1.1.2有機化合物中的共價鍵和同分異構(gòu)現(xiàn)象

1.1.2有機化合物中的共價鍵和同分異構(gòu)現(xiàn)象【學習目標】1、了解有機化合物中共價鍵的類型，理解鍵的極性與有機反應的關系2、理解有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象，學會同分異構(gòu)體的書寫方法，能判斷有機物的同分異構(gòu)體【主干知識梳理】一、有機化合物中的共價鍵1、共價鍵的類型 (1)共價鍵的分類=1\*GB3①從原子軌道重疊方式分為σ鍵和π鍵=2\*GB3②從共價鍵的極性分為極性鍵和非極性鍵=3\*GB3③從共價鍵的個數(shù)分為單鍵、雙鍵和三鍵(2)有機化合物中的σ鍵(以甲烷分子中C—H為例)①形成：氫原子的1s軌道與碳原子的一個sp3雜化軌道沿著兩個原子核間的鍵軸，以“頭碰頭”的形式相互重疊②特點：通過σ鍵連接的原子或原子團可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而不會導致化學鍵的破壞(3)有機化合物中的π鍵(以乙烯分子中為例)①形成：在乙烯分子中，兩個碳原子均以sp2雜化軌道與氫原子的1s軌道及另一個碳原子的sp2雜化軌道進行重疊，形成4個C—Hσ鍵與一個C—Cσ鍵；兩個碳原子未參與雜化的p軌道以“肩并肩”的形式從側(cè)面重疊，形成了π鍵②特點：π鍵的軌道重疊程度比σ鍵的小，所以不如σ鍵牢固，比較容易斷裂而發(fā)生化學反應。通過π鍵連接的原子或原子團不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)(4)有機物分子中σ、π鍵個數(shù)的計算一般情況下，有機化合物中的單鍵是σ鍵，雙鍵中含有一個σ鍵和一個π鍵，三鍵中含有一個σ鍵和兩個π鍵(5)共價鍵的類型與有機反應類型的關系：一般σ鍵比π鍵穩(wěn)定，含π鍵的有機物易發(fā)生加成反應①含有C—Hσ鍵，能發(fā)生取代反應；如：甲烷分子中含有C—Hσ鍵，可發(fā)生取代反應②含有π鍵，能發(fā)生加成反應；如：乙烯和乙炔分子的雙鍵和三鍵中含有π鍵，都可以發(fā)生加成反應2、共價鍵的極性與有機反應(1)共價鍵的極性對有機化合物性質(zhì)的影響：共價鍵的極性越強，在反應中越容易發(fā)生斷裂，因此有機化合物的官能團及其鄰近的化學鍵往往是發(fā)生化學反應的活性部位(2)乙醇、H2O與Na反應實驗過程向兩只分別盛有蒸餾水和無水乙醇的燒杯中各加入同樣大小的鈉(綠豆粒大)，觀察現(xiàn)象實驗現(xiàn)象兩只燒杯中均有氣泡產(chǎn)生，乙醇與鈉反應緩慢，蒸餾水與鈉反應劇烈解釋乙醇可以與鈉反應產(chǎn)生氫氣，是因為乙醇分子中的氫氧鍵極性較強，能夠發(fā)生斷裂。相同條件下，乙醇與鈉反應沒有水與鈉反應的劇烈，是由于乙醇分子中氫氧鍵的極性比水分子中氫氧鍵的極性弱化學方程式實驗結(jié)論基團之間的相互影響使得官能團中化學鍵的極性發(fā)生變化，從而影響官能團和物質(zhì)的性質(zhì)(3)乙醇與HBr反應①反應機理：②原因：羥基中氧原子的電負性較大，乙醇分子中的碳氧鍵極性也較強，C—O鍵斷裂(4)共價鍵斷裂需要吸收能量，而且有機化合物分子中共價鍵斷裂位置存在多種可能。有機反應相對無機反應，有機反應一般反應速率較小，副反應較多，產(chǎn)物比較復雜二、有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象1、同分異構(gòu)體、同分異構(gòu)現(xiàn)象(1)同分異構(gòu)現(xiàn)象：化合物具有相同的分子式，但具有不同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象(2)同分異構(gòu)體：具有同分異構(gòu)現(xiàn)象的化合物互稱為同分異構(gòu)體①特點：分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)可能相似也可能不同②轉(zhuǎn)化：同分異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化是化學變化2、同分異構(gòu)體的類型3、構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象異構(gòu)類別定義實例碳架異構(gòu)由碳鏈骨架不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象C4H10：CH3—CH2—CH2—CH3正丁烷異丁烷位置異構(gòu)由官能團在碳鏈中位置不同而產(chǎn)生的同分異構(gòu)現(xiàn)象C4H8：eq\o(C,\s\up6(1))H2=eq\o(C,\s\up6(2))H—eq\o(C,\s\up6(3))H2—eq\o(C,\s\up6(4))H3eq\o(C,\s\up6(1))H3—eq\o(C,\s\up6(2))H=eq\o(C,\s\up6(3))H—eq\o(C,\s\up6(4))H31丁烯2丁烯C6H4Cl2：鄰二氯苯間二氯苯對二氯苯官能團異構(gòu)由官能團類別不同而產(chǎn)生的同分異構(gòu)現(xiàn)象C2H6O：乙醇二甲醚4、同分異構(gòu)體的書寫方法(1)減碳法(碳鏈異構(gòu))：主鏈由長到短，支鏈由整到散，位置由心到邊，排布對鄰間。書寫的步驟碳架式注意①將分子中所有碳原子連成直鏈作為主鏈C—C—C—C—C—C(a)②從主鏈一端取下一個碳原子作為支鏈(即甲基)，依次連在主鏈對稱軸一側(cè)的各個碳原子上，此時碳骨架有兩種(b)(c)甲基不能連在①位和⑤位碳原子上，否則與原直鏈時相同；對于(b)中②位和④位碳原子等效，只能用一個，否則重復③從主鏈上取下兩個碳原子作為一個支鏈(即乙基)或兩個支鏈(即兩個甲基)依次連在主鏈對稱軸一側(cè)的各個碳原子上，此時碳骨架結(jié)構(gòu)有兩種(d)(e)②位或③位碳原子上不能連乙基，否則主鏈上會有5個碳原子，則與(b)中結(jié)構(gòu)重復(2)取代法：采用等效氫、對稱的方法，適用于一鹵代物、醇的找法①一鹵代烴：看作是氯原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H11Cl”為例②醇：看作是—OH原子取代烴分子中的氫原子，以“C5H12O”為例(3)變建法：即將有機物中某個位置化學鍵進行變化得到新的有機物，適用于烯烴、炔烴、醛和羧酸①烯烴：單鍵變雙鍵，要求相鄰的兩個碳上至少各有1個氫原子，以“C5H10”為例箭頭指的是將單鍵變成雙鍵新戊烷中間碳原子上無氫原子，不能變成雙鍵②炔烴：單鍵變?nèi)I，要求相鄰的兩個碳上至少各有2個氫原子，以“C5H8”為例箭頭指的是將單鍵變成三鍵異戊烷第2個碳原子只有1個氫原子，兩邊單鍵不能變成三鍵新戊烷中間碳原子上無氫原子，不能變成三鍵=3\*GB3③醛：醛基屬于端位基，將烴分子中鏈端的甲基變成醛基，以“C5H10O”為例箭頭指向是指將鏈端甲基變成醛基，數(shù)甲基個數(shù)即可=4\*GB3④羧酸：羧基屬于端位基，將烴分子中鏈端的甲基變成羧基，以“C5H10O2”為例箭頭指向是指將鏈端甲基變成羧基，數(shù)甲基個數(shù)即可(4)插入法：在有機物結(jié)構(gòu)式中的某個化學鍵的位置插入原子而得到新的有機物的結(jié)構(gòu)，適用于醚和酯①醚：醚鍵可以理解為在C—C單鍵之間插入氧原子，以“C5H12O”為例箭頭指向是指在C—C單鍵之間插入氧原子②酯：酯可以理解在左、右兩邊插入氧原子，可以先找出酮，再插入氧，以“C5H10O2”為例若在鏈端，注意只能在一邊插入氧原子，另外要注意對稱性，此法對含苯環(huán)類的非常有效5、常用的幾個技巧(1)常見的烷烴的同分異構(gòu)體的數(shù)目烷烴甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷個數(shù)1112359(2)常見的烷基的同分異構(gòu)體的數(shù)目烷基甲基乙基丙基丁基戊基個數(shù)11248(3)等效氫原子法(對稱法)①同一個碳原子上連接的氫原子等效，如：甲烷(CH4)分子中4個氫原子是等效的②同一個碳原子上所連接的甲基上的氫原子等效，如：新戊烷()分子中四個甲基等效，各甲基上的氫原子完全等效，也就是說新戊烷分子中的12個H原子是等效的③分子中處于對稱位置上的氫原子是等效的，如：正丁烷(CH3CH2CH2CH3)分子中兩端的甲基6個氫原子等效，中間的兩個亞甲基的4個氫原子也是等效的(4)等同轉(zhuǎn)換法：乙烷分子中共有6個H原子，若有一個H原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一種結(jié)構(gòu)，那么五氯乙烷有多少種？假設把五氯乙烷分子中的Cl原子轉(zhuǎn)換為H原子，而H原子轉(zhuǎn)換為Cl原子，其情況跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一種結(jié)構(gòu)。同樣，二氯乙烷有兩種結(jié)構(gòu)，四氯乙烷也有兩種結(jié)構(gòu)【結(jié)論】對于烴(CxHy)，它的a取代物與(ya)取代物個數(shù)相等(5)組合法：的苯環(huán)的一氯代物有3×4＝12種(6)基團連接法：將有機物看成由基團連接而成，由基團的異構(gòu)數(shù)目可推斷有機物的異構(gòu)體數(shù)目如：丁基有四種，一氯丁烷(看作丁基與氯原子連接而成)也有四種三、有機物分子結(jié)構(gòu)的表示方法種類含義或表示方法實例分子式用元素符號表示物質(zhì)分子組成的式子，可反映出一個分子中原子的種類和數(shù)目CH4、C2H4、C2H6實驗式(最簡式)①表示物質(zhì)組成的各元素原子最簡整數(shù)比的式子②由最簡式可求最簡相對分子質(zhì)量乙烯的實驗式是CH2；葡萄糖(C6H12O6)的實驗式是CH2O電子式用小黑點等記號代替電子，表示原子最外層電子成鍵情況的式子結(jié)構(gòu)式①用一根短線“—”來表示一對共用電子對，用“—”(單鍵)、“”(雙鍵)或“≡”(三鍵)將原子連接起來②具有化學式所能表示的意義，能反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)=3\*GB3③表示分子中原子的結(jié)合或排列順序的式子，但不表示空間構(gòu)型乙烷的結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)簡式①將結(jié)構(gòu)式中碳碳單鍵、碳氫鍵等短線省略后，與碳原子相連的其他原子寫在其旁邊，并在右下角注明其個數(shù)得到的式子即為結(jié)構(gòu)簡式，它比結(jié)構(gòu)式書寫簡單，比較常用。結(jié)構(gòu)式的簡便寫法，著重突出結(jié)構(gòu)特點(官能團)②“”(雙鍵)或“≡”(三鍵)不能省略；醛基()、羧基()可分別簡化成—CHO、—COOH乙烷的結(jié)構(gòu)簡式：CH3CH3乙醇的結(jié)構(gòu)簡式：CH3CH2OH丙烯的結(jié)構(gòu)簡式：CH2CHCH3鍵線式①將結(jié)構(gòu)式中碳、氫元素符號省略，只表示分子中鍵的連接情況，每個拐點或終點均表示一個碳原子，即為鍵線式②每個碳原子都形成四個共價鍵，不足的用氫原子補足鍵線式：鍵線式：球棍模型小球表示原子，短棍表示價鍵，用于表示分子的空間結(jié)構(gòu)(立體形狀)CH4的球棍模型：比例模型①用不同體積的小球表示不同大小的原子②用于表示分子中各原子的相對大小和結(jié)合順序CH4的球棍模型：【微點撥】有機物鍵線式書寫時的注意事項=1\*GB3①一般表示含有3個及3個以上碳原子的有機物，只忽略C—H鍵，其余的化學鍵不能忽略=2\*GB3②碳、氫原子不標注，其余原子必須標注(含羥基、醛基和羧基中的氫原子)=3\*GB3③由鍵線式寫分子式時不能忘記兩端的碳原子【課堂練習】1、下列分子中，既有非極性鍵又含有π鍵的分子是()A．C2H4Cl2B．HCHOC．H2O D．CH2=CH—CH32、下列物質(zhì)既能發(fā)生加成反應又可以和鈉反應的是()A．CH3—O—CH3B．CH2=CHCH3C． D．3、下列有機化合物中σ鍵與π鍵個數(shù)比為3∶2的是()A．CH3CH3B．CH2=CH2C．CH≡CHD．CH44、下列屬于官能團異構(gòu)的是()A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2=C(CH3)2和CH3CH=CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3D．CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH2CH35、下列各組物質(zhì)中，互為同分異構(gòu)體的是()A．與B．HC≡C—(CH2)3CH3與C．CH3CH2OCH2CH3與D．與6、下列各組物質(zhì)屬于同分異構(gòu)體且為位置異構(gòu)的是()A．CH3CH2OH和CH3CHOB．和C．和D．CH3CH(OH)CH2CH2CH3和7、某烯烴與氫氣發(fā)生加成反應后得到的飽和烴的結(jié)構(gòu)簡式是，該烯烴可能的結(jié)構(gòu)有()A．1種B．2種C．3種D．4種8、在歐洲一些國家曾發(fā)現(xiàn)飼料被污染，導致畜禽類制品及乳制品不能食用，經(jīng)測定飼料中含有劇毒物質(zhì)二英，其結(jié)構(gòu)為，已知它的二氯代物有10種，則其六氯代物有()A．15種B．11種C．10種D．5種9、已知丁基有4種結(jié)構(gòu)，則分子式為C5H10O且屬于醛類的有機物有()A．3種B．4種C．5種 D．6種10、下列關于同分異構(gòu)體異構(gòu)方式的說法中，不正確的是()A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2屬于碳架異構(gòu)B．H3CC≡CCH3和CH2=CHCH=CH2屬于官能團異構(gòu)C．CH2=C(CH3)2和CH3CH=CHCH3屬于官能團異構(gòu)D．和屬于位置異構(gòu)11、已知下列有機化合物：①CH3—CH2—CH2—CH3和②CH2=CH—CH2—CH3和CH3—CH=CH—CH3③CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3④和⑤CH3—CH2—CH=CH—CH3和⑥CH2=CH—CH=CH2和CH3—CH2—C≡CH(1)其中屬于同分異構(gòu)體的是____________(2)其中屬于碳架異構(gòu)體的是____________(3)其中屬于位置異構(gòu)的是____________(4)其中屬于官能團異構(gòu)的是____________(5)其中屬于同一種物質(zhì)的是___________(6)②中1丁烯的鍵線式為____________12、下列有關化學用語能確定為丙烯的是()A.B．C3H613、下列說法正確的是()A．碳骨架為的烴的結(jié)構(gòu)簡式為(CH3)2CCH2B．有機物分子里一定既有非極性鍵也有極性鍵C．有的烴分子中，一個碳原子形成3個共價鍵D．乙醇的鍵線式為14、鍵線式可以簡明扼要地表示有機化合物，鍵線式為的物質(zhì)是()A．丁烷B．丙烷C．丁烯D．丙烯【有機化合物中的共價鍵和同分異構(gòu)現(xiàn)象】答案【課堂練習】1、D。解析：CH2=CH—CH3中存在C=C、C—C非極性鍵，C=C中含有π鍵。2、C。解析：A中C—O極性較弱，不易斷裂，B中碳碳雙鍵中含有一個π鍵，可以發(fā)生加成反應，C中H—O極性強，可以和鈉反應，同時含有碳碳雙鍵，可以發(fā)生加成反應，D中無π鍵，不能發(fā)生加成反應。3、C4、C。解析：A中兩種分子不含官能團，為碳架異構(gòu)；B中兩種分子都含有，雙鍵位置不同、碳架不同；C中兩種分子，前者的官能團為羥基，后者的官能團為醚鍵，二者為官能團異構(gòu)；D中兩種分子的分子式不相同，不互為同分異構(gòu)體。5、B。解析：從分子式上看，A項和C項中物質(zhì)分子式不同，不是同分異構(gòu)體；B項中兩種物質(zhì)分子式相同，但是結(jié)構(gòu)不同，二者互為同分異構(gòu)體；D項中兩種物質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，屬于同種物質(zhì)。6、B。解析：B、C中物質(zhì)的分子式相同、結(jié)構(gòu)不同，是同分異構(gòu)體