1、第一单元 认识有机化合物,一 有机物的组成、分类和命名,二 有机物的组成和结构的确定,教材研读,三 同系物和同分异构体,突破一 有机物的组成和结构的确定方法,突破二 同分异构体的书写及其判断方法,重难突破,一、有机物的组成、分类和命名 (一)有机物的研究方法,教材研读,(二)有机物的组成、分类和命名 1.有机物及有机化学的概念 有机物指的是含碳元素的化合物,其组成元素除碳元素外,通常还含有 氢、氧、氮、硫、磷、氯等元素。少数含碳元素的化合物(如CO、CO2、碳酸及碳酸盐、HCN、HSCN,以及金属碳化物等含碳化合物)的结构和性质跟无机物相似,故属于无机物。研究有机物的化学称为有机化学。 182
2、8年,德国化学家 维勒 首次用无机物氰酸铵合成了有机物 尿素 ,其反应方程式为:NH4CNO CO(NH2)2。,2.有机物结构和组成的几种表示方法,3.有机物中碳原子的成键特点和有机物的空间构型 (1)有机物中碳原子的成键特点 1)每个碳原子有4个价电子,价键总数为 4 。 2)碳原子可与其他原子形成 共价键 ,碳原子之间也可相互成键, 既可以形成 单 键,也可以形成 双 键或 叁 键。特别提醒 a.碳原子间的成键方式:CC、C C、 。 b.有机物中常见的共价键:CC、C C、 、CH、CO、C X(X=Cl、Br、I)、C O、 、CN等。,c.在有机物分子中,仅以单键方式成键的碳原子称
3、为饱和碳原子;双键、 叁键、苯环上的碳原子(所连原子的数目少于4)为不饱和碳原子。 d.碳碳单键可以旋转,而碳碳双键、碳碳叁键不能旋转。 3)多个碳原子可以相互结合成碳链和碳环(如下图所示),碳链和碳环还 可以相互结合。,(2)碳原子的成键方式与分子空间构型的关系 1)当1个碳原子与其他4个原子连接时,构成以这个碳原子为中心的 四面体 结构。 2)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键时,形成该双键的碳原子以及与之直接相连的原子处于 同一平面 上。 3)当碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成叁键时,形成该叁键的碳 原子以及与之直接相连的原子在 同一直线 上。,4)甲烷是正四面体形(5个原子
4、不在同一平面上);乙烯是平面形(6个原子 位于同一平面上);乙炔是直线形(4个原子位于同一直线上);苯环是平面 形(12个原子位于同一平面上)。 5)判断原子是否在同一平面上的关键是判断分子中是否存在饱和碳原 子。若分子中有饱和碳原子,则分子中所有的原子一定不共平面。,4.有机物的分类,5.有机物的命名 有机物的命名方法有习惯命名法(如正戊烷、异戊烷、新戊烷等)和系 统命名法,有些有机物还有俗名(如硬脂酸、软脂酸、草酸等)。 (1)烷烃的系统命名,命名原则:a.最长的碳链作主链,b.支链作取代基,取代基的位次号之和最小。 1)选主链 选择最长的碳链作为主链。当几个不同碳链含有的碳原子数相等时,
5、选 择含有支链最多的一个碳链作为主链。,2)编序号(要遵循“近”“简”“小”) a.以离支链最近的主链一端为起点编号,即首先要考虑“近”。 b.有两个不同的支链,且分别处于距主链两端同距离的位置,则从较简单 的支链一端开始编号,即同“近”,考虑“简”。,c.若有两个相同的支链,且分别处于距主链两端同距离的位置,而中间还有其他支链,从主链的两个方向编号,可得两种不同的编号系列,两系列中各位次号之和最小者即为正确的编号,即同“近”、同“简”,考虑“小”。,3)写名称 按主链的碳原子数称为相应的某烷,在其前写出支链的位号和名称。原 则是:先简后繁,相同合并,位号指明。阿拉伯数字间用“,”相隔,汉字与
6、 阿拉伯数字间用“-”连接。,(2)苯的同系物的命名 苯的同系物的命名是以苯作母体的。苯分子中的氢原子被烷基取代后 的生成物叫苯的同系物,其通式是CnH2n-6(n7)。苯分子中的一个氢原 子被甲基取代后生成甲苯: ,被乙基取代后生成乙苯:。若两个氢原子被两个甲基取代,则生成二甲苯,由于取 代基位置不同,二甲苯有三种同分异构体,可分别用“邻”“间” “对”表示。,邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯若将苯环上的6个碳原子编号,以某个甲基所在的碳原子的位置为1号, 选取最小位次号给另一个甲基编号,则邻二甲苯也可叫做1,2-二甲苯,间 二甲苯也可叫做1,3-二甲苯,对二甲苯也可叫做1,4-二甲苯。,二、有
7、机物的组成和结构的确定,三、同系物和同分异构体 1.同系物 (1)同系物的概念: 结构相似 ,分子组成相差 1个或若干个 “CH2”原子团 的有机化合物互称为同系物。 (2)同系物的特点 1)同系物必须结构相似,即组成元素相同,官能团种类、个数及连接方 式相同,分子组成通式相同。 2)同系物间相对分子质量相差14的整数倍。,3)同系物有相似的化学性质,物理性质随碳原子数的递增有一定的递变规律。 2.同分异构体 (1)同分异构体的概念: 分子式相同而结构不同 的化合物互称为 同分异构体。化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象称为同 分异构现象。 (2)同分异构体的特点 1)同分异构体必须分
8、子式相同而结构不同。,2)同分异构体可以属于同一类物质,如CH3CH2CH2CH3与,也可以属于不同类物质,如CH3CH2OH与CH3O CH3;可以是有机物和无机物,如NH4CNO与CO(NH2)2。 3)同分异构体的物理性质不同,化学性质不同或相似。,1.下列物质所属的类别及其所含官能团的对应关系有错误的是 ( D ),2.下列物质的分类中,所属关系不符合“X包含Y、Y包含Z”的有 ( D ),3.下列各组物质不属于同分异构体的是 ( D ) A.2,2-二甲基丙醇和2-甲基-1-丁醇 B.邻氯甲苯和对氯甲苯 C.2-甲基丁烷和戊烷 D.甲基丙烯酸和甲酸丙酯,4.二甲醚和乙醇是同分异构体,
9、其鉴别方法可采用化学方法或物理方法, 下列鉴别方法中不能对二者进行鉴别的是 ( B ) A.利用金属钠或者金属钾 B.利用质谱法 C.利用红外光谱法 D.利用核磁共振氢谱法,5.甲同学给分子式为C12H26的某烷烃命名为“2,4-二甲基-3,5-二乙基己 烷”,乙同学认为甲同学命名错误,有关该烷烃的说法,你认为正确的是 ( A ) A.该烷烃正确名称应为:2,4,5-三甲基-3-乙基庚烷 B.该烷烃分子中含有5个支链 C.该烷烃的一氯代物有10种 D.该烷烃可以看作是11种不同类型的单烯烃与氢气加成后的产物,突破一 有机物的组成和结构的确定方法,1.元素分析 (1)碳、氢元素质量分数的测定 最
10、常用的是李比希法。其基本原理是利用氧化铜在高温下氧化有机物, 生成水和二氧化碳,然后分别采用高氯酸镁和烧碱石棉剂吸收水和二氧 化碳,根据吸收前后的质量变化获得反应生成的水和二氧化碳的质量, 进而确定有机化合物中氢元素和碳元素的质量分数。,重难突破,(2)氮元素质量分数的测定 将样品通入二氧化碳气流中,在氧化铜的催化下燃烧生成氮气,并借助二氧化碳气流将生成的气体赶出,经KOH浓溶液吸收二氧化碳气体后,测得剩余气体的体积,即可计算出样品中氮元素的质量分数。 (3)卤素质量分数的测定 将样品与NaOH溶液混合加热完全反应后,加入稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,此时卤原子转变为卤离子,并与AgNO3
11、溶液作用产生卤化银沉淀。根据沉淀的量,即可计算出样品中卤素的质量分数。,2.有机物实验式的确定 实验式(又叫最简式)是表示化合物分子中所含各元素的原子数目最 简整数比的式子。 若有机物分子中(C)=a%、(H)=b%、(O)=c%,则N(C) N(H) N(O)= ,即可得到实验式。 实验式也可以根据燃烧产物的物质的量来确定。确定实验式前必须 先确定元素的组成,如某有机物完全燃烧的产物只有 CO2 和 H2O,则其,组成元素可能为C、H 或 C、H、O;若燃烧产物 CO2中碳元素的质量和 燃烧产物 H2O 中氢元素的质量之和等于原有机物的质量,则原有机物 中不含O元素。,3.确定有机化合物的相
12、对分子质量或摩尔质量的方法 (1)M=m/n。 (2)依据气体的密度(标准状况):M=22.4 Lmol-1。 (3)依据气体的相对密度(D):M=DMA。,(4)质谱法:有机物分子在高能电子流的轰击下形成的分子离子和碎片离子的相对质量与其所带电荷的比值为质荷比。质荷比的最大值(即横坐标上最大的分子离子的质荷比)即为该有机化合物的相对分子质量。 (5)有关烃的混合物计算的几条规律: 若平均相对分子质量小于26,则一定有CH4。 平均分子组成中,若1N(C)2,则一定有CH4。 平均分子组成中,若2N(H)4,则一定有C2H2。,4.有机物分子式的确定 (1)商余法(确定烃的分子式):Mr表示相
13、对分子质量,n为一个烃分子中C 原子的数目(n为正整数)。 =n2,该烃为:CnH2n+2; =n,该烃为:CnH2n; =n-2,该烃为:CnH2n-2; =n-6,该烃为:CnH2n-6。,(2)燃烧法 根据燃烧产物的质量或物质的量确定。 根据燃烧方程式确定:CxHyOz+(x+ - )O2 xCO2+ H2O。 (3)最简式(实验式)法:根据各元素的质量分数或燃烧法得到该有机物的 最简式,结合其Mr进行求算。 (4)求出1 mol有机物中C、H、O原子的物质的量,即可得到该有机物的 分子式。,5.有机物结构的确定 (1)定性实验(可用多种方法),(2)定量实验 .与X2反应:(取代)CH
14、X2;(加成)C CX2; 。 .与H2的加成反应:C CH2; ;C6H63H2;(醛或酮)C OH2。 .与HX反应:(醇取代)OHHX;(加成)C CHX;(加成) 。 .银镜反应:CHO2Ag(HCHO4Ag)。 .与新制Cu(OH)2反应:CHO2Cu(OH)2;COOH Cu(OH)2。,.与Na反应:(醇、酚、羧酸)OH H2。 .与NaOH反应:(酚)OHNaOH;(羧酸)COOHNaOH;(醇酯) COORNaOH;(酚酯)COOC6H52NaOH。 (3)仪器分析 红外光谱:用于确定有机物分子中含有何种化学键或官能团。 1H核磁共振谱:用于确定有机物分子中有几种不同类型的氢
15、原子及其 数目。,典例1 查尔酮类化合物G是黄酮类药物的主要合成中间体,其中一种 合成路线如下:芳香烃A的相对分子质量在100110之间,1 mol A充分燃烧可生成72g水。,C不能发生银镜反应。 D能发生银镜反应、可溶于饱和Na2CO3溶液、核磁共振氢谱显示其 有4种氢。 RCOCH3+RCHO RCOCH CHR 回答下列问题: (1)A的化学名称为 。 (2)由B生成C的化学方程式为 。,(3)E的分子式为 ,由E生成F的反应类型为 。 (4)G的结构简式为 (不要求立体异构)。 (5)D的芳香同分异构体H既能发生银镜反应,又能发生水解反应,H在酸 催化下发生水解反应的化学方程式为 。
16、 (6)F的同分异构体中,既能发生银镜反应,又能与FeCl3溶液发生显色反 应的共有 种,其中核磁共振氢谱为5组峰,且峰面积之比为2,2211的为 (写结构简式)。,答案 (1)苯乙烯 (2)2 +O2 2 +2H2O (3)C7H5O2Na 取代反应 (4) (5) +H2O (6)13,解析 (1)A分子中H原子数为 2=8,设A的分子式为CnH8,依题意得n ,即7.7n8.5,故n=8,A的分子式为C8H8;又因A是芳香烃, 故A的结构简式为 ,名称为苯乙烯。(2)由题给转 化条件及C不能发生银镜反应可确定B为 ,C为,B转化为C的化学方程式为2,+O2 2 +2H2O。(3)由信息及
17、D的分子式C7H6O2 可确定D为 ,故E为 ,分 子式为C7H5O2Na,结合信息知F为 ,EF为 取代反应。(4)由信息可确定G为 。(5)符合题给条件的H的,结构简式为 ,其水解方程式见答案。(6)符合条件 的F的同分异构体有 、 以及苯环上连有OH、 CHO、CH3三个不同取代基的10种同分异构体,共13种。其中核磁 共振氢谱为5组峰,且峰面积之比为22211的为。,温馨提示 有机物结构式的确定,1-1 某“化学鸡尾酒”通过模拟臭虫散发的聚集信息素可高效诱捕 臭虫,其中一种组分T可通过下列反应路线合成(部分反应条件略)。G (1)A的化学名称是 ,AB新生成的官能团是 。 (2)D的核
18、磁共振氢谱显示峰的组数为 。,(3)DE的化学方程式为 。 (4)G与新制的Cu(OH)2发生反应,所得有机物的结构简式为 。 (5)L可由B与H2发生加成反应而得,已知R1CH2Br+ ,则M的结构简式为 。 (6)已知 ,则T的结构简式为 。,答案 (1)丙烯 Br (2)2 (3)CH2BrCHBrCH2Br+2NaOH +2NaBr+2H2O (4) (5) (6),解析 (1)A为丙烯,AB是A分子中CH3上的一个氢原子被溴原子取 代的过程,新生成的官能团是Br。(2)CH2BrCHBrCH2Br分子中有2种 不同化学环境的氢原子,其核磁共振氢谱有2组峰。(4) 。(5) L,故L为
19、CH3CH2 CH2Br,由题给信息可知 +CH3CH2CH2Br ,故M的结构简式为。,(6)由题给信息知T的结构简式为。,1-2 某有机化合物A广泛存在于多种水果中。 (1)经测定,A中仅含有C、H、O三种元素,67 g A在空气中完全燃烧时可 生成27 g H2O和88 g CO2,则A的实验式为 。若要确定A的分子 式,还需要知道A的相对分子质量,测定物质的相对分子质量可以采用 (填“质谱”或“红外光谱”)法。经测定A的相对分子 质量为134,则A的分子式为 。,(2)又知1 mol A与足量的NaHCO3溶液充分反应可生成标准状况下的 CO2 44.8 L,1 mol A与足量的Na
20、反应可生成1.5 mol H2,则A中所含官能 团的名称为 。,(3)若A分子中不存在甲基且有一个手性碳原子,则A的结构简式为 ,其在浓硫酸存在下加热,可以生成多种产物,请写出A发生 消去反应后所得有机产物的结构简式: 。 (4)A的一种同分异构体B,与A所含官能团的种类和数目均相同,且能催 化氧化成醛,则B的1H核磁共振谱图中将会出现 组特征峰。,答案 (1)C4H6O5 质谱 C4H6O5 (2)羟基、羧基 (3) HOOCCH CHCOOH (4)4,解析 (1)n(H2O)= =1.5 mol,n(H)=3 mol,n(CO2)= =2 mol,则67 g该有机物中含有氧元素的物质的量
21、n(O)= =2.5 mol,则A分子中C、H、O原 子数之比为232.5=465,故A的实验式为C4H6O5。红外光谱用于 测定有机物分子中含有的官能团,质谱中的质荷比最大值为该物质的相 对分子质量,故可根据质谱法测定有机物的相对分子质量。A的相对分 子质量为134,则A的分子式为C4H6O5。(2)1 mol A与足量的NaHCO3溶,液充分反应可生成标准状况下的CO2 44.8 L,n(CO2)=2 mol,则A分子中 含有2 mol羧基;1 mol A与足量的Na反应可生成1.5 mol H2,2 mol羧基与 钠反应生成1 mol氢气,则A分子中还含有1 mol羟基,所以A分子中所含
22、 官能团的名称为羧基和羟基。(3)A的分子式为C4H6O5,1个A分子中含有 2个羧基、1个羟基,若A分子中不存在甲基且有一个手性碳原子,则A分 子中有1个C连接了4个不同的原子或原子团,则A的结构简式为 , 发生,消去反应后所得有机产物的结构简式为HOOCCH CHCOOH。 (4)A的一种同分异构体B,与A所含官能团的种类和数目均相同,且能催 化氧化成醛,说明羟基连接的碳原子上至少含有2个氢原子,则B的结构 简式为HOOCCH(COOH)CH2OH,B分子中含有4种化学环境的氢原 子,则其1H核磁共振谱图中将会出现4种吸收峰。,突破二 同分异构体的书写及其判断方法,1.同分异构体的类型 (
23、1)碳链异构:指碳原子之间连接成不同的链状或环状结构而造成的异 构。如C5H12有三种同分异构体,即正戊烷、异戊烷和新戊烷。 (2)官能团位置异构:指官能团或取代基在碳链上的位置不同而造成的 异构。如1-丁烯与2-丁烯、1-丙醇与2-丙醇、邻二甲苯与间二甲苯及 对二甲苯。,(3)官能团异构:指官能团不同而造成的异构,也叫异类异构。如1-丁炔 与1,3-丁二烯、丙烯与环丙烷、乙醇与甲醚、丙醛与丙酮、乙酸与甲 酸甲酯等。 (4)立体异构:分为顺反异构和对映异构(也叫做镜像异构或手性异构), 在中学阶段的信息题中屡有涉及。,2.官能团异构的常见情况,3.同分异构体的书写步骤 书写同分异构体的结构简式
24、时一般应按下列步骤有序进行: .先根据分子式确定可能的官能团异构; .在每一类官能团异构中先确定碳链异构;.再在每一条碳链上考虑官能团的位置异构。这样考虑思路清晰,不易混乱。书写时要注意避免出现重复或遗漏的现象,还应注意遵循1个碳原子形成4个共价键,1个氧原子形成2个共价键,1个氢原子形成1个共价键的原则。,4.同分异构体数目的判断技巧 (1)等效氢策略 判断有机物发生取代反应后产物的种类的实质就是看取代前处于不同 位置的氢原子数目,在判断时需要运用等效氢思维。等效氢就是位置上 等同的氢原子。 “等效氢”的判断原则: 同一碳原子上的氢原子是等效氢,如甲烷中的4个氢原子等效。 同一碳原子上所连甲
25、基上的氢原子是等效氢,如新戊烷中的4个甲基上的12个氢原子等效。,在确定同分异构体之前,要先找出对称面,判断等效氢,从而确定同分异 构体数目。 (2)对称轴策略 对于碳链异构和位置异构,都重在把握结构的对称性,采用“对称轴”法确定。有了对称轴之后,只需考虑分子结构中对称轴一侧的支链或官能团的取代位置,不能超越对称轴至另一侧,但可以在对称轴的轴线位置上。,典例2 对复杂的有机物的结构,可用键线式表示。如有机物CH2 CH CHO可以简写为 。则与键线式为 的物质互为同 分异构体的是 ( D ) A. B. C. D.,解析 根据 的键线式知,它的分子式为C7H8O。A中物质的 分子式为C8H10
26、O,B中物质的分子式为C7H6O,C中物质的分子式为C7H6O2, D中物质的分子式为C7H8O。故只有D中物质的分子式与题中物质分 子式相同,结构不同,D项正确。 误区警示 同分异构体理解中的易错点,1.同分异构体的分子式相同,相对分子质量也相同;但“同分”是指“分 子式相同”,不是指相对分子质量相同。,2.同分异构体相对分子质量相同,但相对分子质量相同的化合物不一定 是同分异构体。如C3H8和CO2,C2H4和N2、CO等。,3.同分异构体的结构不同,主要是指碳骨架(或碳链)不同、官能团在碳 链上位置不同或官能团的种类不同,故同分异构体可以是同一类物质, 也可以是不同类物质。,4.同分异构
27、体的研究对象并不专指有机物。如CO(NH2)2和NH4CNO(有 机物与无机物间)、AgCNO和AgOCN(无机物间)都为同分异构体。,2-1 某一有机物A可发生下列变化:已知C为羧酸,且C和E都不能发生 银镜反应,则A的可能结构有 ( C )A.4种 B.3种 C.2种 D.1种,解析 A的分子式为C6H12O2,A能在碱性条件下反应生成B和D,B与酸反 应,B应为盐,D能在CuO催化作用下发生氧化,D应为醇,则A属于酯,C和E 都不能发生银镜反应,说明C、E中不含醛基,则C不可能为甲酸,若C为 乙酸,则D为CH3CH(OH)CH2CH3,若C为丙酸,则D为CH3CH(OH)CH3,若C 为
28、丁酸,则D为乙醇、E为乙醛,不可能,所以A只能为:CH3COOCH(CH3) CH2CH3或CH3CH2COOCH(CH3)2,总共有两种可能的结构。,2-2 金刚烷的结构如右图所示,它可看作由四个等同的六元环组成的 空间构型。由氯原子取代金刚烷亚甲基(CH2)中的氢原子所形成 的二氯取代物的种类为 ( B ) A.4种 B.3种 C.2种 D.6种,解析 金刚烷的六个亚甲基(CH2)上的氢原子是完全等效的,金刚 烷亚甲基(CH2)中的氢原子所形成的一氯取代物只有1种。而二氯 取代物可以在一氯取代物的基础上书写:,所以,由氯原子取代金刚烷亚甲基(CH2)中的氢原子所形成的 二氯取代物只有3种。正确选项为B。,
