第一章 认识有机化合物
第二节 有机化合物的结构特点
一、有机化合物中碳原子的成键特点
1.碳原子的结构特点及结合方式
碳原子的结构特点
原子结构示意图
____________________________
最外层电子数
_____________________________
性质
不易__________或__________电子而形成阳离子或阴离子
成键特点
碳原子易与碳原子或其他原子形成__________个共价键
碳原子之间的结合方式
两个碳原子之间
单键、双键(__________)、
三键(________________)
多个碳原子之间
①相互结合成__________;
②可以结合成__________,且可以带有支链;
③碳环和碳链也可以相互结合
2.甲烷分子中碳原子的成键特点
(1)结构特点:正四面体结构,碳原子居于正四面体的中心,4个氢原子位于正四面体的顶点,两个碳氢键间的夹角为__________。
(2)表示方法。
分子式
电子式
结构式
结构简式
分子模型
CH4
__________
__________
二、有机化合物的同分异构现象
1.同分异构现象和同分异构体
(1)同分异构现象:化合物具有相同的__________,但__________不同,因而产生了__________上的差异的现象。
(2)同分异构体:具有__________的化合物互为同分异构体。
2.同分异构体的类型
异构方式
特点
示例
碳链异构
__________不同
CH2=CH—CH2—CH3与__________
位置异构
__________不同
CH2=CH—CH2—CH3与__________
官能团异构
__________不同
CH3CH2OH与CH3—O—CH3
【答案】一、1. 4 失去 得到 4 —C≡C— 碳环 碳链
2.(1)109°28′ (2) CH4
二、1.(1)分子式 结构 性质 (2)同分异构现象
2.碳链骨架 官能团位置 CH3—CH=CH—CH3 官能团种类
一、有机物分子结构表示方法
(1)结构简式:用短线表示共用电子对,用“—”(单键)、“===”(双键)或“≡”(三键)将所有原子连接起来,有些官能团也存在结构简式,如“—COOH”、“—CHO”等。
(2)键线式:用于复杂有机结构的表示方法。
①进一步省去碳、氢的元素符号,只要求表示出碳碳键以及与碳原子相连的基团(官能团上的氢原子必须标出)。
②图式中的每个拐点和终点均表示一个碳原子,每个碳原子都形成四个共价键,不足的用氢原子补足。
(3)有机物的空间结构
许多有机物分子构型问题,实际上是甲烷、乙烯、乙炔、苯等典型分子构型的组合。组合原则是当某分子中的氢原子被其他原子代替时,该原子的空间位置不变。
键线式可以简明扼要地表示碳氢化合物,键线式为的物质是
A.丁烷 B.丙烷 C.1-丁烯 D.丙烯
【答案】C
二、同分异构体
1.同分异构体数目的判断方法
(1)基元法
如丁基有4种结构,则丁醇(C4H9—OH)、一氯丁烷(C4H9—Cl)、戊醛(C4H9—CHO)、戊酸(C4H9—COOH)等都有4种同分异构体(均指同类有机物)。
(2)换元法
如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体,则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体;如CH4的一氯代物只有1种,则新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。
(3)等效氢法(又称对称法)
①同一碳原子上所连接的氢原子是等效的,如CH4分子中的4个氢原子是等效的。
②同一碳原子上所连接的甲基上的氢原子是等效的,如新戊烷,其4个甲基等效,各甲基上的氢原子完全等效,也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。
③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时,物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。烃分子中等效氢原子有几种,则该烃一元取代物就有几种同分异构体。
(4)定一移一法
对于二元取代物的同分异构体的判定,可固定一个取代基的位置,再移动另一个取代基,以确定同分异构体的数目。
2.同分异构体的书写方法
(1)降碳对称法(适用于碳骨架异构,以C6H14为例)
①将分子写成直链形式:CH3CH2CH2CH2CH2CH3。
②从直链上去掉1个碳原子形成—CH3,依次连在剩余主链对称轴一侧的各个碳原子上,得到多种带有甲基且主链比原主链少一个碳原子的同分异构体。则得、两种同分异构体。
注意:a.将—CH3连在主链对称轴的右侧与连在左侧的连接方式重复。b.甲基不能连在链端,否则与直链形式重复。
③从主链上去掉2个碳原子形成取代基。
当2个碳原子形成2个甲基(—CH3)时,在主链上先定1个甲基,按照“对”“邻”“间”的位置依次移动另外1个甲基,注意不要重复。则得、两种同分异构体。
(2)取代法(适用于醇、卤代烃等)
先根据给定烷基的碳原子数,写出烷烃的同分异构体的碳骨架,再根据碳链的对称性,用其他原子或原子团取代碳链上的不同氢原子(即将官能团接到碳链上,接入时从端点的第一个碳原子开始)。如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体,如下图所示(图中数字即为—OH接入后的位置)。
(3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯、酮等)
先根据给定烷基的碳原子数,写出烷烃的同分异构体的碳骨架,再根据碳链的对称性,将官能团插入碳链中,最后用氢原子补足碳的4个价键。如书写分子式为 C5H10O 的酮的同分异构体,如下图所示。
、、
注意:此时“=O”不能连在链端C原子上,否则形成醛而不是酮。
3.同分异构体的书写规律
(1)烷烃只存在碳链异构,书写时要注意全面而不重复。具体规则如下:成直链,一条线;摘一碳,挂中间,往边移,不到端;摘二碳,成乙基,二甲基,同、邻、间。
(2)具有官能团的有机化合物,一般按碳链异构→位置异构→官能团异构逐一考虑,这样可避免重复和漏写。
下列代表分子式且只能表示一种物质的是
A.CH2O B.C2H4O2 C.C2H6O D.C3H7OH
【答案】A
三、同系物、同分异构体、同位素、同素异形体的比较
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
概念
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子
由同种元素形成的不同单质
结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质
分子式相同,但结构不同的化合物
对象
原子
单质
有机化合物
无机化合物、有机化合物
特点
①质子数相同
②中子数不同
③原子的电子排布相同,原子核结构不同
①由同种元素组成
②单质的组成或结构不同
①符合同一通式
②结构相似
③组成上相差n(n≥1)个CH2
①分子式相同
②结构不同
性质
化学性质几乎相同,物理性质有差异
化学性质相似,物理性质不同
化学性质相似,物理性质有递变性
化学性质相似或不同,物理性质有差异
实例
原子符号表示不同。如HH和H;35Cl和37Cl
化学式可相同可不同。如O3和O2;金刚石(C)和石墨(C)
分子式不同,如甲烷、乙烷
分子式相同,如正戊烷、异戊烷、新戊烷
下列说法不正确的是
A.分子式为C3H8与C6H14的两种有机物一定互为同系物
B.具有相同的分子式,不同结构的有机物一定是同分异构体
C.两个相邻同系物的相对分子质量数值一定相差14
D.具有相同的相对分子质量,不同结构的有机物一定是同分异构体
【答案】D
1.目前已知化合物中数量、品种最多的是ⅣA族碳元素的化合物(有机化合物),下列关于其原因的叙述中不正确的是
A.碳原子既可以跟自身,又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以跟多数元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成稳定的双键或三键
2.下列说法中正确的是
A.组成元素相同、相对分子质量相同、结构不同的有机物都互为同分异构体
B.具有同一通式、分子组成上相差若干个CH2原子团的物质属于同系物
C.化学式相同而结构不同的有机物互为同分异构体
D.只要相对分子质量相同就一定属于同分异构体
3.下列有关键线式的说法错误的是
A.将碳、氢元素符号省略,只表示分子中键的连接情况
B.每个拐点、交点、端点均表示有一个碳原子
C.每一条线段代表一个共价键,每个碳原子有四条线段,用四减去线段数即是氢原子个数
D.C=C、C≡C键等官能团中的“=”“≡”也可省略
4.下列说法中不正确的是
A.相对分子质量相同的不同物质一定是同分异构体
B.分子式相同而分子结构不相同的有机化合物是同分异构体
C.每个碳原子的化合价都已“饱和”,碳原子之间只以单键相结合的链烃,一定是烷烃
D.分子式相同,结构又相同的有机化合物,一定是同一物质
5.已知甲苯的一氯代物有4种,则甲苯与H2完全加成后的产物的一氯代物的种类为
A.2种 B.4种 C.5种 D.7种
6.已知分子式为C12H12的物质A的结构简式为,其苯环上的二溴代物有9种同分异构体,由此推断A苯环上的四氯代物的同分异构体的数目为
A.9种 B.10种 C.11种 D.12种
7.下列分子中所有原子一定处于同一平面的是
A.CH2=CH—C≡CH B.CH2=CH—CH=CH2
C. D.
8.甲烷分子中的4个氢原子都可以被取代,若甲烷分子中的4个氢原子都被苯基取代,则得到的分子如图所示,对该分子的描述,不正确的是
A.化学式为C25H20
B.所有碳原子都在同一平面上
C.此分子的一氯代物有三种同分异构体
D.此物质属芳香烃类物质
9.[2017新课标Ⅰ]已知(b)、(d)、(p)的分子式均为C6H6,下列说法正确的是
A.b的同分异构体只有d和p两种
B.b、d、p的二氯代物均只有三种
C.b、d、p均可与酸性高锰酸钾溶液反应
D.b、d、p中只有b的所有原子处于同一平面
10.[2016新课标全国Ⅱ]分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)
A.7种 B.8种 C.9种 D.10种
11.[2016上海]轴烯是一类独特的星形环烃。三元轴烯()与苯
A.均为芳香烃 B.互为同素异形体
C.互为同系物 D.互为同分异构体
1.【答案】B
2.【答案】C
3.【答案】D
【解析】C=C、C≡C键等官能团中的"=""≡"表示有机物的结构特征在键线式中不能省略。
4.【答案】A
【解析】同分异构体的分子式相同,其相对分子质量相同,但相对分子质量相同的物质,其分子式不一定相同,如CO2和C3H8、H2SO4和H3PO4等的相对分子质量相同,但不是同分异构体,故A项错误、B项正确;C项叙述符合烷烃结构特点,故C项正确;分子式和结构相同的有机化合物一定是同一种物质,故D项正确。
5.【答案】C
【解析】甲苯分子中有四类氢原子,故其一氯代物有4种,其与H2完全加成后的产物为,其分子中有5类氢原子,故其一氯代物有5种。
6.【答案】A
【解析】该分子苯环上共有6个氢原子,其二溴代物有9种,利用换元法可知其四氯代物也有9种结构。
7.【答案】A
【解析】A选项中CH2=CH—构成一个平面(根据乙烯的结构可知),—C≡CH中所有原子呈直线型结构(根据乙炔结构可知),直线处于平面内,故分子中所有原子一定处于同一平面;B选项中两个CH2=CH—构成两个平面,两个平面可能重合,也可能不重合,分子中所有原子不一定处于同一平面;C选项中苯环确定了一个平面,CH2=CH—构成一个平面,两个平面可能重合,也可能不重合,分子中所有原子不一定处于同一平面;D选项中含有—CH3,根据甲烷的空间正四面体结构可知,—CH3一定是空间构型,含—CH3结构的化合物分子中的所有原子一定不处于同一平面内。故本题选A。
8.【答案】B
【解析】该分子由甲烷取代而得,甲烷为正四面体型,所以该分子中所有的碳原子不可能都在同一平面上。
9.【答案】D
【名师点睛】明确有机物的结构特点是解答的关键,难点是二氯取代物和共平面判断。二取代或多取代产物数目的判断一般采用定一移一或定二移一法,即可固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目,注意不要重复。关于共平面判断应注意从乙烯、苯和甲烷等结构分析进行知识的迁移应用,解答是要注意单键可以旋转,双键不能旋转这一特点。
10.【答案】C
【解析】分子式为C4H8Cl2的有机物可看成是丁烷C4H10中的两个H原子被两个Cl原子取代,C4H10有正丁烷CH3CH2CH2CH3和异丁烷CH3CH(CH3)CH3两种,正丁烷中2个H原子被Cl原子取代,有6种结构,异丁烷中2个H原子被Cl原子取代,有3种结构,共有9种。
11.【答案】D
【解析】轴烯与苯分子式都是C6H6,二者分子式相同,结构不同,互为同分异构体,故选项D正确。
【名师点睛】有机物的概念是历年考试的主要考点之一,主要包括有机物的分类、有机反应类型、“四同”(同分异构体、同位素、同素异形体、同位素)等知识点。有机物所属类别主要由官能团决定,芳香烃是指分子中含有苯环的烃类物质。同位素是同种元素的不同种核素间的互称,是针对原子而言;同素异形体是同种元素组成的不同种单质的互称,是针对单质而言;同系物是指结构相似、组成上相差一个或若干“CH2”原子团的有机物的互称;同分异构体是指分子式相同而结构不同的有机物的互称。“四同”往往结合在一起考查,有机物的相关概念在理解的基础上熟练掌握便可顺利解答,一般题目难度不大。
青蒿素
屠呦呦及其团队在寻找抗疟药物的过程中,最初关注在对疟原虫抑制率更高的胡椒上,但后期发现其效果并不理想。此后才转向了效果并不突出却在中医药典籍治疟药方中屡被提及的青蒿。屠呦呦在查阅古籍时看到“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之”,从中获得了灵感,最后经过反复实验,用乙醚成功提取了抑制率能达100%的青蒿素。