有机反应与有机合成精选(十四篇)

篇1

关键词：有机合成 闪速化学 微反应器

有机合成是人类改造、创造世界的有力工具，是有机化学不可分割的重要内容，其发展水平直接关系到有机化学研究的发展。近年来，随着我国社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，在有机合成化学领域也取得了许多令人瞩目的成绩，例如生物活性天然产物合成、金属参与有机合成等方面有很多突破性的成果，并逐渐从物理有机化学向化学生物学、计算化学、绿色化学等领域发展，科研与生产能力得到了大幅度的提升。本文对闪速化学的原理与应用进行研究，旨在发挥新理念、新技术的优势，更好的促进我国有机合成化学的发展。

一、有机合成化学发展回顾

据统计，目前已知的有机化学反应数量达到3000多个，被广泛应用的有200多个，并且不断有新的有机合成被研发出来投入应用，这些有机化学反应直接催生出2000多万种有机化合物。在有机合成化学领域研究中，合成路线、合成策略、合成方法需要兼顾原子经济性、高效性、环境友好等原则，通过科学合理的合成设计与巧妙的方法确保有机合成的综合效益。

在1902年至2005年前，诺贝尔化学奖有25项给予了对有机合成领域有突出贡献的科学家，可见有机合成的重要地位及其发展速度之快。最近几十年来有机合成领域发展速度进一步加快，传统有机合成已向绿色合成转变，并渗透到生命科学等学科中产生了巨大的推动作用，组合化学、正向合成分析等理论与技术为精细化学品的研发提供助力，超声波、微波等技术的应用日益广泛，微生物、人工酶的利用工艺日益精湛，很好的体现了有机合成的创造性魅力，为人类的生产生活提供方方面面的支持和帮助。

二、闪速合成目标化合物的原理及特点

在有机合成过程中，我们通常要考虑如何在不降低产物收率的情况下更大幅度的减小反应时间，而一般情况下二者相互矛盾难以统一，降低反应时间往往导致反应过程无法有效控制，最终导致产物收率降低，甚至生成许多副产物。为了有效解决这一问题，Yoshida提出了闪速化学的方法，并在聚合物快速合成中实验成功。其实早在上个世纪该理念便已体现在有机合成中，例如我们所熟知的闪速真空热解技术即是利用载气将前驱物带入裂解室快速获得产物，但因无法控制反应过程仅停留在理论层面。

新世纪以来微反应器技术的应用使闪速化学的实现成为了可能，微反应器的结构特点决定了其具有高效的热转换能力，可以对反应温度进行有效控制，能够快速、精确混合反应物料，并且精确控制滞留时间、快速实现物质分离转移，避免不必要的副产物生成。借助微反应器的诸多功能优势，闪速化学得以真正在有机合成中得到应用，对提高合成产物的产量和效率做出了重大的贡献。

闪速化学反应包括五种类型，主要针对有活性物质参与，或是易生成副产物、产物不稳定、放热剧烈以及需要高活性激发源的有机合成反应。闪速化学反应的特点主要是反应时间短，需要对反应物分子通过热激发、微波辐射等方式进行活化，并且往往产生敏感的高活性物质。

三、闪速合成目标化合物的应用

闪速化学的应用领域十分广泛，可以在氧化、酰化、取代、缩合等反应过程中应用，借助微反应器可以完成许多常规容器中无法实现的反应。下文中将进行列举分析。

1.中间体易分解反应中的应用

在常规容器中中间体易分解的反应，可以利用微反应器的滞留时间控制能力，在中间体分解前转移到后续反应，使化学合成得以顺利实现。例如以醇制备羰基化合物时需要进行低温 Swern-Moffatt 氧化，反应过程需要在零下50℃条件下进行以抑制副产物生成，而利用微反应器，在20℃条件下将滞留时间控制在0.01s产物收率高达90%，与使用常规容器相比不仅对反应条件限制更小，而且产物收率更高。又如羟醛缩合反应中生成的烯醇盐活性高不易积累，而借助微反应器控制滞留时间将其快速转移，仅用15s即可生成高产率的合成产物。另外如溴锂置换反应等均可通过控制中间体滞留时间来实现闪速置换。

2.易生成副产物反应中的应用

为了提高合成反应速度通常需搅拌反应体系，导致难以研究动力学过程和产品选择性，需要依靠降温等方式来减慢反应速率。而凭借微反应器可以在自然速率下控制反应，获得动力学信息，得到选择性产物。例如通过微反应器控制格式反应能够抑制多取代产物的生成，其他如微反应器中的芳香化合物碘化反应也可提高产物选择性。

3.产物易分解反应中的应用

许多有机合成反应产物稳定性差，滞留时间长会分解从而降低收率，凭借微反应器中的闪速合成可以精确控制滞留时间，避免产物分解。例如β-羟基酮的酸催化脱水反应在微反应器中用氢氧化钠溶液冷浸停止，能够有效降低产物滞留时间，避免酸催化产生的环化产物等副产物，获得接近100%纯度的产物。

4.高放热反应中的应用

对于高放热反应常规方法是控制反应速率，然而局部过热现象难以避免，利用微反应器可以及时导出热量，对反应温度进行有效控制，从而提高产物收率和反应速率。有文献研究证实，凭借微反应器对氟化反应的放热量和反应温度进行控制具有显著效果，类似的研究还有硝化反应、卤素与金属置换反应等等。

四、结语

有机合成是化学研究领域的重要内容，推动有机合成化学的发展对于经济发展与科技进步具有积极意义。闪速化学借助微反应器的功能优势，能够更高速、高效的完成许多常规容器内无法实现的合成反应，对于有机合成化学的发展有着重要的促进作用。但是关于闪速化学的研究与应用尚不成熟，未来需要进一步深入研究，将其推向工业生产，以满足现代生产生活对分子快速合成的需求。

参考文献

[1]（美）卡雷，（美）松德贝里.高等有机化学：反应与合成[M]. 科学出版社，2009.1.

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一、无机反应的分类

1。四种基本类型

在初中阶段，根据反应物和生成物的类别和反应前后物质种类的多少把化学反应分为四种基本类型。用A、B、C、D或其组合表示物质，这四类反应可简单表示为A+BAB（化合），ABA+B（分解）、A+BCAC+B（置换）、AB+CDAD+CB（复分解）。在化学教学中，这种分类方法对掌握单质、化合物、酸、碱、盐的化学性质，认识化学反应的基本规律，形成初中化学知识系统发挥了重要作用。但是，由于化学反应的复杂性和多样性，四种基本类型只是对化学反应的初步分类，不能概括全部学过的化学反应，例如最常见的生铁冶炼Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2和甲烷燃烧CH4+2O2点燃CO2+2H2O都未能包括在内。

2。离子反应和分子反应

随着溶液导电性的研究和电离理论的发展，人们又根据参加反应的微粒把化学反应分为分子反应和离子反应两大类。分子之间发生的反应称为分子反应，如氢气在氧气中燃烧发生分子反应。电解质在水溶液中的反应实质上是离子之间的反应，这样的反应属于离子反应。如酸碱中和反应H++OH-H2O就最常见的离子反应。

用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子叫做离子方程式，离子方程式有两大特点：一是略去了未参与反应的离子，揭示了离子反应的本质，书写也更加简明。二是离子方程式不仅可以表示一定物质间的某个反应，而且可以表示所有同一类型的离子反应。如前述中和反应的离子方程式就能表示所有强酸强碱的中和反应。

3。氧化还原与非氧化还原反应

自19世纪末发现电子到20世纪初形成原子结构理论，人们逐渐认识到化学反应实质上是反应物之间对价电子的你争我夺，最终导致价电子的运动状态发生改变。于是从电子转移的角度又提出将化学反应分为氧化还原和非氧化还原反应。这样分类可以概括所有的化学反应，分类的着眼点从原子、分子、离子到价电子，步步深入，是一种较基本类型更深层次的分类方法，也更加深入地揭示了化学反应的本质。

在这种分类中，“氧化”已失去了字面上的意义，所以历来是中学化学教学的难点，在教学中应注意以下两点：

①明确氧化还原的辩证关系

氧化还原反应的本质是电子发生转移，在反应中电子有得必有失，而且得失相当。因此，氧化与还原相互依存。氧化还原反应的相关概念多，容易相互干扰而产生负迁移。要明确概念的范围，理清概念之间的联系，这种内在联系可表示为：得电子化合价降低被还原是氧化剂表现氧化性得到还原产物和失电子化合价升高被氧化是还原剂表现还原性得到氧化产物。

电子得失是氧化还原的微观本质，化合价升降是宏观表现，被氧化、被还原是指发生了什么变化，“剂”“性”针对反应物而言，产物即生成物。

②氧化还原反应的规律

氧化还原总是强氧化剂和强还原剂发生反应生成弱氧化剂和弱还原剂，这与酸碱之间的强强反应规律是一致的。氧化还原的另一规律是化合价升降相等，电子得失总数守恒，这是氧化还原方程式配平和氧化还原计算的依据。

③氧化还原与非氧化还原没有严格界限

在化学上金属与非金属、酸与碱、离子键与共价键、离子化合物与共价化合物等都没有严格界限，中间都存在着某种过渡状态，从量变到质变。氧化还原与非氧化还原也是逐步过渡的。即使在非氧化还原反应中也存在着一定程度的电子偏移，只是这种偏移未能引起宏观上化合价的改变。例如中和反应H++OH-H2O，在反应物中H+与H原子相比少一个电子，带一个单位正电荷，OH-中相对多一个电子，有成对电子，带一个单位负电荷，但在生成物H2O中，电子对是共用的，也就是说H+在一定程度上得到了电子，可见，在中和反应中电子仍有一定程度的偏移，氧化还原反应与非氧化还原反应并非“势不两立”，“是”与“非”是根据化合价是否改变人为界定的。

分类方法的演变反映了化学科学的发展，无机反应的三种分类方法依据不同，其结果各异。应注意把握彼此之间的联系。如金属与酸溶液的置换反应是离子反应，也是氧化还原反应，而酸碱盐之间的复分解反应是离子反应，但不属于氧化还原反应，所以，离子反应包括氧化还原反应也包括非氧化还原反应。

二、有机反应的分类

有机化学为什么能够自成体系？一方面是因为有机物是构成生物体的物质基础，另一方面也是因为含碳化合物在结构上的特殊性。碳位于元素周期表的第2周期第ⅣA族，原子半径小，最外层的4个电子可形成4个共价单键，碳原子之间可以共价单键或双键、三键连接成碳链或碳环，因此有机物分子中碳原子数就可以成千上万，而当分子中原子种类数目相同时，又可能具有不同的结构，所以碳的化合物种类繁多，结构复杂，功能齐全。硅的最外层电子数也是4个，但由于半径大，Si-Si键长远大于C-C键，使之键能小，硅链难以形成，即使形成也不稳定。因此，在地球的演变过程中，“造物主”选择了碳原子构成有机物的骨架是必然的。由于有机物组成、结构上的特殊性，使得有机反应的分类不再沿用无机反应的分类方法，而是另立门户。

1。有机反应的基本类型

无机物的性质主要决定于元素组成和原子的最外层电子数，有机物的组成简单，其反应基本都发生在官能团上。在中学阶段，有机反应也可分为四种基本类型：取代、加成、消去、聚合。同样，由于有机物的多样性，这四种基本类型也不能概括所有的有机反应。

①取代反应

有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫做取代反应，如甲烷在光照下能与卤素单质反应。甲烷分子中的氢原子逐一被碳原子代替。

CH4+Cl2光CH3Cl+HCl……

值得注意的是取代与置换不同，二者是不同范畴的概念，取代被限定为有机物的反应。置换反应一定有单质参加也有另一单质生成，而取代则与单质是否参与或生成无关。在有机化学里取代是有机反应中的一大门类，包括卤代、磺化、硝化、酯化及酯的水解等，以酯化为例：

CH3COOH+C2H5OH浓H2SO41CH3COOC2H5+H2O

这一反应的机理是羧酸失羟基；醇失氢原子，即羧酸分子中的羟基被醇中的烷氧基所取代。其逆反应酯的水解也属于取代反应之列。

②加成反应

有机物分子中双键（或三键）两端的碳原子与其他们原子或原子团直接结合生成新化合物的反应叫加成反应。乙烯使溴水褪色就是乙烯与溴发生了加成反应CH2=CH2+Br2CH2Br-CH2Br，发生加成反应的主体是含有不饱和键的有机物，被加成的物质可以是非金属单质（H2、X2等）或小分子化合物（H2O、HX等），加成反应的主体可以是不饱和烃，也可以是含氧、含氮的有机物（发生在CO或CN上）。三键的加成可分步进行，也可一步到位。如CHCH与X2加成可得二卤烯烃和四卤代烷两种产物。小分子化合物与不饱和烃加成时，氢原子和羟基或卤原子可分别加到不同位置的碳原子上，其加成规律在中学化学教材中并未涉及，如在高考试卷中出现，则可分析试题中的新信息确定。

③消去反应

有机物在一定条件下从一个分子中脱去一个小分子（如H2O、HX等）而生成不饱和化合物的反应叫消去反应，例如溴乙烷与NaOH醇溶液共热生成乙烯CH3-CH2Br+NaOH醇1CH2=CH2+NaBr+H2O。对于消去反应需注意卤代烃的消去反应条件是与强碱的醇溶液共热，若改成强碱的水溶液则发生取代（水解）生成醇，对此要强化记忆，避免混淆。另外卤代烃发生消去反应还需符合一定的结构条件，与连接卤原子的碳原子相邻的碳原子上一定连有氢原子，否则不能发生消去，如CH3Br、（CH3）3C-CH2Br都无法发生消去。实验室用乙醇脱水制乙烯属于消去反应，这一反应温度应控制在170℃，若温度为140℃，则发生双分子脱水2C2H5OH浓H2SO41140℃C2H5-O-C2H5+H2O，此时未生成不饱和化合物，不属于消去反应，而属于取代反应。消去的逆反应是加成，但不能认为消去与加成是一对可逆反应，因为二者的反应条件完全不同。

④聚合反应

由相对分子质量小的化合物互相结合成相对分子质量大的高分子的反应叫做聚合反应。聚合反应是合成高分子材料的必由之路。在聚合反应中，相互结合的小分子称单体，反应后得到的高分子称聚合体。聚合反应又分为加聚和缩聚，不饱和小分子的聚合实质上是大规模的加成，这种聚合简称为加聚。如由丙烯制取聚丙烯：nCH3-CH=CH2催化剂CHCH3CH2发生加聚的单体可以是一种，也可以是几种，如丁二烯与苯乙烯混聚，这种混聚产物往往具有更优良的性能。另一种聚合叫缩聚，其单体至少是两种甚至更多。聚合时也未发生在不饱和键上，而是通过失去小分子而彼此连接成高分子。如脲醛树脂的制取nH2NCONH2+nCHO催化剂NHCONHCH2+（n-1）H2O这种缩聚反应可以看成是大规模连续发生的取代反应。蛋白质就是20种氨基酸按一定顺序、一定数目缩聚成的高分子化合物。

2。有机反应中的氧化还原

烃及含氧衍生物的燃烧属于氧化反应，当氧气充足时产物为CO2和H2O，当氧气不足时，也会有CO生成。通过测定完全燃烧时生成CO2和H2O的量可以确定有机物的组成并写出分子式。此外，在有机化学中，把醇、醛、羧酸的相互转化也称为氧化或还原：

醇氧化1还原醛氧化1还原羧酸

如CCH3OH+H2催化剂1CH3-CH2OH（还原）

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1.有机综合推断题中“题给信息”与“答案”之间的逻辑关系

有机综合推断题中考生的答案常常是多样化的，但总起来看也可以分成结构类（如写官能团名称、有机物结构简式、同分异构体等），性质类（如判断反应类型、书写有机反应化学方程式、有机物检验等），组成类（求有机物分子式等）三种。“题给信息”与“答案”之间的逻辑关系可概括如下：

有机综合推断题中的题给信息往往是多样化的，总起来看可分成如下三类。

（1）跟有机物的结构相关的信息。常见的有：①某种有机物的结构简式（或结构简式的部分内容）、名称（由名称可确定有机物结构）等，②有机物分子中空间结构特征，③有机物分子中氢原子化学环境种数，④有机反应定反应物、产物中官能团的变化，⑤某种有机物中烃基、官能团的种类（隐含在有机物转化关系图中），⑥有机反应中产物种数（如可生成一氯代物的种数），⑦有机反应中消耗试剂的量（如根据消耗H2的量可确定不饱和键数目）……

在有机综合推断题中，跟有机物结构相关的信息是分析、推断的重要依据。如根据有机物分子中官能团种类可直接判断该有机物可能发生的有机反应，根据某有机物分子中氢原子化学环境种数常常可以直接确定该有机物的分子结构，根据某有机反应中可生成一氯代物的种数（产物）可直接确定该反应中反应物的分子结构，等等。

（2）跟有机物的性质相关的信息。常见的有：①有机反应的条件（如卤代反应的条件、消去反应的条件等）；②与某种无机试剂反应（如与钠产生气体，与碳酸氢钠产生气体，常温下能否使溴水褪色，常温下能否使酸性高锰酸钾溶液褪色，能否发生银镜反应，能否被新制氢氧化铜氧化，能否与氢气加成等）；③能否发生某种反应（如能否发生加成反应，能否发生酯化反应，能否发生氧化反应等）……

跟有机物的性质相关的信息是推断有机物结构、研究有机物组成的关键信息。大多数有机综合推断题中，可以直接根据有机物性质相关的信息对有机物的结构、组成等作出判断。如若试题中出现“遇氯化铁显紫色”可直接确定有酚类物质，若出现“能发生酯化反应”可直接确定是醇或羧酸，若出现“氢氧化钠醇溶液、加热”这样的反应条件可直接确定是卤代烃，若有机物转化关系中有连续两步催化氧化的特征信息（A催化剂B催化剂C）可尝试“醇醛羧酸”……

（3）跟有机物的组成相关的信息。常见的有：①试题中给出的有机物的碳、氢、氧元素含量数据，②有机物的分子式，③有机物名称、有机物的结构简式（根据名称和结构简式可确定分子式），④有机反应中反应物和产物中某种原子个数变化，⑤有机反应定反应物、产物的相对分子质量变化……

某些有机综合推断题中，有关有机物组成的信息也会成为推断的关键依据。如可以根据特定反应物、产物分子中溴原子数变化，直接判断出Br2参与的是取代反应还是加成反应；可以根据特定反应物、产物分子中氢原子和氧原子数变化特征，直接判断出醇发生的是消去反应还是取代反应。

2.有机综合推断题中题给信息的设置特点和信息处理策略

编制有机综合推断题过程中，命题者要考虑“给出哪些信息”、“以什么方式给出信息”等，以达到考查和测试的目标。对于考生来说，要重点考虑的是“怎样将题中给出的信息全部找出来”、“怎样将题给信息转换成有用的推理依据”等等，所以必须研究有机综合推断题中题给信息的设置特点和处理策略。

1.1“信息多样化”与“高频信息点”的统一

研究近几年高考有机综合推断题可发现，这类试题中题给信息既有向“多样化”发展的同时，也有常常出现的“高频信息点”。如关于有机物结构方面，试题中可以给出结构简式、有机物分子中的烃基和官能团等信息让考生判断，也可以给出氢原子的化学环境、一卤代物的种数、反应物与主要产物的相对分子质量、与官能团相关反应的实验现象等让考生研究。“信息多样化”要求考生有更强的吸收信息、转换信息、处理信息的能力，平时要重视研究试题中的信息类型，重视研究分析加工不同类型信息的一般方法。

如，根据有机物的特征反应现象类信息可推断官能团。使酸性高锰酸钾溶液褪色的有碳碳双键、碳碳三键、醛基等多种官能团，使溴水（或溴的四氯化碳溶液）褪色的官能团有碳碳双键、碳碳三键等，能使溴水产生白色沉淀的是酚类，能与碳酸氢钠溶液反应产生气体的是含羧基的物质，能在氢氧化钠溶液中发生水解反应生成两种有机物的往往是酯，等等。

再如，根据有机反应条件可确定有机反应类型。如光照条件与卤素反应，往往是烷烃取代或苯环上支链烃基上取代；浓硫酸、加热条件下可能是酯化反应、醇消去反应、成醚、苯环上硝化反应等；稀硫酸加热条件下发生酯水解反应、糖类水解反应等；氢氧化钠醇溶液加热一般是卤代烃消去反应；氢氧化钠水溶液加热，可能是酯、卤代烃等水解反应，等等。

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有机化学推断与合成是高考命题的重点。考查的内容主要有：①根据某有机物的组成和结构推断同分异构体的结构；②根据相互衍变关系和性质推断有机物的结构或反应条件和反应类型；③根据实验现象（或典型用途）推断有机物的组成或结构；④根据反应规律推断化学反应方程式；⑤根据质谱图、红外光谱图、核磁共振氢谱图推断有机物的分子组成和结构；⑥按要求模拟书写有机合成流程图。

研究和分析近几年高考试题，可发现无论是命题思想还是命题形式，跟以往相比，有着明显的变化和发展，特别是新教材增加了有机物的仪器分析方法。因此这类试题正逐步向综合型、信息化、能力型方向发展。

有机化学推断与合成主要以填空题为主。常将对有机物的组成、结构、性质的考查融为一体，具有较强的综合性，并多与新的信息紧密结合，因此而成为高考的热点。展望今后有机化学推断与合成题将会继续成为高考的主要考点。

思路、方法和规律

1.找准有机物化学推断与合成的突破口（题眼）。

找解题“突破口”的一般方法是：

（1）从有机物的物理特征突破。有机物中各类代表物的颜色、状态、气味、溶解性、密度、熔点、沸点等往往各有特点，平时留心归纳，解题时可能由此找到题眼。

（2）从特定的反应条件突破。有机反应往往各有特定的条件，因此反应的特定条件有时也是解题的突破口。例如“浓H2S04，170℃”的条件可能是乙醇消去制乙烯；“烃与溴水反应”，则该烃应为不饱和烃，且反应一定是加成反应，而不会是取代反应；“氢氧化钠的醇溶液/加热”应该是卤代烃消去反应的条件；“光照”应该是烷烃基与卤素单质的取代反应条件；“氢氧化钠的水溶液/加热”应该是卤代烃或酯的水解反应条件等。

（3）从特定的衍变关系突破。

①相互取代关系。如卤代烃与醇的关系：R-X-R-OH，实质上是卤素原子与羟基的相互取 十HX代。

②氧化还原关系。如醇、醛、酸之间的转换，实际上是-CH20H、-CHO、-COOH等官能团之间的转换关系：

③消去和加成关系。如醇与不饱和烃、卤代烃和不饱和烃之间的转换关系： 。前者实际上是醇或卤代烃消去H20或HX形成新的官能团（即不饱和键），后者则是打开不饱和键结合H20或HX，生成醇或卤代烃的过程。

④结合重组关系。如醇与羧酸的酯化反应以及酯的水解，酯化反应实质上是酸和醇分子间脱水；而酯的水解反应则是RCOOR'和H2O相互作用重新生成具有-OH官能团的醇和具有-COOH官能团的羧酸：

（4）从结构关系突破。这其实也是转化关系的原理。例如某醇催化氧化能得到相应的醛，则该醇必为伯醇；若醇催化氧化得到的是酮，则醇必为仲醇；若醇不能发生催化氧化反应，则该醇必为叔醇。醇及卤代烃的消去反应、羟基羧酸生成环酯的反应等都与特定的结构有关。

（5）从特征现象突破。如遇FeCl3溶液发生显色反应，该有机物可能是酚类；能与银氨溶液反应生成银镜，则该有机物含有醛基；能使石蕊显红色，则该有机物含有羧基；能使溴水褪色，则该有机物可能含有双键或叁键。特征现象可以从产生气体、沉淀颜

色、溶液颜色变化等方面考虑。

（6）从特定的量变突破。如相对分子质量增加16，可能是加进了氧原子（例：CH3CHOCH3COOH）；相对分子质量减少2，可能是醇的去氢氧化；相对分子质量减少18，可能是有机物发生了脱水消去反应。平时复习有“量”的概念，考试时就可能心明眼亮。

（7）从仪器分析给出的有关数据和图像突破。结合质谱图推断有机物的相对分子质量和分子离子碎片；由红外光谱图上的吸收峰，推断有机物含有的官能团和基团；利用核磁共振氢谱图上特定的信息判断等效氢的种类和数目。

注：在解题时思路要开阔，打破思维定势。应该考虑到某有机物可能不止一种官能团，或者有一种但不止一个官能团。要从链状结构想到环状结构，这样疑难问题可能就迎刃而解。

2.解答有机推断与合成题的常用思维方法和解题技巧。

①顺推法：以有机物结构、性质和实验现象为主线，采用正向思维，得出正确结论。

②逆推法：以有机物结构、性质和实验现象为主线，采用逆向思维，得出正确结论。

③分离法：先根据已知条件，分离出已知条件，把明显的未知条件分离出来，然后根据已知条件将分离出来的未知条件逐个求解。

④分层推理法：依据题意，分层推理，综合结果，得出正确推论。

典例剖析

例题 立方烷（）具有高度的对称性、高致密性、高张力能及高稳定性等特点，因此合成立方烷及其衍生物成为化学界关注的热点。下面是立方烷衍生物I的一种合成路线：

回答下列问题：

（1）C的结构简式为

，E的结构简式为

。

（2）③的反应类型为

，⑤的反应类型为――。

（3）化合物A可由环戊烷经三步反应合成：

反应1的试剂与条件为

。

反应2的化学方程式为

。

反应3可用的试剂为

。

（4）在I的合成路线中，互为同分异构体的化合物是

（填化合物代号）。

（5）1与碱石灰共热可转化为立方烷。立方烷的核磁共振氢谱中有 个峰。

（6）立方烷经硝化可得到六硝基立方烷，其可能的结构有

种。

答案：（1） （2）取代反应消去反应 （3） Cl2/光照 （4）G和H （5）1 （6）3

解析：（1）由流程图可知， 与NBS在特定条件下发生取代反应生成 在特定条件下反应生成的C中没有溴原子，且反应条件也是卤代烃消去反应的条件，故生成C的反应是消去反应，结合D的结构可知C的结构简式为 。D与溴的CC14溶液发生加成反应，生成的E为

。

（2）由CD，EF的有机物结构特征可确定③和⑤的反应类型分别为取代反应和消去反应。

（3）结合流程联想“烃卤代烃醇醛（酮）”，可知反应1的试剂是卤素，条件是光照；反应2是卤代烃的水解反应；反应3的试剂是02/Cu。

（4）GH的条件是光照，二者分子式均为C10H602Br2，互为同分异构体。

（5）立方烷结构高度对称，只有一种氢。

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例1下列有机反应中，不属于取代反应的是（）。

A.CH3+Cl2光照

CH2Cl+HCl

B.2CH3CH2OH+2Na

2CH3CH2ONa+H2

C.CH3CH2CH2CH2OH +HBr

CH3CH2CH2CH2Br+H2O

D.C2H5OH+HOC2H5浓硫酸140℃

C2H5OC2H5+H2O

解析根据取代反应的概念可知，反应A、C、D均属于取代反应；而反应B不属于取代反应（属于置换反应）。

故答案为B。

知识点拨①取代反应的特点是“交换成分，有上有下”。

②常见的取代反应有：烷烃、苯及其同系物、酚等的卤代反应，苯及其同系物、酚等的硝化反应与磺化反应，酯化反应，醇与氢卤酸（HX）的反应，醇分子间脱水生成醚的反应，有机物的水解反应。

③取代反应与置换反应的主要区别：一是取代反应的反应物和生成物不一定有单质，而置换反应的反应物和生成物一定有单质；二是取代反应一般进行不完全、速率慢，而置换反应一般能进行完全、速率快；三是取代反应无电子得失，而置换反应有电子得失。

二、加成反应

例2下列有机反应中，不属于加成反应的是（）。

A.CH3CH=CH2+HCl催化剂

CH3CHClCH3

B.CH2=CHCH2CH3+H2O催化剂CH3CHOHCH2CH3

C.CH2=CHCH3+2Cl2光照CH2=CHCHCl2+2HCl

D.CH2=CHCH2CHO+2H2催化剂CH3CH2CH2CH2OH

解析根据加成反应的概念可知，反应A、B、D均属于加成反应；而反应C不属于加成反应（属于取代反应）。

故答案为C。

知识点拨①加成反应的特点是“合二为一，只上不下”。

②常见的加成反应有：不饱和烃及其衍生物与H2、卤素（X2）或卤化氢（HX）的加成反应，不饱和烃与水的加成反应，芳香烃、醛、酮、葡萄糖、果糖等与H2的加成反应。

③能发生加成反应的有机物一般含有碳碳双键、碳碳三键、碳氧双键等不饱和键。

④取代反应与加成反应的主要区别是：取代反应反应前后分子数目一般不变，而加成反应反应后分子数目一般减少。

三、酯化反应

例3下列有机反应中，不属于酯化反应的是（）。

A.CH3CH2CH2OH+HCl

CH3CH2CH2Cl+H2O

B.CH3CH2COOH+HOCH2CH2CH3

CH3CH2COOCH2CH2CH3+H2O

C.CH3CH2OH+HO―SO3H（浓）浓硫酸CH3CH2O―SO3H+H2O

D.＼[C6H7O2（OH）3＼]n（纤维素）+3nHO―NO2（浓）浓硫酸＼[C6H7O2（ONO2）3＼]n+3nH2O

解析根据酯化反应的概念可知，反应B、C、D均属于酯化反应；而反应A不属于酯化反应（因HCl是非含氧酸，且生成物CH3CH2CH2Cl属于卤代烃、而不属于酯）。

故答案为A。

知识点拨①酯化反应概念中的酸指有机酸（羧酸）或无机含氧酸（如H2SO4、HNO3等）；醇不仅指醇类，而且包括含醇羟基的有机物（如葡萄糖、纤维素等）。

②酯化反应属于取代反应。

③羧酸与醇发生酯化反应的原理：一般是羧酸分子里羧基上的羟基跟醇分子里羟基上的氢原子结合成水（即脱水方式为“酸脱羟基醇脱氢”），其余部分互相结合成酯。无机含氧酸与醇发生酯化反应的原理：一般是无机含氧酸分子里羟基上的氢原子跟醇分子里的羟基结合成水（即脱水方式为“醇脱羟基酸脱氢”），其余部分互相结合成酯。

④常见的酯化反应：无机含氧酸与醇或糖等的酯化反应，羧酸与醇或糖等的酯化反应，羟基羧酸分子内或分子间的酯化反应。其中，二元羧酸与二元醇或羟基羧酸发生酯化反应时，可以生成链状酯、环状酯或高聚酯。

四、消去反应

例4下列有机反应中，不属于消去反应的是（）。

A.CH3CH2CH2CH2OH浓硫酸CH3CH2CH=CH2+H2O

B.CH2CH2CH2Cl+NaOH

乙醇

CH2CHCH2+NaCl+H2O

C.BrCH2CH2CH2CH2Br+2NaOH

乙醇CH2=CHCH=CH2+2NaBr+2H2O

D.2CH3CH2CHOHCH3+O2

催化剂

2CH3CH2COCH3+2H2O

解析根据消去反应的概念可知，反应A、B、C均属于消去反应，而反应D不属于消去反应（根据氧化反应的概念可知，反应D属于氧化反应）。

选D。

知识点拨①消去反应的特点是“一分为二，只下不上”。

②常见的消去反应有：卤代烃与强碱的醇溶液共热的反应，醇分子内的脱水反应。

③与连有卤素原子或羟基碳原子的邻位碳原子上有氢原子的卤代烃或醇，才能够发生消去反应。

④由于苯环是稳定结构，卤素原子直接与苯环相连的卤代烃（如Br）或酚（如OH），既使与连有卤素原子或羟基碳原子的邻位碳原子上有氢原子，也不能发生消去反应。

五、氧化反应与还原反应

例5下列既不属于氧化反应，又不属于还原反应的是（）。

A.2C6H6+15O2乙醇12CO2+6H2O

B.2CH3CH2CH2CHO+O2

催化剂

2CH3CH2CH2COOH

C.CH3COOH+HOCH2CH2CH3浓硫酸

CH3COOCH2CH2CH3+H2O

D.CH2=CHCHO+2H2催化剂

CH3CH2CH2OH

解析根据氧化反应的概念可知，反应A、B属于氧化反应；根据还原反应的概念可知，反应D属于还原反应；而反应C既不属于氧化反应，又不属于还原反应（属于酯化反应或取代反应）。答案为C。

知识点拨①氧化反应的特点是“得氧”或“失氢”；还原反应的特点是“得氢”或“失氧”。

②常见的氧化反应有：有机物的燃烧反应、有机物（不饱和烃及其衍生物、与苯环相连的碳原子上有氢原子的苯的同系物、醇、醛等）与酸性KMnO4溶液的反应、苯酚与空气中的氧气的反应、醛及含有醛基的有机物与银氨溶液或新制Cu（OH）2的反应、醇或醛的催化氧化或被强氧化剂氧化的反应。

③常见的还原反应有：有机物与氢气的加成反应。

④连有羟基的碳原子上含有氢原子的醇才能发生催化氧化反应；含有碳碳不饱和键的有机物、芳香烃、醛、酮、单糖等能够发生还原反应。

六、水解反应

例6下列有机反应中，不属于水解反应的是（）。

A.在一定条件下，乙烯与水反应生成乙醇

B.在一定条件下，丙酸乙酯与水反应生成丙酸和乙醇

C.在一定条件下，蔗糖与水反应生成葡萄糖和果糖

D.在加热条件下，2-溴丙烷与NaOH的水溶液反应制2-丙醇

解析根据水解反应的概念可知，反应B、C、D均属于水解反应；而反应A不属于水解反应（属于加成反应）。

故答案为A。

知识点拨①有机物的水解反应属于取代反应。

②能发生水解反应的有机物主要有：卤代烃、酯、油脂、双糖、多糖、肽和蛋白质等。

③卤代烃发生水解反应的条件是与强碱（NaOH或KOH）的水溶液共热，卤代烃水解可生成醇（或酚）；酯在酸性条件下水解生成相应的酸和醇，酯在碱性条件下水解生成相应酸的盐和醇；油脂在酸性条件下水解生成相应的高级脂肪酸和甘油，油脂在碱性条件下水解生成相应的高级脂肪酸盐和甘油；麦芽糖水解生成葡萄糖，蔗糖水解生成葡萄糖和果糖；淀粉和纤维素水解的最终产物为葡萄糖；肽和蛋白质水解的最终产物为氨基酸。

④油脂在碱性条件下的水解反应称为皂化反应。

⑤单糖（如葡萄糖、果糖）不能发生水解反应。

七、加聚反应和缩聚反应

例7下列有机反应中，属于缩聚反应的是（）。

A.由甲基丙烯酸甲酯合成聚甲基丙烯酸甲酯的反应

B.由3-羟基丙酸合成聚3-羟基丙酸的反应

C.由1，3-丁二烯合成聚1，3-丁二烯的反应

D.由HOOC（CH2）4COOH和H2N（CH2）6NH2合成高聚物的反应

解析根据加聚反应的概念可知，反应A、C都是由不饱和的单体通过加成的方式生成高聚物的反应，则反应A、C都属于加聚反应；根据缩聚反应的概念可知，反应B、D在生成高聚物的同时都有小分子生成（反应B生成的小分子物质是水，反应D生成的小分子物质是氨），则反应B、D都属于缩聚反应。

故答案为B、D。

知识点拨①加聚反应的特点是“加成聚合，只上不下”；缩聚反应的特点是“缩合聚合，有上有下”。

篇6

①能使溴水褪色的有机物通常含有：“―C=C―”、“―CC―”或“―CHO”。

②能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物通常含有：“―C=C―”或“―CC―”、“―CHO”或为“苯的同系物”。

③能发生加成反应的有机物通常含有：“―C=C―”、“―CC―”、“―CHO”或“苯环”，其中“―CHO”只能与H2发生加成反应。

④能发生银镜反应或能与新制的Cu（OH）2悬浊液反应的有机物必含有： “―CHO”。

⑤能与钠反应放出H2的有机物必含有： “―OH”、“―COOH”。

⑥能与Na2CO3或NaHCO3溶液反应放出CO2或使石蕊试液变红的有机物中必含有： ―COOH。

⑦加入浓溴水出现白色沉淀的有机物为： 苯酚。

⑧遇FeCl3溶液显紫色的有机物必含有： 酚羟基。

例1 （2014年高考广东卷，节选）不饱和酯类化合物在药物、涂料等应用广泛。

（1）下列化合物Ⅰ的说法，正确的是 。

[HO― ―CH=CHCOOCH2CH2― ] [HO][Ⅰ]

A.遇FeCl3溶液可能显紫色

B.可发生酯化反应和银镜反应

C.能与溴发生取代和加成反应

D.1 mol化合物Ⅰ最多能与2 mol NaOH反应

（2）以下反应是一种由烯烃直接制备不饱和酯的新方法：

[2CH3― ―CH=CH2+2ROH+2CO+O2 2CH3― ―CH=CHCOOR+2H2O][Ⅱ] [一定条件]

化合物Ⅱ的分子式为 ，1 mol化合物Ⅱ能与 mol H2恰好完全反应生成饱和烃类化合物。

（3）化合物Ⅱ可由芳香族化合物Ⅲ或Ⅳ分别通过消去反应获得，但只有Ⅲ能与Na反应产生H2，Ⅲ的结构简式为 （写1种）;由Ⅳ生成Ⅱ的反应条件为 。

解析 （1）化合物I的结构中含有酚羟基，从而能与FeCl3溶液反应。使溶液显紫色，A项正确。化合物I的结构中不含有醛基（―CHO），不能发生银镜反应，B项错误。化合物Ⅰ的结构中含有酚羟基（能和溴发生取代反应）和碳碳双键（能与溴发生加成反应），C项正确。化合物Ⅰ分子中含有2个酚羟基和1个酯基，所以1 mol化合物Ⅰ最多能与3 mol NaOH反应，D项错误。

（2）根据化合物Ⅱ的结构简式CH3― ―CH=CH2可知其分子式为C9H10;由于化合物Ⅱ的结构中含有1个苯环和1个碳碳双键，所以1 mol化合物Ⅱ能与4 mol H2恰好完全反应生成饱和烃类化合物。

（3）化合物Ⅱ分子结构中含有碳碳双键，且可由化合物Ⅲ和Ⅳ制得，化合物Ⅲ能与金属Na发生反应，从而说明化合物Ⅲ中含有羟基，化合物Ⅲ通过发生分子内的消去反应制得化合物Ⅱ，由于羟基的位置有2种，所以化合物Ⅲ的结构简式有2种，即CH3― ―CH2CH2OH或者CH3― ―CHOHCH3;化合物Ⅳ同样可以制取化合物Ⅱ，且不与金属Na反应，说明化合物Ⅳ制取化合物Ⅱ的方法应为卤代烃的消去反应，卤代烃的消去反应的条件是：NaOH的醇溶液、加热。

答案 （1）AC （2）C9H10 4

（3）CH3― ―CH2CH2OH NaOH醇溶液，加热

点拨 考查有机物的官能团（酚羟基、醛基、酯基）及其性质。要分析有机化合物的性质，首先要明确官能团;要分析有机反应，首先要明确官能团的变化情况，所以解有机化学题目，官能团的分析起着至关重要的作用。

例2 （2014年高考山东卷）3[-]对甲苯丙烯酸甲酯（E）是一种用于合成抗血栓药的中间体，其合成路线如下：

CH3― +CO[AlCl3、HCl加热]CH3― ―CHO（A）

[CH3CHOOH-、加热]B[①C②H+]CH3― ―CH=CHCOOH（D）

[CH3OHH2SO4，加热]E

已知：HCHO+CH3CHO[OH-、加热]CH2=CHCHO+H2O。

（1）遇FeCl3溶液显紫色且苯环上有两个取代基的A的同分异构体有 种。B中含氧官能团的名称为 。

（2）试剂C可选用下列中的 。

a.溴水 b.银氨溶液

c.酸性KMnO4溶液 d.新制Cu（OH）2悬浊液

（3）CH3― ―OOCCH=CHCH3是E的一种同分异构体，该物质与足量NaOH溶液共热的化学方程式为 。

（4）E在一定条件下可以生成高聚物F，F的结构简式为 。

解析 （1）能遇FeCl3溶液显紫色的有机物是酚类，含有酚羟基，将醛基（―CHO）中的氧原子拆分成―OH连接在苯环上，将碳原子与甲基连接形成―CH=CH2，连接在苯环上，二者可以是邻位、间位和对位关系，故符合条件的同分异构体有3种。B中含氧官能团的名称是醛基。

（2）运用新信息可以推出B的结构简式是CH3― ―CH=CHCHO。B转化为D需要将醛基氧化为羧基，但是碳碳双键易与溴水发生加成反应，酸性高锰酸钾可将苯环上相连的―CH3氧化为―COOH，故只能选用银氨溶液和新制的氢氧化铜悬浊液，故选b、d。

（3）有机物中的酯基是酚酯基，1 mol完全反应消耗2 mol NaOH。反应方程式为：

H3C― ―OOCCH=CHCH3+2NaOH[]

CH3― ―ONa+CH3CH=CHCOONa+H2O

篇7

关键词：官能团类别；结构；性质

文章编号：1008-0546（2013）07-0086-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.07.034

在中学阶段化学可分为无机化学和有机化学两大块。有机化学中主要包括有机化合物之间的相互转化和联系。有机化合物简称有机物，它主要由碳元素、氢元素、氧元素组成。有机物是生命产生的物质基础。大多数有机化合物主要含有碳、氢两种元素，此外也常含有氧、氮、硫、卤素、磷等。部分有机物来自植物界，但绝大多数是以石油、天然气、煤等作为原料，通过人工合成的方法制得。同无机物相比，构成有机物的元素不多，但有机物的种类繁多、数目庞大。要想学好这些有机物光靠死记硬背是不行的，需要从官能团的有关性质入手，主要从以下五个方面入手：

一、借助官能团类别，认识有机物的结构、组成及分类

官能团是决定有机物化学性质的原子或原子团。中学阶段常见的官能团有碳碳双键、碳碳叁键、羟基、羧基、醛基、酯基、羰基、醚键等等；确定了官能团的类别，就可以认识有机物的结构；而结构就决定其性质及组成。例如乙醇的分子式为C2H6O，如何确定乙醇官能团的位置与结构，很多学生只是死记硬背其结构简式。其实在教学过程中，可以先让学生写出其可能有的结构，再让学生动手操作其球棍模型观察其不同的结构模型。让大家先形成一种感性的认识，对于分子式C2H6O有两种不同的结构，一种是CH3CH2OH，另一种是CH3OCH3，到底是哪种结构？可以让学生讨论和交流，学生各抒己见。实验是检验其结构的标准。大家动手做金属钠与无水乙醇的实验，观察到实验现象金属钠沉在无水乙醇的底部，在金属钠的表面有气泡均匀冒出；说明金属钠能与无水乙醇发生化学反应。据此实验可以确定乙醇的结构。对于乙醇的结构可以有两种解释；第一种是根据少量的金属钠保存在煤油中，而煤油是烃类的混合物，只含有C和H两种元素，由此说明金属钠与碳元素上连接的氢元素不反应，无水乙醇与金属钠反应只能与羟基上的氢原子反应。从而证明乙醇分子中含有醇羟基；另一种方法是通过实验验证进行定量计算得出结论，取一定量的金属钠与一定体积的无水乙醇反应。这样通过实验验证定量计算发现2mol乙醇和2mol金属钠反应生成1mol氢气。由此确定出乙醇分子的结构中含有一个醇羟基。

二、根据官能团的特点，确定物质的性质

有机物的种类和数目非常繁多，原因之一就是存在许多的同分异构体，它们属于分子式相同，结构不同的化合物。例如分子式为C5H12O，它的同分异构体的数目就很多。如果根据官能团的种类进行分类，以含有相同的醇羟基的同分异构体有六种，结构决定性质。只要具有相同的官能团，不论醇羟基在任何位置其化学性质相似。例如：凡是醇都可以发生燃烧反应生成二氧化碳和水；凡是有机物中含有醇羟基就能跟金属钠、钾等活泼金属反应置换出氢气，不能跟氢氧化钠、碳酸氢钠反应；凡是有机物中含有醇羟基就能跟氢酸（HX）发生取代反应，生成相应的卤代烃；凡是有机物中含有醇羟基就能羧酸发生酯化反应生成相应的酯等等；凡是有机物中含有醇羟基就可以发生分子间脱水 （取代反应）生成相应的醚。一般醇可以发生氧化反应生成相应的醛或酮，只有少数醇不能被氧化生成相应的醛或酮。这是由于官能团的位置不同，当醇羟基的位置连接在末端碳原子上，就都能被氧化成醛；当醇羟基的位置连接在中间碳原子上，并且此碳原子上还必须连接氢原子，就都能被氧化成酮，反之此碳原子上没有连接氢原子就不能被氧化生成相应的醛或酮；同样大多数醇在浓硫酸作催化剂条件下，可以发生消去反应生成相应的烯烃。凡是连有醇羟基的邻位碳原子连有氢原子，就可以发生消去反应生成相应的烯烃，反之连有醇羟基的邻位碳原子没有连有氢原子，就不能发生消去反应生成相应的烯烃。掌握好官能团的特点，就可以确定有机物的性质，这对学好有机化学非常重要。

三、明确反应条件对官能团的影响，做到举一反三，灵活应用

由于官能团相同而反应条件不同时，造成产物不同。因此要记清条件，灵活应用做到举一反三。例如乙醇与氧气反应，在点燃的条件下生成二氧化碳和水；而在铜丝做催化剂加热条件下生成乙醛和水。有时反应温度不同，产物也不同。还是以乙醇为例，乙醇在浓硫酸做催化剂条件下，温度在140℃度时进行分子间脱水，发生取代反应产物是乙醚和水；而在170℃时进行分子内脱水，发生消去反应产物是乙烯和水。因此做乙醇生成乙烯的实验中温度要快速升至170℃，否则就会有副产物生成。同样酯类的水解，在酸性条件下水解不完全，生成相应的酸和醇；而在碱性条件下水解完全，生成相应的盐和醇；因此油脂在碱性条件下水解完全，被称为皂化反应。反应条件不同，产物不同是有机化学学习的一个重点。

四、注重官能团之间联系，研究物质的合成

有机物之间能够相互转化，都是利用官能团的之间联系。目前中学阶段常见的官能团有碳碳双键、碳碳叁键、羟基、羰基、羧基、醛基、酯基等。以乙醇为例合成乙酸乙酯，其合成路线是乙醇中的醇羟基经催化氧化为乙醛，乙醛进一步氧化为乙酸，乙酸中的羧基与乙醇中的羟基在浓硫酸作用下发生酯化反应生成乙酸乙酯，而乙酸乙酯中的酯基又可以发生水解反应生成相应的醇和羧酸。因此凡有关物质的合成的问题，要学会分析合成的有机物属于何种类型，带有什么官能团，与哪些信息有关；还要综合运用有机反应中官能团的衍变规律及有关的提示信息，掌握正确的思维方法，综合运用顺推或逆推的方法导出最佳的合成路线，这是学好有机化学的有一个诀窍。

五、辨别官能团的特性，准确理解反应机理

有机物中不同的物质，化学性质不同，造成它们不同的原因在官能团上。官能团不同，在化学反应中表现的反应机理不同。例如，乙醇与乙酸在浓硫酸作用下发生酯化反应，它们的反应过程是乙醇中的官能团—羟基去氢，乙酸中的官能团—羧基去羟基；醇与酸发生酯化反应机理是：酸去羟基，醇去羟基氢。

官能团的知识至关重要，只有掌握官能团这一知识点，在学中必须加以灵活运用，才能把知识转化为自己的能力，才能学好有机化学。

有机化学是中学化学的重要组成部分。要想学好有机化学，必须要掌握官能团的性质，深刻领会官能团在有机化学中的重要地位是学好有机化学的金钥匙。

总之通过有机化学的学习发现有机化学的规律性比无机化学更强，一旦掌握规律，就会使很多题目迎刃而解。这就需要同学们在以后的学习中用心去记识、去理解、去掌握。

参考文献

篇8

关键词：相转移催化剂；有机化学；应用

中图分类号：O615.4+2文献识别码：A

0前言

相转移催化剂可以使非均相转化为均相反应，加快了反应速率，缓和了反应条件，简化了操作过程，减少了副反应，从而提高了选择性，不论是实验室还是工业生产都很适用，受到人们越来越多的关注、研究和应用。随着相转移催化作用研究工作的不断深入，其应用日渐广泛。

1相转移催化剂的种类及催化机理

多数的相转移催化反应要求催化剂把阴离子转移到有机相中，除此之外，还有些催化剂是把阳离子或中性分子从一相中转移到另一相中，按此不同，赵地顺等人将催化剂分为以下几种：盐类，如季铵盐等，它们发挥作用的是季或季铵阳离子Q+，Q+离子和试剂阴离子Nu-络合成离子对Q+Nu-，并利用这些阳离子自身的亲油性将试剂阴离子带进有机相；包结物结构类的相转移催化剂，如环糊精、冠醚以及近年来发展的杯芳烃等，这类催化剂均含有分子内的空腔结构，通过与反应物分子形成氢键、范德华力等，从而形成包结物超分子结构并将客体分子带入另一相中释放，进而使两相中的反应得以发生；开链聚醚类相转移催化剂，如聚乙二醇及其醚类等，与冠醚、环糊精类相似，它们也可以与客体分子形成超分子结构，不同的是开链聚醚类是“柔性”的长链分子，可以折叠、弯曲成合适形状结构与大小不同的离子配合，从而应用更广泛；其他类，如反相相转移催化剂、三相催化剂、离子液体、杂多酸类等。相转移催化剂种类繁多，分类方法也是多种多样，其中以盐类、包结物类、聚乙二醇类相转移催化剂为主。随着研究的不断深入，一些新型的相转移催化剂也随之出现，如吡啶及其衍生物、过渡金属配合物以及手性相转移催化剂等。

以季铵盐为例，说明相转移催化剂的催化机理。一个互不相溶的二相体系，其中一相为水相，含有亲核试剂的盐类M+Nu-，另一相为不溶于水的有机相，其中含有与上述盐类起反应的有机反应物RX。季铵盐Q+X-既可以溶于水相又可溶于油相，当它在水相中接触到分布在其中的盐类时，水相中过剩的阴离子Nu-便与催化剂中的阴离子进行交换，形成Q+Nu- 离子对。其交换过程如下：

Q+X- + M+Nu- Q+Nu- + M+X-

水相 水相水相水相

要使PTC很好起作用，Q+Nu-离子对必须萃取入有机相。故必须具备如下平衡：

Q+N u- Q+Nu-

水相有机相

亲核试剂Q+Nu-一旦进入有机相，便与有机相中的RX发生反应而形成产物RNu。整个相转移催化过程如下式所示：

水相 Q+X- + M+Nu- Q+Nu- + M+X-

季铵盐 亲核试剂

----------------------------------------------------

有机相 Q+X- + R-NuQ+Nu- +R-X

目的产物有机反应物

在上述催化循环中季铵正离子Q+并不消耗，只起着转移亲核试剂Nu-的作用，在这里季铵盐起着相转移催化的作用。因此，只需要催化剂量的季铵盐，就可以很好的完成上述反应。

2相转移催化剂在有机化学中的应用

2.1盐类相转移催化剂在有机合成中的应用

2.1.1取代反应

许多亲核取代反应在没有相转移催化剂时，反应很难进行；但是在合适的相转移催化剂作用下，就可以顺利进行，而且收率很高。如卤代辛烷和氰化钠反应就是一个典型的反应，加热14天几乎没有反应，如果加入少量季铵盐，在室温下搅拌不到2h，反应就可以完成99%，降低了反应条件，提高了反应速率

2.1.2烷基化反应

烷基化取代反应包括碳烷基化、氧烷基化、氮烷基化以及硫烷基化反应，由于大多是非均相反应，应用季铵盐催化非均相烷基化反应，可以使反应顺利进行。如岑均达曾以烷基溴（氯）为烷基化剂、固体碳酸钾为碱、溴化四丁胺为相转移催化剂，相转移催化烷基化乙酰氨基丙二酸二乙酯使之转变为氨基酸，产率较高。

2.1.3氧化反应

中南大学的李小如曾研究了在季铵盐A-1：(C8~10H17~21)3N+CH3Cl-的作用下催化高锰酸钾分别氧化邻、对硝基甲苯合成邻、对硝基苯甲酸以及催化氧化邻对位氯代甲苯合成邻对位氯代苯甲酸的反应，考察了不同相转移催化剂的催化活性及催化剂用量、反应温度、反应时间、高锰酸钾用量和反应体系酸碱性对反应的影响，并在最优条件下得到较高产率。

2.1.4还原反应

三乙基苄基氯化铵（TEBA）可用于杂环化学反应和过渡金属配合物催化的反应中，实际上在后一个反应中，季铵盐不是直接作为催化剂，而是与过渡金属生成配合物起催化作用，使得芳香族硝基化合物可以被一氧化碳还原成芳胺：

ArNO2 + COArNH2

2.1.5加成反应

中南大学的李晓如还研究了季铵盐A-1催化二氯卡宾与环己烯的加成反应，实验证明，季铵盐A-1的催化活性要优于其他短碳链的季铵盐和聚乙二醇，并且在分离过程中不乳化，使产物易于分离纯化，为二氯卡宾与环己烯的加成提供了一个优良的方法。

2.2包结物结构类相转移催化剂的应用

2.2.1冠醚类

冠醚由于具有特殊的结构和配合性，相比于季铵盐与季盐，特别是在固-液相转移催化中起着不可替代的作用。在这类反应中，反应物溶于有机溶剂中，然后此溶液与固体盐类试剂接触，当溶液中有冠醚时，盐与冠醚形成络合物而溶解于有机相中，随即在其中进行反应。常用的冠醚类相转移催化剂，环上原子数为18个，如：18-冠-6、二苯并18-冠-6、二环己基18-冠-6等。在有机合成中，冠醚的应用也比较广泛，也能发生类似盐类相转移催化剂的亲核取代反应、烷基化反应、氧化反应、还原反应、加成反应等。

2.2.2环糊精类

由于环糊精具有疏水性空腔可以包结许多无机、有机和手性客体分子，形成主-客体或超分子配合物，因此其在超分子化学研究中成为继冠醚之后的第二代主体化合物得到广泛应用。纪红兵曾详细介绍了β-环糊精作为催化剂应用于液相有机合成，包括开环、脱保护、保护、氧化、还原、加成、置换等反应的研究进展。对β-环糊精的催化性能和反应底物选择性能进行分析，认为β-环糊精与底物的相互作用可有效地催化液相有机化学反应，提高反应选择性。

2.2.3杯芳烃类

作为第三代超分子主体化合物，杯芳烃在卤代芳烃的置换反应中具有优异的相转移催化性能，如天津大学的孟祥启等研究了杯芳烃在四氯对苯二甲酰氯氟化制备四氟对苯二甲酸二甲酯反应中的相转移催化作用，发现以杯芳烃作相转移催化剂使产品收率得到了明显提高，而且杯芳烃作为相转移催化剂可以回收利用，具有较高的工业应用价值。

2.3开链聚醚类相转移催化剂的应用

开链聚醚类相转移催化剂具有较高的化学稳定性，毒性小，合成方便，价格低廉，因此受到了较多的研究，它们中最具代表性的是聚乙二醇和聚乙二醇二甲基醚，常用的催化剂有PEG-400、PEG-600、PEG单醚、PEG双醚以及PEG单醚单酯，可用于亲核取代反应、烃基化反应、缩合反应、氧化还原反应以及有机金属化合物的合成制备等。

2.4其他相转移催化剂的应用

其他类的相转移催化剂如离子液体、杂多酸类、三相催化剂等也得到广泛应用，其中离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在室温或室温附近温度范围内呈液态的盐类；三相相转移催化剂（固载化相转移催化剂）是一类集高分子聚合物和相转移催化剂优点于一身的新型催化剂。如徐丹倩等研究了用离子液体作为溶剂和相内反应催化剂，并利用四丁基氯化铵的相转移催化作用，在非均相的固相肉桂酸钾和液相离子液体/氯化苄体系中，在较低温度下高效地实现了肉桂酸钾和氯化苄缩合合成肉桂酸苄酯。李明强等曾以30%H2O2水溶液做氧化剂，以磷钼酸盐和其还原态的杂多蓝做催化剂，对苯甲醇进行催化氧化，表现出较高的催化活性。平伟军等以苯甲醛和丙酮为原料，在水-氢氧化钠体系中以聚苯乙烯-三乙醇胺树脂为相转移催化剂合成了苄叉丙酮，收率达92.5%。

3相转移催化剂的应用新进展

近年来相转移催化发展迅速，相转移催化与超声波技术、微波技术的联用，以及相转移催化氧化脱除汽油中含硫化合物的研究，逐渐成为人们研究的焦点。

3.1超声相转移催化在有机合成中的应用

近年来，超声波在相转移催化反应中的应用备受重视，超声波之所以能够改善相转移催化反应，是因为超声波能够产生空腔效应，从而在两种液体之间产生很大的相交界接触面积，这就使溶解于各自液体中的活性离子的反应性随之急剧增加。超声波既可以提高搅拌作用，又可以降低反应的温度和催化剂的用量，使得相转移催化更有效、快速进行。凌绍明采用超声波相转移催化技术合成了扁桃酸，探讨了最佳反应条件下产品收率可达86.1%，比传统的苯甲醛法（50%～52%）和常规的相转移催化法（78%）都高。

3.2微波相转移催化在有机合成中的应用

微波作为一种绿色技术应用相转移催化有机合成，不仅可以大大缩短反应时间，而且具有操作简便、产率高、选择性好、产品易纯化等优点，已经涉及有机化学的众多反应。

3.3相转移催化氧化脱除汽油中含硫化合物的研究

燃料油中的含硫化合物是环境污染的主要来源，燃烧后生成的SO2排放到大气中形成酸雨，酸雨是困扰全球的环境问题之一，对环境和人体健康造成很大的伤害。因此，研究相转移催化氧化脱硫的意义重大。

4结语

综上所述，本文简要介绍了相转移催化剂的类型及催化原理，主要对各类相转移催化剂在有机化学上的应用做了总结性的介绍。相转移催化反应因其所具有的独特优点而在有机化学中得到广泛应用，我们也相信随着科学技术的不断发展以及科学研究的不断深入，相转移催化剂在有机合成中的各种优势将会充分发挥出来，其应用领域也将不断扩大和加深。

参考文献

[1] Starks C M. Phase-Transfer Catalysis. I. Heterogeneous Reactions Involving Anion Transfer by Quaternary Ammonium and Phosphonium Salts [J]. J Am Chem soc,1971,93(1):195~199.

[2] 赵地顺.相转移催化原理及应用[M].北京:化学工业出版社,2007.

[3] 沈广志,樊俊杰等.相转移催化技术在药物合成中的应用[J].江西化工,2008,4:36~38.

篇9

关键词：绿色有机合成 技术研究 化学

绿色有机化学的初衷是想从源头上成功抵挡住污染。使人类在生活中，不使用、不生产有害物质，并且在后期也不用再处理产生的废物。真正做到从原料到产品的每一个步骤，每一种物质都是安全无害的。

一、绿色有机过程中的溶剂绿色化

1.超临界流体，这类流体的密度实际上是与液体相似的，但更确切的来说，这是一种拥有传质速率快，本身具备的一些物理性质又对温度等因素带来的影响极为敏感，且粘度和扩散速度又与气体相似的，温度和压力都在临界点以上的这样一种流体。这种流体在有机化学的应用方面能够很好的控制反应过程中活性，调控选择性，成功实现反应与分离能够具有一体化的模式。

2.超临界水作为超临界流体中的代表被广泛应用在反应中，因为超临界水本身具有对一些气体或是有机物的溶解能力，这是一般物质无可取代的。除此之外，超临界水同样具有通过改变一些物理性质来影响反应速率，提高选择性。例如可以通过改变密度、粘度和介电常数，以及调控温度和压力。绿色有机化学中，关于超临界水的反应有水解反应、氧化反应和重排反应。应用到现实中的有旧塑料的油化再降解。

3.离子液体，离子液体主要具有在热的条件下仍然保持较高的稳定性，且不易挥发，通过调节组成它的阴离子和阳离子可以达到调控溶解性的效果，其次，其酸度也可以通过调节成为强酸的特点。而在概念上，离子液体被定义为由阴阳离子构成的，在接近室温的环境中可以保持液态的液体。许多重要的有机化合反应都用到了离子液体这一介质。例如酯化反应、聚合反应、氧化还原反应和烷基化反应。将离子溶液作为反应中的介质，有利于加速反应的速率，使反应始终保持在一个温和的环境中。

4.水溶剂，水溶剂顾名思义就是将水作为有机反应中的溶剂。因为其本身具有的疏水效应对有机转化的整个过程是十分有利的。例如在经醛缩合反应、Michael加成反应、Diels-Alder反应和Mannish反应中，水溶剂就可以提高反应的速度和整体的选择性。另一方面，水本身作为一种安全无害且环保的物质，逐渐的成为绿色有机化学研究中的热点。水在化学反应的过程中，不仅作为一种溶液参与其中，它也会影响反应的进程。经过长期的研究和探索，我们发现水在某些极强的多元反应中具有加速反应的效果，并且具有易于分离的特点。

5.氯两相体系，这种体系是由两种溶剂构成的，它们分别是普通有机溶剂和全氟溶剂。通常的情况下，如果温度较低，全氟溶剂与其他的普通有机溶剂就很难相溶，在这种情况下就会形成氟相和有机相的两相体系。而此时如果外界的环境温度上升，全氟溶剂则可以很好的与普通溶剂相溶，我们将这种溶解度随着温度急剧上升的情况称为形成单一相。这种现象能够更有利于为有机反应提供均相条件。同时，随着反应的结束，温度的降低，体系也会自然的恢复到两相体系。

绿色化学中的氟两相体系的应用也有许多，其中也分为两种，作为有机反应介质和催化剂作用。作为催化剂参与的反应有，烯烃的氢甲酞化反应和硼氢化反应、Diels-Alder反应、烯丙位取代反应和氧化反应。而作为有机介质参与的反应有硝化反应、Swern氧化反应和Hosomic-Sakurai反应。

二、绿色有机合成中的催化剂绿色化

1.固体酸催化剂，固体酸催化剂是指金属盐催化剂，金属氧化物催化剂和分子筛和杂多酸催化剂的总称。并且其本身也具有活性高，选择性强，反应后的产物易于分离而且也可以多次循环利用，这体现了绿色化学的主旨。

2.金属催化剂，有机金属配合物催化剂、金属氧化物催化剂和金属Pd催化剂同属于金属催化剂。我们通过实验证明了金属催化剂能够提升催化的速率，使用浸渍法获取1%的的Pd/Mgo，这将作为反应中的非均相催化剂，将不同性质的醇氧化，我们可以发现此催化剂具有使反应条件温和的特点。

3.酶催化剂，酶曾被许多人认为是化学反应中一种快速且专一的催化剂，近年来，酶在有机化学中的应用日见广泛，人们已经将它高效立体且具有灵活选择性的性能应用在有机化合物的合成中了，此外，酶还具有水解活性高的特点。

三、绿色有机合成过程中的合成方法的绿色化

1.用物理方法来促进化学反应，物理中的光、电和热这三种要素在化学有机反应中占有重要地位，也是我们在绿色有机合成方面的研究方向之一。例如利用微波炉的微波来促进反应速率的例子比比皆是。微波辐射条件不仅可以提升有机反应中的反应速率，也能够提升产品的纯度。在Diels-Alder反应中，微波辐射技术就被成功应用。除此之外，还有加成反应和杂环化合物的合成也作用了此项技术。例如在进行Diels-Alder成环反应实验时，用100w的微波加热五到二十五分钟，产率可以高达79%到90%，而用普通的方式加热，三个小时内仅可产生25%到60%，除了产率高这一特点外，微波方式还具有高选择性和条件温和的特点。另外，除了微波技术，超声波的空化功能也可以减少废物的排放，降低能量的损耗。

2.串联反应，绿色化学提倡减少能耗，避免污染。但我们的实验过程中经常会遇到提纯或是分离一个分子的步骤过于繁琐，不利于经济和环保。因此，我们有必要考虑串联反应在有机化学中的应用，当前串联反应已经被应用在了不对称合成和杂环化合物的合成过程之中，串联效应针对光学效应的产物和分子具有特殊的优越性。

四、总结

绿色有机合成化学逐渐成为了人们生产、生活，化学学科理论和实际发展中的必然选择。随着时代的不断进步，绿色有机合成化学也是我国工业化领域的大势所趋，绿色化学除了要做到溶液绿色化，催化剂绿色化，合成方法绿色化之外，还行应用各项先进技术，将绿色化学发展到各个领域之中去，尤其是基因工程，细胞工程和微生物工程。同时引导一些新兴技术的发展，例如微波技术和超声波技术，达到绿色化学的多领域全面发展。

参考文献

[1]刘雪暖，李玉秋.反应精馏技术的研究现状及其应用[J].中国化工产业，2011（08）.

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    有机化合物化学性质。含有〆-H的有机化合物在特定条件下较活泼,在不同条件下发生不同的化学反应。例如:甲苯中〆-H在光照条件下与卤素发生自由基取代反应,乙酸中〆-H在磷的作用下与卤素发生异裂型取代反应。其原因是甲苯中C-H键极性弱,易发生均裂,乙醇中C-H键极性弱,易发生异裂。烯烃含有π键易发生亲电加成反应,而苯虽然也含有π键,但它不发生亲电加成反应,易发生亲电取代反应,其原因是二者π键的键能不同。乙烷能发生均裂型自由基取代,乙炔能与AgNO3发生异裂反应,而乙烯却不易发生均裂型自由基取代,也不易发生异裂取代乙烷:C-H乙烯:C-H乙炔:C-HSP3-SSP2-SSP-S

    二、用内因和外因关系认识有机反应的复杂性

    内因是变化的根据,外因是变化的条件,内因通过外因而起作用。有机化合物的结构是有机反应的内因,即结构决定性质;反应试剂、催化剂及温度等反应条件是外因。同一有机化合物在不同条件下发生不同的有机反应,例如:甲苯在光照下与卤素发生自由基取代反应,即甲基上的氢被取代;而甲苯在卤化铁作用下与卤素发生亲电取代反应,即苯环上的氢被取代。又如:溴乙烷与NaOH水溶液发生亲核取代生成乙醇;与NaOH醇溶液发生消除反应生成乙烯。不同类有机化合物可能具有相同的化学性,例如:酚、羧酸、吡咯等显弱酸性;胺、吡啶、喹啉等显弱碱性;芳烃、杂环化合物均发生亲电取代反应等。

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关键词：结构 结构分析 官能团

有机化学是高中、中专化学中的一门重要基础课程，由于有机物结构复杂、种类繁多、反应抽象、容易混淆，与前面学习的无机化学联系不多，是学生普遍认为难学的内容之一。因此，教师在教学过程中注意根据教学内容、学科特点灌输学生学习有机化学的理念，使学生掌握学习有机化学的技巧，引导学生利用有机化学的特点去思考、学习、总结，呈现给学生一个系统学习有机化学的学科思维，使学生把有机知识系统化和明朗化，这是作为教师在教学过程中应努力做到的。

一、从C元素的结构特点出发，引导学生牢固掌握有机化合物的结构特点

C在元素周期表中位于第二周期ⅣA族，最外层有4个电子，既不容易失去，又难以得到4个电子形成阴、阳离子，难以形成离子键，故C原子通常以共用电子对的形式与其他原子形成共价键。而C原子要达到8个电子的稳定结构，则必须形成4对共用电子对，即4条共价键。如C与H在一定条件下要结合形成化合物甲烷时，一个C原子要与多少个H原子结合呢？其分子式是什么呢？这由C原子的结构特点决定：C原子最外层有四个电子，H原子最外层有一个电子，要使C原子形成四对共用电子对，必须要有四个H原子与之结合，故甲烷的分子式（结构简式）为CH4。根据C原子的结构特点同样可推写出乙烷、丙烷的结构简式分别为：CH3CH3、CH3CH2CH3。

有机化合物中碳原子之间可彼此连接成链状如链烃，也可以彼此连接成环状如环烃；碳原子彼此间既可以形成单键（两个原子间共用一对电子）如烷烃，也可以形成双键（两原子间共用两对电子）如烯烃、三键（两原子间共用三对电子）如炔烃；碳原子间除了可以成键外，碳原子还可以与H、O、X（卤素原子）、N等其他元素的原子结合成键，如烃的衍生物，其键型如C-C、C-H、等。不管碳原子以何种方式成键，碳原子总是成4条共价键，氢原子只能形成1条，氧原子形成2条，氮原子形成3条；碳原子成键方式的多样性导致有机物结构的多样性，也导致有机物种类繁多；但只要遵循碳原子的成键规则即可准确写出有机物的分子式、结构简式等。

二、从官能团出发，引导学生掌握同类有机物的性质特点

官能团是反映一类有机物具有共同特征的原子或原子团，同时也是决定有机化合物的化学特性的原子或原子团。官能团能决定有机物的种类及该类有机物的化学性质，并且有机物的许多性质都发生在官能团上。可见，官能团对有机物的性质起决定作用，因此要掌握各类有机物的特点及性质，首先要知道常见官能团有哪些，具有这些官能团的物质具有哪些性质。教师在教学过程中要引导学生学会对每一类物质进行归纳、总结和对比。

如烃类物质因键型不同导致以下区别（C-C、C=C、CC相当于烃类物质的官能团）：碳碳链状单键（C-C）构成的物质代表为烷烃类，其通式为CnH2n+2，主要化学性质为取代反应、氧化反应（火焰不明亮且无烟）；碳碳链状双键（C=C）构成的物质代表为烯烃类，其通式为CnH2n+2，主要化学性质为加成反应、氧化反应（火焰较明亮并有黑烟）；碳碳链状叁键（CC）构成的物质代表为炔烃类，其通式为CnH2n+2，主要化学性质为加成反应、氧化反应（火焰明亮而有浓烟）；碳碳环状（苯环）芳烃代表物苯，其主要化学性质为在催化剂作用下发生取代反应、氧化反应（火焰明亮而有浓烟）。

烃的衍生物卤代烃、醇（或酚）、醚、醛、酮、羧酸、酯等有机物的官能团分别是：-X、-OH、-C-O-C-、

-CHO、-C=O-、-COOH、-COO-，这些官能团分别决定了这些物质的化学性质。如卤代烃的官能团卤原子（-X）：在碱性溶液中发生“水解反应”生成醇，在碱的醇溶液中发生“消去反应”，得到不饱和烃。醇、酚的官能团羟基（-OH）：伯醇羟基可以消去生成碳碳双键，酚羟基可以和NaOH反应生成水，与Na2CO3反应生成NaHCO3，二者都可以和金属钠反应生成氢气。醚的官能团醚键（-C-O-C-）：可以由醇羟基脱水形成。醛的官能团醛基（-CHO）：可以发生银镜反应，可以和斐林试剂反应氧化成羧基，与氢气加成生成羟基。酮的官能团羰基（>C=O）：可以与氢气加成生成羟基。羧酸的官能团羧基（-COOH）：酸性，与NaOH反应生成水（中和反应），与NaHCO3、Na2CO3反应生成二氧化碳，与醇发生酯化反应。酯的官能团酯健（-COO-）：在酸性条件下水解生成羧酸与醇（不完全反应），碱性条件下生成盐与醇。

三、通过结构分析，认识有机化合物的化学性质

有机化学知识庞杂，物质种类繁多，学生不易掌握，教学中教师要充分利用好“结构决定性质，性质反映结构”这一重要线索，引导学生通过分析有机化合物的分子结构，尤其是主要官能团的结构，推导出在一定条件下可能断裂的化学键部位，并将该化学键的断裂与相应的化学反应联系起来，将某种物质繁杂的化学性质进行本质归类，便于理解掌握。使学生轻松地掌握该类物质共同的化学通性，并可以将该通性演绎到具有该官能团的陌生物质的化学性质的预测中去，从而认识有机化学反应的本质，达到举一反三的效果。

如甲酸乙酯、葡萄糖，尽管它们不属于醛类，但它们都含有醛基，因此它们都具有醛的主要性质（如银镜反应等）。甲酸（HCOOH）从表面上看就是酸，具有酸的通性，这是无可非议的；但再具体分析其结构，发现甲酸是既有-COOH，又有-CHO，所以就会推断出甲酸既具有羧酸的性质又具有醛的性质，是具有双重性质的一种物质。

四、认识物质普遍性的同时掌握物质的特殊性

在有机化学的学习中，我们通过弄懂一个或几个化合物的性质，来推知同系物的性质，从而使庞大的有机物体系化和规律化，这是学习有机化学的基本方法。但是，在考虑物质普遍性的同时，还要认识其特殊性，这就需要我们运用一分为二的观点去更全面、更深刻地认识有机物的性质。如乙醇、苯酚、乙酸、葡萄糖分子中均含有羟基，因而它们都能与金属钠反应放出氢气，这是含有羟基的物质具有的普遍性。但由于与羟基相连的基团各不相同，基团间相互影响的结果使羟基表现出来的性质又具有明显的差异，如：乙醇、葡萄糖溶液呈中性，苯酚溶液呈弱酸性，乙酸溶液呈明显酸性，这便是这些物质的特殊性。蕴含在有机化学中的普遍性与特殊性关系还有很多，关键在学习有机化学时，我们能对具体问题做具体分析，依据物质的内在特征、外部条件综合考虑，灵活地做出判断、做出处理，养成辩证思维的习惯。

除此以外，在学习有机化学的过程中，我们也常会遇到一些与众不同的“特殊物质”，如醛类中的甲醛、羧酸中的甲酸、羟基羧酸等。它们与同类物质相比，往往具有一些特殊的结构与化学性质，这时就必须在分析理解的基础上强化记忆，攻克难点。

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化学是建立在实验基础上的科学。分析历年各省市高考化学实验试题，不难发现，有机化学实验题的比重越来越大，其中的一些实验题就需要学生自主设计完整的实验方案或其中的某些部分。这就要求教师通过有机化学实验教学来训练学生化学实验的基本操作技能，使学生掌握教材上介绍的有机实验方法，并了解常见有机物的制备和合成方法及其实验方案的设计，从而进一步加深对有机化学理论知识的理解，培养学生的实验能力。下面就如何引导学生设计有机化学实验方案谈谈本人的观点。

一、要设计一个有机实验方案就必须了解有机化学反应的特点

1."慢"。有机反应往往是缓慢的，需要一定的时间。当然，有些有机反应也可进行得相当快，如有机炸药的爆炸。但有些有机反应则需要几十小时或几十天甚至更长的时间才能完成，因此在实验室进行有机反应时，我们常采用加热、加催化剂或光照等手段，以加速反应。

2."杂"。在有机化学反应进行时，常伴随有副反应发生，反应后产生复杂的混合物（个别的还难以分离），使主要的反应产物大大地降低。因此，与一般无机化学反应不同，有机反应往往并不是按照某一反应式定量地进行的，但我们可以通过控制反应条件，使用不同的试剂，选择最有利的反应，以提高目的产物的生成率。

3."变"。每一个化学反应的发生都要在一定的条件下进行，反应条件的变更往往会导致完全不同的产物。因而有机化学反应的条件控制要求十分严格。所以，要掌握一个有机化学反应，需特别注意反应发生时的外部条件，比如温度的控制、反应介质的控制等等。

二、发展学生设计有机化学实验方案能力的策略

学生了解了有机反应的特点，教师才能用适当的教学策略加以引导，发展学生设计有机化学实验方案的能力。

1.引导学生密切关注反应物和生成物的特点，进行实验设计。

如：很多有机化合物沸点低、易挥发，为了防止损失，所以要使用冷凝回流装置。又如：很多有机物是有毒性的，实验中要尽量防止其挥发。又如：反应中生成的有毒和刺激性气体(如卤化氢)或反应时通入反应体系而没有完全转化的有毒气体(如氯气)，进入空气中会污染环境，此时应设计尾气吸收装置吸收有害气体。

2.引导学生密切关注反应条件，进行实验设计。因为有机反应往往速度缓慢，需要通过加热、光照等手段提高反应速度；有的 反应为了减少副反应的发生，需要将温度控制在一定范围内；对于某些反应，还需要加入催化剂使反应速度大幅度提高，这都属于实验条件的控制。

例如需要加热提高反应速度的实验：

（1）用酒精灯直接加热的实验有

①实验室制甲烷；②实验室制乙烯；③实验室蒸馏石油；④煤的干馏；⑤含醛基物质与新制Cu(OH)2悬浊液反应；⑥制取乙酸乙酯。

（2）水浴加热的实验有

①苯的硝化反应(50℃～60℃水浴)；②银镜反应(温水浴)；③酚醛树脂的制取(沸水浴)；④乙酸乙酯的水解(70℃～80℃水浴)；⑤蔗糖的水解(热水浴)；⑥纤维素的水解(热水浴)。

例如需要硫酸做催化剂的实验：

（1）稀硫酸在其中只作催化剂的实验有

①酯类的水解；②麦芽糖的水解；③淀粉的水解；④纤维素的水解(70％的硫酸)；⑤蔗糖的水解。

（2）浓硫酸在其中既作催化剂，又作脱水剂和吸水剂的实验有

①实验室制乙烯；②苯的硝化反应；③乙酸乙酯的制取；④硝酸纤维的制取。

3.引导学生关注产物的处理，进行实验设计。

有机化学反应极为复杂，常常有许多副产物和目的产物混在一起，因此，在有机化学实验中必须使用各种方法把这些杂质除去。由于有机物多为分子晶体，沸点较低，因此常采用蒸馏（蒸馏烧瓶中）的方法进行分离，例如石油的分馏。又由于有机分子的极性较弱，多数难溶于水，因此萃取分液（分液漏斗中）也是常用的分离方法，而在无机物分离时应用广泛的过滤、结晶等方法在有机物分离时则不常用。

（1）分离

常见不同状态的有机混合物的分离方法如下表：

有机混合物 分离方法 使用主要仪器

气体混合物 洗气 洗气瓶

不相溶的液体混合物 分液 分液漏斗

相溶液体（沸点差距大） 蒸馏 蒸馏烧瓶

（2）除杂质

常见有机化合物中含有的杂质、除杂试剂和方法如下表：（括号内为杂质）

有机混合物 常用除杂试剂 方法

①CH4(C2H4) 溴水 洗气

②CH3CH2Br（乙醇） 水 分液

③CH3CH2OH(H2O) 新制生石灰 蒸馏

④乙酸乙酯（乙酸） 饱和Na2CO3溶液 分液

⑤苯（甲苯） 高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液 蒸馏

⑥溴苯（溴） 氢氧化钠溶液 分液

⑦苯（苯酚） 氢氧化钠溶液 分液

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由此可见，官能团在有机化学教学中的地位，同时，也是高考化学的热点之一。本文将对有机化合物官能团种类、数目、位置的综合推断解题方法进行探讨，希望为学生们的学习提供有效的帮助。

一、官能团的推测方法

牢记以下常用物质的性质或反应现象：

1.能使溴水褪色的有机物通常含有“”“―CC―”或“―CHO”。

2.能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物常含有“”“―CC―”“―CHO”或为苯的同系物。

3.能发生加成反应的有机物通常含有“”“―CC―”“―CHO”或“苯环”，其中“―CHO”和“苯环”只能与H2发生加成反应。

4.能发生银镜反应或能与新制的Cu（OH）2悬浊液反应产生砖红色沉淀的有机物必含有“―CHO”。

5.能与钠反应放出H2的有机物必含有“―OH”或“―COOH”。

6.能与Na2CO3或NaHCO3溶液反应放出CO2或使石蕊试液变红的有机物中必含有“―COOH”。

7.能发生消去反应的有机物为醇或卤代烃。

8.能发生水解反应的有机物为卤代烃、酯、二糖、多糖、蛋白质或含有肽键的物质。

9.遇FeCl3溶液显紫色的有机物必含有酚羟基。

10.能发生连续氧化的有机物是伯醇，即具有“―CH2OH”的醇。

二、根据特征数字推断官能团的个数

1.根据与H2加成时所消耗H2的物质的量：

1mol 加成时需1mol H2；

1mol ―CC―完全加成时需2mol H2；

1mol ―CHO加成时需1mol H2；

1mol苯环加成时需3molH2。

2.1mol ―CHO完全反应时生成2mol Ag或1mol Cu2O。

与银氨溶液反应，若1mol有机物生成2mol银，则该有机物分子中含有一个醛基；若生成4mol银，则含有二个醛基或该物质为甲醛。

3.2mol ―OH或2mol ―COOH与活泼金属反应放出1mol H2。

4.1mol ―COOH与碳酸氢钠溶液反应放出1mol CO2。

5.1mol一元醇与足量乙酸反应生成1mol酯时，其相对分子质量将增加42，1mol二元醇与足量乙酸反应生成酯时，其相对分子质量将增加84。

6.1mol某酯A发生水解反应生成B和乙酸时，若A与B的相对分子质量相差42，则生成1mol乙酸，若A与B的相对分子质量相差84，则生成2mol乙酸。

7.某有机物与醋酸反应，相对分子质量增加42，则分子中含有一个―OH；增加84，则含有两个―OH。

8.某有机物在催化剂作用下被氧气氧化，若相对分子质量增加16，则表明有机物分子内有一个

―CHO（变为―COOH）；若增加32，则表明有机物分子内有两个―CHO（变为―COOH）。

9.有机物与Cl2反应，若有机物的相对分子质量增加71，则说明有机物分子内含有一个碳碳双键；若增加142，则说明有机物分子内含有二个碳碳双键或一个碳碳三键。

三、官能团位置异构书写规律

1.根据反应产物推知官能团位置。（1）若由醇氧化得醛或羧酸，可推知―OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上，即存在―CH2OH；由醇氧化为酮，推知―OH一定连在有1个氢原子的碳原子上，即存在；若醇不能在催化剂作用下被氧化，则OH所连的碳原子上无氢原子。（2）由消去反应的产物，可确定―OH或―X的位置。

2.官能团位置异构的常用规律（无特殊要求，即与基团位置异构规律相同）。（1）直链型。书写时，思维一定要有序，逐级推进，可按下列顺序考虑：a.主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排列邻、间、对。b.按照碳链异构官能团位置异构的顺序书写，也可按官能团位置确定碳链异构的顺序书写（基元法）。（2）环型。以简单苯环为基础建立起对称型模型。

若有两个相同或不同基团，则必有邻间对三种情况。

若遇到苯环上有三个基团时，可先定两个的位置关系是邻或间或对，然后再对第三个取代基依次进行定位，同时要注意哪些是与前面重复的。三个中若二同一不同，则先定的这两个就是两个相同基团，将不同的那个最后进行定位。

若遇到更多数目的取代，也要先确定其中一个或几个取代基，再移动另一个取代基，并依次类推，避免重复。

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关键词：氨工作；原理；工艺流程

Abstract: This paper introduces the basic principle of ammonia synthesis, analyzes the effects of temperature, pressure, space velocity and ratio of hydrogen to nitrogen of ammonia synthesis reaction, elaborated the reciprocating cycle engine, turbine circulation machine, synthetic tower process

Key words: ammonia; principle; technical process

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

一、氨合成的基本原理

氨是由气态氢和氮在氨触媒的作用下反应生成的，其反应式为：3H2+N2=2NH3+热量这是一个可逆、放热、体积缩小的反应，对其反应机理存在着不同的观点，一般认为：氮在铁催化剂上被活性吸附，离解为氮原子，然后逐步加氢，连续生成NH、NH2和NH3。即：

N2（扩散）2N（吸附）2NH(吸附）2NH2（吸附） 2NH3（脱附）2NH3（扩散到气相）由质量作用定律和平衡移动原理可知：1.温度升高，不利于反应平衡而有利于反应速度。 2.压力愈高愈有利于反应平衡和速度。3.氢氮气（比例3:1）含量越高越有利于反应和速度。4.触媒不影响反应平衡，但可以加快反应速度。

二、温度对氨合成反应的影响

1、氨合成反应是一个可逆放热反应。当反应温度升高时，平衡向着氨的分解方向移动；温度降低反应向着氨的生成方向移动。因此，从平衡观点来看，要使氨的平衡产率高，应该采取较低的反应温度。

2、但是从化学反应速度的观点来看，提高温度总能使反应的速度加快，这是因为温度升高分子的运动加快，分子间碰撞的机率增加，同时又使化合时分子克服阻力的能力加大，从而增加分子有效结合的机率。

3、总之，温度低时，反应有利于向合成氨的方向进行，但是氨合成的反应速度较低；提高温度不利于向氨的合成方向移动，但反应速度可以增加。在实际生产中反应温度的选择主要决定于氨合成催化剂的性能。

三、压力对氨合成反应的影响

1、氨的合成反应是一个分子的氮与三个分子的氢结合生成两个分子的氨，即氨合成反应是分子数目减少、体积缩小的反应，提高压力，可使反应向着生成氨的方向进行。对于氨合成反应来说，提高压力就是提高反应气体的浓度，从而增加反应分子间碰撞的机会，加快了反应的速率。

2、总之，增加压力对氨的合成反应是有利的，既能增大平衡转化率，又能加快反应速率。但压力也不宜过高，否则，不仅增加动力的消耗，而且对设备和材料的要求也较高。根据我国具体情况，目前在小型合成氨厂，设计压力一般为31.4MPa。

四、空速对氨合成反应的影响

1、气体与催化剂接触时间的长短，通常用空速来表示。它的物理意义是：在标准状况下，单位时间内在1m3的催化剂上所通过的气体体积。其单位为m3(标)气体/（m3催化剂·h）,或简写为h-1。

2、在一定的合成条件下，空速增加，气体与催化剂接触时间减少，出合成塔气体氨含量降低。增加空间速度可以提高氨的产量。但由于空间速度的增加，每生产一吨氨所需的循环气量，输送气体所需克服的阻力等都要增大，因而消耗的能量也随之加大。尤其是空间速度过大，从合成塔出来的气体带出的热量增多，会使催化剂床层的温度难以控制，并使循环气中氨不易冷凝。

五、氢氮比对氨合成反应的影响

根据平衡移动原理，如果改变平衡体系的浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。氨合成反应的进行，是按H2/N2=3：1的比例消耗的，因此提高氢气、氮气的分压，维持H2/N2=3：可以提高平衡氨含量。从氨合成反应速度可知，在非平衡的状态下，适当增加氮的分压对催化剂吸附氮的速度有利，因为氮的活性吸附是氨合成反应过程的控制步骤。在一般的生产条件下，氨产率只能达到平衡值的50%～70%，因此，在生产中应适当提高氮的比例，一般控制循环气中氢氮比在2.2～2.8之间较为适宜。

六、往复循环机工艺流程

经合成反应，水冷器冷却、氨分离器分离后的混合气体，进入循环机气缸压缩提高压力，再送入系统与新鲜气混合进入合成塔。

七、透平循环机工艺流程

1、主气体工艺流程从高压机来的新鲜气少部分进入保护气系统，大部分经过滤油器滤油后与从氨分出来的气体混合，经冷凝塔、氨冷器、再进入冷凝塔分离氨后，从冷凝塔二次出口出来，分两路从机身两侧对称进入高压筒体内，气体从电机与高压筒体的环隙纵向流过，带走电机散发的热量，然后再经中间接筒的气孔与保护气汇合进入叶轮，经压缩后送至合成塔。从合成塔出来的气体经水冷器冷却（Ⅱ系统先经中锅），再经氨分离器分离氨后与高压机来的新鲜气混合进入冷凝塔，依此循环。

2.、保护气工艺流程从高压机岗位来的少量新鲜气经小氨冷器冷却后进入气水分离器分离掉其中的水和油，再经硅胶干燥器吸收气体中残存的水份，干燥后的气体进入透平机电机的定子与转子间的环隙，直接带走电机的热量，与循环气在中间接筒汇合后再进入透平机的叶轮压缩。

3.、硅胶再生工艺流程由高压机送来的少量新鲜气或事故氮气（500-700Nm3/h）经氨冷器冷却、气水分离器分离水和油后，进入电加热器提高温度（≤180℃）后进入需再生的硅胶干燥器，依靠气体的热量将硅胶吸附的水份蒸发并进行干燥，出干燥器的气体由放空管放空或回收，同时将水份带走。当干燥器气体出口温度达100-120℃后表明再生合格。

八、合成塔工艺流程