無機(jī)化學(xué)比賽指點教案

有機(jī)化學(xué)競賽輔導(dǎo)教案

第一章緒論

一.有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)

有機(jī)化合物是指碳?xì)浠衔锛捌溲苌铩?/p>

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)合物的結(jié)構(gòu)特征.合成方法和理化性質(zhì)等的化學(xué).

有機(jī)化合物的特點

碳原子的價電子層IS22s22P2因此，有機(jī)物分子是共價鍵結(jié)合。

1.可燃性：絕大多數(shù)有機(jī)物都是可燃的。

2.耐熱性、熔點、沸點低：

3.水溶性：小，原理依據(jù)，相似相溶原理、與水形成氫鍵的能力。

4.導(dǎo)電性能：差。

5.反應(yīng)速度：慢。

6.反應(yīng)產(chǎn)物：常有副產(chǎn)物，副反應(yīng)。

7.普遍在同分異構(gòu)體

同分異構(gòu)體是指分子式相同結(jié)構(gòu)式不同，理化性質(zhì)不同的化分物。

三.有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)理論

1858年凱庫勒和古柏爾提出有機(jī)化合物分子中碳原子是四價及碳原子之間相互

連接成碳鏈的概念，成為有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的，最原始和最基礎(chǔ)的理論。

1861年布特列洛夫?qū)τ袡C(jī)化合物的結(jié)構(gòu)提出了較完整的的概念，提出原子之間

存在著相互的影響。

1874年范荷夫和勒貝爾建立分子的立體概念，說明了對映異構(gòu)和順反異構(gòu)現(xiàn)象。

*碳原子總是四價的，碳原子自相結(jié)合成鍵，構(gòu)造和構(gòu)造式

分子中原子的連接順序和方式稱為分子的構(gòu)造.表示分子中各原子的連接順序和

方式的化學(xué)式叫構(gòu)造式(結(jié)構(gòu)式).用兩小點表示一對共用電子對的構(gòu)造式叫電子式，

用短橫線(-)表示共價鍵的構(gòu)造式叫價鍵式.有時可用只表達(dá)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特點的化學(xué)

式,既結(jié)構(gòu)筒式.

四.共價鍵的性質(zhì)

1.鍵長：形成共價鍵的兩個原子核間距離。

2.鍵角：兩個共價鍵之間的夾角。

3.鍵能：指斷單個特定共價鍵所吸收的能量，也稱為該鍵的離解能。

共價鍵的鍵能是斷裂分子中全部同類共價鍵所需離解能的平均值。

4.鍵的極性：鍵的極性與鍵合原子的電負(fù)性有關(guān)，一些元素電負(fù)性數(shù)值大的原子

具有強(qiáng)的吸電子能力。常見元素電負(fù)性為：

HCNOFSiPSClBrI

2.12.53.03.54.01.82.12.53.02.52.0

對于兩個相同原子形成的共價健來說，可以認(rèn)為成鍵電子云是均勻的分布在兩

核之間，這樣的共價鍵沒有極性，為非極性共價鍵。但當(dāng)兩個不同原子形成共價鍵

時，由于原子的電負(fù)性不同，成鍵電子云偏向電負(fù)性大的原子-邊，這樣一個原子

帶有部分正電荷。電子云不完全對稱而呈現(xiàn)極性共價鍵叫做極性共價鍵。

鍵的極性大小，通常用偶極矩表示：.

5.分子的偶極

五.有機(jī)化合物的分類

1.按基本骨架分類

(1)脂肪族化合物：分子中碳原子相互結(jié)合成碳鏈或碳環(huán)。

(2)芳香族化合物：碳原子連接成特殊的芳香環(huán)。

(3)雜環(huán)化合物：這類化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是組成環(huán)的原子除碳外，還有

氧.硫.氮等其他元素的原子。

2.按官能團(tuán)分類

官能團(tuán)是決定某類化合物的主要性質(zhì)的原子、原子團(tuán)或特殊結(jié)構(gòu)。顯然，含有

相同官能團(tuán)的有機(jī)化合物具有相似的化學(xué)性質(zhì)。

常見的官能團(tuán)及相應(yīng)化合物的類別

、C_C/

碳碳雙鍵/=7烯煌

、cC/

碳碳叁鍵/二、煥燒

鹵素原子—X鹵代燒

羥基—OH醇、酚

b

CO

?基酸

—-

a

H

醛基1醛

-

-

O

1酮等

-

-

O

他

竣基1竣酸

_

0H

0

合物

酰基化

?；?/p>

―NH

氨基

胺

2

硝基

合物

硝基化

―NO

2

磺酸基

磺酸

―SOH

3

、硫酚

硫醇

―SH

筑基

―CN

富基

鏈煌

章

第二

原子

子中碳

燒。分

稱為

物，簡

氫化合

叫作碳

化合物

的有機(jī)

素組成

兩種元

由碳?xì)?/p>

。

鏈煌

稱為

煌，

狀的

成鏈

連接

煌。

煌和煥

妙.烯

分為烷

鏈烽可

同，

的不

比例

原子

兩種

和氫

含碳

中所

分子

根據(jù)

。

和煌

不飽

煌為

和煥

，烯煌

和燒

是飽

烷燒

其中

烷燒

節(jié)

第一

列

和同系

、通式

定義

。

為烷煌

和煌稱

成的飽

元素組

氫兩種

碳和

：由

定義

CH

：

通式

+2

n2n

樣結(jié)構(gòu)

，像這

原子

個氫

和兩

原子

個碳

差一

成相

子組

燒分

種烷

鄰的兩

：相

同系列

。

系列

為同

物稱

化合

系列

?的?

個CH

個或兒

相差?

組成上

，而在

相似

異構(gòu)體

同分

―.

甲烷、乙烷和丙烷沒有同分異構(gòu)體，從丁烷開始產(chǎn)生同分異構(gòu)體。

碳鏈異構(gòu)體：因為碳原子的連接順序不同而產(chǎn)生的同分異構(gòu)體。

隨著分子中碳原子數(shù)目的增加，碳鏈異構(gòu)體的數(shù)目迅速增多。

三.烷燒的結(jié)構(gòu)

碳原子的最外層上有4個電子，電子排布為IS22s22P2,碳原子通過sp3雜化形

成四個完全相同的SP3雜化軌道，所謂雜化就是山若干個不同類型的原子軌道混合

起來，重新組合成數(shù)目相等的.能量相同的新軌道的過程。由1個S軌道與3個P軌

道通過雜化后形成的4個能量相等的新軌道叫做SP3雜化軌道，這種雜化方式叫做S

P3雜化。

在形成甲烷分子時,4個氫原子的S軌道分別沿著碳原子的SP3雜化軌道的對稱

軸靠近，當(dāng)它們之間的吸引力與斥力達(dá)到平衡時，形成了4個等同的碳?xì)鋍鍵。

實驗證明甲烷分子是正四面體型的。4個氫原子占據(jù)正四面體的四個頂點，碳

原子核處在正四面體的中心，四個碳?xì)滏I的鍵長完全相等，所有鍵角均為109.5。

o鍵的特點：（1）重疊程度大，不容易斷裂，性質(zhì)不活潑。

（2）能圍繞其對稱軸進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)。

四.烷煌的命名

碳原子的類型：

伯碳原子：（一級）跟另外一個碳原子相連接的碳原子。

仲碳原子：（二級）跟另外二個碳原子相連接的碳原子。

叔碳原子：（三級）跟另外三個碳原子相連接的碳原子。

季碳原子：（四級）跟另外四個碳原子相連接的碳原子。

1.普通命名法

其基本原則是：

（1）含有10個或10個以下碳原子的直鏈烷燒，用天干順序甲、乙、丙、丁、

戊、已、庚、辛、壬、癸10個字分別表示碳原子的數(shù)目，后面加烷字。

例如：CH3cH2cH2cH3命名為正丁烷。

（2）含有10個以上碳原子的直鏈烷燒，用小寫中文數(shù)字表示碳原子的數(shù)目。

如CE（CH2）10CH3命名為正十二烷。（3）對于含有支鏈的烷燒，則必須

在某烷前面加上一個漢字來區(qū)別。在鏈端第2位碳原子上連有1個甲基時，稱為異

某烷，在鏈端第二位碳原子上連有2個甲基時，稱為新某烷。

如

CH3cH2cH2cH2cH3

HcH§

異戊烷2

阻

CH3

新戊烷C%_C碼

CH3

2.系統(tǒng)命名法

系統(tǒng)命名法是我國根據(jù)1892年日內(nèi)瓦國際化學(xué)會議首次擬定的系統(tǒng)命名原

則。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(簡稱IUPAC法)幾次修改補(bǔ)充后的命名原則，結(jié)

合我國文字特點而制定的命名方法，又稱日內(nèi)瓦命名法或國際命名法。

烷基：烷燒分子去掉一個氫原子后余下的部分。其通式為CnH2n+1-,常用R-

表示。

常見的烷基有：

甲基CH3—(Me)

乙基CH3cH2一(Et)

正丙基CH3cH2cH2—(n-Pr)

異丙基(CH3)2CH—(iso-Pr)

正丁基CH3cH2cH2cH2—(n-Bu)

異丁基

(CH3)2CHCH2—(iso-Bu)

CH3cH2cH

仲丁基IC1(sec-Bu)

叔丁基(CH3)3C—(ter-Bu)

在系統(tǒng)命名法中，對于無支鏈的燒烽，省去正字。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的烷燒，則按

以下步驟命名：

(1)選擇分子中最長的碳鏈作為主鏈，若有幾條等長碳鏈時，選擇支鏈較多

的一條為主鏈。根據(jù)主鏈所含碳原子的數(shù)目定為某烷，再將支鏈作為取代基。此處

的取代基都是烷基。

(2)從距支鏈較近的一端開始，給主鏈上的碳原子編號。若主鏈上有2個或

者個以上的取代基時，則主鏈的編號順序應(yīng)使支鏈位次盡可能低。

(3)將支鏈的位次及名稱加在主鏈名稱之前。若主鏈上連有多個相同的支鏈

時，用小寫中文數(shù)字表示支鏈的個數(shù)，再在前面用阿拉伯?dāng)?shù)字表示各個支鏈的位次,

每個位次之間用逗號隔開，最后一個阿拉伯?dāng)?shù)字與漢字之間用半字線隔開。若主鏈

上連有不同的幾個支鏈時，則按由小到大的順序?qū)⒚總€支鏈的位次和名稱加在主鏈

名稱之前。

(4)如果支鏈上還有取代基時，則必須從與主鏈相連接的碳原子開始，給支

鏈上的碳原子編號。然后補(bǔ)充支鏈上烷基的位次.名稱及數(shù)目。

五.物理性質(zhì)

1.狀態(tài)：在常溫常壓下，1至4個碳原子的直鏈烷燒是氣體，5至16個碳原子

的是液體，17個以上的是固體。

2.沸點：直鏈烷燒的沸點隨分子量的增加而有規(guī)律地升高。而低級烷煌的沸點

相差較大，隨著碳原子的增加，沸點升高的幅度逐漸變小。沸點的高低取決于分子

間作用力的大小。烷燒是非極性分子，分子間的作用力(即范德華力)主要是色散

力，這種力是很微弱的。色散力與分子中原子數(shù)目及分子的大小成正比，這是山于

分子量大的分子運動需要的能量也大。多??個亞甲基時，原子數(shù)目和分子體積都增

大了，色散力也增大，沸點即隨之升高。色散力是一種近程力，它只有在近距離內(nèi)

才能有效地發(fā)揮作用，隨著分子間距離的增大而迅速減弱。帶著支鏈的烷燒分子，

由于支鏈的阻礙，分子間不能像直鏈烷煌那樣緊密地靠在一起，分子間距離增大了，

分子間的色散力減弱，所以支鏈烷燒的沸點比直鏈烷燒要低。支鏈越多，沸點越低。

3.熔點：直鏈烷煌的熔點，其本上也是隨分子量的增加而逐漸升高。但偶數(shù)碳

原子的烷燃熔點增高的幅度比奇數(shù)碳原子的要大一些。形成一條鋸齒形的曲線。烷

煌的熔點也主要是由分子間的色散力所決定的。固體分子的排列很有秩序，分子排

列緊密，色散力強(qiáng)。固體分子間的色散力，不僅取決于分子中原子的數(shù)目和大小，

而且也取決于它們在晶體中的排列狀況。X-光結(jié)構(gòu)分析證明：固體直鏈烷煌的晶體

中，碳鏈為鋸齒形的，由奇數(shù)碳原子組成的鋸齒狀鏈中，兩端的甲基處在一邊，由

偶數(shù)碳原子組成的鋸齒狀鏈中，兩端的甲基處在相反的位置。即偶數(shù)碳原子的烷炸

有較大的對稱性，因而使偶數(shù)碳原子鏈比奇數(shù)碳原子更為緊密，鏈間的作用力增大,

所以偶數(shù)碳原子的直.鏈燒燒的熔點要高一些。

4.溶解度：烷妙是非極性分子，又不具備形成氫鍵的結(jié)構(gòu)條件，所以不溶于水,

而易溶于非極性的或弱極性的有機(jī)溶劑中。

5.密度：烷燒是在所有有機(jī)化合物中密度最小的一類化合物。無論是液體還是

固體，烷燒的密度均比水小。隨著分子量的增大，烷煌的密度也逐漸增大。

六.化學(xué)性質(zhì)

烷煌是非極性分子，分子中的碳碳鍵或碳?xì)滏I是非極性或弱極性的G鍵，

因此在常溫下烷煌是不活潑的，它們與強(qiáng)酸.強(qiáng)堿.強(qiáng)氧化劑.強(qiáng)還原劑及活潑金屬都

不發(fā)生反應(yīng)。

1.氧化反應(yīng)：烷煌很容易燃燒，燃燒時發(fā)出光并放出大量的熱，生成C02和

HOO

2占燃

CH4+202……AC02+2H2。+熱量

在控制條件時，烷煌可以部分氧化，生成燃的含氧衍生物。例如石蠟（含20—4

0個碳原子的高級烷煌的混合物）在特定條件下氧化得到高級脂肪酸。

RCH2CH2R+O2RCOOH+RCOOH

2、裂化：烷爛在隔絕空氣的條件下加強(qiáng)熱，分子中的碳碳鍵或碳?xì)滏I發(fā)生斷

裂，生成較小的分子，這種反應(yīng)叫做熱裂化。如：

CH3CH2CH2CH3ACH4+CH2=CHCH3

CH3CH3+CH2=CH2

CH2=CHCH2cH3+H2

3、取代反應(yīng)：鹵代反應(yīng)是烷煌分子中的氫原子被鹵素原子取代。

將甲烷與氯氣混合，在漫射光或適當(dāng)加熱的條件下，甲烷分子中的氫原子

能逐個被氯原子取代，得到多種氯代甲烷和氯化氫的混合物。

CH4+C12CH3CI+HC1

hv

CH3CI+ClCH2CI2+HC1

2hV

CH2CI2+Cl2-------CHC13+HC1

CHCh+Cl2J匕aCC14+HC1

鹵素反應(yīng)的活性次序為：F2>C12>Br2>I2

對于同一烷燒，不同級別的氫原子被取代的難易程度也不是相同的。大量的實驗證

明叔氫原子最容易被取代，伯氫原子最難被取代。

鹵代反應(yīng)機(jī)理：實驗證明，甲烷的鹵代反應(yīng)機(jī)理為游離基鏈反應(yīng)，這種反應(yīng)的特點

是反應(yīng)過程中形成一個活潑的原子或游離基。其反應(yīng)過程如F：

（1）鏈引發(fā)：在光照或加熱至250—400度時，氯分子吸收光能而發(fā)生共價鍵

的均裂，產(chǎn)生兩個氯原子游離基，使反應(yīng)引發(fā)。

Cl2.2C1?

（2）鏈增長：氯原子游離基能量高，反應(yīng)性能活潑。當(dāng)它與體系中濃度很高

的甲烷分子碰撞時，從甲烷分子中奪取一個氫原子，結(jié)果生成了氯化氫分子和一個

新的游離基——甲基游離基。

C卜+CH-------玨IC1

4+CH3?

甲基游離基與體系中的氯分子碰撞，生成一氯甲烷和氯原子游離基.

CH3-+Cl2CH3cl+Cl?

反應(yīng)一步又一步地傳遞下去，所以稱為鏈反應(yīng)。

CH3cl+Cl----------CH2cl?+HCI3

CH2C1*+Cl2------aCH2C12+Ch

（3）鏈終止：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷迅速消耗，游離基的濃度不斷增加，游

離基與游離基之間發(fā)生碰撞結(jié)合生成分子的機(jī)會就會增加。

C1-+C1--------aCl2

CH3-+CHs--------YH3cH3

CH3?+Cl*-------ACH3CI

七.重要的烷燒

第二節(jié)烯燃

一、定義、通式和同分異構(gòu)體

定義：分子中含有碳碳雙鍵的不飽和煌。

通式：CnH2n

同分異構(gòu)體：出_c_CH

CH2_CHCHcH33

（1）碳鏈異構(gòu)體。2