【Sの总结】有机化学.doc

【S总结】有机化学（从典型物质看官能团性质）看到吧里有很多人问到关于有机化学怎么学的问题，其实个人觉得学习方法是要自己把握的，只有你自己能找到最合适的学习方法。当然除了方法，基础也是很重要的一部分，所以今天就把这几天总结的一些有机官能团的性质分享下。【几点说明】1、此贴总结的主要是常见官能团的常见物性和反应类型，有关机理不做深入讨论；2、LZ不学化学好久，总结中难免出现错误，谨请指正；3、补充各种官能团的性质请回复对应的楼中楼，为了帖子版面，未完之前请勿插楼；4、本帖原创，转载请注明！目录:1、 碳碳双键（乙烯）2、 碳碳叁键（乙炔）3、 卤素原子（卤代烃）4、 羟基（甲醇、乙醇）5、 羟基（苯酚）6、 醚键（乙醚）7、 羰基&醛基（丙酮、乙醛）8、 羧基（乙酸）9、 酯基（乙酸乙酯）1、 碳碳双键（乙烯）碳碳双键为sp2杂化。由碳的一个2s亚层和两个2P亚层杂化为三个sp2杂化轨道。这三个sp2杂化轨道分布在同一平面上。 主要能发生的反应类型为氧化、加成和加聚。以乙烯为例，乙烯可以被 高锰酸钾氧化成二氧化碳； 和氧气发生催化氧化生成乙醛； 与过氧酸反应，先生成环氧化物，再水解成反式邻二醇； 与臭氧发生臭氧化反应，生成粘稠状的臭氧化合物； 和氢气加成生成乙烷，其中催化剂主要有Pt、Ni； 和水加成生成乙醇（工业制乙醇的主要反应之一）； 与酸发生加成，常见的酸有卤化氢、硫酸；与卤素（主要为Cl2和Br2）加成，生成邻二卤代物； 自身加聚可生成聚乙烯（一种用途广泛的塑料）。其他含有碳碳双键的物质与之有类似的性质。2、 碳碳叁键（乙炔）碳碳叁键键长为0.120nm，键能为835kJmol-1。碳碳叁键中激发态的碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道重组，形成两个能量均等的sp杂化轨道。两个sp轨道向左右两边延伸，对称轴在一条直线上，互成180。两个碳原子各以1个sp轨道相互重叠，形成一个键，另外，每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道，互相侧面重叠形成两个键。主要反应类型为加成，氧化和加聚。以乙炔为例，乙炔可以 与卤素和卤化氢发生亲电加成（产物以反式为主），乙炔和氯化氢催化加成生成的氯乙烯是合成重要塑料PVC的单体； 在酸性溶液中与水加成先生成乙烯醇（不稳定），最终互变异构为乙醛，其他炔烃水化产物则为酮； 被高锰酸钾氧化生成CO2; 被臭氧氧化，生成CO2； 乙炔中的氢原子可以被金属原子取代生成炔化物，如乙炔与银氨溶液反应生成乙炔银（白色沉淀）； 与氢气的加成，根据氢气量的多少产物不同； 自身可发生加成反应，二分子加成产物为乙烯基乙炔，三聚产物为苯，多聚产物聚乙炔是良好的半导体材料。【注意】碳碳双键的加成、氧化都易于碳碳叁键，故当两者同时存在时先作用于前者。3、 卤素原子（卤代烃）【物理性质】：卤代烃多为液体，少数为气体，难溶于水，是良好的有机溶剂。一卤代烷的密度小于1，多卤代烷的密度大于1；一卤代烷的碳数越多，密度越小；碳数相同时按氯代烃、溴代烃、碘代烃的次序密度升高，熔沸点升高。碳数相同，卤素种类相同时按一卤代烃、二卤代烃、三卤代烃的次序，密度升高，熔沸点升高。【化学性质】：中学涉及的主要反应类型有 水解反应，如氯乙烷水解生成乙醇，条件为氢氧化钠水溶液加热； 消去（除）反应，如氯乙烷消去生成乙烯，条件为卤代烃的碳上有氢，氢氧化钠醇溶液加热； 与金属反应，如R-X+Mg = RMgX，产物为格氏试剂（有机合成中重要的试剂之一），条件为无水乙醚； 与硝酸银反应，R-X+AgNO3 = RNO3+AgX(沉淀)，此反应可以鉴别有机物中是否含有卤素。四、羟基（甲醇、乙醇）现以最简单的甲醇为例，简要介绍醇的结构。在甲醇分子中，碳原子和氧原子均处于sp3杂化状态，氧原子中两对未共用电子对各占用一个sp3杂化轨道，剩下两个sp3杂化轨道分别于碳原子和氢原子结合，形成碳氧单键和氢氧单键。由于醇分子中氧原子电负性大于碳原子，使得氧原子上的电子云密度较高，故醇分子具有较强的极性。【物理性质】：直链饱和一元醇中，含C4个以下的为有酒味的流动液体，含C511个的为具有难闻气味的油状液体，含C12及个以上的为无臭无味的蜡状固体。【化学性质】：醇的化学性质主要由官能团羟基决定。醇具有弱酸性，能与活泼金属反应放出氢气，如乙醇和金属钠的反应,产物为乙醇钠，极易水解，其碱性强于氢氧化钠。与其他活泼金属也可在较高温度下发生反应； 与氢卤酸反应生成卤代烷，是制备卤代烃的重要方法，R-OH+HX = R-X+H2O（注：烷烃直接和卤素的取代并不适合制备卤代烃，因为其产物为混合物且反应可逆）; 与卤化磷反应，3R-OH+PX3 = 3R-X+P(OH)3 ,此方法一般可用来制备溴代烃或碘代烃； 脱水反应，主要有分子内脱水和分子间脱水两种方式，前者生成烯，后者产物为醚。如乙醇在95%硫酸，170加热条件下主要产物为乙烯，在140加热条件下则生成乙醚； 伯醇能被强氧化剂氧化为醛，其余氧化为酮； 与硫酸硝酸等反应，产物为无机酸酯。5、 羟基（苯酚）酚与醇的官能团相同，都是羟基，区别在于酚的羟基直接与芳环相连。【物理性质】：酚一般为固体，少部分为液体。由于分子间氢键的作用，酚的沸点较高。以苯酚为例，其熔点为41，沸点为182，微溶于水。纯净的苯酚是无色的，但往往由于氧化而略带红色。苯酚有毒，毒性较大。【化学性质】： 由于羟基氧原子上的未共用电子对与苯环上的电子形成共轭，降低氧原子的电子云密度，有利于质子的脱去，故酚的酸性比醇强，能与强碱反应生成盐。如苯酚与氢氧化钠反应可生成苯酚钠和水； 与Fe3+发生显色反应（鉴定酚的特征反应），不同的酚显色不同，如苯酚与氯化铁溶液反应显紫色；（注：与Fe3+发生显色反应的不限于酚，事实上具有烯醇式结构的化合物也具有这个反应。如无特殊说明，中学对此不作要求） 芳环上发生亲电卤代，如苯酚和过量溴水常温反应可生成2,4,6-三溴苯酚（反应灵敏，常用作苯酚的鉴定和定量分析），如果反应在较低温度，非极性溶剂中进行，则产物为一溴代物； 苯酚易发生硝化反应，室温下，苯酚与稀硝酸反应可生成邻硝基苯酚和对硝基苯酚混合物； 苯酚和亚硝酸作用可生成对亚硝基苯酚，产物极易被氧化为对硝基苯酚； 苯酚易被氧化，用重铬酸钾与苯酚作用，可得黄色的对苯醌； 苯酚可以通过催化加氢生成环己醇，工业生产环己醇的方法之一。6、 醚键（乙醚）中学阶段要求很少，主要掌握常见的物性即可【物理性质】：常温下，除甲醚和甲乙醚为气体，其他均为易燃液体。醚的沸点相对于醇要低很多。醚可与水形成氢键，故在水中有较好的溶解性。很多有机物都溶于醚且醚在大部分情况下不发生反应，例如乙醚常作为良好的有机反应溶剂。【化学性质】： 醚能溶解于强酸中形成鍚盐； 许多烷基醚在空气中可以缓慢地被氧化为有机过氧化物。7、 羰基&醛基（丙酮、乙醛）在醛、酮分子中，羰基碳原子为sp2杂化，碳原子的3个sp2杂化轨道与相邻的原子形成三个键，其中一个键是碳原子与氧原子形成，另外碳原子垂直于sp2杂化平面的2p轨道与氧原子的一个2p轨道侧面重叠形成键。羰基氧原子电负性大于碳原子，故羰基是极化的。【物理性质】：由于羰基的极化程度大，故醛、酮的沸点比相应的醚要高，但由于分子间不能形成氢键，故比相应的醇沸点低。羰基氧原子能与水形成氢键，故低级醛、酮溶于水。碳原子数较少的醛有强烈的刺激性气味，中级醛具有果香味，故含C910个的醛可用于香料。低级酮是液体，高级酮是固体。【化学性质】： 与HCN的加成，丙酮和乙醛都可以发生此反应，反应在碱性条件下进行速率更快，结束后酸化即可得产物-羟基腈； 格氏试剂中R带有部分负电荷，可以和羰基发生加成反应，得到相应的伯、仲、叔醇； 水、醇中氧原子带有孤对电子，一定条件下可以与酮与醛中的羰基加成； 乙醛可以发生催化加氢生成乙醇，反应条件为催化剂Ni，加热加压；（注：酮的加氢还原高中阶段如无特殊说明不考虑） 与酮相比，醛的氧化要容易得多，乙醛可以被银氨溶液或是斐林试剂氧化为羧酸，特别注意不同反应环境下方程式的书写！ 醛也能被空气氧化成羧酸，此方法也可用来工业生产某些羧酸； 醛可以被强氧化剂（如铬酸，酸性高锰酸钾等）氧化为羧酸； 卤仿反应，如果醛或者酮分子中有多个-H，则这些H可以被卤素取代，生成多卤代物； 醇醛缩合，具有-H的醛或酮，在碱催化下生成碳负离子，然后碳负离子作为亲核试剂对醛、酮进行亲核加成，生成羟基醛，羟基醛受热脱水成不饱和醛。在稀碱或稀酸的作用下，两分子的醛或酮可以互相作用，其中一个醛（或酮）分子中的-氢加到另一个醛（或酮）分子的羰基氧原子上，其余部分加到羰基碳原子上，生成一分子-羟基醛或一分子-羟基酮。可通过醇醛缩合增长碳链。 8、 羧基（乙酸）在羧酸分子中，羧基碳原子以sp2杂化轨道分别与烃基和两个氧原子形成3个在同一平面的键，剩余的一个p电子与氧原子形成键，构成羰基中的键，且羧基中的羟基氧原子上有一对未共用电子对，故可与键形成p-共轭体系。因此在羧基中羰基和羟基相互影响，导致即不存在典型的羰基也不存在典型的羟基。【物理性质】饱和一元羧酸中，甲酸、乙酸、丙酸具有强烈酸味和刺激性。含有49个C原子的具有腐败恶臭，是油状液体。含10个C以上的为石蜡状固体，挥发性很低，没有气味。饱和一元羧酸的沸点比相对分子质量接近的醇要高。由于氢键的存在，低级的羧酸在蒸汽中以二聚体的形式存在。比如乙酸分子间氢键键能为25kJmol-1。羧基是亲水基，可以与水形成氢键，故低级羧酸都能溶于水。【化学性质】羧基具有酸性，如乙酸可以和氢氧化钠反应