Question

10．據(jù)報道，蘋果醋是由蘋果發(fā)酵而成的酸性飲品，其中的酸性物質(zhì)主要是蘋果酸．有關(guān)蘋果酸的結(jié)構(gòu)確定及合成過程如下：
Ⅰ、蘋果酸的結(jié)構(gòu)確定
1．蘋果酸在分離提純后的化學(xué)方向如下：蘋果酸中只含有C、H、O三種元素，其中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.7%，且其相對分子質(zhì)量大于112小于160．請推斷蘋果酸中的氧原子個數(shù)為5，分子式為C₄H₆O₅．
2．已知1mol蘋果酸與足量的NaHCO₃反應(yīng)放出44.8LCO₂，與足量的Na反應(yīng)放出33.6LH₂（氣體體積均已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）：核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環(huán)境的H原子．
（1）一個蘋果酸分子中有1個-OH；
（2）寫出蘋果酸的結(jié)構(gòu)簡式．
Ⅱ、蘋果酸的人工合成路線如圖：
已知：75%（體積分?jǐn)?shù)）的A水溶液常用于醫(yī)療消毒，其中R、R₁、R₂可以是烴基或氫原子；
①
②
（1）由D生成E的化學(xué)方程式為Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{水}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O．
（2）上述合成路線中，涉及到的加成反應(yīng)共有2步．
（3）蘋果酸消去一分子水后的產(chǎn)物與乙二醇發(fā)生所聚反應(yīng)，生成的高分子化合物寫出生成該高分子化合物反應(yīng)的化學(xué)方程式為：n+n HO-CH₂CH₂-OH$\stackrel{一定條件}{→}$+（2n-1）H₂O．
（4）寫出與蘋果酸具有相同種類和數(shù)目官能團(tuán)的同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡式：、．

Answer 1

分析 Ⅰ氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.7%，1mol該酸與足量的NaHCO₃反應(yīng)放出44.8L CO₂，說明分子中含有2個-COOH，與足量的Na反應(yīng)放出33.6L H₂，為1.5mol，說明分子中含有3個-OH（包括-COOH）則至少含有5個O原子，如含有5個O，則相對原子質(zhì)量為$\frac{5×16}{0.597}$=134，其相對分子質(zhì)量大于112小于160，符合題意，核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環(huán)境的H原子，則結(jié)構(gòu)應(yīng)為；
Ⅱ75%（體積分?jǐn)?shù)）的A水溶液常用于醫(yī)療消毒，A為CH₃CH₂OH，A連續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)生成C，則B為CH₃CHO，C為CH₃COOH，由反應(yīng)信息①可知，羧基連接的碳原子上的氫原子被溴原子取代，故D為Br-CH₂-COOH，D發(fā)生水解反應(yīng)生成E為HO-CH₂-COONa，E酸化得到F為HO-CH₂-COOH，F(xiàn)發(fā)生氧化反應(yīng)得到G為HOOC-CHO，G與乙醛發(fā)生信息②中醛的加成反應(yīng)生成H為，H酸化得到I為，I發(fā)生氧化反應(yīng)得到J為，J與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)得到蘋果酸，以此解答該題．

解答 解：Ⅰ氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.7%，1mol該酸與足量的NaHCO₃反應(yīng)放出44.8L CO₂，說明分子中含有2個-COOH，與足量的Na反應(yīng)放出33.6L H₂，為1.5mol，說明分子中含有3個-OH（包括-COOH）則至少含有5個O原子，如含有5個O，則相對原子質(zhì)量為$\frac{5×16}{0.597}$=134，其相對分子質(zhì)量大于112小于160，符合題意，核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環(huán)境的H原子，則結(jié)構(gòu)應(yīng)為，
1．根據(jù)上面的分析可知，蘋果酸中的氧原子個數(shù)為5，蘋果酸結(jié)構(gòu)為，所以蘋果酸分子式為C₄H₆O₅，
故答案為：5；C₄H₆O₅；
2．（1）根據(jù)上面的分析可知，一個蘋果酸分子中有1個-OH，
故答案為：1；
（2）根據(jù)上面的分析可知，蘋果酸的結(jié)構(gòu)簡式為，
故答案為：；

Ⅱ75%（體積分?jǐn)?shù)）的A水溶液常用于醫(yī)療消毒，A為CH₃CH₂OH，A連續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)生成C，則B為CH₃CHO，C為CH₃COOH，由反應(yīng)信息①可知，羧基連接的碳原子上的氫原子被溴原子取代，故D為Br-CH₂-COOH，D發(fā)生水解反應(yīng)生成E為HO-CH₂-COONa，E酸化得到F為HO-CH₂-COOH，F(xiàn)發(fā)生氧化反應(yīng)得到G為HOOC-CHO，G與乙醛發(fā)生信息②中醛的加成反應(yīng)生成H為，H酸化得到I為，I發(fā)生氧化反應(yīng)得到J為，J與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)得到蘋果酸，
（1）D→E反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{水}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O，
故答案為：Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{水}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O；
（2）上述合成線路中，涉及到的加成反應(yīng)的有EG的反應(yīng)以及J生成蘋果酸的反應(yīng)，共2步，
故答案為：2；
（3）蘋果酸消去一分子水后的產(chǎn)物為，與乙二醇發(fā)生縮聚反應(yīng)的方程式為n+n HO-CH₂CH₂-OH$\stackrel{一定條件}{→}$+（2n-1）H₂O，
故答案為：n+n HO-CH₂CH₂-OH$\stackrel{一定條件}{→}$+（2n-1）H₂O；
（4）與蘋果酸含有相同種類和數(shù)目的官能團(tuán)的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式為：、，
故答案為：、．

點(diǎn)評 本題考查有機(jī)物的推斷，注意計算確定蘋果酸的分子式，結(jié)合含有的官能團(tuán)及H原子種類判斷蘋果酸的結(jié)構(gòu)簡式，也可以利用乙烯發(fā)生的系列反應(yīng)進(jìn)行推斷，是對有機(jī)化學(xué)的綜合可知，難度中等．