高中有机化合物主要性质竞赛第一轮

第一章认识有机化合物,用无机物硫酸铵和氰酸钾制备氰酸铵（NH4CNO）的过程中制得了尿素CO(NH2)2,生物的细胞中存在一种特殊的力量“生命力”生命力才有有机物。,贝采里乌斯,维勒,无机物与有机物的异构,有机化合物：含碳元素的化合物。除：CO、CO2、H2CO3及其盐、氢氰酸（HCN）及其盐、硫氰酸（HSCN）及其盐、氰酸（HCNO）及其盐、金属碳化物（如CaC2）等。,有机化合物,链状化合物,环状化合物,脂环化合物,芳香化合物,有机化合物分类,CH3CH2CH3，CH3CH2OH,按碳的骨架分类,链状烃,芳香烃,环状烃,脂肪烃,烃,按碳的骨架分类,烃的分类,烷烃（CnH2n+2）,烯烃（CnH2n）,炔烃（CnH2n2）,环烷烃（CnH2n）,环烯烃（CnH2n2）,环炔烃（CnH2n4）,苯（CnH2n6）苯的同系物（CnH2n6）,稠环芳香烃,由两个或两个以上的苯环以共用两个相邻碳原子的方式相互稠合,只含有一个苯环,二、按组成元素分类,烃：,烃的衍生物：,烷烃、烯烃、芳香烃等,有机物,卤代烃、醇、酚等,只含C、H,三、按官能团分类官能团：有机化合物中，决定化合物特殊性质的原子或原子团。,烷烃,甲烷,CH4,环烷烃,环丙烷,芳香烃,苯,烯烃,乙烯,碳碳双键,炔烃,乙炔,碳碳三键,有机物的官能团,CH2=CH2,CHCH,卤代烃,一氯甲烷,CH3Cl,X,卤原子,醇,乙醇,C2H5OH,OH,羟基,醛,乙醛,CH3CHO,CHO,醛基,酚,苯酚,OH,羟基,酯,乙酸乙酯,CH3COOC2H5,COOR,酯基,酸,乙酸,CH3COOH,COOH,羧基,醚,甲醚,CH3OCH3,醚键,酮,丙酮,羰基,二、有机化合物的结构特点,碳原子通过共价键结合形成的碳链或碳环构成了大多数有机化合物基本骨架。,1、有机化合物中碳原子的成键特点,碳原子最外层4个电子碳原子间形成CC，C=C或CC碳原子与氢原子间形成CH碳原子与氧原子间形成CO或C=O。,2、有机化合物的同分异构现象,1、同分异构现象分子式相同而结构不同的现象。2、同分异构体具有同分异构现象的有机化合物。,分子式相同,结构不同，出现支链结构,36.07,27.9,9.5,支链烷烃：相同C原子的烷烃，支链愈多，沸点愈低。,-19.5,-129.8,-159.4,熔点与对称性有关，对称性越高，熔点越高。,3、同分异构类型,同分异构,构造异构,立体异构,碳链（碳架）异构,位置异构,官能团异构,顺反异构,互变异构,构型异构,对映异构,构象异构,CH3CH2OHCH3OCH3,官能团位置不同,C=C-C-CC-C=C-C,碳链骨架不同,C-C-C-C,碳链异构,位置异构,官能团异构,官能团种类不同,构造异构,互变异构,2-丁烯有两个顺反异构体：,烯烃的顺反异构由于碳碳双键不能旋转而导致分子中原子或原子团在空间的排列方式不同所产生的异构现象，称为顺反异构。,产生条件：双键两端的同一个碳原子上不能连有相同基团,对映异构现象,对映异构体最显著的特点是对平面偏振光的旋光性不同，因此也常把对映异构称为旋光异构或光学异构。,当一个碳原子连接四个不同的原子或基团时，有旋光性。两种异构体：左旋和右旋，它们的混合物对偏振光的作用互相抵消，所以没有旋光性，称为外消旋体。,以乳酸为例,*,*,构象异构,产生构象的原因：单键的“自由转动”,Newman投影式,例如乙烷：,交叉式，优势,重迭式，劣势,环己烷的构象,环己烷分子中的六个碳不共平面，且六元环是无张力环，键角为109.5。环己烷有两种典型构象(船式与椅式的翻转)：,两种构象通过C-C单键的旋转，可相互转变；室温下，环己烷主要在椅型构象存在(99.9%以上)。,同系物：分子结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质。即：官能团的种类和数目相等系列差,取定量含C、H（O）的有机物,炽热CuO,H2O,CO2,无水CaCl2,KOH浓溶液,得前后质量差,得前后质量差,计算C、H含量,计算O含量,得出实验式,“李比希元素分析法”,有机物分子式和结构式的确定,碳、氢元素质量分数的测定：燃烧分析法（拉瓦锡）,相对分子质量的测定：质谱图谱图中的质荷比最大的（横坐标最大的）是未知物的相对分子质量。,甲烷,阿斯顿第一台质谱仪,红外光谱：判断官能团核磁共振氢谱：判断有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目,COC,C=O,不对称CH3,CH3COOCH2CH3，CH3CH2COOCH3,例：下图是一种分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱谱图，试推断该有机物的结构简式。,例：若已知有机物A的分子式为C2H6O，其核磁共振氢谱如下图：试从有机物的结构特点推测A可能的结构简式；根据A的核磁共振氢谱图分析，A分子中的六个氢原子处于种化学环境中，所以A的结构简式为。,A的核磁共振氢谱,CH3OCH3,CH3OCH3,1,第二章烃和卤代烃,第一节脂肪烃,一、烷烃,1、通式：CnH2n+2（n1的整数）2、物理性质：所有烷烃均难溶于水，密度均小于1。常温下烷烃的状态：C1C4气态；C5C16液态；C17以上为固态。,分子式：,CH4,电子式：,H,H,H,C,H,结构式：,+1,-4,二、甲烷的分子结构,思考上述结构式是否说明甲烷分子的真实构型是以碳原子为中心，四个氢原子为顶点的平面正方形？,以碳原子为中心，四个氢原子为顶点的正四面体。键角：10928,三、甲烷的物理性质：,色味的体，密度，溶于水。,无,气,无,比空气小,极难,向下排气法,排水法,收集,收集,制取：CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4,加热,四、甲烷的化学性质：,通常情况下，甲烷的结构比较稳定，不易与其它物质反应。,与强酸、强碱、强氧化剂如高锰酸钾、溴水等都不起反应。,用“”不用“”,1、可燃性氧化反应,点燃甲烷前必须验纯,否则会爆炸。,注意:,在隔绝空气并加热至1000的高温下，甲烷分解,CH4C+2H2,高温,2、甲烷的受热分解,可以用于制造颜料、油墨、油漆等,3、取代反应,试管内Cl2的黄绿色逐渐消失试管内壁出现油状液滴有少量白雾,注意：装置要放在光亮的地方.,现象：,一氯甲烷的形成,甲烷的结构式形成卤代物的历程,+,二氯甲烷的形成,三氯甲烷的形成,四氯甲烷的形成,CH4+Cl2,CH2Cl2+HCl,CHCl3+HCl,CCl4+HCl,CH3Cl+HCl,取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。,加氢,小环环烷烃的加成反应,二、烯烃,1、通式：CnH2n（n2的整数）2、物理性质：随着分子中碳原子数的增多，烯烃同系物的物理性质呈现规律性变化，即沸点逐渐升高，密度逐渐增大。,CH2CH2,电子式,结构式,结构简式,链烃分子中含有碳碳双键的不饱和烃叫稀烃,乙烯与乙烷结构的对比,2C和4H在同一平面上,CC,C=C,10928,1.54,348,2C和6H不在同一平面上,120,1.33,615,CH2CH2,CH3CH3,乙烯的化学性质,：加成反应,把乙烯通入盛溴水的试管里，可以观察到溴水的红棕色很快消失,有机物中的不饱和键（双键或三键）两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应,使溴水褪色，用于鉴别烷和烯,2）与氢气加成,3）与卤化氢加成,4）与水加成,练习,写出CH3CH=CH2与H2、Br2、HBr、H2O发生加成反应的化学方程式。,CH3CH=CH2+H2CH3CH2CH3,CH3CH=CH2+Br2CH3CHBrCH2Br,CH3CH=CH2+HBrCH3CH2CH2Br或CH3CHBrCH3,CH3CH=CH2+H2OCH3CH2CH2OH或,马尔科夫尼科夫规则,不对称的分子与烯烃的双键发生加成反应时，显正电性的一端加到双键上结合氢原子较多的碳原子上，显负电性的一端加到双键上结合氢原子较少的碳原子上。,CH3CH=CH2+HBr,CH3CH=CH2+HOH,CH3CHBrCH3,+,+,+,+,注意：在下列情况下会发生反马氏规则：烯烃和HBr在过氧化物存在时,（2）氧化反应：燃烧：火焰明亮，冒黑烟。催化氧化：与酸性KMnO4的作用：,酸性条件下，KMnO4氧化烯烃的简单记忆法：,烯烃的臭氧化,将含有O3的空气通入烯烃的溶液(如CCl4溶液)中：,产物中有醛又有H2O2，所以醛可能被氧化，使产物复杂化。加入Zn粉可防止醛被H2O2氧化：,加聚反应：由于加成而发生的聚合反应。,简写为：,单体,链节,聚合度,三、二烯烃,1、通式：CnH2n2（n4的整数）,2、化学性质：与烯烃相似：加成、氧化、加聚（1）加成反应CH2=CHCH=CH2+Cl2（1，3丁二烯）a.1,2加成b.1,4加成（主要方式）,CH2=CHCH=CH2与Cl2反应：,（3）加聚反应,聚1,3丁二烯,异戊二烯,聚异戊二烯,天然橡胶的主要成分，不稳定，易被氧化,加聚反应产物及单体,CH2=CH-CH=CH2,单体：,（4）狄尔斯-阿得尔反应,反应经环状过渡态，旧键的断裂和新键的生成同时进行。,周环反应：,烯烃亲电加成反应,马氏规则！,那么，原来的烯烃为：,从产物推出原来的烯烃的结构。例：,烯烃氧化反应,那么，原来的烯烃为：,-氢原子的反应,氢受双键的影响，有特殊的活泼性。,烯烃-卤代反应,四、炔烃,1、概念：分子里含有碳碳三键的一类脂肪烃。2、通式：CnH2n2（n2）3、通性：（1）物理性质：随着碳原子数的增多，沸点逐渐升高，液态时的密度逐渐增加。C4时，气态（2）化学性质：与乙炔相似。,HCCH,CHCH或HCCH,4、乙炔（1）分子结构：电子式：结构式：结构简式：分子式：C2H2模型：,2C和6H不在同一平面上,2C和4H在同一平面上,CC,C=C,10928,120,0.154,0.133,348,615,与乙烯、乙烷比较,CC,180,0.120,812,2C和2H在同一直线上,描述CH3CH=CHCCCH3分子结构的下列叙述中，正确的是（）A.6个碳原子有可能都在一条直线上B.6个碳原子不可能都在一条直线上C.6个碳原子有可能都在同一平面上D.6个碳原子不可能都在同一平面上,（2）物理性质：无色、无味、气体密度比空气略小微溶于水，易溶于有机溶剂。,（3）实验室制法：原料：碳化钙（CaC2）（电石的主要成分）水（食盐水）原理CaC2+H2OHCCH+Ca(OH)2H=127kJ/mol,练习,CaC2、ZnC2、Al4C3、Mg2C3、Li2C2、Na2O2、Mg3N2、Al2S3等都同属离子型碳化物，请写出下列反应的产物：ZnC2水解生成（）Al4C3水解生成（）Mg2C3水解生成（）Li2C2水解生成（）Na2O2水解生成（）Mg3N2水解生成（）Al2S3水解生成（）,C2H2,CH4,C3H4,C2H2,H2O2,NH3,H2S,（4）化学性质：碳碳三键与碳碳双键都是不饱和键，有相似性，故乙炔与乙烯的化学性质基本相似。氧化反应A.燃烧,比较：乙烷、乙烯、乙炔燃烧现象有何不同？为什么？,B.酸性KMnO4溶液氧化现象：溶液紫色逐渐褪去。,C.臭氧化:可生成-二酮和过氧化氢，随后过氧化氢将-二酮氧化成羧酸。,Lindlar：Pd-CaCO3/HOAc(Pd沉淀于CaCO3上，再经HOAc处理)其他用于炔烃部分加氢的催化剂还有：Cram催化剂：Pd/BaSO4-喹啉(Pd/BaSO4中加入喹啉)；P-2催化剂：Ni2B(乙醇溶液中，用硼氢化钠还原醋酸镍得到)。P-2催化剂又称为Brown催化剂。,使用特殊的催化剂，可使炔烃部分加氢，得到烯烃：,加成反应（H2、X2、HX、H2O）,CHCH+Br2CHBr=CHBrCHCH+2Br2CHBr2CHBr2,加聚反应低聚：,CH2=CHCCH（乙烯基乙炔）,（碳原子数增多，有机合成的重要方法）,炔氢的酸性,叁键碳采取sp杂化！sp杂化碳的电负性大于sp2或sp3杂化碳。因此，连在sp杂化碳上炔烃具有微弱的酸性：,需要指出的是：炔氢的酸性是相对于烷氢和烯氢而言。事实上，炔氢的酸性非常弱，甚至比乙醇还要弱：,重金属炔化物的生成：可检验炔氢。,炔化钠的生成：合成炔烃同系物,利用炔钠的生成，可使碳链增长：,第二节,芳香烃,芳香烃指的是？,分子中含有苯环的一类烃。,可简写为,苯的结构简式,凯库勒式,凯库勒关于苯的第一张结构图是：,实验事实：苯不能与溴水发生加成反应苯不能被酸性KMnO4溶液氧化二元取代物只有一种键角均为120，键长、键能均相等,6个碳原子、6个氢原子共平面,2、苯的物理性质无色，有特殊芳香气味，液体熔点5.5,沸点80.1苯易挥发，有毒（密封保存）密度小于水不溶于水，易溶于有机溶剂,三.苯的化学性质,1、氧化反应,现象：,明亮的火焰、浓烟,（含碳量高）,苯易燃烧，但很难被酸性高锰酸钾氧化，在一般情况下不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,2.亲电取代反应(1)卤化,注意：第二个卤素原子进入第一个卤素原子的邻、对位。,(2)硝化,若苯环上已有取代基：,注意：苯环活化后，第二个取代基进入第一个取代基的邻、对位；苯环钝化后，第二个取代基进入第一个取代基的间位；,苯环上取代反应的定位规则,苯环上已有一个取代基之后，新引入取代基的位置取向受原有取代基的性质的影响。原有基团分为三类：第一类：致活基，新引入基团上它的邻、对位。O、NR2、NHR、OH、OCH3、NHCOCH3、OCOR、RCH3、C2H5特点：与苯环相连的原子饱和键、孤对电子或负电荷，为供电子基。第二类：致钝基，新引入的基团上间位。N+R3、NO2、CN、COOH、SO3H、CHO、COR等特点：与苯环相连的原子不饱和键或正电荷，为吸电子基。第三类：致钝基，新引入的基团上它的邻、对位。X,a).原有基团是同类时，以强者为主。,b).原有基团不同类时，第三个取代基进入位置受邻、对位基支配。,(3)磺化,其他磺化试剂还有SO3、ClSO3H(氯磺酸)等：,注意：磺化反应可逆！,有机合成中可利用此反应“占位”：,例1：,例2：,(4)Friedel-Crafts反应,(i)烷基化反应,常用催化剂：无水AlCl3(Liews酸，非Brsted酸)或H2SO4(Brsted酸)。,异构化,(ii)酰基化反应,酸酐()也可做为酰基化试剂。,酰基化反应不异构化。,如果想得到正丙苯：,5.4.1亲电取代反应,(5)氯甲基化,氯甲基化反应在有机合成上很重要，因为-CH2Cl(氯甲基)很容易转化为：,5.4.1亲电取代反应,（3）加成反应：,Birch伯奇还原反应,苯的同系物有且只有1个苯环,可以被酸性KMnO4溶液氧化（与苯不同）,不能被氧化,使苯环的取代反应更易进行,注意：苯环和烃基取代反应的条件不同,Hckel规则休克尔(Hckel)规则：平面（sp2杂化C原子组成）环状闭合共轭体系其电子数若为4n+2(n=0，1，2，整数)，就具有芳香性。,芳香性（稳定性）：易进行取代反应，不易加成、氧化，具有特殊稳定性；,26，休克规则无效,非苯芳烃的判断,=2=6=6,=10=14=18,两环合计=10,薁,指出下列化合物那些具有芳香性,=5,=4,=12,=8,=8,=6,=6,=6,=10,=18,卤代烃的化学性质,1.亲核取代反应,常见的亲核试剂有：OH、OR、CN、NH3等。,卤代烃的化学性质,1.亲核取代反应,得醚Williamson合成法,常见的亲核试剂有：OH、OR、CN、NH3等。,得羧酸,得胺,2、消去反应,醇,条件,NaOH的醇溶液要加热,定义,有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个小分子（HBr，H2O等），而生成不饱和化合物（“=”或者“”）的反应。,消除方向：脱去含氢较少的碳上的氢原子。（查依采夫规则）,例：,注意：,(1)与镁反应,绝对乙醚无水、无乙醇的乙醚。,用四氢呋喃（THF，b.p66）代替乙醚(b.p34)，可使许多不活泼的乙烯型卤代烃制成格氏试剂：,3.与金属反应,7.5卤代烃的化学性质,(2)与锂反应,烷基锂与卤化亚铜反应生成二烷基铜锂：,Corey-House反应：,与钠反应Wurtz-Fittig反应,此反应可以用来制备直链烷烃取代的芳烃。,醇和酚,醇和酚的分子中都含有羟基。,醇和酚的物理性质,沸点：与相对分子质量相近的其他有机物相比，醇和酚的沸点较高。,原因：ROH或