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有机化学基础选考题命题特点及备考建议

2021-03-24尉言勋李静

广东教育·高中 2021年1期
关键词:同分异构甲基化合物

尉言勋 李静

新教材选择性必修3《有机化学基础》是必修二第三章内容的深化,以必修教材课程为基础,遵照课程标准,围绕“有机化合物的组成与结构”“烃及其衍生物的性质与应用”“生物大分子及合成高分子”三大主题,引导学生了解有机化合物的结构特点,认识重要有机物的类别及应用。建立“组成、结构决定性质”的基本观念,掌握有机化学反应的主要类型,形成基于官能团、化学键与反应类型,认识有些化合物的一般思路,进一步发展化学学科核心素养。纵观近年的有机化学基础选考题,考查的基本内容变化不大,较好的渗透了证据推理与模型认知、科学探究与创新意识,科学态度与社会责任等方面的化学学科核心素养。

一、真题对比分析

1. 考题的共同特征及特点。

(1)题目均为15分,6~7个小题,7个空。两道有机选考题,试题背景新颖,题型稳定。注重引导学生建立“结构决定性质”的思想,命题以基础知识为主线,考点源于教材,又略高于教材,侧重考查有机基础的核心知识点,设问形式和内容有较多相似之处。

(2)题目均给予3个新信息,要求学生现场学习新知识,进而解决新问题——利用信息①H2C=CH2 ■■可推出B的结构式。高考命题通过“新信息”的形式,考查学生提取信息的能力,给了命题者发挥的空间,增大了备考难度。

(3)同分异构体的书写近年连续考查,2018年Ⅰ卷、Ⅱ卷,2019年Ⅱ卷、2020年Ⅰ卷均考查核磁共振氢谱作为限定条件考查同分异构体的结构简式。2019年全国Ⅰ卷有机选考题在平稳中寻找突破,稳定中尝试创新,给予了新信息“碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳”,2020年Ⅱ卷考查含有手性碳的化合物结构简式。备考时,注意Ⅰ卷、Ⅱ卷交叉出现的可能。

(4)题目陌生度逐年加大,注重考查考生对信息的接受、吸收、整合能力。复杂有机物的结构简式均会给出,不需要考生进行过多的推断。2020年难度有所降低,没有考查有机物合成路线的设计。该题型综合性、应用性较强,注重考查利用新信息解决新问题的能力;通过给予合成路线和新信息,考查学生提炼关键信息的能力,将陌生信息、隐含信息进行多步骤之间的关联,并综合应用解决实际问题的能力。

2. 2021年高考命题趋势。

(1)从背景上来看,密切联系生产生活实际。核心物质的选取以及题干的设计以材料科学、药物化学等具体应用为情境,渗透有机化学的重大贡献,我国科学家的最新研究成果等。可能以某药物合成中间体为题材,比如:新型冠状相关药物,法匹拉韦■、合成瑞德西韦的某中间体等。渗透考查“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养。

(2)题干设计趋于稳定,可能仍然采取“流程+新信息给予”的模式。流程中的物质以分子式、结构简式、字母、名称等四种形式呈现。流程中的一些反应,如果是学生未知的,会以新信息的形式单独呈现,或者在流程中以反应条件的形式给予。需要学生现场学习新信息,并进行灵活运用。

(3)设问角度及分值,相对固定。设问形式由浅入深,层层推进的且考点稳定。核心物质、反应基本类型、典型条件等设计成基本问题。题目具有一定的梯度,由易到难,最后两问考查同分异构体的书写、合成路线的设计。2021年最后一问,可能会再次考查合成路线的设计,备考时要引起我们的重视。

(4)命题思路相对稳定,试题难度保持不变。题目覆盖有机物主干基础知识,侧重考查新信息获取、新旧知识的整合应用能力。考查学生有序思维和整合新旧知识解决有机问题的能力。题干的设置侧重物质结构变化,淡化推断。比如:2020年Ⅰ卷合成路线部分,6种物质中给出3种。侧重考查学生的信息提取与利用能力,学生可通过对比每一步官能团、碳骨架的差异,获得突破口。

二、典例解析

【例1】(2020·新课标Ⅰ,36)有机碱,例如二甲基胺■、苯胺(■),吡啶(■)等,在有机合成中应用很普遍,目前“有机超强碱”的研究越来越受到关注,以下为有机超强碱F的合成路线:

已知如下信息:

③苯胺与甲基吡啶互為芳香同分异构体

回答下列问题:

(1)A的化学名称为________。

(2)由B生成C的化学方程式为________。

(3)C中所含官能团的名称为________。

(4)由C生成D的反应类型为________。

(5)D结构简式为________。

(6)E的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应,且核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有______种,其中,芳香环上为二取代的结构简式为______。

【答案】(1)三氯乙烯(2)■(3)碳碳双键、氯原子(4)取代反应(5)■(6)6  ■。

【思路分析】(1)由题中信息可知,A的分子式为C2HCl3,其结构简式为ClHC=CCl2,化学名称为三氯乙烯。

(2)根据信息①可得B为■;B与KOH的醇溶液共热发生消去反应生成C(■),该反应的化学方程式为■+KOH ■■ +KCl+H2O。

(3)由C的分子结构可知其所含碳碳双键、氯原子两种官能团。

(4)C(■)与过量的二环己基胺反应生成D,根据信息②可得D与E反应生成F,由F的分子结构可知,C的分子中的两个氯原子被二环己基胺基所取代,则由C生成D的反应类型为取代反应。

(5)根据信息②以及E、F的结构式,可知D的结构简式为■。

(6)已知苯胺与甲基吡啶互为芳香同分异构体。E(■)的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应,则其分子中也有羟基;核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1,说明有四种等效氢,应该具有两个“翅膀”的对称结构,比如■、■、■、■、■、■,共6种,其中,芳香环上为二取代的结构简式为■。

点评:本题风格与往年相同,题干简介明了。考点布局合理,具有较好的梯度和区分度。给予的三个新信息是解题的突破口,侧重考查学生利用新信息解决问题的能力。没有考查有机合成路线的设计,难点有所降低。判断同分异构体的数目时,注意利用信息“苯胺与甲基吡啶互为芳香同分异构体”。

【例2】[2020·新课标Ⅱ,36]维生素E是一种人体必需的脂溶性维生素,现已广泛应用于医药、营养品、化妆品等。天然的维生素E由多种生育酚组成,其中α-生育酚(化合物E)含量最高,生理活性也最高。下面是化合物E的一种合成路线,其中部分反应略去。

已知以下信息:

a)■

b)■

c)■

回答下列问题:

(1)A的化学名称为________。

(2)B的结构简式为________。

(3)反应物C含有三个甲基,其结构简式为________。

(4)反应⑤的反应类型为________。

(5)反应⑥的化学方程式为________。

(6)化合物C的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有____个(不考虑立体异构体,填标号)。

(ⅰ)含有两个甲基;(ⅱ)含有酮羰基(但不含C=C=O);(ⅲ)不含有环状结构。

(a)4(b)6(c)8(d)10

其中,含有手性碳(注:连有四个不同的原子或基团的碳)的化合物的结构简式为__________。

答案:(1)3-甲基苯酚(或间甲基苯酚)(2)■(3)■;(4)加成反应;(5)■;(6)c ■。

思路分析:(1)由A的结构简式可知,A的名称为3-甲基苯酚或间甲基苯酚。(2)由信息a及B的分子式可知,B的结构简式为■。(3)由信息b可知,反应■中,断键、成键位置为■,据此可推断C为■。(4)由信息c可知,反应⑤是H—C≡C—H中的H加到■中羰基的氧原子上,而H—C≡C—加到羰基的碳原子上,则D的结构简式为■,反应⑤属于加成反应。(5)由反应⑥中反应物和生成物的结构简式可知,D与H2发生加成反应,碳碳三键变为碳碳双键,所以化学方程式为■。(6)可采用插入法书写其同分异构体的结构简式。第1步:先抽出“■”,剩余部分碳骨架可能为■(舍去,只含1个甲基)、■、■、■(舍去,含3个甲基)和■。第2步:在合适的位置插入“■”,则合适的位置分别有■、■、■(其中,位置7和9插入羰基得到的是同种物质),故符合条件的同分异构体共有8种。其中,含有手性碳原子的化合物为位置7插入羰基的产物,其结构简式为■。

点评:本题重点考查学生对有机化学基础知识的掌握程度,侧重考查有机物的命名、反应类型、化学反应原理、同分异构等,明确化学反应及同分异构的书写是解题关键。难点是第6小题,利用插入法判断化合物C的同分异构体的个数。

三、备考策略

1. 限定条件同分异构的书写或数目判断。

《课程标准》要求学生了解有机化合物存在异构现象,能判断简单有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。能正确书写有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。从历年的高考命题来看,同分异构体数目的判断及书写一直是命题的热点。以插入法为例,先根据限定条件拿掉一种官能团→碳链异构→再将剩下的官能团(相当于取代基)插入C和H原子间或C和C原子间;适合官能团有双键、三键、醚、酮、酯类等。如(2015新课标I卷节选)写出与A(乙炔)具有相同官能团的异戊二烯的所有同分异构体_________(写结构简式)。异戊二烯分子式为C5H8可得Ω=2,说明分子2个不饱和度,只有一个三键。根据插入法,含有碳碳三键的同分异构体的碳架结构,有■,■共3种结构。

2. 核磁共振氢谱、碳谱、红外光谱的差异和应用。

《课程标准》要求学生了解质谱仪、红外光谱仪、核磁共振仪在有机化合物组成分析中的运用;观察典型有机化合物的质谱、红外光谱和核磁共振图谱,并讨论推测有机化合物的结构。从近几年的高考有机化学基础考查内容来看,多次考查核磁共振氢谱,通过判断氢原子种类来确定有机物的结构和同分异构的数目,对红外光谱和质谱考查较少,如2017年(核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢)、2018年全国Ⅰ卷(核磁共振氢谱为两组峰)、2020年全国Ⅰ卷(核磁共振氢谱有四组峰)。2021高考仍会着重考查核磁共振氢谱,用来确定有机物的结构和判断同分异构体数目。

3. 有机合成路线。

《课程标准》中要求认识有机合成的关键是碳骨架的构建和官能团的转化,了解设计有机合成路线的一般方法。体会有機合成在创造新物质、提高人类生活质量及促进社会发展方面的重要贡献。合成路线的设计一般为3~4步完成。目的是加强对信息素养和自主学习能力的培养,考查学生的解读信息能力、思维能力以及信息迁移能力。考生可以通过反应物和生成物间的变化推测反应类型及结构变化情况,结合简单、相似的原料进行合成路线的设计。试题需要的关键反应合成信息,要么直接给出,要么隐藏在提供的题干中,需要学生自主辨认、获取信息进行再次加工才能解决问题。

总之,从近三年的有机基础选考题可以看出,重点考查有机主干基础知识,学生的信息获取能力以及综合应用能力等。考查的内容基本保持稳定,偶尔在载体上或某个考点上有所创新,整体难度不大。只要认真分析和掌握该模块的命题趋势、规律,复习全面到位,一定会取得理想成绩。

责任编辑 李平安

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