2019高中化学 有机化合物的结构特点（基础）知识讲解学案 新人教版选修5.doc

1有机化合物的结构特点有机化合物的结构特点【学习目标学习目标】1通过有机物中碳原子的成键特点，了解有机物存在异构现象是有机物种类繁多的原因之一； 2掌握同分异构现象的含义，能判断简单有机物的同分异构体，初步学会同分异构体的书写。 【要点梳理要点梳理】 要点一、有机化合物中碳原子的成键特点 【高清课堂：有机化合物的结构特点高清课堂：有机化合物的结构特点# #有机物的成键特点有机物的成键特点】1碳元素位于第二周期A 族，碳原子的最外层有 4 个电子，很难得到或失去电子，通常以共用电子对的 形式与其他原子形成共价键，达到最外层 8 个电子的稳定结构。说明：根据成键两原子间共用电子的对数，可将共价键分为单键、双键和三键。即成键两原子间共用一对 电子的共价键称为单键，共用两对电子的共价键称为双键，共用三对电子的共价键称为三键。2由于碳原子的成键特点，在有机物分子中，碳原子总是形成 4 个共价键，每个碳原子不仅能与氢原子或 其他原子（如氧、氯、氮、硫等）形成 4 个共价键，而且碳原子之间可以形成单键（CC） 、双键（CC） 、三 键（CC） 。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带有支链，还可以结合成碳环，碳链与碳 环也可以相互结合，因此，含有原子种类相同，每种原子数目也相同的分子，其原子可能具有多种不同的结合 方式，形成具有不同结构的分子。说明：（1）在有机物分子中，碳原子仅以单键与其他原子形成 4 个共价键，这样的碳原子称为饱和碳原子， 当碳原子以双键或三键与其他原子成键时，这样的碳原子称为不饱和碳原子。（2）同种元素的原子间形成的共价键称为非极性键，不同种元素的原子间形成的共价键称为极性键。共价 键的极性强弱与两个成键原子所属元素的电负性差值大小有关，电负性差值越大，键的极性就越强。3表示有机物的组成与结构的几种图式。种类实例含义应用范围化学式CH4、C2H2 （甲烷） （乙炔）用元素符号表示物质分子组成的式 子。可反映出一个分子中原子的种 类和数目多用于研究分子晶体最简式 （实验式）乙烷最简式为 CH3，C6H12O6的最简 式为 CH2O表示物质组成的各元素原子最简 整数比的式子由最简式可求最简 式量有共同组成的物质离 子化合物、原子晶体常用 它表示组成电子式用小黑点等记号代替电子，表示原 子最外层电子成键情况的式子多用于表示离子型、共价 型的物质结构式具有化学式所能表示的意义，能 反映物质的结构表示分子中原子 的结合或排列顺序的式子，但不表 示空间构型多用于研究有机物的性 质能反映有机物的结构， 有机反应常用结构式表示结构简式 （示性式）CH3CH3 （乙烷）结构式的简便写法，着重突出结构 特点（官能团）同“结构式”球棍模型小球表示原子，短棍表示价键用于表示分子的空间结构 （立体形状）比例模型用不同体积的小球表示不同原子的 大小用于表示分子中各原子的 相对大小和结合顺序2特别提示：（1）写结构简式时，同一碳原子上的相同原子或原子团可以合并，碳链上直接相邻且相同的原子团亦可以合并，如有机物也可写成(CH3)3C(CH2)2CH3。（2）有机物的结构简式只能表示有机物中各原子的连接方式并不能反映有机物的真实结构。其实有机物 的碳链是锯齿形而不是直线形的。 要点二、有机化合物的同分异构现象 【高清课堂：有机化合物的结构特点高清课堂：有机化合物的结构特点# #同分异构现象同分异构现象】1化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为 同分异构体。2两化合物互为同分异构体的必备条件有二：（1）两化合物的分子式应相同。（2）两化合物的结构应不同（如碳链骨架不同、官能团的位置不同、官能团的种类不同等） 。3中学阶段必须掌握的异构方式有三种，即碳链异构、位置异构和官能团异构。 常见同分异构现象及形成途径异构方式形成途径示例碳链异构碳链骨架不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3与位置异构官能团位置不同而产生的异构CH2CHCH2CH3与 CH3CH=CHCH3官能团异构官能团种类不同而产生的异构 CH3CH2CHO 与4此外有机物还具有立体异构现象。常见的立体异构有顺反异构和对映异构。（1）顺反异构。当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时，就存在顺反异构现象。 如 2-丁烯存在顺反异构体。（2）对映异构。 当有机物分子中的饱和碳原子连接着 4 个不同的原子或原子团时。就可能存在对映异构现象。 如乳酸（ ）有如下两种对映异构体：5同分异构体的书写技巧。（1）书写同分异构体时，必须遵循“价键数守恒”原则，即在有机物分子中，碳原子的价键数为 4，氢原 子的价键数为 1，氧原子的价键数为 2，等等。（2）熟练掌握碳原子数小于 7 的烷烃和碳原子数小于 5 的烷基的异构体数目，这对同分异构体的辨认与书 写十分重要。即 CH4、C2H6、C3H8、CH3、C2H5仅有 1 种结构；C4H10，C3H7有 2 种结构；C4H9有 4 种结构（这也是 高考中的热门烃基） ；C5H12、C6H14、C7H16则依次有 3 种、5 种、9 种结构。CH3CHCH3CH3CH3CCH3OCH3CHCOOH OH3（3）熟练掌握官能团异构的有机物的类别。烯烃和环烷烃：通式 CnH2n（n3）二烯烃、炔烃、环烯烃：通式 CnH2n2（n4）苯及苯的同系物与多烯烃：通式 CnH2n6（n6）饱和一元醇与饱和一元醚：通式 CnH2n+2O（n2）饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇：通式 CnH2nO（n3）饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟基醛：通式 CnH2nO2（n2）酚、芳香醇、芳香醚：通式 CnH2n6O（n6）葡萄糖与果糖；蔗糖与麦芽糖氨基酸 RCHCOOH 与硝基化合物 RCH2CH2NO2（4）烷烃的同分异构体的书写是其他有机物的同分异构体书写的基础。烷烃的同分异构体的书写方法一般采用“减碳对称法” ，可概括为“两注意、三原则、四顺序” 。图示如下：（5）苯的同系物或苯的衍生物的同分异构体的书写可综合考虑苯环上基团的类别和个数以及基团在苯环上 的位置，有序分析即可迅速写出其含苯环的同分异构体来。（6）书写有机物的同分异构体的步骤是：首先考虑官能团异构，其次考虑碳链异构，最后考虑位置异构， 同时遵循对称性、互补性、有序性原则，即可以无重复、无遗漏地写出所有的同分异构体来。（7）如无特别说明，中学阶段不要求书写有机物的立体异构体。 要点三、有机物的结构与性质的关系“结构决定性质，性质反映结构” ，这是学习有机化学时要特别关注的问题，根据有机物的结构推测它的性 质，一般来说，首先要找出官能团，然后从键的极性、碳原子的饱和程度等进一步分析并推测有机物的性质。1官能团与有机物性质的关系。有机物的性质由其分子结构来决定，而官能团是决定有机物性质的主要因素。一种官能团决定了一类有机 物的化学特性。一般地，具有相同的官能团的有机物具有相似的化学性质，有机物含有多个官能团时，也应具 有多个官能团的性质。2不同基团间的相互影响与有机物性质的关系。有机化合物分子中的邻近基团间往往会相互影响，这种影响会使有机化合物表现出一些特性。例如，苯与 硝酸发生取代反应的温度是 5060，而甲苯在约 30的温度下就能与硝酸发生取代反应。也就是说，与苯 相比，甲苯较易发生取代反应。这是由于甲基具有推电子作用，它对苯环的影响使得苯环上的某些氢原子更容 易被取代。再如，醇和酚的官能团都是羟基，但由于分子中与羟基相连的烃基不同，使得醇和酚的化学性质也不同； 醛和酮的官能团均含羰基，醛羰基上连有氢原子、酮羰基上不连氢原子，使得醛、酮成为两类不同的有机化合 物。【典型例题典型例题】 类型一：有机物碳原子的成键特点NH2选择最长的碳链作主链 找出中心对称线 对称性原则 有序性原则 互补性原则 主链由长到短 支链由整到散 位置由心到边 排布由邻到间两注意三原则四顺序减碳对称法4例 1 下列关于 CH3CHCHCCCF3分子结构的叙述中正确的是（ ） 。A6 个碳原子有可能都在一条直线上B6 个碳原子不可能都在一条直线上C6 个碳原子一定都在同一平面上D6 个碳原子不可能都在同一平面上 【答案】B、C【解析】根据（1）乙烯分子中的 6 个原子共平面。键角 120°；（2）乙炔分子中的 4 个原子共直线，键 角 180°，可推知题给有机物的碳链骨架结构如下：由上面的碳链骨架结构很容易看出：题给有机物分子中的 6 个碳原子不可能都在一条直线上，而是一定都 在同一平面上。 【总结升华】应以已知的有机分子结构为基础，从其氢原子被别的基团取代后的伸展情况来分析。 举一反三：举一反三： 【变式 1】某烃的结构简式为分子中处于四面体结构中心的碳原子数为 a，一定在同一平面内的碳原子数为 b，一定在同一直线上的碳原 子数为 c，则 a、b、c 依次为（ ） 。A4、5、3 B4、6、3 C2、4、5 D4、4、6 【答案】B【变式 2】某有机物的结构简式为回答下列问题：（1）写出其分子式：_。（2）其中含有_个不饱和碳原子，分子中有_个双键。（3）分子中的极性键有_（写出 2 种即可） 。（4）分子中的饱和碳原子有_个，一定与苯环处于同一平面的碳原子有_个。（5）分子中 CCO 键角约为_，HCC 键角约为_。 【答案】 （1）C16H16O5 （2）12 3 （3）碳氧键、碳氢键、氢氧键（任写 2 种）（4）4 4 （5）120° 180° 类型二：同分异构体的辨认与书写例 2 结构不同的二甲基氯苯的数目有（ ） 。A4 种 B5 种 C6 种 D7 种 【答案】C5【解析】本题可采用“有序分析法”解答。 先分析两个甲基在苯环上的异构情况，可得三种结构：再分析上述 3 种结构中苯环上加上一个氯原子后的异构情况：（1）可得2 种同分异构体；（2）可得3种同分异构体；（3）可得1 种同分异构体。因此结论是二甲基氯苯有 6 种不同的结构（即同分异构体） 。 举一反三：举一反三：【变式 1】烷基取代苯 可以被 KMnO4酸性溶液氧化生成 ，但若烷基 R 中直接与苯环连接的碳原子没有 CH 键，则不容易被氧化得到 。现有分子式是 C11H16的一烷基取代苯，已知它可以被氧化为 的同分异构体有 7 种，其中的 3 种是：， ， ，请写出其他的 4 种结构简式：_、_、_、_。【答案】【变式 2】无机物之间、无机物与有机物之间也存在着同分异构体，下列各组物质中。两者互为同分异构 体的是（ ） 。 CuSO4·5H2O 和 CuSO4·3H2O NH4CNO 和 CO(NH2)2CH3CH2NO2和 A B C D 【答案】B 类型三：有机物的结构与性质的关系例 3 苯环上原有的取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定的影响。其规律是：（1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质；（2）可以把原有取代基分为两类：原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位，如OH、CH3（或烃基） 、Cl、Br、等；RCOOHCOOHCOOHCH2CH2CH2CH2CH3CH(CH3)CH2CH2CH3CH2CH(CH3)CH2CH3CH2COOH NH2CH3CHCH2CH2CH3和 CH3CHCH2CH2CH3CH36原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位，如NO2、SO3H、CHO 等。 现有如下变化，反应过程中每步只能引进一个新的取代基。请写出其中一些物质的结构简式：A_，B_，C_，D_，E_。【答案】（D、E 可互换） 【解析】本题着重考查了考生对信息的处理能力，结合课本知识不难做出答案。分析图中变化可得：A 为；由信息知，与 Br2的反应。Br 原子应引入硝基的间位。故 B 为；而 与Br2在铁粉作用下生成，再与浓硫酸、浓硝酸发生硝化反应时，由信息知，NO2应引入溴原子的邻、对位，C 为邻位，而再发生溴代反应时，受Br、NO2两种取代基的影响，故 D、E 应分别为和（即一个在原溴原子的邻位，一个在原溴原子的对位，且在NO2的间位） 。 举一反三：举一反三： 【变式 1】在甲苯中，加入少量酸性 KMnO4溶液，振荡后溶液褪色，甲苯被氧化为苯甲酸（ ） ，正确的解释是（ ） 。A甲苯分子中碳原子数比苯分子中碳原子数多B甲苯分子中苯环受侧链影响而易被氧化C甲苯分子中侧链受苯环影响而易被氧化D由于苯环和侧链的相互影响，使苯环和侧链同时被氧化 【答案】C