高中化学 第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物 第3节 醛和酮糖类学案 鲁科版选修5.doc

第3节醛和酮糖类答案：氢原子烃基(或氢原子)烃基互为同分异构体砖红色银镜醇c6h12o6同分异构体葡萄糖c12h22o11同分异构体麦芽糖(c6h10o5)n碘酒淀粉遇碘变蓝色1常见的醛、酮及结构特点(1)常见的醛、酮甲醛乙醛苯甲醛丙酮结构简式颜色状态气味无色气态强烈刺激性无色液态刺激性气味无色液态杏仁气味无色液态特殊气味溶解性易溶于水易溶于水难溶于水与水以任意比互溶应用制造酚醛树脂等染料、香料的中间体溶剂、有机合成原料自然界中蜜蜂传递警戒信息的激素、香夹兰豆的香气中的香草醛、茉莉花香中的茉莉醛、维生素a在人体中被氧化生成的视黄醛都是常见的醛或酮。(2)醛、酮的结构特点醛和酮分子中都含有羰基()。醛的官能团，称为醛基；酮分子中羰基连的是烃基，一元酮的结构简式通式为，两个烃基可以相同也可以不同，酮分子中的羰基称为酮羰基，也称酮基。饱和一元醛、酮的通式为cnh2no(饱和一元醛的碳原子数1，饱和一元酮的碳原子数3)，因此分子中碳原子数目相同的饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。如：丙酮分子式都为c3h6o，互为同分异构体。(3)醛、酮的命名步骤：选主链，原则：选含醛基或羰基且最长的碳链做主链。编位号：从靠近羰基的一端开始编号。写名称：醛基碳是一号碳，支链以取代基的形式标明位号写在名称前面。酮分子中的羰基碳必须标明其位号。如：3甲基丁醛2-戊酮析规律 醛和酮形成同分异构体的规律根据醛和酮的组成通式可知，饱和的一元脂肪醛和一元脂肪酮分子式的通式相同，那么它们在c原子数相同时，相互之间可形成同分异构体。醛和酮之间形成的同分异构现象称为官能团种类异构，也称为跨类异构。另外，含有4个以上碳的醛，可以出现醛基位置异构；5个碳以上的醛，可以出现碳链异构。【例1】 以下属于醛的有_，属于酮的有_，请命名c、d两种物质_，_。ach3chobhchocd解析：醛的官能团是醛基()，酮的官能团是酮羰基()，醛基上碳原子至少要与一个氢原子相连，酮羰基碳原子上不能连氢原子。因此，a、b结构式中有醛基，属于醛类；c、d的结构式中有酮羰基，属于酮类。答案：abcd丙酮2甲基3戊酮2醛、酮的加成反应(1)醛、酮的加成反应原理醛和酮分子中都存在着官能团羰基，官能团中碳原子没有饱和。根据有机物的结构和加成反应原理：醛和酮结构中带正电荷的部分加上了试剂中带负荷的原子或原子团，结构中带负电荷的部分加上了试剂中带正荷的原子或原子团。一般规律：参与加成反应的某些试剂反应部位化学键的电荷分布： hcnhnh2hoch3(2)与hcn的加成羰基碳氧双键的碳原子上带有部分正电荷，氧原子上带有部分负电荷，因此与hcn的反应中，cn加在带有部分正电荷的碳原子上，h加在带有部分负电荷的氧原子上。(3)与氨及其衍生物的加成反应醛、酮还能与氨及其衍生物发生加成反应，反应的产物还会发生分子内脱水反应。总的来看，相当于醛、酮和氨的衍生物分子之间脱掉了一个水分子。甲醛之所以有毒，就是因为甲醛进入人体后，分子中的羰基与蛋白质中分子的氨基发生类似上述转化的反应，使蛋白质失去原有的生物活性。甲醛能够防腐保存生物标本也是基于这个原因。(4)羟醛缩合(醛酮的自身-h加成)受羰基吸电子作用的影响，醛、酮分子中的-h活泼性增强。在一定条件下，分子中有-h的醛或酮能够发生自身加成反应。加成产物分子中既有羟基又有醛基，因此这个反应被称为“羟醛缩合反应”。【例2】 根据加成反应的原理，以乙醛和丙酮为例，试写出以下加成反应的方程式。(1)与hcn的加成反应(2)与nh3的加成反应(3)与ch3oh的加成反应解析：根据加成反应的原理，羰基碳上带正电荷，加成反应时加上带负电荷的部分，羰基氧上加上带正电荷的部分即可。答案：3氧化反应和还原反应(1)预测醛酮可能发生的氧化还原反应分析下列表格：乙醇乙醛乙酸分子式c2h6oc2h4oc2h4o2空间结构从分子式看：乙醛比乙醇少两个氢原子；比乙酸少一个氧原子。从结构上看：乙醛若在羰基碳氧双键上发生加成反应(或还原反应)可得乙醇；乙醛若能发生加氧的氧化反应可得乙酸。综上所述，可以预测：乙醇乙醛乙酸(2)醛的氧化反应a银镜反应实验步骤：第一步：向硝酸银溶液中逐滴加入稀氨水，边滴边振荡，直至沉淀恰好完全消失。第二步：向上述溶液中加入少许乙醛，水浴加热。实验现象：先出现白色沉淀，后沉淀消失；加入乙醛再加热后出现光亮的银镜。实验原理：agno3nh3h2o=agohnh4no3agoh2nh3h2o=ag(nh3)2oh2h2och3cho2ag(nh3)2ohch3coonh42ag3nh3h2o实验成功的关键：试管要洁净；银氨溶液要现用现配，不能储存；乙醛的量不宜过多；只能水浴加热且水浴加热时不能振荡试管。b与新制的氢氧化铜的反应实验步骤：第一步：向氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液。第二步：向上述溶液中加入乙醛溶液，加热煮沸。实验现象：开始生成蓝色絮状沉淀，溶液由蓝色变成棕黄色，最后生成红色沉淀。实验原理：cuso42naoh=cu(oh)2na2so4ch3cho2cu(oh)2ch3coohcu2o2h2o实验成功的关键：碱要过量，该反应在碱性条件下才能发生；要加热煮沸才能看到明显的红色沉淀。析规律 乙醛的氧化反应实验说明的问题两组实验说明了醛具有较强的还原性，可把弱氧化性的银氨溶液和氢氧化铜还原成银单质和氧化亚铜(化学式cu2o)。乙醛被氧化成乙酸或乙酸盐。酮不具有强还原性，因此可以用银氨溶液或新制的氢氧化铜鉴别醛和酮。乙醛能被弱氧化剂氧化，更能被强氧化剂氧化，如空气中的氧气、酸性kmno4溶液等。(3)还原反应：醛、酮能在多种不同条件下发生还原反应。在铂、镍的催化作用下，能与氢气发生还原反应生成醇。通式如下：【例3】 下列说法中，正确的是()a乙醛分子中的所有原子都在同一平面上b凡是能发生银镜反应的有机物都是醛c醛类既能被氧化为羧酸，又能被还原为醇d完全燃烧等物质的量的乙醛和乙醇，消耗氧气的质量相等解析：乙醛的结构式为，其中ch3的四个原子不可能在同一平面上；分子中含有醛基的有机物都能发生银镜反应，而含有醛基的物质除了醛外，还有甲酸及其盐、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖等；cho在一定条件下既可被氧化为cooh，也可被还原为ch2oh；由于乙醛与乙醇含有相同数目的c、o原子，但h原子数不同，因而完全燃烧等物质的量的乙醇和乙醛，乙醇消耗o2的质量比乙醛的多。答案：c4糖类(1)糖类的定义和分类定义：糖类是多羟基醛或多羟基酮以及能够水解生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物。分类：分类单糖低聚糖多糖水解情况不能水解1 mol可水解生成210 mol单糖1 mol水解生成n mol(n10)单糖的天然高分子化合物举例葡萄糖、果糖蔗糖、麦芽糖淀粉、纤维素(2)重要的单糖葡萄糖葡萄糖的物理性质：葡萄糖是无色晶体，熔点为146 ，有甜味，但甜度不如蔗糖，易溶于水，稍溶于乙醇，不溶于乙醚。葡萄糖的结构和化学性质葡萄糖的结构简式：ch2oh(choh)4cho结构决定性质，葡萄糖的分子结构中含有羟基和醛基，所以葡萄糖能发生氧化反应、还原反应和酯化反应。a氧化反应实验探究葡萄糖的氧化反应：实验：葡萄糖的银镜反应实验装置和实验步骤：实验现象：试管内壁有银镜生成化学方程式：ch2oh(choh)4cho2ag(nh3)2oh2agh2o3nh3实验：葡萄糖与新制备的氢氧化铜悬浊液反应实验装置和实验步骤：实验现象：试管中出现砖红色沉淀化学方程式：2cu(oh)2ch2oh(choh)4choch2oh(choh)4coohcu2o2h2o葡萄糖酸b还原反应醛基与h2加成ch2oh(choh)4choh2ch2oh(choh)4ch2ohc酯化反应羟基的性质1 mol葡萄糖可以与5 mol乙酸等反应，生成五乙酸葡萄糖酯：ch2oh(choh)4cho5ch3coohch3cooch2(choocch3)4cho5h2od发酵制乙醇c6h12o62co22c2h5oh葡萄糖的用途葡萄糖用于制镜业、糖果制造业，还可用于医药工业。葡萄糖可直接被人体吸收。因此，体弱和血糖过低的患者可以利用静脉注射葡萄糖溶液的方式来迅速补充营养。果糖果糖是另一种常见的单糖，其分子式与葡萄糖相同，也是c6h12o6，两者互为同分异构体。葡萄糖溶液可发生银镜反应，果糖不能，所以可以用银氨溶液鉴别葡萄糖和果糖。另外，在葡萄糖溶液中加入新制cu(oh)2悬浊液，混合溶液变为绛蓝色，加热后变为砖红色。因此也可以使用新制cu(oh)2悬浊液检验葡萄糖。葡萄糖或果糖可以通过二糖、多糖的水解得到。核糖和脱氧核糖也是单糖中重要的五碳醛糖，结构简式分别为：(3)二糖蔗糖：c12h22o11蔗糖在甜菜和甘蔗中含量最丰富，平时使用的白糖、红糖都是蔗糖。蔗糖易溶于水，较难溶于乙醇，甜味仅次于果糖。【实验探究】实验目的：探究蔗糖及其水解产物中是否含有醛基。实验步骤：第一，在两支洁净的试管中各放入1 ml 20%的蔗糖溶液，分别标为1号和2号。第二，向1号试管中加入3滴稀硫酸(15)。把两支试管都放在水浴中加热5 min。然后向1号试管中滴加10%的naoh溶液，至溶液呈碱性。第三，最后向两支试管里各加2 ml新制银氨溶液，在水浴中加热35 min，观察现象。实验现象：1号试管的内壁出现一层光亮的银镜，2号试管没有银镜产生。实验结论：蔗糖的分子结构中不含醛基，蔗糖的水解产物中含有醛基。麦芽糖：c12h22o11物理性质：白色晶体，易溶于水，有甜味(不如蔗糖甜)，与蔗糖互为同分异构体。化学性质还原性：能发生银镜反应，是还原性糖。麦芽糖分子结构中有醛基，是一种还原性糖。可以与银氨溶液发生银镜反应，也可以与新制氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应生成砖红色沉淀。水解反应：可以在一定条件下水解，生成两分子葡萄糖：(4)多糖：组成通式为(c6h10o5)n纤维素纤维素的水解把一小团棉花放入一支干净的试管中，加入几滴90%的浓硫酸，用玻璃棒把棉花搅成糊状。小火微热(注意不要使溶液溅出)，得到亮棕色溶液。稍冷，滴入3滴2%cuso4溶液，并加入过量naoh溶液中和硫酸至出现氢氧化铜沉淀，加热煮沸。实验现象：生成砖红色沉淀。实验结论：水解产物中含有醛基。淀粉淀粉也可以发生水解。淀粉遇到碘溶液时会显蓝色，利用这一性质可以鉴定淀粉的存在。注意：淀粉和纤维素的结构简式虽然都写为(c6h10o5)n，但是因为n的取值范围不同，所以分子式不同，因而不能互称为同分异构体。(5)糖类和生命活动糖类是人类最重要、最廉价的能量来源。1 g糖类物质可产生16.7 kj的热量，有人形象地称其为“生命的燃料”。与脂肪、蛋白质相比，由糖类转化为葡萄糖来维持血糖水平，更有利于提高人体的耐力；人的劳动强度越大，由糖类提供的能量所占比重也越大。糖类是植物合成其他化合物的基本原料，并可充当植物的结构材料。糖类还可以辅助脂肪的氧化，防止酸中毒，维持心脏和神经系统的正常功能，促进肠蠕动和消化液的分泌。核糖和脱氧核糖是核糖核酸、脱氧核糖核酸的重要组成部分。核酸在细胞核中起遗传作用。生命体内，糖类常常与蛋白质构成糖蛋白，糖蛋白参与复杂的生物化学变化并发挥重要作用。【例4】 某同学称取9 g淀粉溶于水，测定淀粉水解的百分率，其程序如下：提示：少量溶液计算时忽略不计，则(1)各步所加试剂为：a_，b_。(2)只加a不加b是否可以？其理由是_。(3)当析出2.16 g金属单质时，淀粉水解的百分率是_。解析：淀粉在酸性条件下水解，故a可选稀硫酸，加热条件下蔗糖水解的产物是葡萄糖，葡萄糖含有醛基，可与银氨溶液反应生成单质银，但银镜反应必须在碱性条件下进行，故b为naoh溶液。遇碘变蓝是淀粉的特性，混合液中加碘水变蓝，说明其中还有淀粉存在；混合液和银氨溶液反应则证明淀粉已经部分水解。2.16 g银的物质的量为2.16 g/108 gmol10.02 mol，由cho2ag，可知水解生成0.01 mol的葡萄糖，即发生水解的淀粉的质量为0.01 mol162 gmol11.62 g。故淀粉的水解百分率为1.62 g/9 g100%18%。答案：(1)稀硫酸naoh溶液(2)不可以，银镜反应必须在碱性条件下进行(3)18%5多糖的性质(1)多糖的水解及其应用淀粉是一种多糖，在酸性条件下能够发生水解反应生成葡萄糖。淀粉的水解反应是经常考查的重要知识点。要注意以下问题：淀粉遇i2变蓝，可用于淀粉和i2的相互检验。“淀粉溶液”其实是一种胶体，其胶粒不能透过半透膜。淀粉水解一般需要稀硫酸作催化剂，水解后验证产物中含有醛基时可以应用银镜反应或与新制氢氧化铜悬浊液反应，两个实验都需要在碱性条件，因此要加入足量的碱将溶液调至碱性，否则实验不会成功。纤维素水解也是在酸性条件下发生的，因此其水解产物判断实验之前也一样需要加入碱溶液中和。淀粉水解如果使用酶作催化剂效果更好，水解的速度更快。酶是具有生物活性的蛋白质，是高分子化合物，和淀粉分子一样，也不能透过半透膜。警误区 多糖水解注意的问题a纤维素水解和淀粉水解的化学方程式相似，因此在书写时要注意在分子式的下方写上“淀粉”或“纤维素”。b纤维素的水解需要在90%的硫酸和水浴加热条件下发生，比淀粉水解困难一些。(2)纤维素的结构及其性质纤维素分子结构的特点：每个葡萄糖单元中含有3个醇羟基：。因此纤维素可以发生酯化反应。a与硝酸反应生成硝酸纤维。3nhno3b与乙酸乙酸酐发生反应，生成纤维素乙酸酯。3nch3cooh,【例51】 验证淀粉水解可生成还原性糖，进行下列实验：取少量淀粉加水制成溶液；加热煮沸；加入新制氢氧化铜碱性悬浊液；加入几滴稀硫酸加热；加入碱液中和并使溶液呈碱性。正确的顺序是()abc d解析：若验证淀粉水解可生成还原性糖，可取少量淀粉加水制成溶液，加入几滴稀硫酸加热，然后加入碱液中和并使溶液呈碱性，加入新制cu(oh)2悬浊液，加热煮沸，若出现红色沉淀则说明生成了还原性的糖。答案：b【例52】 有a、b、c、d四种无色溶液，它们分别是蔗糖、葡萄糖、淀粉、甲酸乙酯中的一种。经实验测得：b、c均能发生银镜反应；a遇碘水变蓝色；a、c、d均能水解，水解液加碱后均能发生银镜反应。请回答：(1)判断它们各是什么物质：a_，b_，c_，d_。(2)写出实验有关水解反应的方程式：_，_，_。解析：根据实验推知a为淀粉；根据知b只能发生银镜反应，不能发生水解反应，因此b是葡萄糖；d只能水解，不能发生银镜反应，所以d为蔗糖；则c为甲酸乙酯。答案：(1)淀粉葡萄糖甲酸乙酯蔗糖(2)hcooch2ch3h2ohcoohch3ch2oh【例53】 若液氨相当于地球上的水，它可满足木星上生物生存的需要，那么木星上生物体内与地球上生物体内葡萄糖的分子结构相当的化合物是()ach2oh(choh)4chobch2nh2(chnh2)4chocch2nh2(chnh2)4ch=nhdch2oh(choh)4ch=nh解析：液氨的化学式为nh3，相当于地球上的水，则水中的oh相当于液氨中的nh2，水中的氧原子相当于nh原子团，将葡萄糖中的羟基换成nh2，氧原子换成为nh即可。答案：c【例54】 (双选)在一定条件下使棉花和浓硝酸反应制成“火棉”，此反应属于()a取代b硝化c缩聚d酯化解析：在纤维素分子的每个链节中有三个羟基，可与硝酸在一定条件下发生“酸脱羟基醇脱氢”的酯化反应，酯化反应的实质是取代反应。答案：ad解技巧 利用官能团推断有机物的性质学习有机化学要注意“结构决定性质”这一规律，尽量从有机化合物的结构出发，理解和掌握有机化合物的性质。例如纤维素分子中每个单元中含有3个醇羟基，因此纤维素能与酸发生酯化反应生成纤维素酯，比如：纤维素能与醋酸发生酯化反应生成醋酸纤维、与硝酸发生酯化反应生成硝化纤维。又如葡萄糖中含有多个羟基和醛基，因此葡萄糖具有醛和醇的性质。6.能使溴水和酸性高锰酸钾溶液退色的有机物(1)能使溴水退色或变色的有机物及有关化学反应原理分别为：溴水与烯烃、炔烃、二烯烃等不饱和烃类反应，使溴水退色，如：ch2=ch2br2ch2brch2brchch2br2chbr2chbr2；溴水与苯酚反应生成白色沉淀；溴水与醛类等有醛基的物质反应，使【例61】 (双选)为了鉴别己烯、甲苯和丙醛，可以使用下列试剂组的是()a新制cu(oh)2悬浊液与溴水b酸性kmno4溶液和溴水c银氨溶液及酸性kmno4溶液d银氨溶液和溴水解析：鉴别物质，只要与所加试剂反应时现象不同即可。见下表：己烯甲苯丙醛新制cu(oh)2悬浊液无明显变化无明显变化红色沉淀溴水退色，如：ch3chobr2h2och3cooh2hbr；苯、甲苯、己烷等物质虽不能与溴水发生化学反应，但由于溴在有机溶剂中溶解度大，因此可发生萃取使溴水退色。(2)能使酸性高锰酸钾溶液退色的物质及有关化学反应原理分别为：烯烃、炔烃、二烯烃等不饱和烃类被氧化，使酸性高锰酸钾溶液退色；苯的同系物(如甲苯、乙苯等)、苯酚等被氧化，使酸性高锰酸钾溶液退色；醛类等有醛基的有机物被氧化，使酸性高锰酸钾溶液退色。(3)“既使酸性高锰酸钾溶液退色，又使溴水退色”的有机物包括分子结构中有碳碳双键、碳碳叁键、醛基(cho)的有机物等。苯的同系物能因侧链被氧化使酸性高锰酸钾溶液退色，但苯及其同系物、烷烃不能因化学反应而使溴水退色。己烯甲苯丙醛溴水退色分层，上层是红棕色，下层接近无色退色酸性kmno4溶液退色退色退色银氨溶液无明显变化无明显变化银镜反应从表中现象可以看出，答案为ad。答案：ad【例62】 已知柠檬醛的结构简式为：，根据已有知识判定下列说法不正确的是()a它可使酸性kmno4溶液退色b它可以与溴发生加成反应c它可以发生银镜反应d它被催化加氢后最终产物的化学式为c10h20o解析：柠檬醛的分子结构中有碳碳双键和醛基，无论哪一种官能团都能使酸性高锰酸钾溶液退色，a正确；碳碳双键可与溴发生加成反应，b正确；醛基在一定条件下可以发生银镜反应，c正确；柠檬醛与氢气完全加成后分子式应为c10h22o，d不正确。答案：d7银镜反应及其应用(1)可发生银镜反应的物质凡含有醛基的物质均可发生：如醛、葡萄糖、麦芽糖等。(2)银镜反应与定量分析银镜反应是鉴别醛、酮的重要方法，也是通过定量计算确定醛的化学式的重要手段。根据醛的银镜反应的化学方程式：rcho2ag(nh3)2ohrcoonh42ag3nh3h2o可知：1 mol醛基可以与2 mol银氨溶液发生反应生成2 mol银即216 g银。需要注意的是：甲醛与银氨溶液反应时1 mol甲醛可以与4 mol银氨溶液发生反应生成