高中化学:化学与有机化学高考“控制官能团”推断题分析
(1).？控制功能组
有机化学是官能团化学。如果掌握了官能团的基本性质和高中课本上能发生的反应，有机化学的基础知识就过关了。我们先简单回顾一下高中有机化学中重要官能团的基础知识。
1.？碳碳双键
(1)结构简化:
(2)结构特征:两个碳原子之间形成双键，两个碳原子和与之相连的四个原子在同一平面上，取代基与两个碳原子形成的键角约等于120。
(3)主要性质——不饱和度:碳碳双键是最重要的不饱和键，最重要的反应是加成反应。加成的本质是碳碳双键中较弱的键被某种试剂的攻击而断裂，不饱和键转化为饱和键。最常见的可以加成碳碳双键的试剂有H2、卤族元素(Cl2、Br2)、卤化氢、H2O、次卤酸等。需要注意的是，含碳碳双键的Br2的加成应使用液溴，可将溴溶于CCl4中配制Br2的CCl4溶液。
碳碳双键的不饱和性应用于高分子化合物时，是碳碳双键的加成反应，烯烃的加成反应实际上是加成反应，得到的产物是饱和的碳链。
碳碳双键的另一个特点是α-氢原子的活化。例如，在光照下，丙烯的α-氢原子将被Cl原子取代，反应方程式
(4)在高中有机合成中的应用:①根据碳碳双键与卤素加成的特点，用加成-取代法得到两个相邻的羟基(-OH)；
(2)利用碳碳双键和卤素加成的特点，用加成-消去法除去两个HX分子，得到碳碳三键；
(3)利用碳碳双键加成聚合的特性制备高分子化合物。
2.碳碳三键
(1)结构简化:
(2)结构特征:线性，两个碳原子和两个原子连接在同一直线上，键角为180。
(3)主要性质——不饱和性:高中C-C三键和C-C双键的基本性质没有太大区别，但C-C三键加入H2O后，生成的烯醇不稳定，会重排为醛。
另外需要注意的是，乙烯基乙炔(CH2 = CH-C ≡ CH)是两分子乙炔加成得到的，苯是三分子乙炔加成得到的。
(4)在高中有机合成中的应用:利用三键部分加成得到双键的特性，制备碳链上有双键的特殊产物。例如，乙烯基腈可以通过乙炔和HCN的加成直接获得，而丙烯酸纤维可以通过加成聚合获得。
3.？卤素原子
(1)结构式:-x (x = f，Cl，Br，I)
(2)主要性质:①取代反应。卤素原子可以被-OH、- NH2、-CN、碳负离子等取代。像OH-这样的试剂成为亲核试剂，卤原子的取代称为亲核取代反应。高中课本主要接触OH-取代卤原子的反应，卤代烃在NaOH水溶液中加热生成醇类。然而，应该注意的是，如果一个以上的卤素原子连接到一个碳原子上，在取代过程中，H2O分子将同时被除去。
②消除反应。当卤代烃在NaOH的醇溶液中加热时，一个HX分子将被除去，形成不饱和烃。卤代烃的消除反应也是β-消除反应，需要β-H原子的存在。
(3)高中有机合成中的应用:卤原子是有机合成中非常重要的中间产物，很多合成步骤都可以通过卤原子的取代反应来完成。卤原子在高中的常见应用有
①通过取代反应得到醇，这是卤原子最基本的用途。醛、酸和酯可以由醇进一步制备。
(2)进行了一些特殊的步骤，如通过消除-加成-取代步骤制备邻位二醇，以及通过消除-加成-消除步骤获得碳碳三键。
(3)通过HCN取代和水解步骤引入羧基并增加一个碳原子，这通常以信息的形式给出。
4.？醇羟基
(1)结构:R-OH
(2)结构特征:有棱角，与氧原子相连的原子与羟基上的氢原子不在一条直线上。羟基中的氧原子有两对孤对电子，容易与H2O分子中的H原子形成氢键，所以低级醇可以与水以任意比例混溶。
(3)主要性质:①醇羟基中的O-H键不易断裂，所以醇的酸性一般比水弱，只能用Na、K等活性金属来制备相应的醇盐。相反，制备的醇钠(如C2H5ONa)是相当强的碱(碱性比NaOH强)。
(2)醇的羟基可被O2(CuO)、KMnO4、K2CrO7等氧化剂氧化。氧化的本质是醇除去α碳原子上的羟基和两个氢原子，生成一个H2O分子。当羟基所连接的碳原子上有两个以上的H时，羟基被氧化成醛基；当羟基所连接的碳原子上只有1 H时，羟基被氧化成羰基(酮基)；当连接羟基的碳原子上没有H时，羟基不能被氧化。
p需要注意的是，由于羟基的氧原子具有很强的吸电子性质，一般不可能同时将两个羟基连接到一个碳原子上，否则会脱水生成相应的醛、酮和酸；而且一般来说，羟基不能连接到碳碳双键的碳原子上，因为这种烯醇式的结构一般是不稳定的。
(3)醇羟基的另一个重要特征是消去反应。通常，浓硫酸被用作催化剂来使醇脱羟基，以产生含有双键的有机化合物。当酒精进行消除反应时，我们应该注意温度的控制。温度低的时候会生成副产物醚，温度达到一定范围才会发生消除反应。消去反应的本质是羟基和β位的一个H原子一起被剥离生成H2O，所以能发生消去反应的醇一定有一个β-H原子。
酒精可以用酸酯化，后面会详细介绍。
(4)在高中有机合成中的应用:①醇本身是有机合成中最常见的目标产物之一。制备醇的方法有很多(即引入羟基)，我们接触较多的主要方法有醛基转化法、酯水解法和烯烃水合法。
(2)卤代烃(卤化)由醇通过醇和卤代烃的相互转化制得。常用的卤化剂有HCl(HBr)、PCl3(PBr3)、SOCl2等。(后两者的收益率更高)。
(3)由醇氧化制得醛，然后制得羧酸，再由醇和羧酸反应生成酯。这是中考有机化学中一个“不好”的套路。
④乙醇与金属钠反应制得醇钠。醇钠是一种强碱，广泛应用于有机合成中。
5.？酚羟基
(1)结构简化:
(2)主要性质:酚羟基具有很弱的酸性，能与NaOH溶液反应，但不能与NaHCO3溶液反应。当CO2气体被引入酚钠溶液时，苯酚晶体沉淀，并且CO2被转化为HCO3-离子。
酚羟基比较活泼，一般酚类容易被氧化。当苯酚被放在空气中时，由于O2的氧化，它的表面变成粉红色。其他氧化剂，如KMnO4酸溶液、硝酸和硫酸，可以氧化酚羟基。
酚羟基可以活化苯环的邻位和对位，所以酚与浓溴水反应生成溴化物。例如，三溴苯酚在浓溴水中加入苯酚时沉淀，但在液溴(Br2的CCl4溶液)中加入苯酚时，沉淀会溶解在Br2中，观察不到任何现象。其他取代基，如硝基和磺酸基，也将取代酚羟基的邻位和对位。
酚羟基能与三氯化铁溶液反应生成紫色的配位化合物。
(3)高中有机合成中的应用:酚羟基是活化苯环的基团，在其邻位和对位可以引入其他基团。在推断题中，可以用酚醛树脂制备中使用的苯酚与甲醛反应的原理作为考点。
6.？醛基和酮基
(1)结构缩写:- CHO？
(2)结构特征:C原子和O原子之间形成一个碳氧双键，碳氧双键连接的两个原子与双键两端的C原子和O原子在同一平面上。碳氧双键的氧原子有两对孤对，也能形成氢键。
(3)主要性质:“中间价态”。醛基在无机化学中有类似SO2、Fe2+的“中间价态物质”，既可以发生氧化反应，也可以发生还原反应。醛基催化氢化可得到- CH2OH基团，醛基氧化可得到羧基。高中提到了氧化醛基的三种方法——O2催化氧化法、新鲜Cu(OH)2氧化法、银氨溶液氧化法，后两种方法要特别掌握。
醛基也可以发生加成反应，但醛基不能像碳碳双键一样与X2、H2O、HX等试剂加成(这种加成叫亲电加成)，醛基的加成叫亲核加成(试剂首先攻击醛基中的碳原子而不是碳氧双键，所以叫亲核加成)。醛基的加成反应在高中教材中是没有要求的，一般只在作为资料出现时涉及醛和HCN的加成。这种加成反应也可以引入C原子来生长碳链。另一个常见的信息反应是著名的羟醛缩合反应，这将在后面讨论。
当羰基与两个碳原子相连时，称为酮基。酮基和醛的最大区别是酮基不能被新Cu(OH)2、银氨溶液等弱氧化剂氧化。高中阶段酮的化学性质不高，这里不讨论。
(4)在高中有机合成中的应用:醛和酮在有机合成中应用广泛。利用羰基的亲核加成性质和醛酮中α-H原子的活性，结合复杂的试剂和有机反应，可以合成许多结构复杂的物质。但是高中对醛的理解很简单，课本上只介绍了醛基的氧化。一般来说，醛基的作用只是转化成羧基或还原成羟基。但在信息题中，醛类的应用有很多变化，这里就不讨论了。
7.？羧基
(1)结构缩写:- COOH
(2)结构特征:羧基含有羰基和羟基，与羧基相连的原子在官能团上的碳原子和两个氧原子的平面上，氢原子在平面外。羧基中的两个氧原子都有孤对电子，可以吸引氢原子形成氢键。在纯羧酸中，两个羧酸分子的羧基也可以通过氢键结合。
(3)主要性质:①酸性。因为羧基上的氢原子容易电离，所以羧酸是最典型的有机酸。羧酸的酸性一般比碳酸强，所以只有羧酸能与Na2CO3或NaHCO3溶液反应，释放出CO2气体或溶解CaCO3固体。然而，将CO2气体引入羧酸的钠盐溶液中不会产生这种羧酸。
②酯化反应。高中有机化学的推论中，“十题九酯”的说法绝对正确。酸的酯化反应和酯的水解反应可以说是有机化学中最“烂”的内容了。酯化反应的实际机理比较复杂，从反应结果来看，羧酸提供羟基，醇提供氢，其余被除去形成一分子H2O。因此，酯化反应属于取代反应，即羧基上的羟基被醇除去羟基上的氢原子后的基团取代。
(4)高中有机合成中的应用:①利用羧酸的酸性来制备相应的盐，以增加有机物在水中的溶解度和稳定性。
②合成酯类。酯可以用羧酸与醇或带有羧基和羟基的有机物(羟酸)在浓硫酸中加热合成。高中酯化可以得到三类酯:a .羧基和羟基结合形成的普通酯，其中酸和醇都可能是1分子以上，如乙酸乙酯、甘油三酯、己二酸二乙酯等。
B.有三种形成环酯的方法。第一种方式是羟基酸中的羧基和羟基结合，由一分子有机物形成环酯，也称为内酯；第二种是两分子羟基酸通过酯化反应聚合成环酯，产物中同一个基团在对位。最典型的例子就是乳酸(CH3CH(OH)COOH)形成的双聚乳酸(如下左图)。第三种是二元酸和二元醇通过酯化反应聚合成环酯，产物表面对称，如草酸和乙二醇的聚合物(如下右图所示)。
C.形成高聚酯。小分子的二元酸和二元醇可以通过酯化反应形成长链，聚合成高分子化合物。这个反应是缩聚反应。当许多分子的羧酸和醇聚合时，就会产生许多分子的H2O。
③其他羧酸衍生物的合成。酯、酰胺、酰卤、酸酐都属于羧酸衍生物，我们学过的氨基酸脱水缩合形成的多肽是聚酰胺。这个内容教材里没有提到，这里也不讨论。
④通过羧酸脱羧引入其他官能团。这是有机合成中很常见的想法。高中课本上没有具体提到脱羧，但这种反应可能是作为信息给出的。刚开始学习有机化学的时候，我们接触到的是实验室里甲烷生成的反应，即CH _ 3coona+NaOH = = CH _ 4 ↑+Na2CO3，这其实是一个脱羧反应。
8.？酯基
(1)结构简称:-首席运营官-？
(2)主要性质:酯类(包括油脂)最显著的特点是水解。酯水解有两种方式，酸化后产物都是酸和醇。酯的酸水解实际上是利用了酯化反应的可逆性，H+的催化作用相当于正反应和逆反应，但酯水解一定不能用浓硫酸，否则作为反应物的H2O会被硫酸吸收，影响反应的进行。酯的碱性水解也利用了化学平衡原理。在碱性条件下，反应生成的酸被碱中和，生成的盐从液体反应物中分离出来，进入水中促进反应。这个反应是皂化反应。
在酯类中，有一种非常特殊的物质——甲酸酯。它们的官能团可以写成-o-CHO的形式，所以这类酯兼具酯和醛的特性，既能水解，又能进行银镜反应等醛基的特征反应。
(3)高中有机合成中的应用:①水解反应得到羧酸和醇。酯类在自然界中随处可见，动植物中也有油脂。甘油和相应的脂肪酸可以通过水解获得。
②保护羟基、氨基等活性基团。酯类一般化学性质稳定，不易被氧化，所以常用来保护羟基和氨基。
9.？硝基和氨基
(1)结构:- NO2 -NH2
(2)主要性质:这两种含氮官能团在高中教材中都有出现，但教材本身对有机含氮化合物的要求不高。这里，我们简单介绍一下它们的基本性质。
硝基和氨基分别连接有最高和最低氮态的官能团。硝基实际上是通过去除硝酸分子(HNO3)中的羟基获得的，硝酸最常用于苯的硝化。铁和盐酸可将硝基还原成氨基。
氨基中氮原子的孤对容易吸引质子，使氨基成为最基本的碱性基团。氨的NH3分子的H被烃基取代后得到的物质变成胺，一般比NH3碱性大，但氨基连上苯环后碱性会大大减弱。
氨基和羟基在某种程度上是相似的。氨基也可以与羧基结合(也是以羧基脱羟基和氨基脱氢的形式)得到酰胺。两个氨基酸分子结合得到的物质是肽。无论是自然界的蛋白质，还是合成的尼龙纤维，它们的化学本质其实都是聚酰胺。
(3)在高中有机合成中的应用:硝基在与苯环相关的合成中往往占据一个位置。先在苯环上引入硝基，然后在硝基的对位引入所需基团，再将硝基还原，再通过重氮化反应除去氨基。
氨的衍生物是碱性的，能与盐酸形成盐。将胺制成盐酸盐还可以增加有机物在水中的溶解度和稳定性。