有机化学基础.ppt

第四章有机化学基础,北京二十中学张景富,zhangjingfu2306,初步设想,第一步：建立以官能团为主线，掌握有机物结构与性质的关系，并牢记有机化学方程式。第二步：完成多官能团结构与性质关系的整合，并综合同分异构体、原子共平面的问题，深化有机化学问题的解决能力。第三步：以有机合成与推断为中心，完成结构简式、同分异构体和有机化学方程式的书写，提升解决有机化学的综合能力。,第一节有机化学中的基本概念第二节有机反应的主要类型第三节重要有机物的分类、结构、性质及转化关系第四节有机合成第五节有机化学的计算,第四章有机化学基础,第一节有机化学中的基本概念,基本概念,基与官能团,同系物,同分异构体,原子共面,一、基、官能团,常见官能团（名称）：卤原子(X)、羟基(OH)、醛基(CHO)、羧基(COOH)、硝基(NO2)、酯基(COO)、氨基(NH2)碳碳双键（C=C）、碳碳三键（CC）,二、同系物,判断依据结构相似：官能团的种类、数目及连接方式相同（即组成元素、通式相同）若干系差（CH2）：分子式必不相同，同系物间的相对分子质量相差14n性质规律化学性质相似同系物随碳原子数增加，相对分子质量增大，分子间作用力增大，物质的熔沸点逐渐升高（分子晶体的熔沸点规律）,三、同分异构体,结构异构,碳骨架异构,官能团异构,位置异构,类型异构,书写顺序:碳链异构位置异构官能团异构即判类别、定碳链、移官位、氢饱和方法：主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边排列由邻到间,判断等效转换法若CxHy中的n卤代物与m卤代物的同分异构体的数目相等，则m+ny等效氢原子法（等效氢原种类一卤代物种类）同一碳原子上的氢原子是等效的同一碳原子所连甲基上的氢原子是等效的处于中心对称位置上的氢原子是等效的,四、原子共面,基本结构模型,复杂分子实际上是由这几个基本结构单元按一定的组合方式构成的，在基本结构单元之间结合的时候，注意单键是可以旋转的，而双键和三键不能旋转，另外注意问题的条件是“所有碳原子”还是“所有原子”、是“一定”还是“可能”共平面。,说明,第一节例题与习题选用,例题选用：例题2；例题3；例题6训练反馈习题：第1题、第4题、第5题、第7题、第8题、第10题、第13题、第16题说明：训练主要围绕着同分异构体和原子共平面两个重要的热点。,第二节有机反应的主要类型,主要类型,取代反应,加成反应,消去反应,氧化反应,还原反应,聚合反应,取代反应,原理：“有进有出”包括：卤代、硝化、酯化、水解、分子间脱水,加成反应,原理：“有进无出”包括：烯烃及含C=C的有机物、炔烃及含CC的有机物与H2、X2、HX、H2O加成、苯环、醛基、不饱和油脂与H2加成,说明：1.和H2加成的条件一般是催化剂（Ni）+加热2.和水加成时，一般在一定的温度、压强和催化剂条件下3.不对称烯烃或炔烃和H2O、HX加成时可能产生两种产物4.醛基的C=O只能和H2加成，不能和X2加成，而羧基和酯的C=O不能发生加成反应5.若一种物质中同时存在C=C、醛基等多个官能团时，和氢气的加成反应可同时进行，也可以有选择地进行，看信息而定,消去反应,原理：“无进有出”包括：醇消去H2O生成烯烃、卤代烃消去HX生成烯烃,说明：1.消去反应的实质：OH或X与所在碳相邻的碳原子上的H结合生成H2O或HX而消去2.不能发生消去反应的情况：OH或X所在的碳无相邻碳原子，或相邻碳原子上无氢（注意区分不能消去和不能氧化的醇）3.有不对称消去的情况，由信息定产物4.消去反应的条件：醇类是浓硫酸加热；卤代烃是NaOH醇溶液加热,发生加聚反应的有烯烃以及它们的衍生物如：丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等,（1）加聚反应,含有碳碳双链的不饱和有机物，以加成的方式相互结合，生成高分子化合物的反应,对于加聚反应，缩聚反应要熟练掌握单体聚合体，以及高聚物中的链节。,有机物单体间通过失去水分子等小分子形成高分子化合物的反应,（2）缩聚反应,如乳酸（C3H6O3）发生聚合反应生成聚乳酸酯,聚合反应,氧化反应,原理：有机物得氧或去氢包括：燃烧反应、被空气（氧气）氧化、被酸性KMnO4溶液氧化，醛基的银镜反应和被新制Cu(OH)2悬浊液氧化烯烃被臭氧氧化（O3，Zn/HCl，双键断裂，原双键碳变为C=O）,说明：有机物一般都可以发生氧化反应，此过程发生了碳碳键或碳氧键的断裂醇氧化的规律：伯醇氧化成醛，如CH3CH2OH仲醇氧化成酮，如(CH3)2CHOH叔醇不能被氧化，如(CH3)3COH多官能团物质被氧化的顺序看信息,还原反应,原理：有机物得氢或去氧包括：烯、炔、苯环、醛、油脂等和氢气加成，硝基被还原为氨基（如硝基苯被Fe+HCl还原为苯胺）说明：“氧化”和“还原”反应是针对有机物而言的，有机物被氧化则定义为氧化反应，有机物被还原则定义为还原反应,第二节例题与习题选用,例题选用：例题3；例题4；例题6训练反馈习题：第3题、第5题、第5题、第8题、第14题、第15题、第16题说明：训练主要围绕着常见的基本反应类型。,第三节重要有机物的分类、结构、性质及转化关系,重要有机物的分类,烃和烃的衍生物结构及性质,烃和烃的衍生物相互转化关系,一、有机物的分类,有机物,烃,烃的衍生物,链烃（烷、烯、炔）,高分子化合物（天然高分子、合成高分子）,芳烃（苯及苯的同系物）,卤代烃,醇、酚,醛、酮、糖,羧酸、酯、氨基酸,二、有机物结构与性质,三各类物质与反应的联系,1烷烃：2烯烃、炔烃：3芳香烃：4卤代烃：5醇：6酚：7醛：8酸：,取代、氧化（燃烧）、裂解,加成、氧化、还原、聚合,取代、加成、氧化,水解（取代）、消去,置换、消去、取代（酯化）、氧化,酸性、取代、加成、显色、使蛋白质变性,加成（加氢）、氧化（银镜反应、与氢氧化铜反应）,酸性、酯化反应,9酯（包括油脂）：10单糖：11二糖：12淀粉：13纤维素：14蛋白质：15合成材料,水解（皂化反应、取代反应）,酯化反应、银镜反应、氢氧化铜反应,水解、部分能发生银镜反应,水解、遇碘显蓝色,水解、与硝酸发生取代反应,水解、盐析、变性、显色、灼烧有烧焦羽毛气味,分别有热塑性、热固性、溶解性、绝缘性、特性等,1取代：2加成(加聚)：3消去：4氧化：5还原：6酯化：7水解(取代)：,烷烃、芳香烃、醇、酚、酯、羧酸、卤代烃,烯烃、炔烃、苯、醛、酮、油脂、单糖,醇、卤代烃,O2(加催化剂):,KMnO4,烯烃、醇、醛,烯、炔、油脂、苯同系物、醛、葡萄糖,银氨溶液或新制氢氧化铜,醛、甲酸、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖,醛、能与H2加成反应的烯、炔等,醇、羧酸、葡萄糖、纤维素,卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖、蛋白质,四各类反应与物质间的联系,五、烃和烃的衍生物间的转化：,烷烃,烯烃,炔烃,卤代烃,醛,羧酸,酯,醇,+H2O,+H2O,-H2O,+H2,+H2,+X2(HX),+X2(HX),-HX,+X2,+HX,+H2O,氧化,还原,氧化,酯化,水解,水解,酯化,第三节例题与习题选用,例题选用：例题2；例题3；例题4；例题5；例题8；训练反馈习题：第2题、第4题、第5题、第9题、第10题、第11题、第12题、第18题说明：训练主要围绕着结构与性质关系及相互间的转化。,第四节有机合成,有机合成的必备知识,有机合成题的解题方法,有机合成的解题思路,有机合成遵循的原则,一.有机合成的必备知识,1、各类有机物的相互转化：,2、官能团的引入,羟基的引入,烯烃与水加成醛或酮与H2加成卤代烃碱性水解酯的水解,卤原子的引入,双键的引入,烃与X2取代不饱和烃与HX或X2加成醇与HX取代,某些醇或卤代烃的消去引入C=C醇的氧化引入C=O,加成消不饱和键消去、氧化、酯化除羟基加成、氧化除醛基,3、官能团的消除,4、官能团的衍变,二.有机合成题的解题方法,1.直推法：从反应物正推至生成物，例如：CH2=CH2HOCH2CH2OH,2.反推法先确定合成物的类别及题中给定的条件，然后从产物起一步一步反推至原料,反推法的思维途径：（1）首先确定所要合成的有机物属于何种类别，以及题中所给定的条件与所要合成的有机物之间的关系。（2）以题中要求最终产物为起点，考虑这一有机物由甲经过一步反应而制得，如果甲不是所给的已知原料，再进一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步反应而制得，一直推导到题目中给定的原料为终点。,1、将原料与产物的结构进行对比，一比碳干的变化，二比官能团的差异。,三、有机合成的解题思路,2、在合成某一种产物时，可能会产生多种不同的方法和途径，应当在兼顾原料省、产率高的前提下，选择最合理、最简单的方法和途径。,四、有机合成遵循的原则,1所选择的每个反应的副产物尽可能少，所要得到的主产物的产率尽可能高且易于分离，避免采用副产物多的反应。2发生反应的条件要适宜，反应的安全系数要高，反应步骤尽可能少而简单。3要按一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实，必要时应采取一定的措施保护已引入的官能团。4所选用的合成原料要易得，经济。,例1：已知,试写出下图中AF各物质的结构简式,解：,例2、已知:,在下图的括号中填入适当的反应试剂，在方框中填入适当物质的结构简式,例3：,解：,例4、已知：,以丙烯、异戊二烯为原料合成,解：,1、已知丙二酸（HOOCCH2COOH）用P2O5脱水得到的主要产物分子式是C3O2；后者跟水加成，仍得丙二酸。C3O2是一种非常“活泼”的化合物，除能跟水加成生成丙二酸外，还能跟NH3、HCl、ROH（R为链烃基）等发生加成反应：（1）写出C3O2的结构简式。（2）写出C3O2分别跟HCl、CH3CH2OH发生加成反应的化学方程式；。,练习：,3、由2-甲基丙烯、甲醇等合成聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）,解：,4、感光高分子实施制作大规模集成电路不可缺少的材料，感光高分子在曝光是会发生二聚反应，生成不溶性的交联高分子硬化模。将未感光部分用溶剂或其他药品洗去，便可以制造集成电路等。常用的感光高分子有聚乙烯醇肉桂酸酯，它感光后的二聚交联高分子结构简式为（见下图）：,（1）在感光前这种感光高分子（单分子）的结构简式为。（2）单分子的这种感光高分子材料可用肉桂酸（C6H5CH=CHCOOH）与一种烃反应而得其单体。试推断这种烃与肉桂酸生成肉桂酸乙烯酯单体的化学方程式。,第四节例题与习题选用,例题选用：例题3；例题6；例题7训练反馈习题：第10题、第11题、第12题说明：训练主要围绕着直推法和逆推法解决有机合成习题的思路进行。,一种解法：主要是结构推导,（1）计算不饱和度，考虑相应的可能结构（2）确定起推点及起推物的结构简式（3）做到前后照应，左右关联，统筹全局的审题要求。（4）操作方法：A1B1法加减法对照法,第五节有机化学的计算,有机物分子式和结构式的确定,有机物组分讨论型计算,有机物条件和范围讨论型计算,有机物通式归纳法计算,有机物计算中曲线关系,（一）、一般思路,C、H等元素的质量C、H等元素的质量比C、H等元素的质量分数燃烧产物的质量,分子式,实验式,相对分子质量=,有机物燃烧方程式计算、讨论,通过计算讨论,结构式,实验,有机物分子式和结构式的确定,1、直接法：密度（相对密度）摩尔质量1mol分子中各元素原子的物质的量分子式,（二）、基本方法,2、最简式法：最简式CaHbOc.,3、余数法：用烃的相对分子质量除以14，视商数和余数确定分子式：,=x+m,m=2为烷烃m=0为烯烃m=12为炔烃m=8为苯或苯的同系物,用烃的相对分子质量除以12，视商数和余数确定分子式：,若,则分子式为CxHy,对于烃的衍生物，先用相对分子质量减去氧原子总相对分子质量，剩余的相对分子质量仍按上述方法进行,4、增减法：,同理，增加一个氧原子必减少一个CH4,5、平均分子式法：当烃为混合物时，先求出平均分子式，再利用平均值，确定各种可能混合烃的分子式,6、不定式法、最值讨论法,（三）、有关燃烧的规律,烃的含氧衍生物完全燃烧的化学方程式为,CxHyOz(g)燃烧规律如下：,y4-2z时，燃烧后气体体积增大(100OC以上，下同),y4时，完全燃烧的反应后物质的量增大,y=4时，完全燃烧的反应前后物质的量不变,y,例：有机物，分子式不同，它们只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种，如果将、不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量不变。那么，、组成必须满足条件是。若是甲烷，则符合上述条件的化合物中，相对分子质量最小的是_；并写出相对分子质量最小的含有甲基的的两种同分异构体的结构简式。,H个数相等，相差一个或若干个CO2,CmHn(CO2)n,C2H4O2,延伸：CmHn(H2O)x，所需O2和生成的CO2物质的量不变,CH3COOH、HCOOCH3,有机物通式归纳法计算,例：化合物CO、HCOOH和OHC-COOH(乙醛酸)分别燃烧时，消耗O2和生成CO2的体积比都是1:2，后两者的分子可以看成是CO(H2O)和(CO)2(H2O)，也就是说，只要分子式符合COn(H2O)m(n和m均为正整数)的各有机物，它们燃烧时消耗O2和生成CO2的体积比总是1:2。现有一些只含C