Question

2．據報道，蘋果醋是由蘋果發酵而成的酸性飲品，其中的酸性物質主要是蘋果酸．有關蘋果酸的結構確定及合成過程如下：
Ⅰ、蘋果酸的結構確定
1．蘋果酸在分離提純后的化學分析如下：蘋果酸中只含有C、H、O三種元素，其中氧元素的質量分數為59.7%，且其相對分子質量大于112小于160．請推斷蘋果酸中的氧原子個數為5，分子式為C₄H₆O₅．
2．已知1mol蘋果酸與足量的NaHCO₃反應放出44.8LCO₂，與足量的Na反應放出33.6LH₂（氣體體積均已折算為標準狀況）；核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環境的H原子．
①一個蘋果酸分子中有1個-OH；
②寫出蘋果酸的結構簡式．
Ⅱ、蘋果酸的人工合成路線如下：

已知：75%（體積分數）的A水溶液常用于醫療消毒，其中R、R₁、R₂可以是烴基或氫原子；
①
②
（1）由D生成E的化學方程式為Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{H_{2}O}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O．
（2）上述合成線路中，涉及到的加成反應共有2步．
（3）蘋果酸消去一分子水后的產物與乙二醇發生縮聚反應，生成的高分子化合物寫出生成該高分子化合物反應的化學方程式為：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目官能團的同分異構體結構簡式：、．

Answer 1

分析 Ⅰ、氧的質量分數為59.7%，1mol該酸與足量的NaHCO₃反應放出44.8L CO₂即$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，說明分子中含有2個-COOH，與足量的Na反應放出33.6L H₂即$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，說明分子中含有3個-OH（包括2個-COOH）則至少含有5個O原子，如含有5個O，則相對原子質量為$\frac{5×16}{0.597}$=134，其相對分子質量大于112小于160，符合題意，核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環境的H原子，則結構應為；
Ⅱ、75%（體積分數）的A水溶液常用于醫療消毒，A為CH₃CH₂OH，A連續發生氧化反應生成C，則B為CH₃CHO，C為CH₃COOH，由反應信息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發生水解反應生成E為HO-CH₂-COONa，E酸化得到F為HO-CH₂-COOH，F發生氧化反應得到G為HOOC-CHO，G與乙醛發生信息②中醛的加成反應生成H為，H酸化得到I為，I發生氧化反應得到J為，J與氫氣發生加成反應得到蘋果酸，以此解答．

解答 解：Ⅰ、氧的質量分數為59.7%，1mol該酸與足量的NaHCO₃反應放出44.8L CO₂即$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，說明分子中含有2個-COOH，與足量的Na反應放出33.6L H₂即$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，說明分子中含有3個-OH（包括2個-COOH）則至少含有5個O原子，如含有5個O，則相對原子質量為$\frac{5×16}{0.597}$=134，其相對分子質量大于112小于160，符合題意，核磁共振氫譜顯示蘋果酸中存在5種不同環境的H原子，則結構應為；
1．根據上面的分析可知，蘋果酸中的氧原子個數為5，蘋果酸結構為，所以蘋果酸分子式為C₄H₆O₅，
故答案為：5；C₄H₆O₅；
2．①根據上面的分析可知，一個蘋果酸分子中有含有5個O，其中含有2個-COOH，所以只含有1個-OH，故答案為：1；
②根據上面的分析可知，蘋果酸的結構簡式為，故答案為：；

Ⅱ、75%（體積分數）的A水溶液常用于醫療消毒，A為CH₃CH₂OH，A連續發生氧化反應生成C，則B為CH₃CHO，C為CH₃COOH，由反應信息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發生水解反應生成E為HO-CH₂-COONa，E酸化得到F為HO-CH₂-COOH，F發生氧化反應得到G為HOOC-CHO，G與乙醛發生信息②中醛的加成反應生成H為，H酸化得到I為，I發生氧化反應得到J為，J與氫氣發生加成反應得到蘋果酸，
（1）根據以上分析，D→E反應的化學方程式為：Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{H_{2}O}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O，
故答案為：Br-CH₂-COOH+2NaOH$→_{△}^{H_{2}O}$HO-CH₂-COONa+NaBr+H₂O；
（2）上述合成線路中，涉及到的加成反應的有G與B發生的信息②中醛的加成反以及J與氫氣加成反應生成蘋果酸的反應，共2步，
故答案為：2；
（3）蘋果酸消去一分子水后的產物為，與乙二醇發生縮聚反應的方程式為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目的官能團的同分異構體的結構簡式為：、，
故答案為：、．

點評 本題考查有機物的推斷，注意計算確定蘋果酸的分子式，結合含有的官能團及H原子種類判斷蘋果酸的結構簡式，也可以利用乙烯發生的系列反應進行推斷，是對有機化學的綜合可知，難度中等．