有机化合物的结构特点 导学案 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第一章有机化合物的结构特点与研究方法第一节有机化合物的结构特点[旧知回顾]1.有机化合物的定义与通性⑴定义：绝大多数含碳的化合物称为有机物。注：但不是所有含碳的化合物都是有机物，尽管如下物质含有碳，但它们的组成和结构更象无机物，所以将它们看作无机物。①碳的氧化物：CO、CO2；②碳酸及其盐：Na2CO3、NaHCO3等；③氰化物：HCN、NaCN等；④硫氰化物：KSCN等；⑤碳化物：SiC、CaC2等；⑥氰酸盐：NH4CNO等。⑵通性：①溶解性：多数难溶于水，易溶于有机溶剂（如：汽油、酒精、苯等——相似相溶原理）；②可燃性：多数易燃烧；③不稳定性：多数受热易分解；④熔沸点：大多熔沸点较低；⑤大多为共价化合物，固态是分子晶体，不能导电，属于非电解质（除有机酸和有机盐之外）；⑥有机物的反应速率较慢，常需要加热、光照、催化剂等；⑦有机反应一般比较复杂，常伴有副反应发生，产率较低，产物往往是混合物（方程式书写一般用“→”）；⑧普遍存在同分异构现象。2.“烃”的几个相关概念⑴烃：只含有碳、氢两种元素的有机物（碳氢化合物），如甲烷、乙烯、乙炔、苯等；⑵脂肪烃：分子中不含苯环的烃，如甲烷、乙烯等；⑶芳香烃：分子中含一个或多个苯环的烃，如苯、甲苯、苯乙烯等。⑷烃的衍生物：烃分子中的氢原子被其它原子或原子团所取代而衍生出的化合物（除C、H外含有其它元素），如乙醇、氯乙烷、溴苯。一、有机化合物的分类方法1.依据碳骨架分类有机化合物有机化合物依据碳骨架不同链状状化合物脂肪烃（如丁烷CH3CH2CH2CH3）脂肪烃衍生物（如溴乙烷CH3CH2Br）环状状化合物脂环化合物(有环非苯环)芳香族化合物（含苯环）脂环烃（如环己烷）脂环烃衍生物（如环己醇－OH）芳香烃（如苯）芳香烃衍生物（如溴苯Br）注：芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物的关系。⑴芳香族化合物：含有一个或几个苯环的化合物；⑵芳香烃：①含有一个或几个苯环；②只含碳氢两种元素；⑶苯的同系物：①只有一个苯环；②只含碳氢两种元素；③侧链饱和（烷基）。2.依据官能团分类⑴官能团：决定有机化合物特性的原子或原子团，称为官能团。⑵按官能团对有机化合物进行分类有机化合物类别官能团名称官能团结构代表物烃饱和烃烷烃————CH4环烷烃无无环戊烷不饱和烃烯烃碳碳双键＞C=C＜CH2=CH2炔烃碳碳三键—C≡C—乙炔CH≡CH芳香烃————烃的衍生物卤代烃碳卤键C—XCH3CH2Br醇羟基—OHCH3CH2OH酚羟基—OH苯酚OH醚醚键C—O—C乙醚CH3CH2OCH2CH3醛醛基—CHO乙醛CH3CHO酮酮羰基—CO—丙酮CH3COCH3羧酸羧基—COOHCH3COOH酯酯基—COO—CH3COOCH2CH3胺氨基—NH2甲胺CH3NH2酰胺酰胺基—CO—NH2乙酰胺CH3CONH2注：官能团和基、根(离子)的比较官能团基根(离子)概念决定有机化合物特性的原子或原子团有机化合物分子中去掉某些原子或原子团后，剩余的原子团指带电荷的原子或原子团电性电中性电中性带电荷稳定性不稳定，不能独立存在不稳定，不能独立存在稳定，可存在于溶液中、熔融状态下或晶体中实例—OH羟基、—CHO醛基—CH3甲基—OH羟基—CHO醛基NHeq\o\al(＋,4)铵根离子、OH－氢氧根离子电子式—OH：—CHO：—CH3：NHeq\o\al(＋,4)、OH－联系官能团属于基，但是基不一定是官能团，如甲基(—CH3)不是官能团；二、有机化合物中的共价键1.共价键的类型⑴按原子轨道重叠方式分为：σ键和π键。σ键（以甲烷分子中C—H为例）π键（以乙烯分子中＞C=C＜为例）形成氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠，形成σ键。在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—Hσ键与一个C—Cσ键；两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键。图示轨道重叠方式“头碰头”“肩并肩”轨道重叠程度大小对称类型轴对称镜面对称键的强度轨道重叠程度较大，强度较大，较牢固轨道重叠程度较小，不如σ键牢固，易断裂旋转情况可绕键轴旋转而不破坏化学键不能绕键轴旋转反应类型发生取代反应发生加成反应成键规律一般地，有机化合物中的单键是σ键；双键中含有一条σ键和一条Π键；三键中含有一条σ键和两条Π键。⑵按共价键的极性分为：极性键和非极性键。⑶按共价键的个数分为：单键、双键和三键。2.共价键的极性与有机反应⑴共价键的极性与反应活性①不同的成键原子间电负性差值越大，共用电子对偏移程度越大，共价键极性越强；②共价键的极性越强，在反应中越容易发生断裂；③因此，有机化合物的官能团及其邻近的化学键往往是发生化学反应的活性部位（重点关注）。[实验探究]乙醇、水与钠的反应实验操作向两只分别盛有蒸馏水和无水乙醇的烧杯中各加入同样大小的钠（约绿豆大），观察现象。现象对比均有气泡产生，但乙醇与钠的反应没有水与钠的反应剧烈。实验分析①乙醇分子中的氢氧键极性较强，能够发生断裂。②乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱。⑵分子中基团之间的相互影响基团之间的相互影响使官能团中化学键的极性发生变化，从而影响官能团和物质的性质。①乙醇与Na反应2CH3CH2-OH+2Na→2CH3CH2-ONa+H2↑②乙醇与HBr反应2CH3CH2O-H+2HBreq\o(→,\s\up8(△))2CH3CH2-Br+H2O三、有机化合物的同分异构现象1.基本概念⑴同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象。⑵同分异构体：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。注：同分异构体的关系三个相同：相对分子量相同、分子式相同、最简式相同；两个不同：结构不同、性质（可能）不同。2.同分异构体的类型同分异构体同分异构体构造异构立体异构如C4H8：eq\o(C,\s\up6(1))H2=eq\o(C,\s\up6(2))H—eq\o(C,\s\up6(3))H2—eq\o(C,\s\up6(4))H3eq\o(C,\s\up6(1))H3—eq\o(C,\s\up6(2))H=eq\o(C,\s\up6(3))H—eq\o(C,\s\up6(4))H31-丁烯2-丁烯又如C6H4Cl2：邻二氯苯间二氯苯对二氯苯官能团类别异构如C2H6O：CH3—CH2—OHCH3—O—CH3乙醇二甲醚顺反异构（待学）对映异构（待学）碳架异构如C4H10：CH3—CH2—CH2—CH3CH3—CH(CH3)—CH3正丁烷异丁烷官能团位置异构3.同分异构体的写法⑴碳架异构——减碳法[以庚烷（C7H16）为例]主链由长到短—→C—C—C—C—C—C—CC—C—C—C—C—CC—C—C—C—CC—C—C—C↓注：摘下的碳原子数小于总数的一半。支链由整到散—→摘下的碳依次连成一个正丙基（—C—C—C）→一个甲基（—C）和一个乙基（—C—C）↓→三个甲基（—C）位置由心到边排布同邻对间→摘一碳：挂中间，往边移、不到端；乙不二甲不端CC—C—C—C—C—C∣—(甲基左移/右移CC—C—C—C—C—C∣CC—C—C—C—C—C∣挂中间往边移甲不端→摘两碳：乙基连，挂中间，往边移、乙不二。整到散，同邻间。CC—C—C—C—C∣C∣CC—C—C—C—C∣C∣乙基连挂中间↓支链由整到散CC—C—C—C—C∣CC—C—C—C—C∣C∣CC—C—C—C—C∣C∣CC—C—C—C—C∣C∣CC—C—C—C—C∣C∣同同邻间→摘三碳：CCC—C—C—C∣C∣C∣注：①最后用H=4—碳碳键数补齐氢原子。②常见烷烃的同分异构体数目烷烃甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷分子式CH4C2H6C3H8C4H10C5H12C6H14C7H16个数1112359⑵官能团位置异构——卖官买官（以C4H10O属于醇的同分异构体为例）摘掉官能团—→摘掉官能团羟基（—OH），剩余4个碳；↓写碳架异构—→写出4个碳的碳架异构：C—C—C—CCC∣C—C—C↓找出等效碳/键—→在eq\o(C,\s\up6(1))—eq\o(C,\s\up6(2))—eq\o(C,\s\up6(3))—eq\o(C,\s\up6(4))中：1=4、2=3有两种碳；在C4∣——中：1=3=4、2有两种碳。C4∣——↓注：同碳同氢等效，镜面对称等效。挂回官能团—→把羟基分别挂到以上两种结构上，每种碳只挂一次。OH∣—OH∣———OH∣———C4∣———OHC4∣——OH∣⑶官能团类别异构常见官能团类别异构：C=C一环、C≡C两条C=C/一条C=C+一环、R—OH(醇)R—O—R(醚)……例、写出分子式为C5H10的有机物的所有同分异构体（10种）。书写步骤：碳架异构（3种）：；插入官能团（5种）：；类别异构（成环、5种）：；注：具有相同C原子数的官能团类别异构体（选）①烯烃与环烷烃(CnH2n)②炔烃、二烯烃和环烯烃(CnH2n-2)③苯的同系物、二炔烃和四烯烃等(CnH2n-6)④饱和一元醇和醚(CnH2n+2O)⑤饱和一元醛和酮、烯醇和烯醚等(CnH2nO)⑥饱和一元羧酸、饱和一元酯和饱和一元羟醛等(CnH2nO2)⑦苯酚同系物、芳香醇和芳香醚(CnH2n-6O)⑧氨基酸和硝基化合物(CnH2n+1NO2)4.同分异构体数目的确定⑴烷基取代法将有机物看成由烃基与官能团两部分连接而成，由烃基的异构数目可推断有机物的异构体数目。如：丁基（—C4H9）有四种结构，则一氯丁烷（C4H9—Cl）、丁醇（C4H9—OH）、戊醛（C4H9—CHO）、戊酸（C4H9—COOH）也有四种结构。注：常见烷基的同分异构体数目。烷基甲基乙基丙基丁基戊基分子式—CH3—C2H5—C3H7—C4H9—C5H11个数11248如：①一氯甲烷、甲醇各一种；溴乙烷、乙醇（醇类）各一种；②C3H7—OH（醇类）、C3H7—CHO（醛类）各两种；③C5H11—CHO（醛类）、C5H11—COOH（酸类）各八种；④C5H11OH的醇类同分异构体有8种，C3H7Cl有2种异构体。⑵换元法对于含有a个氢原子的有机化合物，若m+n=a，则其m元取代物和n元取代物的种数相等。如：①一氯苯(C6H5Cl)有1种同分异构体，则五氯苯(C6HCl5)也有1种同分异构体(将H替代Cl)。②二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H替代Cl)。③C3H6Cl2有4种异构体，C3H2Cl6的异构体有4种。⑶利用等效碳（氢）法确定同分异构体数目同碳同氢碳等效，镜面对称碳等效，最终异构体数目，去掉无氢碳原子。如：①新戊烷[C(CH3)4]的四个甲基的碳是等效的，12个氢原子是等效的，故新戊烷的一氯代物有1种；②C(CH3)3C(CH3)3中的六个甲基的碳是等效的，18个氢原子都是等效的，故其一氯代物也只有1种；③异戊烷[CH(CH3)2-CH2-CH3]中含有四种碳、四种氢，故其一氯代物有4种。⑷利用组合法确定同分异构体数目如：C4H9的苯环的一氯代物有3×4=12种。⑸定一移一法（时钟法）——适用于二元取代物。①常规方法：定时绕分。定时——把固定的官能团比作时针；绕分——把移动的官能团比作分针。如：写出二氯丁烷的同分异构体的结构式。②技巧a.取代基相同（如二氯取代物）一碳一，二碳二，不三不四，四碳九，五二一。巧记：有一说一，有二说二，不管张三李四，四海九州，我爱你！注：口诀含义。碳原子数12345一氯代物种数11248二氯代物种数124921例1.（新课标）分子式为C5H11Cl的同分异构体共有（不含立体异构）（）A.6种B.7种C.8种D.9种【答案】C例2.（新课标）分子式为C5H12OH，且能与金属钠放出氢气的有机物共有（不含立体异构）（）A.6种B.7种