化学选修五新突破讲义第1章第2节第2课时有机化合物的同分异构现象及结构与性质的关系

第2课时有机化合物的同分异构现象及结构与性质的关系目标与素养：1.理解同分异构现象与同分异构体。(宏观辨识与微观探析)2.掌握有机化合物结构与性质的关系。(证据推理)一、有机化合物的同分异构现象1．同分异构体分子式相同而结构不同的有机化合物，互为同分异构体。2．同分异构体的类型异构方式形成途径示例碳骨架异构碳骨架不同而产生的异构CH3CH2CH2CH3和(CH3)2CHCH3官能团异构位置异构官能团位置不同而产生的异构CH2=CH—CH2—CH3和CH3—CH=CH—CH3类型异构官能团种类不同而产生的异构CH3CH2OH和CH3—O—CH3具有相同相对分子质量的两种化合物一定是同分异构体吗？提示：不一定。因为相对分子质量相同的两种化合物，分子式不一定相同(如CO和C2H4)。判断是否为同分异构体的关键是看是不是具有相同的分子式和不同的结构。二、有机化合物结构与性质的关系1．官能团与有机化合物性质的关系(1)关系一种官能团决定一类有机化合物的化学特性。(2)原因①有些官能团中含有极性较强的共价键，易发生相关的化学反应，如乙醇中的羟基。②有些官能团中含有不饱和碳原子，易发生相关的化学反应，如双键和叁键易发生加成反应。(3)应用可以根据有机化合物的官能团中碳原子的饱和程度、键的极性强弱来推测该物质可能发生的化学反应。2．不同基团间的相互影响与有机化合物性质的关系(1)由于甲基的影响，甲苯比苯更易发生取代反应。(2)酸和醇、醇和酚、醛和酮之所以化学性质不同，主要是因为相同官能团连接的其他基团不同引起的。乙烷(CH3—CH3)与甲苯()分子中都存在甲基，但CH3CH3与酸性KMnO4溶液不反应，却可被酸性KMnO4溶液氧化为，这是为什么？提示：虽然乙烷与甲苯分子中有相同的原子团——甲基，但乙烷中甲基与另一甲基相连，甲苯中甲基与苯基相连，由于二者对甲基影响不同，甲苯中甲基更活泼，易被氧化。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)H2O和H2O2互为同分异构体。 ()(2)同分异构体之间的转化属于化学变化。 ()(3)同系物之间可以互为同分异构体。 ()(4)具有相同官能团的有机物一定属于同一类物质。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．下列各组有机物中，互为同分异构体的是()B[苯分子中的碳碳键都是相同的独特的键，因此选项A中两结构表达式表示的是同一种物质；对于选项D，由于甲烷分子是正四面体形结构，因此两结构表达式同样表示的是同一种物质；对于选项C易判断是同一种物质。]同分异构体的书写及其数目的判断方法1.同分异构体的书写(1)以C7H16为例书写烷烃同分异构体此书写同分异构体的方法为减碳链法，适用于碳骨架异构。(2)C5H10同分异构体的书写①先写碳骨架异构：②再写官能团位置异构：根据碳4价的原则，在碳链异构中找出可能加入双键的位置(箭头所指位置)。③最后写官能团类型异构：分子式为C5H10的环烷烃：、、、、。2．同分异构体数目的判断方法(1)基元法记住常见烃基的异构体种数，可快速判断含官能团有机化合物同分异构体的数目。—C3H7有两种，—C4H9有4种，—C5H11有8种，如C4H9Cl、C4H9OH、C4H9—CHO等各有4种同分异构体。(2)换元法如：若C3H8的二氯代物有四种同分异构体，则其六氯代物的同分异构体也为四种(H和Cl相互替代)。(3)定一(或二)移一法对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基位置，再移动另一取代基，以确定同分异构体数目。如：书写C3H6ClF的同分异构体：(先把氯原子固定在一个碳原子上，用*标记)(4)对称法(又称等效氢法)等效氢法的判断可按下列三点进行：①同一甲基上的氢原子是等效的。②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面成像时，物与像的关系)如的一氯代物只有一种，的一氯代物只有一种。【典例1】主链上有6个碳原子，有甲基、乙基两个支链的烷烃有()A．2种 B．3种C．4种 D．5种C[主链6个C，则乙基只能在3号C上，甲基可以在中间所有的C上，该分子不对称，甲基分别在中间四个碳原子上，共有4种。](1)若将题意中的甲基、乙基两个支链改为两个乙基支链，同分异构体有________种。(2)若将题意中主链上6个碳原子改为5个，其余不变，则同分异构体种类有________种。[答案](1)2(2)2(2019·全国Ⅱ卷)分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)()A．8种B．10种C．12种D．14种[答案]C2．下列化合物中同分异构体数目最少的是()A．戊烷 B．戊醇C．戊烯 D．乙酸乙酯A[A.戊烷有3种同分异构体：CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3和(CH3)4C。B.戊醇可看作C5H11—OH，而戊基(—C5H11)有8种结构，则戊醇也有8种结构，属于醚的还有6种。C.戊烯的分子式为C5H10CH2=CHCH2CH2CH3、CH3CH=CHCH2CH3、CH2=C(CH3)CH2CH3、CH2=CHCH(CH3)2、，属于环烷烃的同分异构体有5种：、、、、。D.乙酸乙酯的分子式为C4H8O2，其同分异构体有6种：HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3、CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH。]有机物结构与性质的关系1.官能团与有机化合物性质的关系(1)官能团中键的极性与有机化合物性质的关系一般来说，官能团所含键的极性越强，键的活泼性也越强。例如：①醇分子羟基中的H—O键的极性明显比其他化学键强，因此羟基成为醇分子中最活泼的基团，从而决定了醇的化学特性。②乙酸分子羧基中的H—O键、C—O键的极性都比较强，因此它们比较活泼，在乙酸与活泼金属的反应中，是H—O键断裂，而在乙酸与乙醇的酯化反应中，是C—O键断裂。③在乙酸乙酯水解时，酯基中的C—O键断裂，也与其极性较强有关。(2)碳原子的饱和程度与有机化合物性质的关系①饱和碳原子相对稳定：烷烃中的化学键相对牢固，不太容易断裂。因此，烷烃性质相对稳定，不能发生加成反应，也不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。②不饱和碳原子相对活泼：烯烃、炔烃中的碳碳双键和碳碳叁键比较活泼，既容易发生加成反应，也容易被酸性高锰酸钾溶液氧化。(3)如果有机化合物中有多种基团，它们之间存在着相互影响，会使有机化合物表现出一些其他特性。2．不同基团间的相互影响与有机化合物性质的关系实例原因甲苯比苯容易发生取代反应甲基对苯环的影响，使苯环上某些氢原子易被取代醇、酚化学性质不同与羟基相连的烃基不同醛和酮化学性质不同醛中羰基连有氢原子，酮中羰基不连氢原子【典例2】分枝酸可用于生化研究，其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述正确的是()A．分子中含有2种官能团B．可与乙醇、乙酸反应，且反应类型相同C．1mol分枝酸最多可与3molNaOH发生中和反应D．可使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液退色，且原理相同B[A.分子中含有4种官能团：羧基、羟基、碳碳双键、醚键。B.可与乙醇、乙酸发生取代反应。C.1mol分枝酸最多可与2molNaOH发生中和反应，因为分子中只有2个羧基。D.可使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液退色，但反应原理不相同，使溴的四氯化碳溶液退色是加成反应，使酸性高锰酸钾溶液退色是氧化反应。]已知有机物，要推测它的一些性质，一般来说，首先要找出它的官能团，因为官能团决定一类有机物的化学性质，并且官能团之间也相互影响。(2019·全国Ⅰ卷)关于化合物2­苯基丙烯()，下列说法正确的是()A.不能使稀高锰酸钾溶液褪色B.可以发生加成聚合反应C.分子中所有原子共平面D.易溶于水及甲苯[答案]B1．下列各组物质不属于同分异构体的是()A．2,2­二甲基丙醇()和2­甲基丁醇()B．邻氯甲苯和对氯甲苯C．2­甲基丁烷()和戊烷D．甲基丙烯酸()和甲酸丙酯D[甲基丙烯酸的分子式为C4H6O2，甲酸丙酯(HCOOC3H7)的分子式为C4H8O2，故二者不属于同分异构体。]2．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D[烷基的通式为—CnH2n＋1，Mr＝43，由12n＋2n＋1＝43，解得n＝3，C3H7—可能有两种：CH3CH2CH2和，它们可分别取代苯环上甲基的邻、间、对位上的氢原子：，故两种不同的烷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)。]3.2015年10月，中国药学家屠呦呦获得了诺贝尔生理学或医学奖，获奖理由是“因为发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命”。如图是青蒿素的结构简式，下列有关青蒿素的说法中不正确的是()A．青蒿素的分子式为C15H22O5B．青蒿素有—O—O—键，具有较强的氧化性C．青蒿素易溶于水、乙醇、苯D．青蒿素在碱性条件下易发生水解C[A项，根据青蒿素的结构简式判断其分子式为C15H22O5，正确；B项，青蒿素分子中含有—O—O—键，具有较强的氧化性，正确；C项，该有机物含有较多憎水基，难溶于水，错误；D项，青蒿素分子中含有—COO—，可在碱性条件下发生水解，正确。]4．下列说法正确的是()A．甲醇与乙醇的官能团都是羟基，它们具有完全相同的性质B．甲苯与苯互为同分异构体，它们具有相似的性质C．烯烃的官能团是碳碳双键，任何烯烃在一定条件下都能发生加成反应D．乙醛、丙酮、乙酸中都含有羰基，它们具有相似的化学性质C[官能团决定有机化合物的性质，烯烃因为含有碳碳双键而能发生加成反应，C正确；甲醇与乙醇都含有羟基，也具有相似的化学性质，但由于与羟基相连的基团不同，对羟基的影响不同，它们的性质也不是绝对相同的，如：乙醇是酒的主要成分之一，而如果其中混有甲醇，就会发生中毒事件，A错误；甲苯与苯都含有苯环，受甲基的影响，二者的性质不完全相同，但可认为具有相似的化学性质，但是二者的关系是互为同系物，B错误；乙醛、丙酮、乙酸中虽然都含有羰基，但其中的羰基连有的原子或原子团不相同，性质也有很大差别，D错误。]5．分子式为C5H12的结构简式可能为________________、________________、________________，它们之间的关系为________。分子式为C2H4O2的同分异构体常见的有________、________