高考化学总复习 第四部分 专题十三 认识有机化合物课件.ppt

专题十三认识有机化合物 化学 浙江选考专用 考点一有机物的分类 命名和有机反应类型 考点清单 知识梳理一 有机物的组成 分类和命名 一 有机物的研究方法 二 有机物的组成 分类和命名1 有机物及有机化学的概念有机物指的是含碳元素的化合物 其组成元素除碳元素外 通常还含有氢 氧 氮 硫 磷 氯等元素 少数含碳元素的化合物 如co co2 碳酸及碳酸盐 hcn hscn 以及金属碳化物等含碳化合物 的结构和性质跟无机物相似 故属于无机物 研究有机物的化学称为有机化学 1828年 德国化学家 维勒首次用无机物氰酸铵合成了有机物 尿素 其反应方程式为 nh4cnoco nh2 2 2 有机物结构和组成的几种表示方法 特别提醒 1 几种表示方法之间的关系电子式结构式结构简式键线式2 结构简式 键线式的书写 1 结构简式的书写1 表示原子间形成单键的 可以省略 如乙烷结构式中c h c c中的 均可省略 其结构简式可写为ch3 ch3或ch3ch3 2 cc 中的 不能省略 如乙烯的结构简式可写为ch2ch2 而不能写成ch2ch2 但是 醛基 羧基 则可进一步简写为 cho cooh 3 准确表示分子中原子成键的情况 如乙醇的结构简式可写为ch3ch2oh ho ch2ch3 2 键线式的书写1 在键线式中只能省略c原子及与其连接的h原子及c h之间形成的单键 而碳碳单键 双键 叁键和其他元素的原子均不可省略 2 键线式中的拐点 终点均表示一个碳原子 如丁烷的键线式可表示为 3 有机物中碳原子的成键特点和有机物的空间构型 1 有机物中碳原子的成键特点 1 每个碳原子有4个价电子 价键总数为 4 2 碳原子可与其他原子形成 共价键 碳原子之间也可相互成键 既可以形成 单键 也可以形成 双键或 叁键 特别提醒 a 碳原子间的成键方式 c c cc b 有机物中常见的共价键 c c cc c h c o c x x cl br i co c n等 c 在有机物分子中 仅以单键方式成键的碳原子称为饱和碳原子 双键 叁键 苯环上的碳原子 所连原子的数目少于4 为不饱和碳原子 d 碳碳单键可以旋转 而碳碳双键 碳碳叁键不能旋转 3 多个碳原子可以相互结合成碳链和碳环 如下图所示 碳链和碳环还可以相互结合 2 碳原子的成键方式与分子空间构型的关系1 当1个碳原子与其他4个原子连接时 构成以这个碳原子为中心的 四面体结构 2 当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键时 形成该双键的碳原子以及与之直接相连的原子处于 同一平面上 3 当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成叁键时 形成该叁键的碳 原子以及与之直接相连的原子在 同一直线上 4 甲烷是正四面体形 5个原子不在同一平面上 乙烯是平面形 6个原子位于同一平面上 乙炔是直线形 4个原子位于同一直线上 苯环是平面形 12个原子位于同一平面上 5 判断原子是否在同一平面上的关键是判断分子中是否存在饱和碳原子 若分子中有饱和碳原子 则分子中所有的原子一定不共平面 特别提醒 1 烃的衍生物 烃分子里的氢原子被其他原子或原子团取代而生成的一系列化合物 2 几种官能团 1 官能团 能够决定有机化合物化学特性的原子或原子团 4 有机物的分类 2 常见的官能团 碳碳双键 是烯烃的官能团 5 有机物的命名有机物的命名方法有习惯命名法 如正戊烷 异戊烷 新戊烷等 和系统命名法 有些有机物还有俗名 如硬脂酸 软脂酸 草酸等 1 烷烃的系统命名选主链称某烷编号位 定支链取代基写在前标位置短线连不同基简到繁相同基合并算命名原则 a 最长的碳链作主链 b 支链作取代基 取代基的位次号之和最小 1 选主链选择最长的碳链作为主链 当几个不同碳链含有的碳原子数相等时 选择含有支链最多的一个碳链作为主链 2 编序号 要遵循 近 简 小 a 以离支链最近的主链一端为起点编号 即首先要考虑 近 b 有两个不同的支链 且分别处于距主链两端同距离的位置 则从较简单的支链一端开始编号 即同 近 考虑 简 c 若有两个相同的支链 且分别处于距主链两端同距离的位置 而中间还有其他支链 从主链的两个方向编号 可得两种不同的编号系列 两系列中各位次号之和最小者即为正确的编号 即同 近 同 简 考虑 小 3 写名称按主链的碳原子数称为相应的某烷 在其前写出支链的位号和名称 原则是 先简后繁 相同合并 位号指明 阿拉伯数字间用 相隔 汉字与阿拉伯数字间用 连接 2 苯的同系物的命名苯的同系物的命名是以苯作母体的 苯分子中的氢原子被烷基取代后的生成物叫苯的同系物 其通式是cnh2n 6 n 7 苯分子中的一个氢原子被甲基取代后生成甲苯 被乙基取代后生成乙苯 若两个氢原子被两个甲基取代 则生成二甲苯 由于取代基位置不同 二甲苯有三种同分异构体 可分别用 邻 间 对 表示 邻二甲苯间二甲苯对二甲苯若将苯环上的6个碳原子编号 以某个甲基所在的碳原子的位置为1号 选取最小位次号给另一个甲基编号 则邻二甲苯也可叫做1 2 二甲苯 间二甲苯也可叫做1 3 二甲苯 对二甲苯也可叫做1 4 二甲苯 二 有机反应基本类型1 取代反应烷烃 ch4 cl2ch3cl hcl 苯 hno3c6h5no2 h2o 硝化反应 醇 ch3ch2oh ch3coohch3cooc2h5 h2o2 加成反应烯烃 ch2ch2 br2ch2brch2br炔烃 chbr2chbr2苯 3h2c6h12 环己烷 3 水解反应 取代反应 酯 ch3cooch2ch3 h2och3cooh ch3ch2oh另有多糖 二糖 蛋白质的水解 4 氧化反应 1 燃烧 cxhyoz x o2xco2 h2o 只含c h o元素的有机物的燃烧通式 2 催化氧化醇 2ch3ch2oh o22ch3cho 2h2o 3 能被酸性kmno4氧化的有烯烃 炔烃 醇 醛等 4 与新制cu oh 2反应醛 ch3cho 2cu oh 2 naohch3coona cu2o 3h2o 5 银镜反应醛 ch3cho 2ag nh3 2ohch3coonh4 2ag 3nh3 h2o hcoor 甲酸盐 甲酸某酯 葡萄糖等也能发生银镜反应5 还原反应醛与h2加成 ch3cho h2ch3ch2oh另有烯烃 炔烃与h2的加成等 考点二有机物的组成和结构的确定 知识梳理 考点三同系物和同分异构体 知识梳理1 同系物 1 同系物的概念 结构相似 分子组成相差一个或若干个 ch2 原子团的有机化合物互称为同系物 2 同系物的特点1 同系物必须结构相似 即组成元素相同 官能团种类 个数及连接方式相同 分子组成通式相同 2 同系物间相对分子质量相差14的整数倍 3 同系物有相似的化学性质 物理性质随碳原子数的递增有一定的递变规律 1 同分异构体的概念 分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体 2 同分异构体的特点1 同分异构体必须分子式相同而结构不同 2 同分异构体可以属于同一类物质 如ch3ch2ch2ch3与 也可以属于不同类物质 如ch3ch2oh与ch3 o ch3 可以是有机物 也可以是无机物 如nh4cno与co nh2 2 3 同分异构体的物理性质不同 化学性质不同或相似 3 手性碳原子和手性分子 1 手性碳原子 与四个不同原子或原子团相连的碳原子称为手性碳原 2 同分异构体 子 常以 标记手性碳原子 如 丙氨酸分子中含有一个手性碳原子 2 手性分子 分子组成和原子连接方式完全相同的两种分子 由于分子中的原子在空间排列方式不同而互为同分异构体 它们犹如一个人的左右手 互为镜像且不能重叠 分子不能与其镜像重叠者 称为手性分子 两个互为镜像且不能重叠的异构体称为对映异构体 方法1有机物的组成和结构的确定方法1 元素分析 1 碳 氢元素质量分数的测定最常用的是燃烧分析法 李比希法 将样品置于氧气流中燃烧 燃烧后生成的二氧化碳 水分别用碱液 干燥剂吸收 称重后分别计算出样品中碳 氢元素的质量分数 2 氮元素质量分数的测定将样品通入二氧化碳气流中 在氧化铜的催化下燃烧生成氮气 并借助二氧化碳气流将生成的气体赶出 经koh浓溶液吸收二氧化碳气体后 测得剩余气体的体积 即可计算出样品中氮元素的质量分数 突破方法 将样品与naoh溶液混合加热完全反应后 加入稀硝酸酸化 再加入agno3溶液 此时卤素原子转变为卤素离子 并与agno3溶液作用产生卤化银沉淀 根据沉淀的量 即可计算出样品中卤素的质量分数 2 有机物实验式的确定 某元素的质量分数 100 实验式 又叫最简式 是表示化合物分子中所含各元素的原子数目最简整数比的式子 若有机物 只含c h o元素 分子中 c a h b o c 则n c n h n o 即可得到实验式 3 卤素质量分数的测定 实验式也可以根据燃烧产物的物质的量来确定 确定实验式前必须先确定元素的组成 如某有机物完全燃烧的产物只有co2和h2o 则其组成元素可能为c h或c h o 若燃烧产物co2中碳元素的质量和燃烧产物h2o中氢元素的质量之和等于原有机物的质量 则原有机物中不含o元素 3 测定有机化合物的相对分子质量的方法 1 mr m n 2 依据气体的密度 标准状况 mr 22 4 3 依据气体的相对密度 d mr da ma 4 依据气体的平均相对分子质量 m总 n总 5 质谱法 质谱法是用电场和磁场将运动的离子 带电荷的原子 分子 或分子碎片 按它们的质荷比分离后进行检验的方法 有机物分子在高能电子流的轰击下形成的分子离子和碎片离子的相对质量与其所带电荷的比值为质荷比 质荷比的最大值 即横坐标上最大的分子离子的质荷比 即为该有机化合物的相对分子质量 有关烃的混合物计算的几条规律 若平均相对分子质量小于26 则一定有ch4 平均分子组成中 若1 n c 2 则一定有ch4 平均分子组成中 若2 n h 4 则一定有c2h2 4 有机物分子式的确定 1 商余法 确定烃的分子式 mr表示相对分子质量 n为一个烃分子中c原子的数目 n为正整数 n 2 该烃为 cnh2n 2 n 该烃为 cnh2n n 2 该烃为 cnh2n 2 n 6 该烃为 cnh2n 6 2 燃烧法 根据燃烧产物的质量或物质的量 根据燃烧方程式 只含c h o元素的有机物 cxhyoz x o2xco2 h2o 3 最简式 实验式 法 根据各元素的质量分数或燃烧法得到该有机物的 最简式 结合其mr进行求算 4 求出1mol某有机物 只含有c h o元素 中c h o原子的物质的量 即可得到该有机物的分子式 5 有机物结构 简 式的确定测定有机物结构的关键步骤是确定有机物的不饱和度及其典型的化学性质 进而确定该有机物所含的官能团及官能团所处的位置 1 不饱和度的计算 烷烃的通式为cnh2n 2 分子中每减少两个碳氢键 碳原子之间必然会增加一个键 就增加了一个不饱和度 不饱和度又叫缺氢指数 用字母 表示 计算公式烃 cxhy 2x 2 y 利用不饱和度推测有机物中的化学键类型 例1某烃分子结构中含有一个苯环 两个碳碳双键和一个碳碳叁键 它的分子式可能是 a c9h12b c17h20c c20h30d c12h20解析该烃的不饱和度为4 2 1 2 8 c9h12的不饱和度 9 2 2 12 2 4 c17h20的不饱和度 17 2 2 20 2 8 c20h30的不饱和度 20 2 2 30 2 6 c12h20的不饱和度 12 2 2 20 2 3 故选b 答案b 2 确定有机物中的官能团 定性实验 可用多种方法 定量实验 与x2反应 取代 c h x2 加成 cc x2 与h2的加成反应 cc h2 c6h6 3h2 醛或酮 co h2 与hx反应 醇取代 oh hx 加成 cc hx 加成 银镜反应 cho 2ag hcho 4ag 与新制cu oh 2反应 cho 2cu oh 2 cooh cu oh 2 与na反应 醇 酚 羧酸 oh h2 cooh h2 与naoh反应 酚 oh naoh 羧酸 cooh naoh 醇酯 coor naoh 酚酯 cooc6h5 2naoh 3 确定有机物结构 红外光谱 用于确定有机物分子中含有何种化学键或官能团 1h核磁共振谱 用于确定有机物分子中有几种不同类型的氢原子及其数目 例2 2017浙江宁波效实中学单元检测 某有机化合物a广泛存在于多种水果中 1 经测定 a中仅含有c h o三种元素 67ga在空气中完全燃烧时可生成27gh2o和88gco2 则a的实验式为 若要确定a的分子式 还需要知道a的相对分子质量 测定物质的相对分子质量可以采用 填 质谱 或 红外光谱 法 经测定a的相对分子 质量为134 则a的分子式为 2 又知1mola与足量的nahco3溶液充分反应可生成标准状况下的co244 8l 1mola与足量的na反应可生成1 5molh2 则a中所含官能团的名称为 3 若a分子中不存在甲基且有一个手性碳原子 则a的结构简式为 其在浓硫酸存在下加热 可以生成多种产物 请写出a发生消去反应后所得有机产物的结构简式 4 a的一种同分异构体b 与a所含官能团的种类和数目均相同 且能催化氧化成醛 则b的1h核磁共振谱图中将会出现组特征峰 解析 1 n h2o 1 5mol n h 3mol n co2 2mol 则67g该有机物中含有氧元素的物质的量n o 2 5mol 则a分子中c h o原子数之比为2 3 2 5 4 6 5 故a的实验式为c4h6o5 红外光谱用于测定有机物分子中含有的官能团 质谱中的质荷比最大值为该物质的相对分子质量 故可根据质谱法测定有机物的相对分子质量 a的相对分子质量为134 则a的分子式为c4h6o5 2 1mola与足量的nahco3溶液充分反应可生成标准状况下的co244 8l n co2 2mol 则a分子中含有2mol羧基 1mola与足量的na反应可生成1 5molh2 2mol羧基与钠反应生成1mol氢气 则a分子中还含有1mol羟基 所以a分子中所含官能团的名称为羧基和羟基 3 a的分子式为c4h6o5 1个a分子中含有2个羧基 1个羟基 若a分子中不存在甲基且有一个手性碳原子 则a分 子中有1个c连接了4个不同的原子或原子团 则a的结构简式为 发生消去反应后所得有机产物的结构简式为hooc chch cooh 4 a的一种同分异构体b 与a所含官能团的种类和数目均相同 且能催化氧化成醛 说明羟基连接的碳原子上至少含有2个氢原子 则b的结构简式为hooc ch cooh ch2oh b分子中含有4种化学环境的氢原子 则其1h核磁共振谱图中将会出现4种吸收峰 答案 1 c4h6o5质谱c4h6o5 2 羟基 羧基 3 hooc chch cooh 4 4 2 1为测定某有机化合物a的结构 现进行如下实验 分子式的确定 1 取2 3g某有机物样品a在过量的氧气中充分燃烧 将燃烧产物 仅为co2和h2o 依次通过装有浓硫酸和碱石灰的吸收装置 测得两装置的增重分别为2 7g和4 4g 通过计算确定有机物a的实验式 2 让极少量 10 9g左右 的样品a通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化 少量分子碎裂成更小的离子 如c2h6离子化后可得到c2 c2 c2 然后测定其质荷比 设h 的质荷比为1 有机物样品a的质荷比如下图 设离子均带一个单位正电荷 信号强度与该离子多少有关 则该物质的分子式是 3 根据价键理论 预测a的可能结构并写出结构简式 结构式的确定 4 经测定 有机物a的核磁共振氢谱如图所示 则a的结构简式为 答案 1 n c n h n o 2 6 1 实验式为c2h6o 2 c2h6o 3 ch3ch2oh ch3 o ch3 4 ch3ch2oh 解析 1 2 3g样品燃烧后生成水2 7g 生成co24 4g n h2o 0 15mol m h 0 3g n co2 0 1mol m c 1 2g m o 2 3g 0 3g 1 2g 0 8g n o 0 05mol 实验式 最简式 为c2h6o 2 最大质荷比为46 则a的相对分子质量为46 分子式为c2h6o 3 c2h6o分子中氢原子达到饱和 不饱和度为0 分子中只有单键 联想c2h6的结构 得ch3 o ch3和ch3ch2oh 4 由核磁共振氢谱知a分子中有三种不同化学环境的氢原子 故a的结构简式为ch3ch2oh 方法2同分异构体的书写及其判断方法1 同分异构体的类型 1 碳链异构 指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异构 如c5h12有三种同分异构体 即正戊烷 异戊烷和新戊烷 2 官能团位置异构 指官能团或取代基在碳链上的位置不同而造成的异构 如1 丁烯与2 丁烯 1 丙醇与2 丙醇 邻二甲苯与间二甲苯及对二甲苯 3 官能团异构 指官能团不同而造成的异构 也叫类别异构 如1 丁炔与1 3 丁二烯 丙烯与环丙烷 乙醇与甲醚 丙醛与丙酮 乙酸与甲酸甲酯 葡萄糖与果糖 蔗糖与麦芽糖等 4 立体异构 分为顺反异构和对映异构 也叫做镜像异构或手性异构 在中学阶段的信息题中屡有涉及 2 类别异构的常见情况 3 同分异构体的书写步骤书写同分异构体的结构简式时一般应按下列步骤有序进行 先根据分子式确定可能的官能团异构 在每一类官能团异构中先确定碳链异构 再在每一条碳链上考虑官能团的位置异构 这样考虑思路清晰 不易混乱 书写时要注意避免出现重复或遗漏的现象 还应注意遵循1个碳原子形成4个共价键 1个氧原子形成2个共价键 1个氢原子形成1个共价键的原则 例3 2017浙江宁波北仑中学检测 某一有机物a可发生下列变化 已知c为羧酸 且c和e都不能发生银镜反应 则a的可能结构有 a 4种b 3种c 2种d 1种解析a的分子式为c6h12o2 a能在碱性条件下反应生成b和d b与酸反应 b应为盐 d能在cuo催化作用下发生氧化 d应为醇 则a属于酯 c和e都不能发生银镜反应 说明c e中不含醛基 则c不可能为甲酸 若c为乙酸 则d为ch3ch oh ch2ch3 若c为丙酸 则d为ch3ch oh ch3 若c为丁酸 则d为乙醇 e为乙醛 不可能 所以a只能为 ch3cooch ch3 ch2ch3或ch3ch2cooch ch3 2 总共有两种可能的结构 答案c 4 同分异构体的书写技巧 1 等效氢策略在判断有机物取代后的产物时 常常需要考虑同分异构体的存在 其实质就是看取代前处于不同位置的氢原子数目 在判断时需要运用等效氢思维 等效氢就是位置上等同的氢原子 一般情况下相同碳原子上以及具有对称面 对称轴的碳原子上所连的氢原子为等效氢 等效氢 的判断原则 同一碳原子上的氢原子是等效氢 如甲烷中的4个氢原子等效 同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效氢 如新戊烷中的4个甲基上的12个氢原子等效 处于镜面对称位置上的氢原子是等效氢 如乙烷中的6个氢原子等效 2 2 3 3 四甲基丁烷上的18个氢原子等效 在确定同分异构体之前 要先找出对称面 判断等效氢 从而确定同分异构体的数目 例4金刚烷的结构如图所示 它可看作由四个等同的六元环组成的空间构型 由氯原子取代金刚烷亚甲基 ch2 中的氢原子所形成的二氯取代物的种类为 a 4种b 3种c 2种d 6种解析金刚烷的六个亚甲基 ch2 上的氢原子是完全等效的 金刚烷亚甲基 ch2 中的氢原子所形成的一氯取代物只有1种 而二氯取代物可以在一氯取代物的基础上书写 所以 由氯原子取代金刚烷亚甲基 ch2 中的氢原子所形成的二氯取代物只有3种 正确选项为b 答案b 2 对称轴策略对于碳链异构和官能团位置异构 都重在把握结构的对称性 采用 对 称轴 法确定 有了对称轴之后 只需考虑分子结构中对称轴一侧的支链或官能团的取代位置 不能超越对称轴至另一侧 但可以在对称轴的轴线位置上 例5进行一氯取代后 只能生成三种沸点不同的产物的烷烃是 a ch3 2chch2ch2ch3b ch3ch2 2chch3c ch3 2chch ch3 2d ch3 3cch2ch3解析首先要能快速地把这种缩写的结构简式改写成展开的结构简式 也可以写成碳骨架结构 然后根据对称性确定其一氯代物的同分异构体的数目 不同的同分异构体的沸点肯定不同 答案d例6请写出c5h12o的同分异构体 解析根据分子式可知 其类别异构有饱和一元醇和醚两类 五个碳原子可形成的碳链异构如下 c c c c c 当其为醇时 利用对称性可推出其可能的结构即 oh的位置异构可表示如下 由以上可看出属于醇的结构有8种 同理 根据对称性可推出属于醚的可能结构即 o 在碳链中的可能位置有以下6种 所以 c5h12o的同分异构体共有14种 答案见解析 3 占位 策略例7已知a为 苯环上的二溴代物有九种 则a分子苯环上的四溴代物的同分异构体数目为种 解析a分子苯环上已经连有两个甲基 还有六个位置可以被取代 二溴代物的苯环上有4个h和2个br 而四溴代物的苯环上有4个br和2个h 如把四溴代物的4个br换成4个h 2个h换成2个br 就恰好为二溴代物 即 两种结构相当 同分异构体的数目也一定相等 只要注意运用这种 占位 策略 同时注意数据 互补 就不必一一试写 所以 a的二溴代物有多少种 其四溴代物就有多少种 答案九 4 先多后少 策略有多种取代基 且取代基的数目不同时 一般先写取代基数目比较多的 然后再写取代基数目比较少的 如要写二甲基氯苯的可能结构 考虑到取代基有两种 一种是甲基 一种是氯原子 可先在苯环上固定两个甲基的位置 再在它的基础上考虑氯原子的位置 这样就比较有序 而且快捷 根据苯分子是一个平面正六边形结构可知甲苯只有一种结构