有机化合物空间结构.doc

新课标：新课标高三化学（人教版）-第二轮复习专题讲座第四讲 有机化合物空间结构类别通式官能团代表物分子结构特点主要化学性质烷烃CnH2n+2链状单键烯烃CnH2nCH2CH2链状双键炔烃CnH2n-2CHCH链状三键芳香烃苯环结构醇-OHCH3CH2OHOH直接跟链烃基相连酚-OH-OH与苯环直接相连醛双键有极性具有不饱和性羧酸O-H能部分电离产生H+酯分子中RCO和OR之间的键容易断裂1、认识有机分子中基团之间存在相互影响。2、了解有机化合物存在同分异构现象，能判断简单有机物的同分异构体（不包括手性异构体）。3、培养学生的空间想象能力。一、“基”的空间结构“基”的空间结构是构成有机化合物空间结构的基本要素，不同的“基”相互连接形成了空间各异的有机物。掌握这些“基”的结构，对了解有机化合物空间结构，培养学生空间想象能力具有指导意义。常见部分“基”的空间结构如下：例1、描述 分子结构的下列叙述中，正确的是A6个碳原子有可能都在一条直线上B6个碳原子不可能都在同一条直线上C6个碳原子有可能都在同一平面上D6个碳原子不可能都在同一平面上 解析：根据的空间结构可确定该分子结构为：可知6个碳原子并非均在同一直线上。B正确。但该物质不是所有原子都在同一平面上（-CH3中的3个氢原子，-CF3中的3个氟原子），但6个碳原子都在同一平面上。C正确。例2、某期刊封面上有如下一分子的球棍模型图，图中“棍”代表单键或双键或三键。不同颜色的球代表不同元素的原子，该模型图可代表一种A卤代羧酸 B酯 C氨基酸 D醇钠解析：由“基”的空间结构，可分析出蓝球为氮原子，绿球为碳原子，红球为氧原子，白球为氢原子，其结构简式：。选C。二、“基”的异构体丙基有2种、丁基有4种同分异构体，COOH若写为OOCH则成为甲酸酯。掌握“基”的异构体可使我们快速确定有机物的同分异构体数目，并能准确写出异构体。例3、化学式是C4H10O的醇可被氧化成醛的有A 、二种 B 、三种C 、四种 D 、五种 解析 ：醇可被氧化成醛，其羟基位置必须在端C 上，这是由于CHO 的结构决定的。化学式为C4H10O 的醇的同分异构体取决于丁基异构体，丁基异构体由四种，相应的醇为：其中羟基在端C上的只有、两种，而只能被氧化成酮，不能被氧化。答案为A。 例4、苯酚环上含有C4H9基团的同分异构体有A、12种 B、9种 C、4种 D、3种解析：因丁基由四种异构，每一种异构与酚羟基都有间、邻、对三种异构体，所以共43=12种。选A.三、“基”的拆分与连接 书写同分异构体时，不能局限于已知的类别异构，若对某些“基”进行拆分，可出现新的异构体。如COOH拆分成CHO和一个OH，COO可拆分成CO和O等。从“基”的观点出发，对“基”进行组合构造新的分子，也是求结构简式中常用的方法。例5、化合物A的结构简式为，A的同分异构体中：（1）属于酚类，同时还属于酯类的化合物有种，其结构简式分别是；（2）属于酚类，但不属于酯类，也不属于羧酸类的化合物必定含基。解析：(1)将COOH改写成OOCH，就属于甲酸酯，结构简式三种：（2）不属于酯类，也不属于羧酸类说明所含基团中不可能两个氧原子处于一个基团，则只能将COOH拆分成一个CHO和一个OH，如结构：所以，必含醛基。 例6、一种醛A：，有多种同分异构体，其中属于羧酸类且分子中含苯环的同分异构体共有4种，它们的结构简式是 。解析：A的分子式C8H8O2，若A分子中含有一个苯环，则所剩基团为：C8H8O2C6H5=C2H3O2，醛A苯环上的侧链共有2个碳原子，除可构成苯乙酸外，还可拆成一个甲基，一个羧基，在苯环上按邻、间、对三种方式排列，即答案为：例7、某烃分子式C15H24，其分子结构十分对称。通过实验证明，该烃分子中仅存在乙烯基（CH2=CH）、亚甲基（CH2）和次甲基（）三种基因，且已知乙烯基和次甲基必须通过亚甲基相连，相同基团间不连接。（1）若该烃分子中没有碳环，则分子中乙烯基的数目为_，亚甲基的数目为_，次甲基的数目为_，亚甲基的数目为_，次甲基的数目为_ ，该烃的结构简式为_（2）若该烃分子中有一个碳环，则该烃的结构简式为_.解析：本题的难点在于根据有机物分子中原子间的成键规律、特点写出对应的结构。结构中的乙烯基数可由分子的不饱和度来确定，注意亚甲基、次甲基中的C原子成键情况以及三种基团的连接要求。同时要正确理解“分子结构”十分对称的含义。 （1）C15H24分子中的乙烯基数： =4 即乙烯基数为4， 进一步推知亚甲基数为5，次甲基数为2 该烃的结构简式为：（2）因会有一个碳环，乙烯基仅有3个，分子又需十分对称，故结构简式为：四、“基”的计算与应用根据“基”或“官能团”参加反应后，化学式量的变化情况，来分析判断“基”的种类及计算“基”的个数。如每一个OH转变为OOCCH3其相对分子质量增加42，若增加84，参加的OH为两个。例8、已知：现只有含C、H、O的化合物AF，有关它们的某些信息，已注明在下面的方框内。(1)在化合物AF中有酯的结构的化合物是(填字母代号)_。(2)把化合物A和F的结构简式分别填入下列方框内。 解析：从上图信息可初步的判断，A分子中含有CHO和OH(有无COOH待定)。生成C分子时，原来A中的CHO已被氧化成COOH，而B中形成的OOCCH3仍然保留。生成D分子时，原来A中的CHO氧化成COOH，而OH仍保留。这样，D与C在分子结构上的差别就是D中的OH，在C中则以OOCCH3形式存在。已知由OH转变为OOCCH3其相对分子质量增加42。而C的相对分子质量比D大190106=84，由此可设想化合物A中应含有两个OH 。由A转变为D时，仅是其CHO变为COOH，其相对分子质量增加增加值为10616=90，因为A中含有一个CHO(M=29)、两个OH(M=172=34)，则剩余基团的相对分子质量为27，该基团只能含有两个C原子，3个H原子，两个OH分别连接在这两个C原子上(否则有机物不稳定)，则化合物A的结构简式为，其它化合物的结构简式就不难导出了。答案：(1)B、C、E、F(2)A： F：五、“残基法”求解有机物分子结构这是求解有机物分子结构简式或结构式中最常用的方法。一个有机物的分子式算出后，可以有很多种不同的结构，要最后确定其结构，可先将已知的官能团包括烃基的式量或所含原子数扣除，剩下的式量或原子数就是属于残余的基团，再讨论其可能构成便快捷得多。例9、 有机物A的碳架结构如图所示。已知立方烷(C8H8) 与互为同分异构体，请写出与有机物A互为同分异构体、且属于醛类的结构简式：(1) (2) (3) (4) 。 解析： 审题时，抓住题示信息：C8H8与互为同分异构体，得知立方烷可与带有苯环的有机物互为同分异构体，为推断有机物A的同分异构体提供了思路。看清题目要求：A的同分异构体结构简式中必须含有醛基(-CHO)。解题时，运用“残基”思想，问题便迎刃而解。即C8H8O去掉一个-CHO，再去掉一个-C6H5，尚余-CH2(残基)，便可写出C8H8O属于醛类的同分异构体的结构简式。答案：(1)(2)(3)(4)专题预测与训练1、甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是：（）A、CH3Cl不存在同分异构体 B、CH2Cl2不存在同分异构体 C、CHCl3不存在同分异构体 D、CH4中四个价键的键长和键角都相等 2、已知“C-C”单键可以绕轴旋转，结构简式为的烃，含苯环且处于同一平面的C原子个数至少有（）A、6 B、8 C、9 D、14 3、能说明苯分子中的碳碳键不是单、双键交替的事实是（）A、苯的一元取代物没有同分异构体 B、苯的邻位二元取代物只有一种C、苯的间位二元取代物只有一种 D、苯的对位二元取代物只有一种4、下列有机分子中，所有原子不可能处于同一平面的是（） 5、下列关于所示结构简式的说法正确的是（）A、所有碳原子有可能都在同一平面上 B、最多可能有9个碳原子在同一平面上C、只可能有5个碳原子在同一直线上 D、有7个碳原子可能在同一条直线上6、某烃的结构简式如下所示：分子中含有四面体结构的碳原子数为a，在同一直线上的碳原子数最多为b，一定在同一平面内的碳原子数为c，则a、b、c分别为（）A、4、3、5 B、4、3、6 C、2、5、4 D、4、6、4 7.达菲(Tamiflu)被认为是目前世界上公认的能够治疗人禽流感病的唯一有效的药物，它是由我国特有中药材八角的提取物莽草酸(shikimicacid)为原料合成的。已知莽草酸和达菲的结构式如下：下列判断正确的是 A.它们互为同系物 B.莽草酸能使溴的四氯化碳溶液褪色，达菲不能 C.达菲在热的NaOH溶液中能稳定存在 D.莽草酸的分子式为C7H10O58、碳正离子(例如，CH3+、CH5+、(CH3)3C+等)是有机反应中重要的中间体，欧拉(Olah G)因在此领域研究中的卓越成就而荣获1994年诺贝尔化学奖。碳正离子CH5+可以通过CH4在“超强酸”中再获得一个H+而得到，而CH5+失去H2可得CH3+。(1) CH3+是反应性很强的正离子，是缺电子的。其电子式是_。(2) CH3+中4个原子是共平面的，三个键角相等，键角应是_。(3) (CH3)2CH+和NaOH的水溶液反应将得到电中性的有机分子，其结构简式是_。(4) (CH3)3C+去掉H+后将生成电中性的有机分子，其结构简式是_。9、2005年诺贝尔化学奖由法国科学家YvesChauvin、美国科学家RobertH.Grubbs、RichardR.Schrock共同获得。以表彰他们在烯烃复分解反应方面研究与应用所作出的贡献。已知烯烃的交叉复分解反应机理为双键断裂，换位连接。可表示为：又已知：R-CH2-CH=CH2+C12 R-CHCl-CH=CH2+HCl。有机物R是烃的含氧衍生物(分子式为：C9H14O6)，常用作纤维的增塑剂以及化妆晶等，F也可由油脂水解得到，有机物R的合成路线如下：试回答下列问题 (1)写出反应、的反应条件：条件1_；条件2_(2)写出结构简式，A：_；E：_(3)写出反应的化学方程式：_。1006年3月16日农业部防治高致病性禽流感发言人说，广西南宁市和西藏拉萨市疫区已经解除封锁。 “这标志着我国高致病性禽流感阻击战取得了阶段性成果。”金刚甲烷、金刚乙胺等已经批准用于临床治疗人类禽流感；金刚甲烷、金刚乙胺和达菲已经批准可用于预防人类禽流感。(1)金刚乙胺，又名甲基1金刚烷甲基胺，其化学结构简式如图所示，其分子式为：_(2)金刚乙胺是金刚乙烷的衍生物，金刚乙烷有很多衍生物，它们可以相互衍变。下图就是它的部分衍生物相互衍变图。 经检测发现，E分子中有两个CO键，但与新制氢氧化铜反应得不到红色沉淀;1mol F与足量的钠完全反应生成22.4L气体(标况下);H具有酸性，且分子式中只比F少1个O。据 此回答下列问题：(可用“R”表示)写出D、H的结构简式：D_；H_。写出C+D的化学方程式：_；AB、EF的反应类型分别为：_、_。F在一定条件下，可发生缩聚反应，形成高分子化合物I，试写出I的结构简式：_。金刚乙烷在一定条件下可发生氯取代，其一氯取代物有几种：_。11在化学上常用两种模型来表示分子结构，一种是球棍模型，另一种是比例模型。比例模型是用不同颜色球的体积比来表示分子中各种原子的体积。(1)右图是一种常见有机物的比例模型，该模型图可代表一种( )A饱和一元醇 B饱和一元醛 C二元酸D羟基酸(2)该物质可发生的反应有( )A与H2加成 B银镜反应 C消去反应 D与乙醇酯化(3)根据(2)中选择，写出该物质发生反应的化学方程式12. 人们对苯的认识有一个不断深化的过程。(1)1834年德国科学家米希尔里希，通过蒸馏安息香酸（）和石灰的混合物得到液体，命名为苯，写出苯甲酸钠与碱石灰共热生成苯的化学方程式 。(2)由于苯的含碳量与乙炔相同，人们认为它是一种不饱和烃，写出C6H6的一种含叁键且无支链链烃的结构简式 。苯不能使溴水褪色，性质类似烷烃，任写一个苯发生取代反应的化学方程式 。(3)烷烃中脱水2 mol氢原子形成1 mol双键要吸热，但1，3环己二烯（）脱去2 mol氢原子变成苯却放热，可推断苯比1，3环己二烯 （填稳定或不稳定）。(4)1866年凯库勒（提出了苯的单、双键交替的正六边形平面结构，解释了苯的部分性质，但还有一些问题尚未解决，它不能解释下列 事实（填入编号）a.苯不能使溴水褪色 b.苯能与H2发生加成反应c.溴苯没有同分异构体 d.邻二溴苯只有一种(5)现代化学认为苯分子碳碳之间的键是 。13、实验探究:通过实验事实的验证与讨论，认识苯的结构式。提出问题：苯分子结构是碳碳单双键交替的环状结构吗？(1)提出假设：从苯的分子式看，C6H6具有不饱和性；从苯的凯库勒结构式看，分子中含有碳碳双键，所以，苯一定能使 褪色；(2)实验验证：苯不能使 褪色；经科学测定，苯分子里6个碳原子之间的键 ；6个碳原子和6个氢原子都在一 上。(3)结论：苯的凯库勒结构式中的双键跟烯烃双键 ，苯的性质没有表现出不饱和性，结构稳定，说明苯分子 一般的碳碳单、双键交替的环状结构。(4)应用：为了表示苯分子的结构点，结构式用 表示，而凯库勒式表示苯分子结构式是不确切的，只是沿用至今。参考答案 1、B2、D3、B4、D5、A、C6、B7、D8、(1) (2)120 (3)(CH3)2CHOH (4)(CH3)2C=CH2 9、解析 (1)反应是指EF，可以看出H是乙酸，则F为醇，所以EF应是由卤代烃生成醇，则为氢氧化钠的水溶液，反应是由乙醇生成B，而B和A发生了烯烃的复分解反应，可以得到B为乙烯，也就不难得出为浓硫酸170，从题目中看到F也可由油脂水解得到的醇，则为丙三醇，又因分子式为C4H8的烯烃和CH2=CH2发生复分解得到含有三个碳原子的C，则可以推出A的结构简式为CH3CH=CHCH3，C为CH2=CHCH3，C在500下和Cl2发生反应，结合信息得到D是，D与Br2的CCl4溶液发生加成反应得到E()，E在氢氧化钠的溶液中水解得到丙三醇，丙三醇和乙酸发生酯化反应得到R(C9H14O6)。答案： (1)氢氧化钠水溶液，加热；浓硫酸，170(加热)(2) CH3CH=HCH3；CH2ClCHBrCH2Br