用于医药、香料等化工产品中。下列关于苯丙炔酸的说法正确的是()A.分子式为C9H7O2B.与丙炔酸(CH≡C—COOH)互为同系物C.是高分子化合物的单体D.1mol苯丙炔酸最多可与4mol氢气发生反应【解析】选C。由结构简式可知分子式为C9H6O2,故A错误;含有苯环,与CH≡C—COOH结构不同,不是同系物,故B错误;可发生加聚反应生成,为的单体,故C正确;能与氢气反应的为苯环和碳碳三键,则1mol苯丙炔酸最多可与5mol氢气发生反应,故D错误。3.(2022·潮州模拟)某种高强度、耐腐蚀的芳纶纤维,军事上称为“装甲卫士”,但长期浸泡在强酸或强碱中强度有所下降。下表是该纤维的两种结构:名称结构简式芳纶1313(PMTA)芳纶1414(PPTA)以下说法不正确的是()A.PMTA和PPTA互为同分异构体B.“芳纶1313”“芳纶1414”中的数字表示苯环上取代基的位置C.该纤维在强酸或强碱中强度下降,可能与“”的水解有关D.以和为原料制备PPTA的反应为缩聚反应【解析】选A。PMTA和PPTA都是高分子化合物,聚合度不相同,所以它们不是同分异构体,A选项错误;“芳纶1313”表示苯环上1、3位置上的氢原子被取代了,“芳纶1414”表示苯环上1、4位置上的氢原子被取代了,B选项正确;肽键()在强酸或强碱条件下能够水解成—COOH、—NH2,所以该纤维在强酸或强碱中强度会有所下降,C选项正确;和为原料制备PPTA的反应,除了生成高分子PPTA外,还生成小分子HX,为缩聚反应,D选项正确。考点三:有机合成路线的设计(应用性考点)(一)有机合成原则(1)步骤:步骤少、操作简单、安全可靠。(2)符合“绿色化学”的思想:原子的经济性、原料的绿色化,试剂与催化剂的无公害性。(二)有机合成路线的分析方法方法流程逆合成分析法目标产物→中间产物→原料正合成分析法原料→中间产物→目标产物综合比较法原料→中间产物←目标产物【助理解】原子经济性原子经济性可以用原子利用率来衡量:原子利用率(%)=QUOTE预期产物的相对原子质量总和反应物的相对原子质量总和eq\f(预期产物的相对原子质量总和,反应物的相对原子质量总和)×100%(三)有机合成的主要任务1.碳骨架的构建(1)增长碳链①醛、酮的加成;②加聚反应、缩聚反应;③酯化反应;④利用题给信息。(2)缩短碳链①酯类、糖类、蛋白质的水解反应;②烯炔的氧化反应;③脱羧反应;④利用题给信息。(3)成环①醇成环醚;②成环酯;③氨基酸成环;④利用题目所给信息成环。2.官能团的引入或转化项目官能团常见方法引入—X(卤素原子)①烃、酚、醇的取代②不饱和烃的加成—OH①烯烃与水加成②醛、酮与H2加成③卤代烃、酯水解碳碳双键①醇、卤代烃的消去②炔烃的不完全加成碳氧双键①醇的催化氧化②烯、炔被高锰酸钾氧化羧基①醛的氧化②蛋白质、羧酸衍生物的水解消除双键、三键、苯环加成反应—OH消去、氧化、酯化—CHO加成、氧化酯基、酰胺基、—X水解改变官能团种类同官能团的引入方法官能团个数消去→加成→(水解)官能团位置消去、加成、α-H的取代等保护酚—OH如:—OH→—ONa→—OH【微点拨】常见有机信息(1)双烯合成——六元环+‖或+‖。(2)羟醛缩合能力点:有机合成设计的基本思路【典例】(2021·全国甲卷节选)近年来,以大豆素(化合物C)为主要成分的大豆异黄酮及其衍生物,因其具有优良的生理活性而备受关注。大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线如下:回答下列问题:(1)由G生成H分两步进行:反应1)是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应,则反应2)的反应类型为______________。

(2)根据上述路线中的相关知识,以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成:【解析】由合成路线图,可知,A(间苯二酚)和B()反应生成C(),与(CH3CO)2O发生酯化反应,生成,与氢气发生加成反应生成,发生消去反应,生成F,F先氧化成环氧化合物G,G在酸催化下发生水与环氧化合物的加成反应,然后发生酯的水解生成H,据此分析解答。(1)由G生成H分两步进行:反应1)是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应,则反应2)是将酯基水解生成羟基,反应类型为取代反应;(2)以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成题干中有机物,可以将丙烯在m-CPBA的作用下生成环氧化合物,环氧化合物在酸催化下与水发生加成反应,然后再与(CH3CO)2O发生酯化反应即可,故合成路线为。答案:(1)取代反应(2)请总结有机推断题的解题思路。提示:(2021·广东选择考节选)已知根据上述信息,写出以苯酚的一种同系物及HOCH2CH2Cl为原料合成的路线____________(不需注明反应条件)。

【解析】根据题给已知条件对甲基苯酚与HOCH2CH2Cl反应能得到,之后水解反应得到,观察题中反应可知得到目标产物需要利用反应a,所以合成的路线为。答案:【科技前沿】吉林大学研究团队报道了一种制备具有液下双疏特性表面材料的有效方法,通过在静电纺丝的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜上涂覆具有不同端基的薄膜,系统地调变PAN纤维膜表面的化学组成,开发了一系列具有:(1)水下亲油/油下疏水;(2)水下疏油/油下亲水;(3)液下双疏的膜材料(TFPNMs)。同时,该修饰层可以提高PAN纤维在非质子性溶剂(例如DMF和DMSO)中的稳定性。其中,表面端基为氰基的PAN纤维膜(CTFPNM)具有液下超双疏液的特性,可以实现对传统油水混合物,甚至于表面活性剂稳定的水包油型和油包水型乳状液的高效分离。如图为表面涂覆薄膜的PAN纳米纤维膜(TFPNMs)的制备。a)涂覆不同端基薄膜的PAN纳米纤维的合成路径b)表面端基为氰基的PAN纤维(CTFPNs)的SEM图c)CTFPNs的TEM图命题视角1:合成高分子写出聚丙烯腈的结构简式,找出合成聚丙烯腈的单体。提示:;CH2＝CH—CN命题视角2:设计合成路线以乙炔为主要原料设计合成聚丙烯腈的路线。提示:1.(2019·北京高考)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)()X为Y为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【解析】选D。X为,Y为,由P的结构片段可以看出,X与Y相连,构成酯基,聚合物P能发生水解反应,故A正确;缩聚反应为单体经多次缩合而聚合成大分子的反应,该反应常伴随着小分子的生成,由P的结构片段可以看出,合成P的过程中伴随有小分子出现,会发生缩聚反应,故B正确;油脂是一种酯,在酸性条件和碱性条件下水解都可得到丙三醇,故C正确;由邻苯二甲酸和乙二醇的结构式可知,二者发生缩聚反应的产物为链式结构或环式结构,不能形成交联结构,故D错误。2.(2018·北京高考)一种芳纶纤维的拉伸强度比钢丝还高,广泛用作防护材料。其结构片段如图。下列关于该高分子的说法正确的是()A.完全水解产物的单个分子中,苯环上的氢原子具有不同的化学环境B.完全水解产物的单个分子中,含有官能团—COOH或—NH2C.氢键对该高分子的性能没有影响D.结构简式为【解析】选B。根据图示可知,该高分子完全水解后生成、,苯环上的氢原子具有相同的化学环境,含有官能团—COOH或—NH2,A错误,B正确;氢键能影响物质的物理性质,故氢键对该高分子的性能有影响,C错误;该高分子的结构简式为,D错误。知识点避坑:合成高分子的性质(1)水溶性:有亲水基团,能和水分子形成氢键,都可以增大水溶性