有机化合物的结构与性质 烃有机化合物的结构与性质

. 教学内容：

高考第一轮复习《化学选修5》

第1章  有机化合物的结构与性质  烃

第2节  有机化合物的结构与性质

1、碳原子的成键方式与空间结构。

2、同分异构体。

3、不同基团间的相互影响。

 

二. 教学目的：

1、了解碳原子的成键方式与空间结构。

  2、了解有机化合物存在同分异构现象。

  3、能判断简单有机化合物的同分异构体。

  4、了解有机化合物分子内不同基团之间的相互影响。

 

三. 重点和难点“

1、碳原子的成键方式与空间结构。

  2、判断简单有机化合物的同分异构体。

  3、有机化合物分子内不同基团之间的相互影响。

 

四. 考点分析：

本节内容在高考中的主要考查点是：

1、碳原子的成键方式与空间结构。

2、同分异构体。

3、有机化合物分子内不同基团之间的相互影响。

 

五. 知识要点：

1、碳原子最外层有___________个电子，不易___________或___________电子而形成阳离子或阴离子。

2、碳原子通过___________与氢、氧、氮、硫、磷等多种非金属形成___________化合物。

3、由于碳原子的成键特点，每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子形成___________个___________，而且碳原子之间也能以___________相结合。碳原子间不仅可以形成稳定的___________，还可以形成稳定的___________或___________。多个碳原子可以相互结合成长短不一的___________，碳链也可以带有支链，还可以结合成___________，___________和___________也可以相互结合。因此，含有___________种类相同，每种___________数目也相同的分子，其原子可能具有多种___________的结合方式，形成具有不同___________的分子。

4、结构_________，在分子组成上相差一个或若干个

原子团的物质互称为_________。

5、化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构式的现象，叫做___________。具有同分异构现象的化合物互称为___________，它是有机物种类繁多的重要原因。同分异构体之间的转化是化学变化，同分异构体的特点是___________相同，___________不同，性质___________。

6、同分异构体有三种异构形式：___________、___________、___________。

7、

的三种同分异构体的结构简式为：

  ___________、___________、___________。

8、___________决定有机化合物的化学特性，在推测有机化合物的性质时应考虑_________和___________之间的相互影响。

9、官能团与有机化合物性质的关系

  官能团是__________，一种官能团决定_________类化合物的化学特性。首先，________，如___________；其次，___________，如___________。由于碳原子的不饱和程度，使得烯烃、炔烃的化学性质比烷烃___________，如烯烃、炔烃能使溴水，

酸性溶液褪色，而烷烃则无此性质。

10、不同基团间的相互影响与有机化合物性质的关系

  推测有机物的性质时还应考虑官能团与相邻基团之间的相互___________，如

比

___________，原因是甲基对苯环的影响，使___________活泼；同时苯环对甲基的影响，使得___________活泼。

 

［注意］

（一）

（1）碳原子结合方式的多样性，碳原子不仅可相互结合而且还可与其他元素的原子结合，其次碳原子间结合的骨架也有多种形式。如链状、环状等。

（2）碳原子成键方式的多样性，碳原子在形成单键、双键或叁键时可以以不同的杂化方式形成化学键。

①单键

碳原子以单键方式结合形成化学键时，碳原子杂化方式为

杂化，形成四个等同的

杂化轨道，形成分子多具有四面体结构，如烷烃、环烷烃。其碳原子称为饱和碳原子。

②双键

碳原子以双键形式结合形成化学键时，碳原子杂化方式为

杂化，形成三个等同的共平面的

杂化轨道。碳原子间除形成一个

键外还形成一个

键。形成的分子可能具有共面性。

③叁键

碳原子间以叁键结合时，碳原子采用sp杂化，叁键中有两条为

键，一条为

键，形成的分子可能原子间共直线。

 

（二）

1、同分异构现象与同分异构体

  物质具有相同的分子组成而结构不同的现象，称为同分异构现象。具有同分异构现象及碳原子成键方式的多样性是有机物种类繁多的重要原因。

2、同分异构体的类型

3、同分异构体的书写

（1）烷烃同分异构体的书写方法

书写烷烃同分异构体时，可用“减链法”。即：

a. 先写最长碳链做主链，找出中心对称线。

b. 然后依次写出减少碳原子的碳链，把摘下的碳原子作为支链连接在相应（对称性）的碳原子上。

c. 支链要由整到散，位置要由中心到边，但不能连在端点碳原子上。

d. 检查有无遗漏和重复（可用系统命名法，凡名称相同则为同一物质）。

e. 用氢原子补齐碳的四价。

书写烷烃的同分异构体的方法也可概括为：

成直链、一线串；从头摘、挂中间；往边排、不到端；摘两碳，成乙基；二甲基，同邻间。

（2）烯、烃及烃的衍生物多数可以用上述方法找出主链，再在主链上挪动官能团的位置，即可写出同分异构体。

 

（三）

1、记忆法   记住已掌握的常见的异构体数。例如：

①甲烷和甲烷的只含一个碳原子的衍生物分子均无异构体，甲烷、乙烷、新戊烷（看作

的四甲基取代物）、2，2，3，3－四甲基丁烷（看作乙烷的六甲基取代物）、苯、环己烷、乙炔、乙烯等分子一卤代物只有一种；

②丁烷、丁炔、丙基、丙醇各有2种；

③戊烷、丁烷、戊炔各有3种；

④丁基、

的芳香烃各有4种；

⑤己烷、

（含苯环）各有5种。

2、基元法   例如：丁基有4种，故丁醇、戊醛都有4种；

3、替元法  例如：

有3种，故

也有3种（将H替代Cl）；

4、对称法（又称等效氢法）判断方法如下：

①同一C上的氢原子是等效氢原子，如甲烷中的4个氢原子等同；

②同一C所连甲基上的氢原子是等效氢原子，如新戊烷分子中的12个氢原子；

③处于镜面对称位置上的氢原子是等效氢原子，如

分子中的18个氢原子。

5、定一移二法   对于二元取代物的同分异构体的判断，可先固定一个取代基位置，再移动另一取代基位置以确定同分异构体数目，注意防止复重和遗漏。

 

（四）

有机化合物分子中的邻近基团间往往存在着相互影响，使有机化合物表现出一些特性。

，

，

含有－OH，但电离

离子的能力：

上面是烃基对官能团的影响。官能团也影响烃基。

如

烃基氢原子活性：

 

【典型例题】

例1.

分子中，位于同一条直线上的最多碳原子数有__________个，位于同一平面上的原子数最多可能是__________。

分析：由于书写的方便和习惯，结构简式写成直链型。但并不反映原子的空间位置。故不能草率地根据书写的方式来判断所有C共直线。

在上述分子内，有单键、双键和叁键。要联想甲烷分子的四面体结构，乙烯分子的平面结构，乙炔分子的直线结构，类此联想可画出该分子的构型。

答案：6个C不可能共直线，最多有4个C共直线（

）；又

共平面，使

所在直线必在该平面内，其中

中一个H、一个F可与另一个C共平面。加上乙烯基中2个H，故该平面内最多的原子数共有10个。

 

例2. 立方烷是新合成的一种烃，其分子呈立方体结构。如下图所示：

  （1）立方烷的分子式为_____________。

  （2）其一氯代物共有__________种。

  （3）其二氯代物共有__________种。

  （4）其三氯代物共有__________种。

分析：（1）立方体为一对称结构，有8个顶点，每个顶点为1个碳原子，这个碳原子和相邻的3个顶点上的碳原子以共价键结合，碳原子有4个价电子，所以每个碳原子还能再和1个氢原子相结合，故立方烷的分子式为

。

（2）该烃的二氯代物的氯原子可以邻、间位排布，不能在同一碳原子上：①占据同一边上的两个顶点；②同一平面对角线上的两个顶点；③立方体对角线上的两个顶点。

（3）其三氯代物的氯原子可以有三种排布情况：①占据同一面上的三个顶点；②占据同一边上的两个顶点，另一个顶点与这两个顶点中的一个顶点处于同一平面的对角线上；③占据同一个平面对角线上的两个顶点，另一个顶点与这两个顶点中的一个顶点处于同一平面的对角线上。

答案：（1）

（2）一       （3）三         （4）三

 

例3. 已知丁基的异构体共有4种，不必试写立即可断定分子式为

的醛的异构体应有（    ）

  A. 3种                  B. 4种                  C. 5种                  D. 6种

分析：戊醛（

）是由醛基—CHO和丁基

构成。从—CHO结构分析，醛基只能连在碳链末端。可知戊醛异构体数目仅由

异构体数目决定（因—CHO不能在碳链上移动位置），试题已说明丁基异构体有4种，则该醛的异构体也只能是4种。

答案：B

 

例4. 用相对分子质量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子所得的芳香烃产物数目为（    ）

  A. 3种                  B. 4种                  C. 5种                  D. 6种

分析：烷基的通式为

。解得n＝3，

的烃基可能有两种：

它们可分别取代苯环上邻、间、对位上的氢原子。甲苯有三个不对称位置，

，故两种不同的烃基取代苯环上的一个氢原子，得到的同分异构体数目为2×3＝6（种）。

答案：D

 

例5. 1，2，3－三苯基环丙烷的三个苯基可以分布在环丙烷平面的上下，因此有如下两个异构体：

是苯基，环用键线表示，C、H原子都未画出

据此，可判断1，2，3，4，5－五氯环戊烷（假定五个碳原子也处于同一平面上）的异构体数目是（    ）

A. 4                     B. 5                      C. 6                     D. 7

分析：从1，2，3－三苯基环丙烷的结构可以看出，三苯基环丙烷中，环上连的氢原子处在环所在平面上，照此模仿，五氯环戊烷上的氢原子处在环所在的平面上，氯原子处在环的平面的上方或下方，由空间对称原则知氯原子的位置。

①五上与五下为同一物质；

②四上一下与四下一上为同一物质；

③相邻二上三下与二下三上为同一物质；

④相间二上三下与二下三上为同一物质。

其他为重复结构，共有4种异构体。

答案：A

 

【模拟试题】

1、下列关于同系物的叙述中不正确的是（    ）

  A. 某有机物同系物组成可用通式

表示

  B. 同系物互为同分异构体

  C. 两个同系物之间相对分子质量相差14或14的整数倍

  D. 同系物间化学性质相似

2、下列叙述正确的是（    ）

  A. 分子式相同，元素各百分含量也相同的物质是同种物质

  B. 通式相同的不同物质一定属于同系物

  C. 分子式相同的不同物质一定是同分异构体

  D. 相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体

3、对烷烃中C原子有四种叫法，只和一个C原子相连的C叫伯碳；和两个C原子相连的C叫仲碳；和三个C原子相连的C叫叔碳；和四个C原子相连的C叫季碳。据此判断下列化学式中可能含有季碳的是（    ）

  A.

              B.

             C.

            D.

4、有机物甲的分子式为

，在酸性条件下甲水解为乙和丙两种有机物，在相同的温度和压强下，同质量的乙和丙的蒸气所占体积相同，则甲的可能结构有（    ）

  A. 8种                  B. 14种                C. 16种                D. 18种

5、有机物A由于其特殊的电子结构，一直受到理论化学家的注意，由于缺乏有效的合成途径，一度延缓对其反应的研究，直到1993年出现了可以大量制备的方法。已知A是非极性分子，化学式是

，核磁共振标明分子中所有氢原子都等价。下列关于A的说法正确的是（    ）

  A. A的不饱和度为4

  B. A的二氯取代产物的位置异构体有4种（不考虑顺反异构和对映异构）

  C. A的结构中一定有两个双键

  D. A可以发生加成、取代反应

6、下列芳香烃的一氯取代物的同分异构体数目最多的是（    ）

7、下列物质中是同系物的有_____________，互为同分异构体的有_____________，互为同素异形体的有___________，是同位素的有_____________，是同一物质的有____________。

①液氯；②

；③白磷；④氯气；⑤2，2－二甲基丁烷；⑥氯水；⑦

；⑧

；⑨

；⑩红磷；（11）

；（12）

8、烷基取代苯

可以被

的酸性溶液氧化生成

，但若烷基R中直接与苯环连接的碳原子上没有C—H键，则不容易被氧化得到

。现有分子式是

的一烷基取代苯，已知它可以被氧化成为

的异构体共有7种，其中的3种是

请写出其他的4种结构简式：_________________________、______________________、______________________、______________________。

9、在烃的分子结构中，若减少2个氢原子，则相当于碳碳间增加1对共用电子。试回答下列问题：

  （1）分子式为

的烃分子中碳碳间共用电子对数为_____________；

  （2）分子式为

的烃分子中碳碳间共用电子对数为_____________；

  （3）

可看作是减氢的产物，若某物质分子中碳碳间的共用电子对数为160，则符合该条件的碳单质的化学式为__________________________，符合该条件的单烯烃的分子式为__________________________。

10、现有有机化合物甲：

请回答下列问题：

（1）请写出丙中含氧官能团的名称：_____________。

（2）请判断上述哪些有机化合物互为同分异构体_____________。

（3）请写出鉴别甲、乙、丙化合物的方法（指明所选用的试剂及主要现象即可）。

①鉴别甲的方法：_______________________________________；

②鉴别乙的方法：_______________________________________；

③鉴别丙的方法：_______________________________________。

（4）请按酸性由强到弱的顺序排列甲、乙、丙：_____________。

11、质子核磁共振谱是研究有机化合物结构的有力手段之一。结构中的等效氢原子核磁共振谱中都给出了相应的峰值（信号），谱中峰的强度与结构中的H原子数成正比。

试回答：

（1）结构简式为

的有机化合物，在核磁共振谱中观察峰给出的强度之比为____________。

（2）实践中可根据核磁共振谱上观察到H原子给出的峰值情况，确定有机化合物的结构。分子式为

的链状有机化合物核磁共振谱上峰给出的稳定强度仅有四种，它们分别是①3：3，②3：2：1，③3：1：1：1，④1：2：2：1。

请分别推断出其对应的结构简式：

①____________________________________________；

②____________________________________________；

③____________________________________________；

④____________________________________________。

  （3）测得

化合物核磁共振谱上可观察到两种峰，而

的核磁共振谱有4种峰，结合其空间结构（如

有2种空间结构：

）解释产生4个峰的原因。

12、通常，烷烃可以由相应的烯烃催化加氢得到。但是，有一种烷烃A，分子式

，它却不能由任何

的烯烃催化加氢得到。而另有A的三个同分异构体

，却分别可由而且只能由一种自己相应的烯烃催化加氢得到。A、

的结构简式分别为____________、____________、____________、____________。

 

【试题答案】

1、B

2、C

3、CD

4、C

5、BD

6、B

7、②和⑤，②和⑧，②和（12），⑦和⑤，⑦和⑧，⑦和（12）    ⑤和⑧，⑧和（12）    ③和⑩    ⑨和（11）    ①和④、②和⑦、⑤和（12）

8、

9、（1）

           （2）

           （3）

     

10、（1）醛基    羟基

  （2）甲乙丙

  （3）①加

显紫色             ②加石蕊显红色

③加新制

加热煮沸生成砖红色沉淀

（4）乙、甲、丙

11、（1）1：1：1：1

  （2）①

②

或

③

            ④

（3）因为有

两种结构，每种结构在核磁共振谱上有2个峰，所以有4个峰

12、