第3讲 分类、命名、反应类型(学生).doc

第三讲 分类、命名、反应类型大纲要求1掌握烃（烷、烯、炔、芳香烃）及其衍生物（卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯）的组成、结构和性质II2从官能团的角度掌握有机化合物的性质，并能列举事实说明有机物分子中基团之间的相互影响II3根据加成反应、取代反应和消去反应的特点，判断有机反应类型II4了解天然气、石油液化气和汽油的主要成分及其应用I5认识烃及其衍生物在有机合成和有机化工中的重要作用I6以上各部分知识的综合运用III知识要点一、“基”“官能团”的区别（1）“基”是共价键发生均裂所形成的，是一种电中性的原子或原子团，不能单独存在，只能和其他原子或原子团共同存在于化合物中。如：甲基CH3，羟基OH等。（2）“官能团”反映物质特殊性质的原子或原子团。如：OH，CHO等。（3）“根”“基”“官能团”的比较它们都属于原子或原子团，“根”是共价键发生异裂所形成的，即带电的原子或原子团，而“基”则是共价键发生均裂所形成的原子或原子团，呈中性，其中反映物质特性的原子或原子团称为“官能团”。即属于“官能团”的原子团是“基”，但“基”不一定是“官能团”。如：氢氧根羟基符号OHOH电性带负电阴离子电中性稳定性稳定不稳定存在能独立存在于离子化合物或溶液中不能独立存在，必须和其他“基”或“原子团”结合（4）烃的衍生物中：卤代烃除CH3Cl、CH2Cl2为气体外，其余均为不溶于水的油状液体；含有OH，CHO，COOH等的烃的衍生物含碳原子数较少时，一般可溶于水，熔沸点较高，此外，含OH等亲水基越多，在水中的溶解度就较大。二、有机化合物的分类不同的标准可以得到不同的分类结果。有机物按照组成元素的多少、碳架结构的区别和官能团的不同，可以得出不同的分类结果。说明：（1）有机物的组成元素主要为碳、氢、氧等，按照其组成元素进行分类，一般可分为两类：烃和烃的衍生物。（2）按照构成有机物的碳的骨架分为链状合物和环状化合物；环状化合物，还可以根据结构中是否含有苯环分为脂环化合物和芳香化合物两类（3）按照反应有机物特性的官能团分：卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等。具有相同官能团的物质化学性质相似。（4）按照分子中是否含有苯环可以分为：脂肪化合物（不含苯环）和芳香化合物（含苯环）。（5） 各类分类还可以交叉：如乙醇既属于醇类又属于脂肪化合物。三、有机物的命名1、烷烃的习惯命名法分子内所含有的碳原子数加一个“烷”字，就是简单烷烃的命名。碳原子数的表示方法：如果碳原子数在110之间，就依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；如果碳原子数大于10，则直接用十一、十二、十三表示。例如、等分别叫做甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、十二烷。为了区别、和这样的碳原子数目相同的烷烃，又分别将它们称为正戊烷、异戊烷、新戊烷。点拨：烷烃的习惯命名法简明扼要，名称与分子的组成和结构基本一致。但习惯命名法仅适用于分子里碳原子数很少、分子结构简单的烷烃，对于分子里碳原子数多，分子结构复杂的烷烃的命名，要用系统命名法。2、烷烃的系统命名法的步骤和原则：选主链，称某烷；编号位，定支链； 取代基，写在前，标位置，连短线； 不同基，简到繁，相同基，合并算。烷烃的系统命名法使用时应遵循两个基本原则：最简化原则；明确化原则；主要表现在长、近、多、小，即“长”是主链最长，“近”是编号起点离支链最近，“多”是选择含支链最多的一个作为主链；“小”是系列中各位次和最小者，即为正确的编号。3、烯烃和炔烃的命名 命名方法：与烷烃相似，即一长、一近、一简、一多、一小的命名原则。但不同点是必须选含有双键或三键的最长碳链为主链，而且双键或三键上的碳原子应获得最小序号；支链的定位应服从所含双键或三键的碳原子的定位。 命名步骤： 选主链，含双键（三键）； 定编号，近双键（三键）； 写名称，标双键（三键）。 例如： 其正确名称为2-甲基-3-己烯。4、苯的同系物的命名是以苯作为母体进行命名的；对苯环的编号以较小的取代基为1号。有多个取代基时，可用邻、间、对或1、2、3、4、5等标出各取代基的位置。有时又以苯基作为取代基。其余命名与烷烃的系统命名类似 5、常见有机物的习惯命名：有些有机物在使用时有它们独特的名称，如乙醇又称酒精、CHCl3又称氯仿，丙三醇又名甘油，苯酚亦称石碳酸，C5H12的三个同分异构体按主链由长到短，支链由少到多分别称为正戊烷、异戊烷、新戊烷，苯环上的取代基可称为邻、间、对等常见的命名方法。6、有机物命名注意事项 数字与汉字之间用“-”隔开，数字与数字之间要用“，”隔开。 “-”的总数肯定为奇数。 若取代基距主链两端距离相等时，遵循取代基号码之和最小的原则。四、常见的反应类型1、取代反应概念：是指有机物分子里的某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应称为取代反应。能发生取代反应的官能团有：醇羟基（OH）、卤原子（X）、羧基（COOH）、酯基（COO）、肽键（CONH）等。有机化学中的取代反应和无机化学反应类型中的置换反应是完全不相同的，容易混淆。现对这两个不同的反应类型进行如下比较：取代反应置换反应定义有机物分子里的原子和原子团被其他的原子和原子团所代替的反应一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和化合物的反应反应物有机物与单质或化合物一种单质和一种化合物生成物有机物与化合物，一般无单质另一种单质和另一种化合物反应条件取代反应大多需要加热、光照或催化剂一般在常温或加热条件下反应是否可逆逐步取代，很多反应是可逆的反应一般不可逆根据以上的比较内容，可知取代反应和置换反应是两类截然不同的反应类型。主要的取代反应，如：(1)卤化反应(2)硝化反应(3)磺化反应(4)水解、醇和氢卤酸的反应(5) 酯水解(6)分之间脱水【例1】（全国高考题）有机化学中取代反应的范畴很广。下列6个反应中，属于取代反应范畴的是（ ） 2、加成反应是指有机物分子里不饱和的碳原子跟其它原子或原子团直接结合生成新物质的反应称为加成反应。被加成的试剂如：H2、X2(X为Cl、Br或I)、H2O、HX、HCN、等能离解成一价原子或原子团的物质。通过有机物发生加成反应时反应物之间的量关系，还可定量判断该有机物分子结构中不饱和键的情况：是C=C键，还是CC键，或是苯环结构，以及它们具有的个数。主要的加成反应，如：(1)和氢加成(2)和卤素加成(3)和卤化氢加成 (4)和水加成对于具有二烯烃结构的有机物，发生加成反应时有1，2加成和1，4加成两种可能情况，写出1，3-丁二烯和Br2的两种加成产物:【例2】1molBr2和1mol完全反应后的产物除了之外还有_【例3】与Br2发生11加成反应，其加成产物最多有 种 。 【例4】含有一个叁键的炔烃，氢化后的产物结构简式为：CH3CH2CH(CH3CH2)CH2CH(CH3)CH2CH3，此炔烃可能有的结构简式有（） A1种 B2种 C3种 D4种3、加聚反应是指由一种或几种具有不饱和键或环状结构的分子量小的化合物(单体)分子相互结合成分子量很大的化合物(高分子化合物)分子，又不缩掉其它小分子的聚合反应。这种反应也是加成反应的过程，称为加成聚合反应，简称加聚反应。其中单体多于一种的称为共聚反应，所生成的高分子化合物也称为共聚物。对于加聚反应要掌握2种基本反应情况：在加聚反应的知识运用中要求：一、是根据单体结构确定高聚物的结构；二、是根据高聚物的结构判断其单体的结构(1)单烯结构的加聚反应。示意表示如下：(2)二烯结构的加聚反应。示意表示如下：【例5】已知某高分子化合物的结构可表示为：其单体可能不包含下列各物质中的（ ）ACH2=CH2 BCH3CH=CH2CCH2=CHCN 联系加聚反应的结构变化特征，还应认识以乙炔(CHCH)为原料合成苯的反应：4、缩聚反应是指单体间相互反应生成高分子化合物的同时还生成简单小分子(如水、氨、卤化氢等分子)的聚合反应，称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。简单的缩聚反应有3种不同的结构变化类型：(1)涉及羰基的缩水聚合。其典型示例就是合成酚醛树脂(电木)的反应：反应的化学方程式为：(2)羟基羰基的缩水聚合。生成聚酯类分子化合物。其反应是按酯化反应的历程进行的；即由醇羟基提供H，由羰基提供OH，缩掉小分子水后成键。其产物可以是链状高分子化合物，还可能形成环状有机物。现以反应物乙二醇和乙二酸为例表示如下。形成链状高分子化合物时为：形成环状化合物时为：(3)氨基酸的缩水聚合。这也是反应中氨基和羧基缩水形成肽键的反应，所以它可以是氨基酸分子间的反应，也可以是只具有氨基的有机物(胺类)和只具有羧基的羧酸分子间的反应。如上所有的反应，其产物的分子结构可以是链状，也可以呈环状。如：对于缩聚反应在认识了反应中成键过程的基础上，同加聚反应一样要求根据单体的结构确定缩聚产物的结构；当已知缩聚产物的结构时，也要求推断出单体的结构。其后一项要求可以下题为例。【例6】某蛋白质的结构片断为：该蛋白质在胃中蛋白酶的作用下发生水解时，不能产生的氨基酸是下列中的（ ） （4）缩聚产物中单体的确定缩聚产物一般是由生成类似于酚醛树脂、生成酯、生成肽键的原理形成。根据这些物质的生成原理，从什么位置形成共价键的，书写单体时就从什么地方断键还原。所以，若是缩聚产物，其单体的确定方法可如下操作：羰氧断，羰氮断；羰基连羟基，氧氮都连氢，端点羰、氮、氧，也照上法连。例如： 等，则先从羰基与氧原子或羰基与氮原子之处断开（同样要将两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉），成为两部分：然后在羰基碳原子上连上羟基，氧原子或氮原子上连上氢原子，这样，聚合物的单体的结构简式自然就出来了：如果链节中不含“COO”或“CONH”，只是在端点含有“CO”、“O”或“N”，则说明是只有一种单体缩聚成的，则只须依照上述方法在羰基上连上羟基“OH”，“O”或“N”原上直接连上“H”就行了。如：的单体可以迅速写出为 【例7】无线电中的绝缘包皮PTB是一种绝缘性能好的材料，其结构简式为：请写出合成PTB所需单体的结构简式：_5、消去反应是指有机化合物在适当的条件下，从一个分子的相邻两个碳原子上脱去小分子(如水、卤化氢等)，而生成不饱和(双键或叁键)化合物的反应称为消去反应，又称为消除反应。因此，发生消去反应是醇和卤代烃所具有的重要化学性质之一，也是生成不饱和有机物的主要反应途径。醇或卤代烃发生消去反应时，都需要具备一定的结构特点：一是连有OH(或X)的碳原子有相邻的碳原子；二是该相邻的碳原子上还必须连有H原子。这两项结构特点同时具备才能在一定条件下发生消去反应，如下： （等醇类不讷讷个发生消去反应）【例8】已知卤代烃在一定条件下既可发生水解，又可发生消去反应，现由2-溴丙烷为主要原料，制取1,2-丙二醇时，需要经过的反应是A加成消去取代B消去加成取代 C取代消去加成 D取代加成消去6、酯化反应是指醇和酸(有机羧酸或无机酸)作用，生成酯和水的反应称为酯化反应。在酯化反应的过程中是醇分子中羟基上的H原子和酸中的OH结合成水，其他部分相互结合成酯。这一酯化反应的历程也说明有机化学中一些反应与一般无机反应有所不同。酯化反应的脱水方式：羧酸和醇的酯化反应的脱水方式是：“酸脱羟基醇脱氢”，羧酸分子中羧基上的羟基跟醇分子中羟基上的氢原子结合成水，其余部分结合成酯。这种反应的机理可通过同位素原子示踪法进行测定。酯化反应的类型：一元羧酸和一元醇生成链状小分子酯的酯化反应，如：二元羧酸（或醇）和一元醇（或酸）的酯化反应二元羧酸和一元醇按物质的量11反应二元羧酸和一元醇按物质的量12反应一元羧酸和二元醇按物质的量11反应一元羧酸和二元醇按物质的量21反应（这两种的基本形式，相信大家也已经心中有数了）二元羧酸和二元醇的酯化反应（1）生成小分子链状酯，如： （2）生成环状酯 （3）生成聚酯，如：羟基酸的酯化反应（1）分子间反应生成小分子链状酯，如：（2）分子间反应生成环状酯，如：（3）分子内酯化反应生成内酯（同一分子中的COOH和OH脱水而形成的酯），如：无机酸和醇酯化生成酯，例如：苯酚与羧酸或酸酐生成酚酯，例如：注意： 酚酯的形成不要求掌握，但在书写同分异构体的时候需要考虑酚酯；酚酯的水解也要求掌握。 综上所述，酯的种类有：小分子链状酯、环酯、聚酯、内酯、硝酸酯、酚酯。【例9】已知 在水溶液中存在如下的平衡： 。当 跟CH3CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的物质有 （ ） CH218O DH2O酯化反应的重点内容是有机羧酸与醇的反应。无机酸和醇反应生成酯的反应实例有以纤维素为原料制纤维素三硝酸酯的反应如下：通过这一反应认识到其主要产物硝酸酯的结构特点，与硝基化合物的结构特点是不同的。硝基化合物中NO2基与碳原子直接相连，如：硝基乙烷(CH3CH2NO2)。而硝酸酯中是NO2基与碳原子相连时，中间存在氧原子，如硝酸乙酯(CH3CH2ONO2)。【例10】向的平衡体系中加入H218O，过一段时间后18O A只存在于乙酸分子中 B只存在于乙醇分子中 C乙酸和乙酸乙酯分子中 D乙醇、乙酸和乙酸乙酯分子中 7、氧化反应 氧化反应就是有机物分子里“加氧”或“去氢”的反应。能发生氧化反应的物质和官能团：烯（碳碳双键）、醇、酚、苯的同系物、含醛基的物质等。烯（碳碳双键）、炔（碳碳叁键）、苯的同系物的氧化反应都主要指的是它们能够使酸性高锰酸钾溶液褪色，被酸性高锰酸钾溶液所氧化。醇可以被催化氧化（即去氢氧化）。其氧化机理可以表示如下：也可以表示成： 2Cu+O22CuO由此可以看出，醇被氧化的过程中，Cu是起催化剂的作用，氧化的关键是与羟基直接相连的碳原子上必须要有氢原子，如果与羟基直接相连的碳原子上没有氢原子则不能被氧化。即： （此反应不能发生）（R1、R2、R3代表烃基，可以相同也可以不同）如果与羟基直接相连的碳原子上有两个氢原子即羟基在主链链端的碳原子上，则被催化氧化为醛；如果与羟基直接相连的碳原子上只有一个氢原子即羟基在中间碳上，则被催化氧化为酮。即：例如： （ R、R1、R2代表烃基，可以相同也可以不同）8、还原反应 （常见的加氢反应都是）【例11】分子式为C5H12O的醇中，不能发生催化氧化反应的结构简式为 不能发生消去反应的结构简式为 9、水解反应能发生水解反应的物质：卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖、蛋白质等注意：1从本质上看，水解反应属于取代反应。 2注意有机物的断键部位，如乙酸乙酯水解时是与羰基相连的CO键断裂。（蛋白质水解，则是肽键断裂）【例12】下列说法正确的是（） A能使溴水褪色的物质一定能和溴水发生加成反应 B醇和酸作用，生成酯和水的反应叫酯化反应 C乙醇脱水成醚、酯的水解、苯的硝化、皂化反应的实质都是取代反应 D所有的醇都能被去氢氧化生成相应的醛或酮10、中和反应、裂化反应及其它反应醇、酚、酸分别与Na、NaOH、Na2CO3、NaHCO3的反应；显色反应等。显色反应： FeCl3遇苯酚显紫色；浓硝酸遇含苯环的蛋白质显黄色（黄蛋白实验）；碘水遇淀粉显蓝色。脱水反应（又叫碳化）：有机物分子脱去相当于水的组成的反应。(浓硫酸脱水性)裂化反应：在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的长链烃，断裂为相对分子质量小、沸点低的短链烃的反应。【例13】要注意醇、酚和羧酸中羟基性质的比较：（注：画表示可以发生反应）羟基种类重要代表物与Na与NaOH与Na2CO3与NaHCO3醇羟基乙醇 酚羟基苯酚 羧基乙酸 【例14】某芳香族化合物的分子式为C8H8O4，已知1mol该化合物分别与Na、NaOH、NaHCO3反应，消耗三种物质的物质的量之比为321，而且该化合物苯环上不存在邻位基团，试写出该化合物的结构简式。 经典习题1. 在下列有机物中，既能发生取代反应