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走进奇妙的化学世界
选择性必修3
第一章·
有机化合物的结构特点
与研究方法
单元复习
学习
目标
PART
01
PART
02
认识一些重要的官能团,能辨别其名称和结构
PART
03
PART
02
通过有机物的结构特点,掌握同分异构现象的含义,初步学会同分异构体的书写
了解确定有机物结构的化学方法和某些物理方法
了解有机物分离和提纯的一般方法,并能运用所学知识,分离和提纯简单的有机混合物
1、根据碳骨架分类
有机化合物
CH3CH2CH2CH3
脂环化合物
芳香化合物
链状化合物
环状化合物
脂肪烃
脂肪烃衍生物
脂环烃
脂环烃衍生物
芳香烃
芳香烃衍生物
CH3CH2CH2CH2Br
OH
Br
一.有机化合物的分类方法
有机化合物的结构特点
有机化合物类别 官能团 代表物
烃 烷烃
烯烃
炔烃
芳香烃
CH2=CH2
CH≡CH
C C
C C
甲烷 CH4
碳碳双键
乙烯
碳碳三键
苯
乙炔
注意:烷烃基、苯环均不属于官能团。
有机化合物的主要类别、官能团和典型代表物
2、根据官能团分类
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
有机化合物类别 官能团 代表物
烃 的 衍 生 物 卤代烃 碳卤键 溴乙烷CH3CH2Br
醇 羟基-OH 乙醇 C2H5OH
酚 羟基-OH 苯酚
醚 醚键 CH3CH2OCH2CH3
烃的衍生物
烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而生成的一系列化合物
有机化合物的主要类别、官能团和典型代表物
有机化合物类别 官能团 代表物
烃 的 衍 生 物 醛 醛基 (-CHO) 乙醛 CH3CHO
酮 酮羰基 (-CO-) 丙酮 CH3COCH3
羧酸 羧基 (-COOH) 乙酸 CH3COOH
酯 酯基 (-COO-) 乙酸乙酯
CH3COOCH2CH3
有机化合物的主要类别、官能团和典型代表物
有机化合物类别 官能团 代表物
烃 的 衍 生 物 胺 氨基 -NH2 甲胺 CH3NH2
酰胺 酰胺基 (-CONH2) 乙酰胺 CH3CONH2
甲胺
乙酰胺
酰胺基
乙酰基
有机化合物的主要类别、官能团和典型代表物
二、有机化合物中共价键的形成、类型和空间结构
与碳原子相连的原子数 结构示意 碳原子的杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元的空间结构
4 sp3 σ键 四面体形
3 sp2 σ键、π键 平面三角形
2 sp σ键、π键 直线形
化学键:共价键的类型和极性对有机化合物的化学性质有很大影响,不同基团的相互作用也会影响共价键的极性。
σ键
形成:
氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴,以“头碰头”的形式相互重叠。
2.特点:
通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。
轴对称
1.共价键的类型
π键
形成:
在乙烯分子中,两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠,形成4个C—H σ键与一个C—C σ键;两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠,形成了π键。
2.特点:
π键的轨道重叠程度比σ键的小,所以不如σ键牢固,比较容易断裂而发生化学反应。
通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。
镜面对称
2.共价键的类型与有机反应类型的关系
①甲烷分子中含有C—H σ键,能发生取代反应
②乙烯和乙炔分子的双键和三键中含有π键,能发生加成反应
σ键,发生取代反应
含有π键,发生加成反应。
3.共价键的极性与有机反应
由于不同的成键原子间电负性的差异,共用电子对会发生偏移
偏移的程度越大,共价键极性越强,在反应中越容易发生断裂
有机化合物的官能团及其邻位的化学键往往是发生化学反应的活性部位。
三、同分异构体
书写规律:碳链异构 位置异构 官能团异构
分子式相同, 结构不同的化合物称为同分异构体。
一边走,不到端,支链碳数小于挂靠碳离端点位数。
最短链碳数应不少于
(n+1)/2(n为奇数时)
(n+2)/2 (n为偶数时)
(n≥4)
同分异构体的书写口诀
①主链由“长”到“短”
②支链由“整”到“散”
③位置由“心”到“边”
④排布由“对”到“邻”再到“间”
⑤最后补氢到四价”
同分异构体的数目判断方法
(1)基元法:如丁基有四种结构,则丁醇有四种同分异构体。
(2)换元法:如二氯苯C6H4Cl2有三种同分异构体,四氯苯也有三种同分异构体(将H替代Cl、Cl替代H)。
(3)对称法(又称等效氢法):等效氢法的判断可按下列三点进行 :
①同一甲基上的氢原子是等效的;
②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的;
③处于对称位置上的氢原子是等效的。
(4)定一移一法:对于二元取代物的同分异构体的判定,可固定一个取代基位置,再移动另一取代基,以确定同分异构体数目。
例1 现有下列几种有机化合物的结构简式:
①CH3CH==CHCH2CH3
②
③CH3CH2CH2CH2OH
④CH3C≡CCH3
⑤CH3CH2C≡CH
(1)互为同分异构体的是_____________________________(填序号,下同)。
典例剖析
⑥
⑦CH3CH2CH2OCH3
⑧
⑨CH2==CH—CH==CH2
⑩CH2==CHCH2CH2CH3
①⑩、②⑧、③⑥⑦、④⑤⑨
例1 现有下列几种有机化合物的结构简式:
①CH3CH==CHCH2CH3
②
③CH3CH2CH2CH2OH
④CH3C≡CCH3
⑤CH3CH2C≡CH
(1)互为同分异构体的是_____________________________(填序号,下同)。
典例剖析
⑥
⑦CH3CH2CH2OCH3
⑧
⑨CH2==CH—CH==CH2
⑩CH2==CHCH2CH2CH3
①⑩、②⑧、③⑥⑦、④⑤⑨
例2 白藜芦醇的结构简式为 ,根据要求回答下列问题:
(1)白藜芦醇的分子式为__________。
(2)所含官能团的名称为________________。
(3)下列关于白藜芦醇的分类判断正确的是______(填字母)。
A.它属于链状烯烃 B.它属于脂环化合物
C.它属于芳香族化合物 D.它属于烃的衍生物
C14H12O3
碳碳双键、羟基
CD
解析 白藜芦醇含有苯环,所以属于环状化合物,含有O元素而不是烃,故A错误;
含有苯环,所以白藜芦醇属于芳香族化合物,故B错误、C正确;
含有C、H、O元素,所以白藜芦醇属于烃的衍生物,故D正确。
(4)写出具备下列条件的其中一种同分异构体的结构简式
______________________________________。
①碳的骨架和官能团种类不变
②两个苯环上都有官能团
③仅改变含氧官能团的位置
(或其他合理答案)
解析 ①碳的骨架和官能团种类不变;
②两个苯环上都有官能团;
③仅改变含氧官能团的位置,分子式相同结构不同的有机物互称同分异
构体,结合条件书写其同分异构体为 。
(5)乙醇(CH3CH2OH)和苯酚( )都含有与白藜芦醇相同的官能团,有关它们之间关系的说法正确的是______(填字母)。
A.乙醇和白藜芦醇属于同一类别的有机物
B.苯酚与白藜芦醇互为同系物
C.三者的组成元素相同
D.三者分子中碳、氢、氧原子个数之比相同
C
解析 乙醇属于醇类物质,白藜芦醇含有酚羟基和碳碳双键,具有酚和烯烃的性质,所以二者不属于同一类物质,故A错误;
苯酚与白藜芦醇结构不相似,所以不互为同系物,故B错误;
三者都含有C、H、O元素,故C正确;
乙醇中碳、氢、氧原子个数之比为2∶6∶1;苯酚中碳、氢、氧原子个数之比为6∶6∶1,白藜芦醇中碳、氢、氧原子个数之比为14∶12∶3,所以三种物质中碳、氢、氧原子个数之比不相等,故D错误。
分离、提纯
步骤
方法
蒸馏、重结晶、萃取
测定相对分子质量
确定分子式
质谱
波谱分析
确定结构式
红外光谱
核磁共振氢谱
元素定量分析
确定实验式
李比希元素分析
现代元素分析仪
研究有机化合物的一般方法
蒸馏
萃取
重结
晶
分离
提纯
提纯固体有机物
提纯液体有机物
利用有机物与杂质在某种溶剂中溶解度不同
1.有机物的分离、提纯
分离提纯的常见流程:
线路一:萃取----分液----蒸馏(适用于两个互溶的有机液体)
线路二:加热溶解----趁热过滤----冷却结晶----重结晶过滤---洗涤--干燥(适用于待提纯物溶解度受温度影响大的)
线路三:加热浓缩---蒸发结晶---过滤---洗涤--干燥
(适用于待提纯物溶解度受温度影响小的)
2.利用图谱表征有机化合物的分子结构
质谱法: 确定相对分子质量
红外光谱-确定化学键、官能团
核磁共振氢谱-确定等效氢原子的类型和数目
X射线衍射可以确定键长、键角等结构信息
读图技巧:看最大的质荷比
读图技巧:看吸收峰波谷上标出的化学键或官能团
读图技巧
峰数目
吸收峰数目=氢原子类型(等效氢种类)
峰面积比
峰面积比=不同环境的氢原子个数比(等效氢个数比)
例3 两种有机物A和B可以互溶,有关性质如下:
(1)若要除去A和B的混合物中少量的B,可采用___(填字母)方法即可得到A。
a.重结晶 b.蒸馏
c.萃取 d.加水充分振荡,分液
解析 由表格数据可知,A易溶于水,B不溶于水,但A、B互溶,二者沸点差异较大,除去A和B的混合物中的少量B得到A可采用的方法是蒸馏,答案选b。
b
相对密度(20 ℃) 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
A 0.789 3 -117.3 78.5 与水以任意比混溶
B 0.713 7 -116.6 34.5 不溶于水
(2)将有机物A置于氧气流中充分燃烧,实验测得:生成5.4 g H2O和8.8 g CO2,消耗氧气6.72 L(标准状况下),则该物质的实验式为________,若要确定其分子式,是否必须有其他条件___(填“是”或“否”)。已知有机物A的质谱、核磁共振氢谱如下图所示,则A的结构简式为__________。
C2H6O
否
CH3CH2OH
解析 将有机物A置于氧气流中充分燃烧,实验测得:生成5.4 g H2O和8.8 g CO2,二者的物质的量分别是0.3 mol和0.2 mol。消耗氧气6.72 L(标准状况下),氧气的物质的量是 =0.3 mol,则有机物中氧原子的物质的量是0.3 mol+0.2 mol×2-0.3 mol×2=0.1 mol,所以该物质的最简式为C2H6O;由于分子中碳氢原子的个数是1∶3,已经达到饱和,所以若要确定其分子式,不需有其他条件,即实验式就是分子式。分子式为C2H6O,核磁共振氢谱表明其分子中有3种不同化学环境的氢原子,强度之比为3∶2∶1。则A的结构简式为CH3CH2OH。
(3)若质谱图显示B的相对分子质量为74,红外光谱如图所示,则B的结构简式为__________________,其官能团的名称为______。
CH3CH2OCH2CH3
醚键
解析 B的相对分子质量为74,根据红外光谱,B中存在对称的甲基和醚键,剩余的式量为74-16-15×2=28,即为2个CH2,根据对称性,B的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。
(4)准确称取一定质量的A和B的混合物,在足量氧气中充分燃烧,将产物依次通过足量的无水氯化钙和碱石灰,发现质量分别增重19.8 g和35.2 g。则混合物中A和B的物质的量之比为______。
2∶1
解析 A和B的化学式分别为C2H6O、C4H10O,设C2H6O、C4H10O的物质的量分别是x mol、y mol,则
解得x=0.2,y=0.1,即物质的量之比为2∶1。