高中化学2023年大一轮第九章有机化学基础：第4讲生物大分子合成高分子

第4耕生物大分子合成高分子

课程标准知识建构

1.能对单体和高分子进行相互推断，能分析高分子的

合成路线，能写出典型的加聚反应和缩聚反应的反应

方程式。

2.能列举典型糖类物质，能说明单糖、二糖和多糖

的区别与联系，能探究葡萄糖的化学性质，能描述淀

糖类反应类型

粉、纤维素的典型性质。

有机

"1谷成1

3.能辨识蛋白质结构中的肽键，能说明蛋白质的基

木结构特点，能判断氨基酸的缩合产物、多肽的水解蛋白网1单体

产物。能分析说明氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。

4.能举例说明塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和

结构特点，能列举重要的合成高分子化合物，说明它

们在材料领域中的应用。

双基过关夯实必备知识

一、糖类、蛋白质、核酸

1.糖类

(1)概念：多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。由碳、氢、氧三种元

素组成，大多数糖类化合物的通式为C〃(H20)〃W

(2)分类:

(3)单糖—葡萄糖、果糖和戊糖：

①葡萄糖、果糖的组成和分子结构

分子式结构简式官能团二者关系

葡萄糖C6H12。6CH20H(CHOH)4cH0—OH、—CHO同分异

()构体

果糖CH20H(CHOH)3coeH20H

—OH、-C一

②葡萄糖的化学性质

有甜味、易溶于水

新制(吧:‘悬浊液.生成砖灯色沉淀

特征性质加热

葡

萄警瞥发生银镜反应

糖水冷加热

发醉分解?fR

QH.iO,,^^>2CH.OH+2COJf

人体内

CH”O“+6O2-----^)CO+<)H.O

缓慢氧化2

③核糖与脱氧核糖

核糖与脱氧核糖分别是生物体的遗传物质核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸

(DNA)的重要组成部分，它们都是含有5个碳原子的单糖一戊糖。

CH,—CH—CH—CH—<?H()

||||

核糖的结构简式：。HOHOHOH；

CH2—CH—CH—CH2—CHO

脱氧核糖的结构简式：(LH()HOHo

(4)二糖—蔗糖和麦芽糖

比较项目蔗糖麦芽糖

分子式均为C|2H22。11

相同点

性质都能发生水解反应

是否含醛基不含含有

不同点

水解产物葡萄糖和果糖葡萄糖

相互关系互为同分异构体

(5)多糖——淀粉和纤维素

①相似点

a.都属于天然有机高分子化合物，属于多糖，分子式都可表示为(C6HIO05)〃。

b.都能发生水解反应，如淀粉水解的化学方程式为

,酸或醐

(C6H10O5)„+^H2O--------^/C6H12O6

淀粉葡萄糖。

c.都是非还原性糖，都不能发生银镜反应。

②不同点

a.通式中〃值,不同。

b.淀粉遇碘呈现特殊的蓝色。

2.氨基酸与蛋白质

(1)氨基酸的概念：竣酸分子中煌基的氢原子被氮基取代后的产物。天然蛋

R—CH—COOH

白质水解后得到的几乎都是a—氨基酸，其通式为NH?,官能团为

一NH2和一COOH。

(2)氨基酸的化学性质

①两性：如甘氨酸与HQ、NaOH反应的化学方程式分别为

CH,—COOHCH2—COOH

+HCI—>|；

NHZNH3C1

CH,—COOHCH,—COONa

+Na()H--|+H<)。

NH,NH2

②成肽反应：如丙氨酸分子成肽反应方程式为：

CH:,

I

CH3—CH—COOH+H2N—CH—COOH一-

NH2

()H

III

CH3—C'H—C—N—CH—COOH4-H,()0

nCnH

\2

(3)蛋白质的结构与性质

①组成与结构：蛋白质含有C、H、O、N、S等元素，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化合物。

②性质

(4)酶

大部分酶是一种蛋白质，具有蛋白质的性质。醐是一种生物催化剂，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

3.核酸

(1)核酸的组成

核酸是由许多核甘酸单体形成的聚合物，核昔酸进一步水解得到磷酸和核

甘，核甘继续水解得到戊糖和碱基。

的「抄特型酗「磷酸L戊糖(核糖或脱氧核糖)

核酸而惚甘取水解L核苻里

水解广腺瞟吟(A)、鸟噤吟(G)

，碱基一

二胞密喘(C)、胸腺密嘘(T)

尿啼混(U)

(2)核酸的结构

多聚核j外侧：脱氧核糖与瞬酸交替出现

|内侧:碱基

件酸锥

：双螺

DNA氢键一＞配对

f旋结构

多聚咳j内侧：碱基

|外侧：脱钝核糖与磷酸交替小现

甘酸徒

RNA：单链状结构(一般)

(3)碱基互补配对原则

碱基互补配对原则是碱基间的一种一一对应的关系，在DNA或某些双链

RNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距

离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，这就是腺喋吟(A)一定与胸腺

喀咤(T)配对［在RNA中腺噪吟(A)与尿喀咤(U)配对］,鸟噪吟(G)一定与胞嗜咤(C)

配对，反之亦然。

(4)核酸的生物功能

核酸是生物体遗传信息的载体。有一定的碱基排列顺序的DNA片段含有特

定的遗传信息，被称为基因。DNA分子上有许多基因，决定了生物体的一系列

性状。RNA则主要负责传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息。

【诊断1】判断下列说法是否正确，正确的打错误的打X。

(1)葡萄糖、蛋白质都属于高分子化合物()

(2)凡是符合C〃(H20)〃,通式的有机物都是糖()

(3)核酸是大多数生物体的遗传物质()

(4)淀粉和纤维素的通式相同，水解的最终产物都是葡萄糖()

(5)天然蛋白质水解的最终产物是。一氨基酸()

(6)将(NHO2SO4、CuSCU溶液分别加入蛋白质溶液，都出现沉淀，表明二者

均可使蛋白质变性()

答案(1)X(2)X(3)J(4)V(5)V⑹X

二、合成有机高分子

1.基本概念

(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。

(2)链节：高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。

(3)聚合度：高分子链中含有链节的数目。

如：

单体链节聚合度

2.两种合成反应

(1)加聚反应：小分子物质以加成反应形式生成高分子化合物的反应。

(2)缩聚反应：单体分子间缩合脱去小分子(如HzO、HX等)生成高分子化合

物的反应。

3.分类及性质特点

高分子化合物躲

「天然高分子化合物：如淀粉、纤维素、蛋白质

（线型结构：具有热塑性,如低压聚乙烯

黯《支链型结构：具有热塑性,如高压聚乙烯

|合成高分子化合物

"I网状结构：具有热固性,如酚醛树脂

其中，塑型、合成纤维、合成橡胶又被称为“三大合成材料”。

4.常见高分子化合物的结构简式和单体

名称单体结构简式

HOOC-COOH()()

涤纶

HOCH2cH20HHO-EC—C'OCHjCHjOd-H

■ECH/—CH+

CN

盾纶CH2=CH—CN

聚丙烯庸

顺丁橡胶CH2—CH—CH——CH2CH2—CH=CH—CH：

CH—(H—CH—CH—t'Hi

CH2=CH—CH=CH2::

丁苯橡胶（SBR）d

CH-CH,

CH-C'—CH-CH,C-CH—CH,玉

氯丁橡胶,

ClCl

【诊断2】判断下列说法是否正确，正确的打J,错误的打X。

（1）棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶的主要成分都属于天然高分子化合物（）

⑵聚乙烯与乙烯的组成、结构、性质相同（）

（3）天然橡胶是高聚物，不能使滨水褪色（）

（4）为防止污染，可以将塑料购物袋直接烧掉（）

-fCH2—CH=C—CH，i

（5）Cl的单体是CH2=CH2和Cl—CH=CH2（）

（6）酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料（）

⑺聚乙烯可包装食品，而聚氯乙烯塑料不可用于包装食品（）

（8）聚苯乙烯与苯乙烯互为同分异构体（）

（9）合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料（）

答案(1)V(2)X(3)X(4)X(5)X(6)X(7)V(8)X(9)X

三、有机合成的思路和方法

1.有机合成题的解题思路

对比原料和采用正确的官能团的引设计合理

尼标产物方法分析入和消除合成路线

绿

环

色

境

化

保

学

护

2.有机合成中碳骨架的构建

⑴碳链增长的反应

①加聚反应；

②缩聚反应；

③酯化反应；

④利用题目信息所给反应，如：醛酮中的皴基与HCN加成。

OHOH

II

CH3CH()4-HCN-*CH3CH—CN->CH3CHC()OH

⑵碳链减短的反应

①烷烽的裂化反应；

②酯类、糖类、蛋白质等的水解反应；

③烯烧、怏烧的黛化反应；

④竣酸盐的脱竣反应……

⑶常见由链成环的方法

写出相应条件下的化学反应方程式：

①二元醇成环：

ILC------CIL+I1J)

如：HOCH2cH20H农普Q；

②羟基酸酯化成环：

CH

()()

如：H()(CHJ,—CH?—CH；+1L<)；

③氨基酸成环：

()

II

NH——C

II

如：H2NCH2CH2COOH——(+1L()；

④二元竣酸成环：

CH,—CH,

cIcI

()

如：HOOCCH2cH2co0屋警()(，+H2O：

⑤利用题目所给信息成环，如常给信息二烯垃与单烯燃的聚合成环:

3.有机合成中官能团的转化

⑴官能团的引入

引入官能团引入方法

①烽、酚的取代；

引入卤素原子②不饱和球与HX、X2的加成;

③醇与氢卤酸(HX)反应

①烯燃与水加成；

②醛酮与氢气加成；

引入羟基

③卤代燃在碱性条件下水解；

④酯的水解

①某些醇或卤代烽的消去；

引入碳碳双键②快煌不完全加成；

③烷燃裂化

引入碳氧双键①醇的催化氧化；

②连在同一个碳上的两个羟基脱水；

③含碳碳三键的物质与水加成

①醛基氧化；

引入陵基

②酯、肽、蛋白质、叛酸盐的水解

（2）官能团的消除

①通过加成反应口「以消除不饱和键（双键、三键、苯环）；

②通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基；

③通过加成或氧化反应等消除醛基；

④通过水解反应消除酯基、肽键、卤素原子。

【诊断31以环戊烷为原料制备环戊二烯的合成路线如图，则下列说法正

确的是（）

A.A的结构简式是

B.①②的反应类型分别是取代、消去反应

C.反应②③的条件分别是浓硫酸加热、光照

D.酸性KMnCU溶液褪色可证明O已完全转化为

答案B

-------■重难突破1------------------------培育关键能力——

考点一基本营养物质的组成、结构和性质

【典例1】下列说法不正确的是（）

A.检验淀粉是否水解完全的方法是：在水解液中先加入过量的氢氧化钠溶

液，然后滴加碘水，未变蓝，说明己水解完全

B.检验皂化反应是否完全的方法是：用玻璃棒蘸取反应液滴到盛有热水的

烧杯中，振荡，观察是否有油滴浮在水面上

C.利用蛋白质盐析的性质，可进行分离提纯

D.氨基酸分子中含有氨基（一NH》、翅基（一COOH）,所以其既能和酸反应

又能和碱反应

答案A

解析氢氧化钠过量，碘单质能与NaOH溶液发生反应，因此溶液未变蓝，

不能说明淀粉已完全水解，故A错误；油脂不溶于水，油脂发生皂化反应，生

成高级脂肪酸（盐）和甘油，两者都溶于水，用玻璃棒蘸取反应液滴到盛有热水的

烧杯中，振荡，如果水面上没有油滴，则说明水解完全，反之，没有水解完全，

故B正确；盐析是降低蛋白质溶解度使之析出，蛋白质仍具有活性，可进行分

离提纯，故C正确；氨基酸中含有氨基和竣基，氨基具有碱性，覆基具有酸性，

因此氨基酸既能与酸反应又能与减反应，故D正确。

【对点练1］（基本营养物质的性质）（2020・临海市白云高级中学高三月考）

下列说法正确的是（）

A.皂化反应后的溶液中加饱和食盐水，析出的固体沉于底部

B.蛋白质遇福尔马林发生变性，可以用于食品的消毒杀菌

C.棉、麻、丝、毛及合成纤维完全燃烧只生成CCh和HzO

D.淀粉和纤维素分子组成均为（C6HU）O5）〃，口均能用于生产酒精

答案D

解析皂化反应后的溶液中加饱和食盐水，析出的固体为高级脂肪酸盐，密

度比水小，悬浮于液面，A错误；蛋白质遇福尔马林发生变性，福尔马林有毒，

不可以用于食品的消毒杀菌，B错误；棉、麻为纤维素，丝、毛为蛋白质，蛋白

质完全燃烧生成CCh和H2。和含氮的物质，C错误；淀粉和纤维素分子组成均

为《6印0。5）〃，且均能在一定条件下水解生成葡萄糖，再用于生产酒精，D正确。

【对点练2］（氨基酸成肽）下列对氨基酸和蛋白质的描述正确的是（）

A.蛋白质水解的最终产物是氨基酸

B.氨基酸和蛋白质遇重金属离子均会变性

C.a一氨基丙酸与a-氨基苯丙酸混合物脱水成肽，只生成2种二肽

D.氨基酸溶干过量氮氧化钠溶液中牛成的离子，在电场作用下向正极移动

答案AD

解析蛋白质遇重金属离子会变性，氨基酸与重金属离子反应，不属于变性，

B项错误；两种氨基酸可以自身脱水形成二肽，也可以相互之间脱水形成二肽，

故可以生成4种二肽，C项错误；氨基酸中存在海基，与OH反应生成竣酸根

阴离子，在电场作用下向正极移动，D项正确。

【对点练3】（核酸的组成和性质）因为核酸是生命的基础物质，是病毒的

“身份证”，所以新冠肺炎患者的确诊需要病毒的核酸检验。以下关于核酸的论

述正确的是()

A.核酸是核蛋白的非蛋白部分，也是由氨基酸残基组成的

B.核酸水解产物中含有磷酸、葡萄糖和碱基

C.核酸、核甘酸都是高分子化合物

D.核酸7T核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，对蛋白质的合成和生物遗传起重

要作用

答案D

解析A错误；核酸是由磷酸、戊糖和碱基通过一定的方式结合而成的。B

错误；核酸水解的最终产物是磷酸、戊糖和碱基。C错误；核酸是高分子化合物,

但核甘酸不是高分子化合物。

------------------归纳总结------------------

氨基酸成肽特点和类型

(1)2种不同氨基酸脱水可形成4种二肽(可以是相同分子之间，也可以是不

同分子之间)，如甘氨酸与丙氨酸混合后可形成以下4种二肽:

()HOH

IIIIII

H,N—CH,—C—N—CHXOOHH,N—CH—C—N—CH—COOH

I|

CH3CH3

()H()H

IIIII

H,N—CH,—C—N—CH—COOHH,N—CH—C-N—CH,—COOH

||

CH；1CH3

⑵分子间或分子内脱水成环：

()-C—HN

/\

2R—CH—COOH—>R—CHCH—R+2H,()

I\/

NH,NH—C=()

CH.——C-()

CH-COOH\

INH+H.()

CH.—CH,NH,/

CH,—H2C

(3)氨基酸分子缩聚成高分子化合物:

()

II

HRCH—COOH—-H-ENH—CH—CiOH+(〃-1)H,()

II

NH2R

考点二合成有机高分子化合物

【典例2】下列关于合成材料的说法中，不正确的是（）

A.结构为・CH=CH—CH=CH—CH=CH—CH=CH—•••的高分子

的单体是乙烯

B.聚氯乙烯可制成薄膜、软管等，其单体是CH2==CHC1

OH

c.合成酚醛树脂（M）的单体是苯酚和甲醇

-ECH2CH.i

\/

C-C

D.合成顺丁橡胶（/XH）的单体是CH2=CH—CH=CH2

答案AC

解析A项，根据加聚产物的单体推断方法，凡链节的主链上只有两个碳原

子（无其他原子）的高聚物，其合成单体必为一种，将两半键闭合即可知其单体为

CH=CH,错误；B项，聚氯乙烯的单体是CH2=CHC1,正确；C项，合成酚

醛树脂的单体是苯酚和甲醛，错误；顺丁橡胶含有双键，则单体是

CH2=CH—CH=CH2,D正确。

------------------名师点拨-------------------

高聚物单体的推断方法

推断单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，并找准分离处。

（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

-ECH2—CH,—i—CH—CH，i

碳”的规律画线断链，然后半键闭合、单双键互换。如CN

的单体为CH2=CH2^CH2=CHCN,

*

-fCH,—CH-j—CH,—CH-CH—CH，i

I:

的单体为CH2=CHCH3和

CH2=CH—CH=CH2O

O（）H

⑵缩聚产物的链芍中不全为碳，一般有“一C一。一、一c—N一”等结构,

H

I

或N

子上连

和氮原

氧原子

OH,

上连一

碳原子

键，

处断

画线

。

单体

,即得

—H

物

高聚

)今有

成结构

物的组

(高聚

练4】

【对点

H-

H—C

—€

—＜：H

—CH

—＜：H

-CH

2

2

2

C-()

)

C-(

C—()

I

I

I

OCH

CH

O

OCH

3

3

3

)

是(

正确的

分析

对此

合物

分子化

型高

种体

是一

A.它

()

I

)CH

C—(

H-

H2和

2=C

是CH

其单体

B.

()

OC%

IC—

CH/

CIL

节是

其链

C.

()

II

H.

-OC

H-C

LC

是CH

单体

D.其

D

答案

-