人教高中化学选修5全册知识点.pdf
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1、第 1 页 高中化学选修五第一章 认识有机化合物 一、有机化合物的分类 有机化合物从构造上有两种分类方法:一是按照构成有机化合物分子的碳的骨架来分类;二是按反映有机化合物特性的特定原子团来分类。1、按碳的骨架分类 2、按官能团分类 表 l-1 有机物的主要类别、官能团与典型代表物 三、有机化合物的命名 1、烷烃的命名 烃分子失去一个氢原子所剩余的原子团叫做烃基。烷烃失去一个氢原子剩余的原子团就叫烷基,以英文缩写字母 R 表示。例如,甲烷分子失去一个氢原子后剩余的原子团“CH3”叫做甲基,乙烷(CH3CH3)分子失去一个氢原子后剩余的原子团“CH2CH3”叫做乙基。烷烃可以根据分子里所含碳原子数
2、目来命名。碳原子数在十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示。例如,CH4叫甲烷,C5H12叫戊烷。碳原子数在十以上的用数字来表示。例如,C17H36叫十七烷。前面提到的戊烷的三种异构体,可用“正“异“新来区别,这种命名方法叫习惯命名法。由于烷烃分子中碳原子数目越多,构造越复杂,同分异构体的数目也越多,习惯命名法在实际应用上有很大的局限性。因此,在有机化学中广泛采用系统命名法。下面以带支链的烷烃为例,初步介绍系统命名法的命名步骤。(1)选定分子中最长的碳链为主链,按主链中碳原子数目称作“某烷。(2)选主链中离支链最近的一端为起点,用 l,2,3 等阿拉伯数字依次给主链上的各个碳原
3、子编号定位,以确定支链在主链中的位置。例如:第 2 页(3)将支链的名称写在主链名称的前面,在支链的前面用阿拉伯数字注明它在主链上所处的位置,并在数字及名称之间用一短线隔开。例如,用系统命名法对异戊烷命名:2甲基丁烷 (4)如果主链上有一样的支链,可以将支链合并起来,用“二“三等数字表示支链的个数。两个表示支链位置的阿拉伯数字之间需用“,隔开。下面以 2,3二甲基己烷为例,对一般烷烃的命名可图示如下:如果主链上有几个不同的支链,把简单的写在前面,把复杂的写在后面。例如:2甲基4乙基庚烷 2、烯烃与炔烃的命名 前面已经讲过,烷烃的命名是有机化合物命名的根底,其他有机物的命名原那么是在烷烃命名原那
4、么的根底上延伸出来的。下面,我们来学习烯烃与炔烃的命名。(1)将含有双键或三键的最长碳链作为主链,称为“某烯或“某炔。(2)从距离双键或三键最近的一端给主链上的碳原子依次编号定位。(3)用阿拉伯数字标明双键或三键的位置(只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字)。用“二“三等表示双键或三键的个数。例如:1丁烯 2戊炔 2甲基2,4己二烯 4甲基1戊炔 3、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甲基取代后生成甲苯,被乙基取代后生成乙苯。第 3 页 如果两个氢原子被两个甲基取代后,那么生成的是二甲苯。由于取代基位置不同,二甲苯有三种同分异构体。它们之间的差异在于两个甲基
5、在苯环上的相对位置不同,可分别用“邻“间与“对来表示:邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 假设将苯环上的 6 个碳原子编号,可以某个甲基所在的碳原子的位置为 l 号,选取最小位次号给另一甲基编号,那么邻二甲苯也可叫做 1,2二甲苯,间二甲苯叫做 1,3二甲苯,对二甲苯叫做 1,4二甲苯。四、研究有机化合物的一般步骤与方法 下面是研究有机化合物一般要经过的几个根本步骤:1、别离、提纯 1 蒸馏 蒸馏是别离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质,而且该有机物热稳定性较强,及杂质的沸点相差较大时(一般约大于 30),就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。2 重结晶 重结晶的首要工作是选择适当的溶剂
6、,要求该溶剂:(1)杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大,易于除去;(2)被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度,受温度的影响较大。该有机物在热溶液中的溶解度较大,冷溶液中的溶解度较小,冷却后易于结晶析出,等等。3 萃取 萃取包括液液萃取与固液萃取。液一液萃取是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同,将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。液液萃取是别离、提纯有机物常用的方法,分液漏斗是萃取操作的常用玻璃仪器。别离 提纯元素定量分析确定测定相对分子质量确定分子波 谱 分 析确 定 构 造第 4 页 一般是用有机溶剂从水中萃取有机物,常用的及水不互溶的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。固一液
7、萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程,在实验室与工厂中用专用的仪器与设备进展这一操作。别离、提纯后的有机物经过纯度鉴定后,可用于进展元素组成的分析、相对分子质量的测定与分子构造的鉴定。2、元素分析及相对分子质量的测定 1 元素分析 元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧,分解为简单的无机物,并作定量测定,通过无机物的质量推算出组成该有机物元素原子的质量分数,然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比,即确定其实验式。【例题】某含 C、H、O 三种元素的未知物 A,经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为 5216,氢的质量分数为 1314,试求该未知物 A 的实验式。元素分析
8、只能确定组成分子的各原子最简单的整数比。有了实验式,还必须知道该未知物的相对分子质量,才能确定它的分子式。目前有许多测定相对分子质量的方法,质谱法是最准确、快捷的方法。2 相对分子质量的测定质谱法 质谱是近代开展起来的快速、微量、准确测定相对分子质量的方法。它用高能电子流等轰击样品分子,使该分子失去电子 变成带正电荷的分子离子与碎片离子。分子离子、碎片离 子各自具有不同的相对质量,它们在磁场的作用下到达检 测器的时间将因质量的不同而先后有别,其结果被记录为 质谱图。右图中最右边的分子离子峰(CH3CH2OH)表示的 是上面例题中未知物质 A 的相对分子质量。第 5 页 未知物 A 的相对分子质
9、量为 46,实验式 C2H6O 的式量是 46,所以未知物 A的实验式与分子式都是 C2H6O。但是,符合此分子式的构造式应有两种:二甲醚 乙醇 终究它是二甲醚还是乙醇只有鉴定分子构造才能够确定。及鉴定有机物构造有关的物理方法有质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等,我们在这里仅介绍红外光谱及核磁共振氢谱的应用。3、分子构造的鉴定 1 红外光谱 例如,上面例题中未知物 A 的红外光谱图(如以下图)上发现有 OH 键、CH 键与 CO 键的振动吸收。因此,可以初步推测该未知物 A 是含羟基的化合物,构造简式可写为 C2 H5OH。未知物 A 的红外光谱 2核磁共振氢谱 未知物 A(C2H5OH)
10、的核磁共振氢谱有三个峰(如图 l8),峰面积之比是 1:2:3,它们分别为羟基的一个氢原子,亚甲基(CH2)上的二个氢原子与甲基上的三个氢原子的吸收峰。而二甲醚(CH3OCH3)中的六个氢原子均处于一样的化学环境中,只有一种氢原子,应只有一个吸收峰(如以下图)。未知物 A 的核磁共振氢谱 二甲醚的核磁共振氢谱 从上述未知物 A 的红外光谱与核磁共振氢谱可以知道:(1)红外光谱图说明有羟基OH、CO 键与烃基 CH 键红外吸收峰;第 6 页(2)核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰。因此,未知物 A 的构造简式应该是 CH3CH2OH,而不是 CH3OCH3。一、各类烃的代表物的构造、特性 类
11、别 烷 烃 烯 烃 炔 烃 苯及同系物 通 式 CnH2n+2(n1)CnH2n(n2)CnH2n-2(n2)CnH2n-6(n6)代表物构造式 HCCH 相对分子质量Mr 16 28 26 78 碳碳键长(10-10m)键 角 10928 约 120 180 120 分子形状 正四面体 6 个原子 共平面型 4 个原子 同一直线型 12 个原子共平面(正六边形)主要化学性质 光 照 下 的卤 代;裂化;不使酸性 KMnO4溶液褪色 跟 X2、H2、HX、H2O、HCN加成,易被氧化;可加聚 跟 X2、H2、HX、HCN加成;易被氧化;能加聚 得 导 电塑料 跟H2加成;FeX3催 化 下 卤
12、代;硝化、磺化反响 二、烃的衍生物的重要类别与各类衍生物的重要化学性质 类别 通 式 官能团 代表物 分子构造结点 主要化学性质 第 7 页 卤代烃 一 卤 代烃:RX 多 元 饱与 卤 代烃:CnH2n+2-mXm 卤原子 X C2H5Br Mr:109 卤素原子直接及烃基结合-碳上要有氢原子才能发生消去反响 水溶液共热发生取代反响生成醇 生成烯 醇 一元醇:ROH 饱 与 多元醇:CnH2n+2Om 醇羟基 OH CH3OH Mr:32 C2H5OH Mr:46 羟基直接及链烃 基 结 合,OH 及 CO均有极性。-碳上有氢原子才能发生消去反响。-碳上有氢原子才能被催化氧化,伯醇氧化为醛,
13、仲醇氧化为酮,叔醇不能被催化氧化。2 卤化氢或浓氢卤酸反响生成卤代烃 3.脱水反响:乙醇 140分子间脱水成醚 170分子内脱水生成烯 或酮 5.一般断 OH键及羧酸及无机含氧酸反响生成酯 醚 ROR 醚键 C2H5O C2H5 Mr:74 CO 键有极性 性质稳定,一般不及酸、碱、氧化剂反响 酚 酚羟基 OH Mr:OH 直接及苯环上的碳相连,生成沉淀 3呈紫色 第 8 页 94 受苯环影响能微弱电离。醛 醛基 HCHO Mr:30 Mr:44 HCHO 相当于两个 CHO 有极性、能加成。2、HCN 等加成为醇(O2、多伦试剂、斐林试剂、酸性高锰酸钾等)氧化为羧酸 酮 羰基 Mr:58 有
14、极性、能加成 及 H2、HCN 加成为醇 不能被氧化剂氧化为羧酸 羧酸 羧基 Mr:60 受羰基影响,OH 能电离出H+,受羟基影响不能被加成。时一般断羧基中的碳氧单键,不能被 H2加成 NH2物质缩去水 生 成 酰 胺(肽键)酯 酯基 HCOOCH3 Mr:60 Mr:88 酯基中的碳氧单键易断裂 1.发生水解反响生成羧酸与醇 第 9 页 硝酸酯 硝酸酯基 ONO2 不稳定 易爆炸 RONO2 硝基化合物 硝基NO2 一硝基化合物较稳定 一般不易被氧化剂氧化,但多硝基化合物易爆炸 RNO2 氨基酸 RCH(NH2)COOH 氨基NH2 羧基COOH H2NCH2COOH Mr:75 NH2能
15、以配位键结合H+;COOH 能局部电离出H+两性化合物能形成肽键 蛋白质 构造复杂 不可用通式表示 肽键 氨基NH2 羧基COOH 酶 多肽链间有四级构造 生物催化剂 糖 多 数 可用 以 下通 式 表示:Cn(H2O)m 羟 基 OH 醛 基 CHO 羰基 葡萄糖 CH2OH(CHOH)4CHO 淀粉(C6H10O5)n 纤维素 C6H7O2(OH)3 n 多羟基醛或多羟基酮或它们的缩合物 1.氧化反响(复原性糖)第 10 页 油脂 酯基 可 能 有碳 碳 双键 酯基中的碳氧单键易断裂 烃基中碳碳双键能加成 1.水解反响 皂化反响 三有机物的溶解性 1难溶于水的有:各类烃、卤代烃、硝基化合物
16、、酯、绝大多数高聚物、高级的指分子中碳原子数目较多的,下同醇、醛、羧酸等。2易溶于水的有:低级的一般指 N(C)4醇、醚、醛、酮、羧酸及盐、氨基酸及盐、单糖、二糖。它们都能及水形成氢键。3具有特殊溶解性的:乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分,也常用乙醇作为反响的溶剂,使参加反响的有机物与无机物均能溶解,增大接触面积,提高反响速率。例如,在油脂的皂化反响中,参加乙醇既能溶解 NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相同一溶剂的溶液中充分接触,加快反响速率,提高反响限度。苯酚:室温下,在水中的溶解度是属可溶,易溶于乙醇等有机溶剂,当温
17、度高于 65时,能及水混溶,冷却后分层,上层为苯酚的水溶液,下层为水的苯酚溶液,振荡后形成乳浊液。苯酚易溶于碱溶液与纯碱溶液,这是因为生成了易溶性的钠盐。乙酸乙酯在饱与碳酸钠溶液中更加难溶,同时饱与碳酸钠溶液还能通过反响吸收挥发出的乙酸,溶解吸收挥发出的乙醇,便于闻到乙酸乙酯的香味。有的淀粉、蛋白质可溶于水形成胶体。蛋白质在浓轻金属盐包括铵盐溶液中溶解度减小,会析出(即盐析,皂化反响中也有此操作)。但在稀轻金属盐(包括铵盐)溶液中,蛋白质的溶解度反而增大。线型与局部支链型高聚物可溶于某些有机溶剂,而体型那么难溶于有机溶剂。氢氧化铜悬浊液可溶于多羟基化合物的溶液中,如甘油、葡萄糖溶液等,形成绛蓝
18、色溶液。四有机物的密度 1小于水的密度,且及水溶液分层的有:各类烃、一氯代烃、酯包括油脂 2大于水的密度,且及水溶液分层的有:多氯代烃、溴代烃溴苯等、碘代烃、硝基苯 五有机物的状态常温常压1 个大气压、20左右 1气态:烃类:一般 N(C)4 的各类烃 注意:新戊烷C(CH3)4亦为气态 衍生物类:一氯甲烷CH 3Cl,沸点为-24.2 氟里昂 CCl 2F2,沸点为-29.8 氯乙烯CH 2=CHCl ,沸点为-13.9 甲醛HCHO ,沸点为-21 氯乙烷CH 3CH 2Cl 一溴甲烷CH3Br,沸点为 3.6 第 11 页 四氟乙烯CF2=CF2,沸点为-76.3 甲醚CH3OCH3,沸
19、点为-23 甲乙醚CH3OC2H5,沸点为 10.8 环氧乙烷 ,沸点为 13.5 2液态:一般 N(C)在 516 的烃及绝大多数低级衍生物。如,己烷 CH3(CH2)4CH3 环己烷 甲醇 CH3OH 甲酸 HCOOH 溴乙烷 C2H5Br 乙醛 CH3CHO 溴苯 C6H5Br 硝基苯 C6H5NO2 特殊:不饱与程度高的高级脂肪酸甘油酯,如植物油脂等在常温下也为液态 3固态:一般 N(C)在 17 或 17 以上的链烃及高级衍生物。如,石蜡 C12以上的烃 饱与程度高的高级脂肪酸甘油酯,如动物油脂在常温下为固态 特殊:苯酚C6H5OH、苯甲酸C6H5COOH、氨基酸等在常温下亦为固态
20、六、重要的反响 1能使溴水Br2/H2O褪色的物质 1有机物 通过加成反响使之褪色:含有、CC的不饱与化合物 通过取代反响使之褪色:酚类 注意:苯酚溶液遇浓溴水时,除褪色现象之外还产生白色沉淀。通过氧化反响使之褪色:含有CHO醛基的有机物有水参加反响 注意:纯洁的只含有CHO醛基的有机物不能使溴的四氯化碳溶液褪色 通过萃取使之褪色:液态烷烃、环烷烃、苯及其同系物、饱与卤代烃、饱与酯 2无机物 通过及碱发生歧化反响 3Br2+6OH-=5Br-+BrO3-+3H2O 或Br2+2OH-=Br-+BrO-+H2O 及复原性物质发生氧化复原反响,如 H2S、S2-、SO2、SO32-、I-、Fe2+
21、2能使酸性高锰酸钾溶液 KMnO4/H+褪色的物质 1有机物:A.含有 、CC、OH较慢、CHO 的物质 B.及苯环相连的侧链碳碳上有氢原子的苯的同系物及苯不反响 2无机物:及复原性物质发生氧化复原反响,如 H2S、S2-、SO2、SO32-、Br-、I-、Fe2+3及 Na 反响的有机物:含有OH、COOH 的有机物 及 NaOH 反响的有机物:常温下,易及含有酚羟基、COOH 的有机物反响 加热时,能及卤代烃、酯反响取代反响 及 Na2CO3反响的有机物:含有酚羟基的有机物反响生成酚钠与 NaHCO3;含有COOH 的有机物反响生成羧酸钠,并放出 CO2气体;含有SO3H 的有机物反响生成
22、磺酸钠并放出 CO2气体。第 12 页 及 NaHCO3反响的有机物:含有COOH、SO3H 的有机物反响生成羧酸钠、磺酸钠并放出 等物质量的 CO2气体。4既能及强酸,又能及强碱反响的物质 12Al+6H+=2 Al3+3H2 2Al+2OH-+2H2O=2 AlO2-+3H2 2Al2O3+6H+=2 Al3+3H2O Al2O3+2OH-=2 AlO2-+H2O 3Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 4弱酸的酸式盐,如 NaHCO3、NaHS 等等 NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H
23、2O NaHS+HCl=NaCl+H2S NaHS+NaOH=Na2S+H2O 5弱酸弱碱盐,如 CH3COONH4、(NH4)2S 等等 2CH3COONH4+H2SO4=(NH4)2SO4+2CH3COOH CH3COONH4+NaOH=CH3COONa+NH3+H2O (NH4)2S+H2SO4=(NH4)2SO4+H2S (NH4)2S+2NaOH=Na2S+2NH3+2H2O 6氨基酸,如甘氨酸等 H2NCH2COOH+HCl HOOCCH2NH3Cl H2NCH2COOH+NaOH H2NCH2COONa+H2O(7)蛋白质 蛋白质分子中的肽链的链端或支链上仍有呈酸性的COOH 与
24、呈碱性的NH2,故蛋白质仍能及碱与酸反响。5银镜反响的有机物 1发生银镜反响的有机物:含有CHO 的物质:醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、复原性糖葡萄糖、麦芽糖等 2银氨溶液Ag(NH3)2OH多伦试剂的配制:向一定量 2%的 AgNO3溶液中逐滴参加 2%的稀氨水至刚刚产生的沉淀恰好完全溶解消失。3反响条件:碱性、水浴加热 假设在酸性条件下,那么有 Ag(NH3)2+OH-+3H+=Ag+2NH4+H2O而被破坏。4实验现象:反响液由澄清变成灰黑色浑浊;试管内壁有银白色金属析出 5有关反响方程式:AgNO3+NH3H2O=AgOH+NH4NO3 AgOH+2NH3H2O=Ag(NH3)2OH+2H
25、2O 银镜反响的一般通式:RCHO+2Ag(NH3)2OH2 Ag+RCOONH4+3NH3+H2O【记忆诀窍】:1水盐、2银、3氨 甲醛相当于两个醛基:HCHO+4Ag(NH3)2OH4Ag+(NH4)2CO3+6NH3+2H2O 第 13 页 乙二醛:OHC-CHO+4Ag(NH3)2OH4Ag+(NH4)2C2O4+6NH3+2H2O 甲酸:HCOOH+2 Ag(NH3)2OH2 Ag+(NH4)2CO3+2NH3+H2O 葡 萄 糖:(过 量)CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH2Ag+CH2OH(CHOH)4COONH4+3NH3+H2O(6)定量关系:CHO2Ag
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