有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1、有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有機(jī)化學(xué)能充分體現(xiàn)出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的規(guī)律。 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與碳原子的成鍵方式有關(guān)。碳原子最外層4個(gè)電子，得失電子都不容易，主要以共價(jià)鍵與其它原子結(jié)合。依據(jù)共用電子對(duì)數(shù)可將碳原子形成的共價(jià)鍵分為單鍵、雙鍵、三鍵這三類(lèi)；依據(jù)共用電子對(duì)是否有偏向可分為極性鍵和非極性鍵；依據(jù)原子軌道重疊成鍵的方式又分為d鍵、n鍵，有的還存在大 n鍵。碳原子成鍵方式的多樣性決定有機(jī)化合物大多存在同分異 構(gòu)現(xiàn)象，常見(jiàn)的同分異構(gòu)有碳骨架異構(gòu)、官能團(tuán)位置異構(gòu)、官能團(tuán)類(lèi)別異構(gòu)。官能團(tuán)決定有機(jī)化合物的化學(xué)特性，官能團(tuán)的相互影響會(huì)使有機(jī)化合物具有某些特性?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：不同類(lèi)有機(jī)物中碳原

2、子不同的成鍵方式和同分異構(gòu)體。難點(diǎn)：有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與碳原子成鍵方式的關(guān)系及如何書(shū)寫(xiě)有機(jī)物的同分異構(gòu)體?！局R(shí)講解】 c廠/C烴分子中有/ ，烴的衍生物中有一 x、一 OHOO4-OH C0-等不同的官能團(tuán)，這些官能團(tuán)決定了有機(jī)化合物具有各自典型的性質(zhì)。學(xué)習(xí)有機(jī)化合物，必須明確“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”。有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)是以分子中碳原子結(jié)合成的碳骨架為基礎(chǔ)的，故首先要研究碳原子的結(jié)合方式成鍵情況。一、碳原子的成鍵方式上節(jié)已把有機(jī)物分為鏈狀有機(jī)化合物和環(huán)狀有機(jī)化合物，這就是根據(jù)碳骨架的形狀來(lái)分的，烴中又有烷烴、烯烴和炔烴，這是根據(jù)碳原子形成不同的碳碳鍵來(lái)分的。1、單鍵、雙鍵和三鍵碳原子最外層4個(gè)

3、電子，要形成最外層8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子需共用4對(duì)電子。 若每個(gè)碳原子分別與4個(gè)碳原子各形成一對(duì)共用電子，形成的該共價(jià)鍵為單鍵。若兩個(gè)碳原'c=c/子間共用兩對(duì)電子的共價(jià)鍵稱(chēng)為雙鍵，用表示。若兩個(gè)碳原子間共用三對(duì)電子的共價(jià)鍵稱(chēng)為三鍵，用 一 cm? 表示。下面介紹幾種常見(jiàn)有機(jī)物的成鍵情況。(1) 中碳原子成鍵情況和空間構(gòu)型HH：C：Hfi,結(jié)構(gòu)式為，空間構(gòu)型為正四面體， 鍵角為109.5 ° (或109° 28'）。C原子的軌道表示式為T(mén)T,參與成鍵時(shí)，形成雜化軌道。念中分子中C原子形成sp3雜化軌道：.：-，形成了四個(gè)完全相同的雜化軌道，分別與H原

4、子的原子軌道重疊，形成了空間構(gòu)型為正四面體形的分子。烷烴分子中碳原子的成鍵方式都與4分子中的碳原子相似，碳原子無(wú)論形成碳碳單鍵還是碳?xì)鋯捂I，任意兩個(gè)鍵間的夾角都接近109.5 °，故烷烴分子中的碳鏈為折線(xiàn)形。(2) 分子的成鍵情況和空間構(gòu)型。與亠相比，出現(xiàn)了碳碳雙鍵，空H HX亠的電子式為三，結(jié)構(gòu)式為間構(gòu)型不是正四面體，而是平面形分子，鍵角接近120°。6陽(yáng)的電子式為H=C：C：H，結(jié)構(gòu)式為C三CH。比分子中出現(xiàn)了碳碳三鍵, 空間構(gòu)型為直線(xiàn)形，鍵角為180°。(3) b鍵、n鍵從原子軌道重疊成鍵的方式分析，4分子中碳原子形成sp3雜化軌道，烷烴分子中,無(wú)論是碳碳單

5、鍵，還是碳?xì)鋯捂I，都是以“頭碰頭”方式重疊成鍵，叫做b鍵。該鍵比較穩(wěn)定，決定了及其它烷烴分子的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不能發(fā)生加成反應(yīng)，主要發(fā)生取代 反應(yīng)。不中的碳碳雙鍵中，只有一對(duì)電子形成b鍵，另一對(duì)電子只能以“肩并肩”方式重疊，形成n鍵。故1 I分子的雙鍵中有一個(gè)為b鍵、一個(gè)為n鍵，匚分子的三鍵中有一個(gè)為b鍵、二個(gè)n鍵。由于b鍵的重疊程度大于 n鍵，故b鍵的鍵能通常比 n鍵高。 已知碳碳單鍵、雙鍵、三鍵的鍵能分別為 347kJ/moL, 614kJ/moL、839kJ/moL，可知碳碳雙 鍵、三鍵的鍵能分別比單鍵鍵能的 2倍、3倍要小，也充分說(shuō)明了 b鍵的鍵能比n鍵高，故I H IH-iHI分子

6、中的n鍵易斷裂，比 丨：性質(zhì)活潑，易發(fā)生加成反應(yīng)，如二者常溫下能使溴水褪色。苯分子也是平面形分子， 鍵角約120°。苯分子中六個(gè)碳原子通過(guò)b鍵形成正六邊形的碳環(huán)，每個(gè)碳原子各自還提供一個(gè)電子，以“肩并肩”方式重疊后形成一個(gè)特殊的共價(jià)鍵， 叫做大n鍵。該鍵決定了苯看似高度不飽和，實(shí)際上與烯烴、炔烴性質(zhì)并不接近。除了用電子對(duì)數(shù)把碳原子形成的共價(jià)鍵進(jìn)行分類(lèi)外，根據(jù)原子對(duì)電子的吸引程度是否相同，把共價(jià)鍵也進(jìn)行分類(lèi)，這就時(shí)極性鍵和非極性鍵。2、極性鍵和非極性鍵(1) 極性鍵：成鍵雙方為不同元素的原子，吸引電子的能力不同， 使共用電子對(duì)偏向吸引電子能力強(qiáng)的一方，這樣的共價(jià)鍵叫極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)極性

7、鍵。如有機(jī)物中的碳?xì)滏I、碳氧鍵、碳氮鍵、 氫氧鍵等。從電負(fù)性角度分析， 兩元素中電負(fù)性越大的元素，對(duì)電子的吸引能力越強(qiáng)。電負(fù)性差值很大的元素原子之間形成的化學(xué)鍵主要是離子鍵，差值小的非金屬元素原子之間形成的為極性共價(jià)鍵，電負(fù)性相同的非金屬元素原子間形成的為非極性共價(jià)鍵。(2) 非極性鍵成鍵兩原子相同時(shí)， 吸引共同電子的能力相同，共用電子對(duì)誰(shuí)也不偏向，這樣的共價(jià)鍵是非極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)非極性鍵。如碳碳單鍵、雙鍵、三鍵都為非極性鍵。非極性鍵中，共 用電子對(duì)不偏向于成鍵原子的任何一方，故參與成鍵的兩原子都不顯電性。碳原子成鍵方式的多樣性導(dǎo)致了有機(jī)化合物中普遍存在同分異構(gòu)現(xiàn)象。二、有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)

8、象1、同分異構(gòu)體：分子組成相同而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象稱(chēng)為同分異構(gòu)現(xiàn)象，這些結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)化合物互稱(chēng)為同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體的研究對(duì)象是有機(jī)化合物，注意與同位素、同素異形體、同系物等概念的區(qū)分。2、同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)(1) 碳骨架異構(gòu)：書(shū)寫(xiě):二“：；的同分異構(gòu)體。i :無(wú)支鏈:ch3(chch?ii：去一碳，做甲基甲基先放在中間:ch3CH3CH2iHCH2CH2CH3ch3往一邊挪動(dòng)甲基：匕-'匕廠巨；二丁一上?iii：去兩碳，做乙基:CH3CH2 chch2ch3做兩個(gè)甲基：兩甲基在同一個(gè)碳原子上:吒CHMCIUICH2琢CH3CH理CICICH3CHsH CH2CH3兩甲基處于兩個(gè)不同碳原

9、子上：處于相鄰位置：處于相間位置：洋*c/hchm CH罟CH3i-CHCH3iv：去三碳，做三個(gè)甲基：'3(若碳原子數(shù)多，還可做一個(gè)丙基，或一個(gè)乙基和兩個(gè)甲基)。(2) 官能團(tuán)位置異構(gòu)：書(shū)寫(xiě)-二的鏈狀異構(gòu)體。宵匚的鏈狀異構(gòu)就是屬于烯烴的同分異構(gòu)體，除正常的烷烴的碳骨架異構(gòu)外，還要注 意雙鍵位置移動(dòng)出現(xiàn)的同分異構(gòu)體。i：雙鍵在1,2兩個(gè)碳原子上ch3ch3ch2 =d ch3ch3 、 ch2=chh CH3ii：雙鍵在2,3兩個(gè)碳原子上CH3 CH=CHCH2CH?、ChM=chcH3炔烴及烴的衍生物的同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)也要注意官能團(tuán)位置移動(dòng)引起的同分異構(gòu)體，除官能團(tuán)位置移動(dòng)外，還有官

10、能團(tuán)發(fā)生變化產(chǎn)生的同分異構(gòu)體，即官能團(tuán)的類(lèi)別異構(gòu)。(3) 官能團(tuán)的類(lèi)別異構(gòu)不同類(lèi)的有機(jī)物之間也有可能出現(xiàn)類(lèi)別異構(gòu)，如同碳原子數(shù)的環(huán)烷烴與烯烴、二烯烴與炔烴、醇與醚、醛和酮、羧酸與酯之間出現(xiàn)的同分異構(gòu)體。這些以后學(xué)習(xí)烴的衍生物時(shí)，還 會(huì)涉及到，下面分析 &T：.的環(huán)烷烴的同分異構(gòu)體，書(shū)寫(xiě)原則仍遵循一般的碳骨架異構(gòu)的規(guī) 律。的環(huán)烷烴同分異構(gòu)體有:CU廠 CH2H3C - CHCH3/、 /、 ch3-ch _ ch3 ch2-CH-C2Hj以上三種異構(gòu)屬于有機(jī)化合物中的結(jié)構(gòu)異構(gòu)， 還有一類(lèi)是立體異構(gòu)， 是指有相同的組成 和結(jié)構(gòu)，而原子在分子中的空間排列情況不同引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象，常見(jiàn)的有順

11、反異構(gòu)和對(duì)映異構(gòu)。(4) 順?lè)串悩?gòu)：含碳碳雙鍵的化合物中， 雙鍵不像單鍵那樣能沿著鍵軸旋轉(zhuǎn)，故形成雙鍵的兩個(gè)碳原子中，每個(gè)碳原子所連的另外兩個(gè)原子或基團(tuán)不同時(shí)，就存在順?lè)串悩?gòu)現(xiàn)象。如2-丁烯存在順?lè)串悩?gòu)。(5) 對(duì)映異構(gòu)當(dāng)有機(jī)化合物分子中的飽和碳原子連接著四個(gè)不同的原子或原子團(tuán)時(shí)，就會(huì)形成像人的左、右手一樣的看似相同卻不能完全重疊的兩種物質(zhì)，它們?yōu)閷?duì)映異構(gòu)體，乳酸 m m匚二分子存在對(duì)映異構(gòu)。人們將連有四個(gè)不同基團(tuán)的碳原子形象地稱(chēng)為手性碳原子，手性碳原子普遍存在于一些與生命現(xiàn)象有關(guān)的有機(jī)化合物中，屬于熱點(diǎn)問(wèn)題。三、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)。若已知某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，先找出含有

12、的官能團(tuán)，根據(jù)該官能團(tuán)的 性質(zhì)，碳原子的飽和程度， 分析該有機(jī)化合物可能具有的性質(zhì)，這是考試中考查有機(jī)化合物的重點(diǎn)內(nèi)容。1、官能團(tuán)與有機(jī)化合物性質(zhì)的關(guān)系。官能團(tuán)能決定有機(jī)化合物的特性，主要有以下兩方面的原因。(1) 一些官能團(tuán)含有極性較強(qiáng)的鍵，易發(fā)生相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。如：醇的官能團(tuán)為一OH有較強(qiáng)的極性，是醇分子中最活潑的基團(tuán)，故醇的化學(xué)性質(zhì)主要由OH決定，其余的碳碳炔烴分子中的鍵、碳?xì)滏I對(duì)其性質(zhì)影響不大。(2) 些官能團(tuán)含有不飽和鍵，易發(fā)生相關(guān)反應(yīng)，如：烯烴、，使得它們?nèi)菀装l(fā)生加成反應(yīng)等。c=cC 三C一從熟悉的有機(jī)化學(xué)習(xí)每類(lèi)有機(jī)官能團(tuán)中鍵的極性和碳原子的飽和程度對(duì)有機(jī)化合物的性質(zhì)影響較大。 合

13、物的官能團(tuán)，聯(lián)系未知物中的相同官能團(tuán)，可預(yù)測(cè)它們的性質(zhì)有相近之處。物時(shí)，必須熟練掌握官能團(tuán)如何決定它們的化學(xué)性質(zhì)。2、不同基團(tuán)間的相互影響與有機(jī)化合物性質(zhì)的關(guān)系。分子中的鄰近基團(tuán)之間往往存在著相互影響，性質(zhì)匚九使得苯環(huán)上鄰位、對(duì)位碳原子上的氫原子 三三能被酸性Im胡氧化，苯不有機(jī)化合物中往往不止一種官能團(tuán)， 也就發(fā)生變化。如苯與甲苯相比，甲苯中的 易被取代，甲苯比苯取代反應(yīng)容易進(jìn)行。同時(shí)，甲苯中的 具備該性質(zhì)。烴的衍生物中這種影響會(huì)更多。學(xué)習(xí)有機(jī)化合物時(shí)， 必須分析每類(lèi)有機(jī)化合物中官能團(tuán)如何決定性質(zhì)，各官能團(tuán)之間又會(huì)怎樣相互影響，這樣，學(xué)習(xí)時(shí)目的就比較明確了。【例題分析】例1:某烴的一種同分異

14、構(gòu)體只能生成一種一氯代物，該烴的分子式可以是A_E.CiHjo C.C5H12D.C(5H)4分析：本題考查對(duì)烷烴的同分異構(gòu)體的分析能力。解法一：找出烴中氫原子的種類(lèi)，有幾種不同的氫原子就有幾種一氯代物。氫原子種類(lèi)的判斷：同一碳原子上的氫原子為同一類(lèi)；同一碳原子上所連甲基中的氫原子為同一類(lèi)；處于對(duì)稱(chēng)位置上的氫原子為同一類(lèi)。A選項(xiàng)中:ch3-c：h2-ch5：2種氯代物。B選項(xiàng)中:CHl C廠2種,，的氫原子處于對(duì)稱(chēng)位置,H,c-CH CH,唇，連在同一碳上的甲基中的H為一類(lèi)。C D也用此法逐一分析， 得出C選項(xiàng)中,CHF fCHaCH3只有一種一氯代物。上述解法非常繁瑣。解法二：此題應(yīng)掌握10

15、個(gè)碳原子以?xún)?nèi)的烷烴的一氯代物只有一種的物質(zhì)有:ch3ch5 ；pH3ch- -ch3 ； CHrCH3pH3pH3 廠¥-阻 CH2CH3四種，對(duì)照此題的選項(xiàng)只有 C符合。答案：Co例2：烷烴分子可以看成由CFfes CHa一 CH、一C 等基團(tuán)或原子團(tuán)結(jié)合而成。如果某烷烴分子中同時(shí)存在這 4種基團(tuán)，最少應(yīng)為含有個(gè)碳原子的烷烴，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式有種，它們分別是。解析：按照題目要求，可將4種基團(tuán)逐一排列如下式，構(gòu)成主鏈：CH廠其中-CH-cr的剩余價(jià)鍵上必須連接，否則就不能保持該基團(tuán)的形式,例如:若連接一個(gè) H原子，則為-CH-。這樣可以計(jì)算出最少碳原子數(shù)應(yīng)為8，即:CH廠 CH廠 f H

16、-CH3S3其同分異構(gòu)體中仍保持有 4種特定基團(tuán)的還有以下兩種:CH3h3 H3Y CICCH3H2 cH3 c因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式共有3種，分別如以上所示?！具_(dá)標(biāo)練習(xí)】1、判斷下列說(shuō)法下確的是（）A、符合同一通式的有機(jī)物一定互為同系物。B分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè)二原子團(tuán)的有機(jī)物一定互為同系物。C相對(duì)分子質(zhì)量相同的有機(jī)物一定互為同分異構(gòu)體。D同分異構(gòu)體中各元素的含量相同，但組成元素含量相同的有機(jī)物不一定互為同分異 構(gòu)體。2、下列各對(duì)物質(zhì)中屬于同分異構(gòu)體的是（）A站Cl和茄ClB白磷和紅磷HH1CHCH1和 Cl-C-ClCHmCOOCHs 和ch2ch2choCC!HDOH3、下列有機(jī)物其一氯代物

17、的結(jié)構(gòu)可能只有一種的是Cs C4Hiq()6 C5H124、AC5、A6、A7、AC&A下列數(shù)據(jù)是有機(jī)物的式量，可能互為同系物的一組是16、30、58、 72B 16、28、40、 5216、32、48、 54D 16、30、42、 56相對(duì)分子質(zhì)量為100的烷烴，主鏈上有5個(gè)碳原子的同分異構(gòu)體有3種 B、4種C、5種D、6種已知二氯苯的同分異構(gòu)體有三種，從而推知四氯苯的同分異構(gòu)體的數(shù)目為一種 B、二種 C、三種D、四種下列四種烴類(lèi)：乙烷、乙烯、乙炔、苯中碳原子之間鍵長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的順序) 、B、 、D、甲苯分子被溴原子取代一個(gè)氫原子后，可能形成的同分異構(gòu)體數(shù)目是3個(gè) B、4個(gè)C、5個(gè) D

18、、6個(gè)9、中有可能在同一平面上的C原子數(shù)最多為()個(gè)。B、8D、107B、8 C 910、白磷、2,2 二甲基丁烷、氯氣、2甲基戊烷、液氯、2甲基丁烷、紅磷、環(huán)丙烷、中，互為同系物的是.;互為同分異構(gòu)體的是.;互為同素異形體的是.;是同位素的有-;是同一物質(zhì)的是.11、某化合物，A的分子式為1，/：-',分析數(shù)據(jù)表明，分子中有兩個(gè)CHg。兩個(gè)-CH?,個(gè)CH和一 Ci。它的可能結(jié)構(gòu)只有四種。請(qǐng)寫(xiě)出這四種可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。(3) 。(4)。12、烷烴分子中，與碳原子相結(jié)合的氫原子有3個(gè)、2個(gè)、1個(gè)等不同情況，分別用伯氫、仲氫、叔氫加以區(qū)別，如下式所示：CH3-CH-CH-CH3在烷烴的取代反應(yīng)中，伯、仲、叔三種氫原子被取代的幾率 (機(jī)會(huì))不同，但同類(lèi)氫原子被取代的幾率(機(jī)會(huì))可視為相同。現(xiàn)將 n mol 2 -甲基丁烷與適量溴蒸氣在一定條件下完全 反應(yīng)，若只生成四種一溴代物和溴化氫，則：(1)