高中化学 知识导航 第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物 第2节 有机化合物结构的测定（第2课时）有机化合物结构式的确定学案 （答案不全）鲁科版选修5（通用）

第2课时 有机化合物结构式的确定课标解读1.了解不饱和度的概念，理解不饱和度在有机物结构确定中的作用。2.掌握常见官能团的确定方法。3.能通过计算和实验分析确定有机物的结构式或结构简式。课前思考1.想一想，如果一种有机物能使溴水和KMnO4酸性溶液褪色，这种有机物中含有的官能团可能是什么？如果一种有机物不能使溴水褪色，但能使KMnO4酸性溶液褪色，这种有机物含有的官能团可能是什么？答案：前者含有的官能团是炔键、烯键或醛等，后者含有的官能团是苯环，该有机物的苯环含有可被氧化的侧链。2.想一想，如果某个有机分子中含有1个烯键、炔键、酯基、羧基或苯环，该有机分子比饱和有机分子少结合的H原子数分别是多少？答案：含有的官能团(1个)C=CCCCOOH少结合的H原子数24228自主研学一、确定有机化合物结构式的流程测定有机化合物的结构，关键步骤是判定分子的_及典型的_性质，进而确定分子中所含的_及其所处的位置。二、有机化合物分子不饱和度的计算1.不饱和度（)的概念不饱和度也叫缺氢指数，与饱和有机物相比，分子中每减少_个H原子，即称该分子具有1个不饱和度，即=1。2.几种常见官能团的不饱和度化学键不饱和度化学键不饱和度一个碳碳双键一个碳碳三键一个羰基一个苯环一个脂环一个氰基3.有机化合物分子不饱和度的计算_其中N（C）为碳原子数；N(H)为氢原子数。在计算不饱和度时，若有机化合物分子中含有卤素原子，可将其视为氢原子；若含有氧、硫原子，可不予考虑；若含有氮、磷原子，就在氢原子总数中减去氮或磷原子数。=_。其中X代表卤素原子。三、确定有机化合物的官能团1.实验确定法官能团种类试剂判断依据碳碳双键或碳碳三键溴的四氯化碳溶液KMnO4酸性溶液卤素原子AgNO3和浓硝酸的混合液醇羟基钠酚羟基FeCl3溶液溴水醛基银氨溶液新制氢氧化铜悬浊液羧基NaHCO3溶液硝基（NO2）（NH4）2Fe(SO4)2溶液、硫酸以及KOH的甲醇溶液1分钟内溶液由_色变_色氰基（CN）稀碱水溶液，加热2.仪器确定法 实际上，用化学方法来确定有机化合物结构的工作有时是相当复杂的，由于科学技术的发展，近代有机化合物结构的测定工作已大为改观。现代物理测试方法和仪器的出现，使人们能通过紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）及核磁共振谱（NMR）等快速准确地确定有机化合物分子的结构。四、医用胶单体结构的确定（参照教材）1.确定分子式（1）测定实验式n(C)=_n(H)=2n(H2O)=_n(N)=2n(N2)=_n(O)=_n(C)n(H)n(N)n(O)=_该有机物分子的实验式为_（2）确定分子式 设该有机物的分子式为_,则x=_。所以该有机物的分子式为C8H11NO2或C8H11O2N。2.推导结构式（1）计算不饱和度，推测官能团=_=4该分子中含有_或若干_。（2）用化学方法测定样品中的官能团由知该有机物分子的苯环上含有_，或该有机物分子中含有_。由知该有机物分子中不含有_。由知该有机物分子中含有_。通过红外光谱分析可知该样品中含有等官能团。3.推测样品分子的碳骨架和官能团的位置的连接方式是_、_，或_、_即_。（4）确定有机物的结构简式该有机物的结构简式为_。三点剖析一、有关不饱和度的计算方法1.计算烃的不饱和度的公式(CxHy)=2.计算烃的含氧衍生物不饱和度的公式(CxHyOz)=3.计算烃的复杂衍生物不饱和度的公式=N4+1-式中，N1、N3、N4分别代表分子中的一、三、四价基团数。常见一价基团有H、X，三价基团有N、P，四价基团有等。4.由结构式或结构简式求不饱和度(二维图形）=N（双键）+2N（三键）+N（环）(三维图形）=N（双键）+2N（三键）+N（环）-1二、不饱和度的应用1.利用不饱和度记通式（1）烃的通式为CnH2n+2-2(nN*,N)(2)烃的含氧衍生物的通式为CnH2n+2-2Om(n、mN*,N)2.利用不饱和度求H原子数由CnH2n+2-2或CnH2n+2-2Om(n、mN*,N)可知N（H）=2N（C）+2-2即知道有机物的不饱和度和分子内的C原子数，可求该有机物分子的H原子数。3.利用不饱和度求结构单元数分子内各基团的不饱和度代数和等于该分子的不饱和度。如：(C6H5C2H3）=(C6H5）+（C2H3）4.利用不饱和度确定有机分子的官能团（1）=1，结构中可能含有1个脂环，或1个CC双键，或1个羰基。（2）=2，结构中可能含有1个CC三键，或2个C=C双键，或1个氰基，或含有1个C=C双键+1个羰基，或含有2个羰基等。（3）=4,结构中可能含有1个苯环，1个炔键+1个氰基等。典题精讲知识点1 不饱和度的计算例1 分子中每减少2个碳氢键，必然会同时增加1个碳碳键。它可能是重键（双键或三键），也可能是连结成环状烃，都称为增加了1个不饱和度（用希腊字母表示）。例如若干烃类分子和烃基的不饱和度如下：CH3CH2CH3:=0;(CH3)2CH：=0;CH2=CHCH2:=1;:=1;C8H15：=1;:=2;:=2;CH3CCCH2CH=CH2:=3;CH3(CH=CH)3CH3:=3;:=4。（1）请写出下列各烃分子的。C.立方烷：(正立方体的每个顶点上有一个碳原子，每个碳原子上有一个氢原子) =_。(2)请写出下列烃基的。D.(2价基团) =_;E.(3价基团) =_；F. （2价基团） =_。思路解析：（1）(A)=双键数+环数=3+1=4（B）=双键数+小环数=5+2=7（C）=小环数（即立方体面数）-1=6-1=5（2）（D）=双键数+环数=3+1=4（E）=双键数+环数=3+1=4（F）=三键数2=12=2答案：(1)4 7 5 （2）4 4 2绿色通道：烃基是烃去H后剩余部分，与对应烃具有相同的不饱和度，如C6H6与C6H5、C6H4、等，前者不饱和度都是4，后者的不饱和度都是2。例2 求出下列三个图形的不饱和度：思路解析：本题有两种解法。方法1（公式法）：（甲）=2；（乙）=6-1=5；（丙）=6-1=5。方法2（变形投影法）：将甲、乙、丙立体图形变形投影成平面图形得：可见其不饱和度分别是：（甲）=（甲)=2 (乙）=（乙)=5 (丙）=（丙)=5。答案：2、5、5绿色通道：不饱和度的求算是新增加的内容，相信在今后的高考命题中应有所体现。掌握了不饱和度的概念和求法，利用它解题，特别是解某些高考题将会十分方便。知识点2 利用不饱和度确定分子式例3 已知苯并（a)芘是强致癌物质，存在于烟筒灰、煤焦油、燃烧烟草的烟雾和内燃机的尾气中。它的分子是由5个苯环并合而成的，可表示为（）式或（）式，二者是等同的。试回答下列问题：（1）写出苯并（a）芘的分子式_。（2）下列物质属于苯并（a）芘的是_（填编号，下同）；下列物质与苯并（a）芘互为同分异构体的是_。思路解析：（1）苯并（a)芘中，即（)式或（)式中：N(C)=20;=14N(C)=202+2-214=14苯并（a)芘的分子式为C20H14。（2）将A、D适当旋转，可与（)式或（)式重合，它们属于苯并（a)芘；C、D与（)式或（)式空间构型不同，它们不属于苯并（a)芘。同分异构体应该具有相同的分子式（或相同的C原子数、相同的不饱和度），且具有不同的结构（A、D被排除）。NB（C）=20，B=14；B与苯并（a）芘同分异构。NC（C）=19，C=14；C不符合题意。答案：（1）C20H14 （2）AD B绿色通道：判定同分异构体有两种方法：分子式相同，结构不同；分子内N（C）、相同，结构不同。有时方法更简捷。知识点3 利用不饱和度确定结构单元数例4 某烃B分子式是C1398H1278。它是由4种基团组成的，这4种基团分别是：已知该分子结构式中没有芳环连接芳环，脂基连接脂基的情况，试求B分子中含有这4种基团各几个。思路解析：设B分子中，4种基团数按所列次序分别为x、y、z、w。则：芳环连脂基，好比男生与女生手拉手做丢手帕游戏，只要不存在男生与男生、女生与女生手拉手情形，则男生手数与女生手数相等。解之可得答案。答案：94，33，126，96知识点4 利用不饱和度确定有机物结构例5 提示：通常，溴代烃既可以水解生成醇，也可以消去溴化氢生成不饱和烃。如：请观察下列化合物AH的转换反应的关系图（图中副产物均未写出），并填写空白：（1）写出图中化合物C、G、H的结构简式：C_、G_、H_。（2）属于取代反应的有（填数字代号，错答要倒扣分）_。思路解析：正推可知各物质种类：由框图可以看出，A为溴代烃，B为醇，D为酯，C为烯，E为二溴代烃，F为二元醇，H为二元酯，G为二烯烃或炔烃。C8H10为G氢化后的产物，不饱和度还很大，=4,应该有1个苯环，可为。由C8H10逆推可得物质结构：ACEGC8H10的变化可得。ABDC的一种变化为：EFH的变化为：答案：（1）C6H5CH=CH2 C6H5CCH （2）绿色通道：正推时，可先在A、B、C等字母上写出其所属种类的名称，这样逆推（或再正推）时写分子式就方便得多。 羧酸反应生成酯，无芳环的反应可用浓H2SO4作催化剂，也可用乙酸酐作催化剂，有芳环的反应可用乙酸酐作催化剂。 本题还给出了400 时酯的消去反应，是不曾学过的内容。知识点5 利用分子式确定有机物的结构例6 某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，其相对分子质量为88.0，含C的质量分数为0.682，含H的质量分数为0.136，其余为O。（1）试确定该化合物的分子式。（2）经红外光谱和核磁共振氢谱显示该分子中有4个甲基。请写出其结构简式。