10专题十　有机物的结构　烃和烃的衍生物　53精讲

专题十有机物的结构烃和烃的衍生物考点透析目录考点1有机物的结构特点考点2烃和卤代烃考点3烃的含氧衍生物题型透析题型1有机物分子中原子共线、共面的判断题型2同分异构体的判断与书写考点1有机物的结构特点一、有机物的命名1.烷烃的系统命名规则(1)选主链(最长),称某烷。(2)编号位(近、小),定支链。(3)取代基,写在前,标位置,短线连。(4)不同基,简到繁,相同基,合并算。考点透析2.含苯环的有机物的命名(1)有时以苯环作为母体,称为“某苯”,如甲苯、乙苯、溴苯、硝基苯等;有时又以苯

基作为取代基,如苯乙烯、苯胺、苯甲醇、苯乙醛、苯甲酸等。(2)苯环上有2个取代基时,习惯命名可用邻、间、对表示取代基的相对位置。(3)系统命名时将苯环中的碳原子编号,如

称为1,2,4-三甲苯,

称为1-甲基-2-乙基苯。3.含官能团的链状有机物的命名(1)选择连有(或含有)官能团的最长碳链为主链。(2)从距离官能团最近的一端开始编号。(3)把取代基和官能团的位置用阿拉伯数字标明,写出有机物的名称。如

的名称为3-甲基-3-戊醇。注意

酯的命名:先读酸的名称,再读醇的名称,并将“醇”改成“酯”,如HCOOCH2CH3命名为甲酸乙酯。

二、有机物组成和结构的确定1.研究有机化合物的一般方法

2.有机物分子式的确定(1)元素分析①定性分析:用化学方法鉴定有机物的组成元素。如燃烧后C→CO2,H→H2O。②定量分析:一定量的有机物燃烧后转化为简单无机物,并测定各产物的量,从而确定其

实验式。(2)相对分子质量的测定——质谱法质荷比最大值即为该有机物的相对分子质量,再结合实验式确定分子式。3.分子结构的确定——波谱分析(1)红外光谱:不同化学键或官能团的吸收频率不同,分析红外光谱图可确定有机物分子中的官能团或化学键信息。(2)核磁共振氢谱:吸收峰个数=氢原子种类数,吸收峰面积之比=不同种类氢原子数目之

比。(3)X射线衍射:利用衍射图经过计算可获得键长、键角等分子结构信息。

注意

利用紫外和可见光谱可判断有机化合物分子结构中共轭程度的大小。

注意

①若有机物分子中含有卤素原子,可将其视为氢原子;②若含有氧原子,则不予考

虑;③若含有氮原子,如CxHyOzNn,则Ω=

(2x+2-y+n)。(2)利用结构确定结构Ω结构Ω碳碳双键1氰基2碳氧双键1脂环1碳碳三键2苯环44.有机物分子不饱和度(Ω)的确定(1)利用计算公式确定烃(CxHy):Ω=

(2x+2-y)。5.有机物分子中原子共线、共面的判断详见本专题题型1相关内容。三、同系物和同分异构体1.同系物的特点具有相同的通式,熔、沸点随着碳原子数的增多而升高,化学性质相似。

注意

判断两种有机物是否互为同系物,①先看结构是否相似(官能团的种类和数目是

否相同),②再看在分子组成上是否相差一个或若干个“CH2”(即不饱和度是否相同)。2.同分异构类型同分异构类型示例构造异构碳架异构正戊烷和异戊烷位置异构CH3CH2CH2OH和CH3CHOHCH3官能团异构H2n(n≥3):烯烃和环烷烃H2n-2(n≥4):二烯烃、炔烃、环烯烃、含有2个环的环烷烃H2n+2O(n≥2):饱和一元醇和饱和一元醚H2nO(n≥3):饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、环醚、环醇H2nO2(n≥2):饱和一元羧酸、饱和一元酯等H2n+1O2N(n≥2):饱和氨基酸、硝基烷等立体异构顺反异构顺-2-丁烯和反-2-丁烯对映异构(手性异构)CHClBrI的两种对映异构体3.同分异构体的判断与书写详见本专题题型2相关内容。考点2烃和卤代烃一、脂肪烃1.通式烷烃H2n+2(n≥1);单烯烃H2n(n≥2);单炔烃H2n-2(n≥2)。2.物理性质常,碳原子数≤4时为气体;随碳原子数增多,熔、沸点升高(碳原子数相同时,支链

越多,熔、沸点越低),密度增大(密度均比水的小);均难溶于水。

注意

新戊烷常气体。3.化学性质化学性质示例和说明烷烃的取代反应CH3CH3+Cl2

CH3CH2Cl+HCl烯烃、炔烃的加成反应CH2

CH

CH

+H2O

CH3CHO注意:CH2

CH—OH不稳定,为乙醛加聚反应nCH2

CH2

CH2—CH2

二烯烃的加成反应

氧化反应CxHy+(x+

)O2

xCO2+

H2O注意:烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,烯烃、炔烃可

以4.乙烯和乙炔的实验室制法制取气体乙烯乙炔反应原理CH3CH2OH

CH2

CH2↑+H2OCaC2+2H2O

Ca(OH)2+CH

CH↑注意事项①乙醇和浓硫酸的体积比为1∶3,浓

硫酸是催化剂和脱水剂②加入沸石或碎瓷片以防止暴沸③制得的乙烯中含有CO2、SO2、乙

醇蒸气等杂质,用溴水或酸性KMnO4

溶液检验乙烯前可用NaOH溶液除杂①为得到平稳的乙炔气流,常用饱和

食盐水代替水,用分液漏斗控制滴加

速度②生成的乙炔中含有H2S、PH3等杂

质,用溴水或酸性KMnO4溶液检验乙

炔前可用CuSO4溶液除杂二、芳香烃1.定义:分子里含有一个或多个苯环的烃。2.苯及其同系物的化学性质化学性质示例卤代反应硝化反应

+HNO3

+H2O

+3HNO3

+3H2O(烷基活化苯环)磺化反应

+HO—SO3H

+H2O加成反应

+3H2

氧化反应

(苯环活化烷基)

注意

①苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。②苯的同系物中,与苯环直接相连的碳原子上有氢原子时,才可被酸性高锰酸钾溶液氧化。

三、卤代烃1.化学性质(以CH3CH2Br为例)(1)水解反应(取代反应)CH3CH2Br+NaOH

CH3CH2OH+NaBr(2)消去反应CH3CH2Br+NaOH

CH2

CH2↑+NaBr+H2O注意

连接卤素原子的碳原子没有邻位碳原子或邻位碳原子上没有氢原子时,都不能

发生消去反应。

2.卤代烃中卤素原子的检验方法步骤:RX

煤的利用煤的气化生成水煤气,C+H2O(g)

CO+H2化学变化煤的液化①煤直接液化,是使煤与氢气作用生成液体燃料;②煤间接液化,一般是先转化为一氧化碳和氢气,然后在催化剂的作用下合成甲醇等煤的干馏获得焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气等化工原料石油的利用石油的分馏根据沸点不同分离得到汽油、煤油、柴油等轻质油物理变化石油的裂化目的是将重油转化为汽油等化学变化石油的裂解可得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的化工原料四、煤和石油的利用考点3烃的含氧衍生物一、醇1.物理性质(1)沸点①饱和一元醇随分子中碳原子数的增加,沸点逐渐升高。②醇分子中羟基数越多,分子间形成的氢键越多,沸点越高。③相对分子质量相近的醇和烷烃相比,醇的沸点远远高于烷烃的沸点。(2)溶解性甲醇、乙醇、丙醇均可与水互溶,这是因为醇分子与水分子之间形成了氢键。醇在水中的溶解度一般随分子中碳原子数的增加而减小。

2.化学性质(以乙醇为例)

(1)与金属钠反应:2C2H5OH+2Na

2C2H5ONa+H2↑(a处断)。(2)与氢溴酸反应:C2H5OH+HBr

C2H5Br+H2O(b处断)。(3)分子间脱水反应:2C2H5OH

C2H5OC2H5+H2O(a、b处断)。(4)消去反应:C2H5OH

CH2

CH2↑+H2O(b、d处断)。(5)酯化反应:CH3COOH+C2H5OH

CH3COOC2H5+H2O(a处断)。(6)催化氧化反应:2C2H5OH+O2

2CH3CHO+2H2O(a、c处断)。(7)与强氧化剂反应:乙醇能被酸性高锰酸钾溶液或酸性重铬酸钾溶液氧化为乙酸。

总结醇的消去反应和催化氧化反应规律①醇的消去反应规律:连有羟基的碳原子没有邻位碳原子或邻位碳原子上无氢原子的

醇都不能发生消去反应,如CH3OH、

等。②醇的催化氧化反应规律二、酚1.物理性质(以苯酚为例)纯净的苯酚是无色晶体,乙醇等有机溶剂,常水中的溶解度不大,于65℃时能与水混溶。

注意

久置的苯酚呈粉红色,是部分苯酚被空气中的氧气氧化所致。2.化学性质(以苯酚为例)由于苯环对羟基的影响,酚羟基比醇羟基活泼;由于羟基对苯环的影响,苯酚中苯环上的

氢原子比苯中的氢原子活泼。

注意

苯酚俗称石炭酸,酸性强弱:H2CO3>苯酚>HC

。

+CO2+H2O

+NaHCO3(不能生成Na2CO3)。

总结醇羟基、酚羟基和羧基中氢原子的活泼性比较基团醇羟基酚羟基羧基酸碱性中性弱酸性弱酸性(强于酚羟基)与Na生成醇钠和H2生成酚钠和H2生成羧酸钠和H2与NaOH不反应生成酚钠和水生成羧酸钠和水与Na2CO3不反应生成酚钠和NaHCO3生成羧酸钠、CO2、H2O与NaHCO3不反应不反应生成羧酸钠、CO2、H2O氢原子的活泼性

三、醛和酮1.醛的化学性质(以乙醛为例)氧化反应①银镜反应:CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH

CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O②与新制Cu(OH)2反应:CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH

CH3COONa+Cu2O↓+3H2O[配制新制Cu(OH)2时NaOH应过量]③催化氧化反应:2CH3CHO+O2

2CH3COOH④乙醛可被酸性KMnO4溶液或溴水氧化生成乙酸加成反应①催化加氢:CH3CHO+H2

CH3CH2OH②与加成:CH3CHO+

注意

当有机物分子中同时存在醛基和碳碳双键时,要检验碳碳双键,应先用弱氧化剂[银氨溶液或新制Cu(OH)2]将醛基氧化,酸化后再用酸性KMnO4溶液或溴水检验碳碳双键。

2.酮的化学性质(以丙酮为例)能与氢气、氰化氢、氨及氨的衍生物(如胺RNH2)、醇类等发生加成反应。

+H2

+

+RNH2

四、羧酸及其衍生物1.羧酸的化学性质(1)弱酸,具有酸的通性RCOOH+NaHCO3

RCOONa+CO2↑+H2O(2)取代反应

+R'OH

+H2O

(酯化反应,“酸脱羟基醇脱氢”)

+NH3

+H2O2.酯(1)化学性质——水解反应

+HO—R'

+HO—R'

注意

1mol酚酯

在NaOH溶液中水解会消耗2molNaOH。(2)乙酸乙酯的实验室制法

3.酰胺的化学性质通常情况下难水解,在强酸或强碱存在下长时间加热可水解。RCONH2+H2O+H+

RCOOH+N

RCONH2+NaOH

RCOONa+NH3↑

注意

NH3分子中的H原子被烃基取代后的有机化合物称为胺(R—NH2),胺类化合物属

于烃的衍生物,不属于羧酸衍生物。胺类化合物与NH3类似,具有碱性,能与盐酸、醋酸

等反应。如:

+HCl

题型1有机物分子中原子共线、共面的判断题型透析典题导入典题展示典例

(2022浙江1月选考,15,2分)关于化合物

,下列说

法正确的是

()A.分子中至少有7个碳原子共直线B.分子中含有1个手性碳原子C.与酸或碱溶液反应都可生成盐D.不能使酸性KMnO4稀溶液褪色

C

方法链接碳原子共线A项:甲烷、乙炔、苯结构模型C项:官能团性质的考查D项:官能团性质的考查

解析

A项,由“碳碳三键”和“苯环上对位碳原子”及以饱和碳原子为中心的四面

体结构可知该分子中至少有5个碳原子共直线,如图:

,错误;B项,该分子中含有2个手性碳原子,如图:

,错误;C项,酯基可与碱溶液反应,—NH—可与酸溶液反应,均生成盐,正确;D项,碳碳三键可使酸性KMnO4稀溶液褪色,错误。方法突破有机物分子中原子共线、共面问题的思维模型如下[典例,变式1、2]:例如结构简式为

的有机化合物,其空间结构如图所示,转动①处C—C键可使平面M1和M2在同一平面上,碳碳三键是直线形结构,位于酮平面M2上,但

甲基中的H原子都不在直线上,转动②处C—C键,可使甲基中的1个H原子位于酮平面M2上。

注意

①读题时注意题目中的隐含条件和特殊规定,如题目中的“碳原子”“所有原

子”“可能”“一定”“最少”“最多”“共线”和“共面”等。②环状结构中直接参与成环的单键一般不能旋转。变式训练变式1

氢外原子共面,苯环结构模型,单键旋转思想(2024山东泰安二模,6)运动可

以刺激大脑释放化学物质,如多巴胺和内啡肽,这些物质有助于提升幸福感。多巴胺的

结构简式如图所示,下列说法错误的是

()

A.既能与盐酸反应,又能与NaHCO3溶液反应B.盐酸多巴胺在水中的溶解性比多巴胺好C.可形成分子内氢键和分子间氢键D.除氢原子外,其他原子可能共平面

A

解析多巴胺分子中含有氨基,能与盐酸反应;酚羟基、氨基不能与NaHCO3溶液反应,

A错误。盐酸多巴胺属于盐,在水中的溶解性比多巴胺好,B正确。多巴胺分子中2个酚

羟基间可以形成分子内氢键,多巴胺分子之间也可以形成氢键,C正确。苯环为平面结

构,单键可以旋转,故除氢原子外,其他原子可能共平面,D正确。变式2

所有原子共面,基本结构模型,单键旋转思想(2024山东济宁一模,4)一定条

件下发生下列化学反应,有关说法正确的是

()

A.甲分子中所有原子可能共平面

A

B.1mol乙最多可与1molNaOH反应C.丙中碳原子的杂化方式有3种D.p=2n-1,X为甲酸

解析苯环、

、

均为平面结构,单键可以旋转,因此甲分子中所有原子可能共平面,A正确;1mol乙中含有2mol酯基,可消耗2molNaOH,B错误;丙中甲基

上的碳原子为sp3杂化,其余碳原子均为sp2杂化,故丙中碳原子的杂化方式有2种,C错误;

根据原子守恒配平方程式可知,p=2n-1,X为甲醇,D错误。题型2同分异构体的判断与书写典题导入典题展示典例

(2024山东烟台、德州、东营一模,19节选)(3)G的结构简式为

,符合下

列条件的G的同分异构体的结构简式为

①除

结构外,不含其他环状结构;②含有—OCH3;③含有四种化学环境的氢。(任写一种)。、

、、

方法链接限定条件下同分异构体的书写方法——“碎片拼装法”[注意]分析有机物中不同化学环境中的氢原子的种类时一定要分析其结构的对称性,

找出对称轴,细心分析,避免遗漏或重复。

解析

(3)根据G的结构简式判断,G的同分异构体除

结构外,不含其他环状结构,则还剩余2个C、1个O、2个Cl、1个N、2个不饱和度;因结构中还含有—OCH3,故可知另外的基团为

和2个—Cl;再结合条件③(含有四种化学环境的氢),写出符合条件的G的同分异构体的结构简式。方法突破1.同分异构体数目的判断方法[变式1,变式2](1)记忆法:记住一些常见有机物的同分异构体数目。①丁烷、戊烷、己烷分别有2种、3种、5种同分异构体。②苯环上的氢原子被取代后的同分异构体数目取代基同分异构体数目2个—X31个—X,1个—Y33个—X32个—X,1个—Y61个—X,1个—Y,1个—Z10(2)等效氢原子法:连在同一碳原子上的氢原子等效;连在同一碳原子上的甲基,其所含

氢原子等效;处于对称位置的碳原子上的氢原子等效。例如

中有3种氢原子,其一氯代物有3种。(3)烷基种数法:H2n+1有几种结构,H2n+1X就有几种。例如—C4H9有4种结构,则分

子式为C4H10O的醇(C4H9—OH)有4种,分子式为C5H10O2的羧酸(C4H9—COOH)也有4

种。(4)定一移一法:对于二元取代物,可固定一个取代基的位置,再某著名企业另一个取代基的位

置以确定同分异构体的数目(注意不要重复)。例如丙烷的一氯一溴代物有5种,正丁烷

的二氯代物有6种,

的二氯代物有12种(注意碳碳单键可旋转)。(5)叠加相乘法:先考虑取代基的种数,后考虑位置异构的种数,相乘即得同分异构体的

总数。例如

的苯环上的氢原子被—C4H9取代所形成的同分异构体有4×3=12种(—C4H9有4种结构,其与—CH3在苯环上的位置有3种)。(6)替代法:例如二氯苯(C6H4Cl2)的同分异构体有3种,则四氯苯的同分异构体也有3种(将

H和Cl互换)。又如含氮有机物的同分异构体的书写:2.限定条件下同分异构体的书写方法——“碎片拼装法”[典例,变式2]思维过程如下:(1)根据分子式或结构式,统计有机物中碳、氧、氮等原子的数目,并计算不饱和度。(2)结合题给限定条件,写出符合条件的结构碎片。(3)根据剩余的碳、氧、氮等原子数和不饱和度,判断出剩余碎片。(4)结合等效氢等限定条件进行拼装。例如书写分子式为C8H8O2的含苯环的属于甲酸酯类的同分异构体。C8H8O2的不饱和度

为5,除苯环和HCOO—碎片外(且忽略其他氢原子),剩余1个碳原子,没有剩余的氧原子和不饱和度,故剩余的碎片为1个饱和碳原子,然后将苯环、HCOO—和饱和碳原子进

行拼装,即可得到以下4种同分异构体:

、

、

、

。

注意

书写含碳碳双键的同分异构体时,应注意题目是否要求考虑顺反异构。变式训练变式1

同分异构体数目的判断方法(2024山东淄博二模,12)(不定项)有机物X→Y

的异构化反应如图所示。下列说法错误的是

()