Question

【选修5：有机化学基础】
柠檬酸存在于柠檬、葡萄等水果中，广泛应用于食品工业．
（1）已知柠檬酸的相对分子质量为192，其分子中各元素质量分数为：C：37.5%，H：4.2%，O：58.3%；则柠檬酸的分子式为

 

；
（2）实验表明：①柠檬酸不能发生银镜反应；②1mol柠檬酸与足量的碳酸氢钠反应能放出3mol CO₂气体；③能与乙酸在一定条件下发生酯化反应；④核磁共振谱表明柠檬酸分子存在4个化学环境完全相同的氢原子．写出柠檬酸的结构简式：

 

；
（3）写出lmol柠檬酸在浓硫酸催化和适宜条件下与足量乙醇完全反应的化学方程式：

 

；反应类型是

 

；
（4）写出二种与柠檬酸同分异构，且满足下列条件的结构简式：
①能发生银镜反应；
②1mol该异构体能与2molNaHCO₃完全反应；
③1mol该异构体能与4mol金属钠反应放出2molH₂；
④羟基不能连在同一个碳原子上，也不能连在相邻的碳原子上．

 

；

 

；
（5）在一定条件下，柠檬酸自身可发生反应失去1分子水，生成一种六元环状化合物，写出该反应的化学方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根据有机物的相对分子质量和碳元素质量分数计算分子中N（C），进而计算N（H）、N（O），据此书写有机物的分子式；
（2）有机物如能发生银镜反应，含有醛基，若1mol该有机物与足量碳酸氢钠反应放出3mol有CO₂，则该有机物为三元有机羧酸，含有-COOH，能与乙酸在一定条件下发生酯化反应，说明含有羟基，有机物分子中氢原子种类有多少，核磁共振谱的峰数就有多少，据此进行分析；
（3）醇与酸（有机酸或无机酸）反应生成酯和水的反应为酯化反应，酯化反应属于取代反应的一种；
（4）能发生银镜反应的物质必含有醛基官能团；该有机物与碳酸氢钠反应，则含-COOH，能与金属钠反应，含有-OH和-COOH，羟基不能连在同一个碳原子上，也不能连在相邻的碳原子上，结合原子守恒解答；
（5）柠檬酸上下两个羧基脱水就可以形成六元环化合物；

解答：解：（1）柠檬酸的相对分子质量为192，分子中N（C）=

192×37.5%

12

=6，N（H）=

192×4.2%

1

≈8，N（O）=

192×58.3%

16

≈7，所以柠檬酸的分子式为：C₆H₈O₇，
故答案为：C₆H₈O₇；
（2）柠檬酸的分子式为：C₆H₈O₇，柠檬酸不能发生银镜反应，说明柠檬酸的分子不含醛基，1mol柠檬酸与足量的碳酸氢钠反应能放出3mol CO₂气体，则该有机物含有-COOH，为三元有机羧酸，能与乙酸在一定条件下发生酯化反应，说明含有羟基，根据氧原子守恒，该分子仅含1个-OH，核磁共振谱表明柠檬酸分子存在4个化学环境完全相同的氢原子，根据氢原子守恒，所以含有2个-CH₂，所以柠檬酸的结构简式为：，
故答案为：；
（3）柠檬酸含有羧基，乙醇含有羟基，两者发生酯化反应，酯化反应属于取代反应，lmol柠檬酸含有3mol-COOH，需与3mol乙醇完全反应，柠檬酸脱去羧酸上的羟基，乙醇脱去羟基上的氢原子，所以发生反应：，
故答案为：；酯化反应（取代反应）；
（4）柠檬酸的分子式为：C₆H₈O₇，与柠檬酸同分异构分子式也为：C₆H₈O₇，能发生银镜反应的物质说明该有机物必含有醛基官能团；该有机物1mol能与2molNaHCO₃完全反应，说明含有2mol-COOH，1mol该异构体能与4mol金属钠反应放出2molH₂；能与金属钠反应，含有-OH和-COOH，1mol能与2molNaHCO₃完全反应，说明含有2mol-COOH，则含有2mol-OH，羟基不能连在同一个碳原子上，也不能连在相邻的碳原子上，据此根据原子守恒可得符合条件的有：，，，，
故答案为：；；；；
（5）1mol柠檬酸含有3mol-COOH，柠檬酸上下两个羧基脱水就可以形成六元环化合物，该反应的化学方程式为：，
故答案为：；

点评：本题考查有机物结构的推断，涉及羟基、羧基等官能团的性质，明确官能团的性质是解题关键，注意-COOH和-OH的性质，题目难度中等．