第13讲 有机化合物的结构特点-【寒假自学课】2024年高二化学寒假提升精品讲义（人教版2019）

第13讲 有机化合物的结构特点 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．认识官能团的种类，从官能团的视角认识有机化合物的分类。 2．认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布，认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象。 3．建立有机化合物同分异构体书写的基本思维模型，能正确书写和判断常见有机化合物的同分异构体。 【学习新知】 知识点一 有机化合物的分类方法 1．依据碳骨架分类 2．依据官能团分类 (1)烃、烃的衍生物及官能团的概念 烃：仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物。 烃的衍生物：烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而衍生出的一系列有机化合物。 官能团：决定有机化合物特性的原子或原子团。 (2)依据官能团分类 ①烃 类别 官能团结构 官能团名称 代表物 烷烃 — — 甲烷 CH4 烯烃 碳碳双键 乙烯 CH2==CH2 炔烃 —C≡C— 碳碳三键 乙炔 CH≡CH 芳香烃 — — ②烃的衍生物 类别 官能团结构 官能团名称 代表物 卤代烃 （—X） 碳卤键（卤素原子） 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 —OH 羟基 乙醇 CH3CH2OH 酚 —OH 羟基 苯酚 醚 醚键 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 或—CHO 醛基 乙醛 CH3CHO 酮 酮羰基（羰基） 丙酮 羧酸 或—COOH 羧基 乙酸 CH3COOH 酯 酯基 乙酸乙酯 胺 —NH2 氨基 甲胺 CH3NH2 酰胺 酰胺基 乙酰胺 【交流讨论】“阿比朵尔”能显著抑制病毒对细胞的病变效应，因此成为抗击病毒潜在用药，其结构简式如下： (1)按照碳骨架分类“阿比朵尔”属于____________。 (2)依据“阿比朵尔”所含的含氧官能团进行分类，属于________________。 答案：(1)芳香族化合物 (2)酯类和酚类 解析：(1)属于环状化合物中的芳香族化合物。 (2)由“阿比朵尔”结构简式可知，分子中含有酯基可归为酯类，根据分子中含有羟基，且羟基与苯环直接相连，可归为酚类。 知识点二 有机化合物中的共价键 1．共价键的类型 (1)σ键(以甲烷分子中C—H为例) ①形成：在甲烷分子中，氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠。 ②特点：通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。 (2)π键（以乙烯分子中为例） ①形成：在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—H σ键与一个C—C σ键；两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键。 ②特点：π键的轨道重叠程度比σ键的小，所以不如σ键牢固，比较容易断裂而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。 2．共价键的极性与有机反应 (1)共价键的极性与反应活性 ①共价键的极性强弱 ②化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。共价键的极性越强，在化学反应中越容易断裂。 (2)分子中基团之间的相互影响 ①乙醇、H2O与Na反应 在反应时，乙醇分子和水分子中的O—H断裂。同样条件，水与钠反应较剧烈，其原因是乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱。 ②乙醇与HBr反应 反应原理为CH3CH2OH＋HBrCH3CH2Br＋H2O，反应中乙醇分子断裂的键是C—O，原因是碳氧键极性较强。 ③相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 【交流讨论】下面是甲烷和乙烯中化学键的示意图。 1．乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子杂化方式分别是什么？三种分子中的碳碳单键(双键或三键)和C—H成键方式分别是什么？（填写下面的表格） 分子式 碳原子杂化方式 碳碳键成键方式 C—H成键方式 C2H6 sp3杂化 sp3­sp3 σ键 sp3­s σ键 C2H4 sp2杂化 sp2­sp2 σ键和p­p π键 sp2­s σ键 C2H2 sp杂化 sp­sp σ键和p­p π键 sp­s σ键 2．从化学键角度分析反应CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br 中CH2==CH2发生的变化。 提示：CH2==CH2中碳碳双键为σ键和π键，π键的轨道重叠程度比σ键的小，不如σ键牢固，比较容易断裂而发生加成反应。 知识点三 有机化合物的同分异构现象 1．同分异构现象和同分异构体 (1)同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象。 (2)同分异构体：具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 2．同分异构现象的类别 3．有机化合物的构造异构 异构类别 形成途径 示例 碳架异构 由碳骨架不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3 位置异构 由官能团位置不同而产生的异构 官能团异构 由官能团不同而产生的异构 【交流讨论】 1．与 是否为同分异构体？说明理由。 提示：不是同分异构体，由于二者均为四面体结构，为同一种物质。 2．CH3—CH===CH2与 互为同分异构体吗？同分异构体的化学性质一定相同吗？ 提示：二者分子式相同，碳原子与碳原子间的连接方式不同，结构不同，是同分异构体；同分异构体可能是不同类的物质，如题干所述两种物质，它们的化学性质不同。 3．分子式为C4H8且属于烯烃的同分异构体有几种？试写出其结构简式。 提示：C4H8属于烯烃的结构有3种，其结构简式分别为 CH2===CH—CH2—CH3、CH3—CH===CH—CH3、 。 知识点四 有机化合物构造异构体的书写 1．烷烃的构造异构体 烷烃的构造异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。由于烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写。 下面以己烷(C6H14)为例说明(用碳骨架表示)。 ①将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C ②从母链的一端取下1个碳原子，依次连接在母链中心对称线一侧的各个碳原子上，即得到多个带有甲基、主链比母链少1个碳原子的异构体的碳骨架。 　 ③从母链上一端取下两个C原子，使这两个C原子相连(整连)或分开(散连)，依次连接在母链所剩下的各个碳原子上，得多个带1个乙基或两个甲基、主链比母链少两个碳原子的异构体的碳骨架。 　 故己烷(C6H14)共有5种同分异构体。 2．烯烃的构造异构体 烯烃的构造异构体的书写方法： ①先确定主链碳原子个数； ②确定官能团（C=C）在主链上的位置实现位置异构； ③分别接入支链实现碳链异构。 分子式为C4H8的烯烃的同分异构体的结构简式为： 3．苯的同系物的构造异构体 苯的同系物的构造异构体的判断方法：从单取代到多取代，二取代时取代基有邻、间、对三种情况。例如分子式为C8H10的芳香族化合物，苯环外有两个饱和碳，单取代结构为 ，若为二取代，有邻()、间( )、对( )三种情况。 4．含有不同官能团的同分异构体 乙醇和二甲醚的分子式都为C2H6O，乙醇分子中的官能团为羟基（—OH），二甲醚分子中的官能团为醚键（）。 乙醇：、二甲醚： 【交流讨论】立方烷(C8H8)为人工合成的烷烃，又称为五环辛烷，外观为有光泽的晶体。八个碳原子对称地排列在立方体的八个角上。人们曾一度认为其不可合成，因为碳碳键的键角均为90°，张力过大而不稳定。不过当此物质被合成出以后，人们发现它在动力学上很稳定。立方烷生成热、密度等均很大，因而备受瞩目。 (1)立方烷的一氯代物有________种。 (2)立方烷的二氯代物有________种。 (3)分子组成比立方烷多1个CH2原子团，且符合下列条件的同分异构体有________种。 ①含苯环结构；②含一个碳碳双键。 答案：(1)1 (2)3 (3)6 解析：(1)立方烷只有一种氢原子。 (2)立方烷二氯代物的同分异构体分别是一条棱、面对角线、体对角线上的两个氢原子被氯原子取代，所以立方烷的二氯代物的同分异构体有三种。 (3)立方烷的分子式为C8H8，故该物质分子式为C9H10。若苯环上有一个支链，则有、和 3种；若苯环上有两个支链，则有、和 3种，共6种。 核心考点一：有机化合物的分类 【例1】下列各项有机化合物的分类及所含官能团都正确的是(　　) A． 酮 B． 酚 —OH C．CH3CH2COOH 羧酸 D． 酯 答案：C 解析：为甲醛，官能团为醛基，即，A错误；当—OH直接连在苯环上时为酚类，当—OH连在链烃基或苯环侧链上时为醇，故为醇类，官能团为—OH，B错误；CH3CH2COOH属于羧酸类，官能团—COOH为羧基， C正确；的官能团为酯基，D错误。 【归纳小结】 1．一种物质根据不同的分类方法，可以属于不同的类别。如 (苯甲醇)，既属于芳香烃衍生物，又属于醇。 2．注意苯环()和环烯烃(、)的区别。 3．只要含有苯环的化合物一定是芳香族化合物。 4．有的烃的衍生物可以含有多个官能团，依官能团的不同可以分为不同的类别。如HOOC—CH2CH2—CH2OH，可认为属于羧酸或醇。不同的官能团在有机物分子中基本保持各自的性质，如上述化合物具有羧酸、醇的性质。 【变式训练1】某有机化合物的结构简式如下，此有机化合物属于(　　) ①烯烃　②多官能团有机化合物　③芳香族化合物　④烃的衍生物 A．①②③④ B．②④ C．②③④ D．①③ 答案：C 解析：①由于此有机化合物中除了含C、H元素外，还含O元素，故不是烯烃，故错误；②此有机化合物中含 —OH、—COOH和碳碳双键，故属于多官能团有机化合物，故正确；③此有机化合物中含苯环，故属于芳香族化合物，故正确；④此有机化合物可以认为是由烃衍生而来，故属于烃的衍生物，故正确。 【变式训练2】按官能团的不同可以对有机物进行分类，请指出下列有机物所属的类别。 A．烷烃　B．烯烃　C．炔烃　D．醚　E．酚　F．醛 G．羧酸　H．芳香烃　I．酯　J．卤代烃　K．醇 (1)CH3CH2COOH________(填字母，下同)； (2) ________； (3) ________； (4) ________； (5) ________； (6) ________； (7) ________。 答案：(1)G　(2)E　(3)K　(4)H　(5)I　(6)G　(7)J 解析：(1)和(6)中均含有羧基，属于羧酸。(2)中含有羟基且羟基直接连在苯环上，属于酚。(3)中含有羟基，但羟基不是直接连在苯环上，属于醇。(4)中含有苯环，且只含碳、氢两种元素，属于芳香烃。(5)中含有酯基，属于酯。(7)中含有碳、氢、氯三种元素，属于卤代烃。 核心考点二：有机化合物中的化学键 【例2】某有机物的结构简式为 HC≡CCH2CH==CH2，则该有机物分子中含有的σ键和π键的数目分别为(　　) A．11、3 B．10、3 C．11、4 D．10、4 答案：B 解析：单键全部为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，故该有机物分子中的σ键总数为10个，π键总数为3个，故B正确。 【归纳小结】有机化合物中σ键和π键的比较 类型 σ键 π键 成键轨道 杂化轨道­杂化轨道或杂化轨道­s轨道等 p­p轨道等 重叠形式 “头碰头” “肩并肩” 存在 C—C，C—H，碳碳双键、碳碳三键中的1个键 碳碳双键中的1个键，碳碳三键中的2个键 相对稳定性 键能相对较大，不易断开 键能相对较小，容易断开 成键原子能否绕键轴旋转 能 不能 断键与反应类型的关系 主要发生取代反应 主要发生加成反应 举例 烷烃分子中只存在C—C σ键和C—H σ键，没有π键 烯烃和炔烃分子中既存在σ键，又存在π键 【变式训练1】下列关于丙烯(CH3—CH==CH2)的说法正确的是(　　) A．丙烯分子中3个碳原子在同一直线上 B．丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化 C．丙烯分子中不存在非极性键 D．丙烯分子中有8个σ键、1个π键 答案：D 解析：乙烯分子中所有原子共平面，甲基为四面体结构，所以该分子中3个C原子不在同一直线上，但是位于同一平面上，故A错误；甲基上C原子价层电子对数是4、碳碳双键两端的C原子价层电子对数都是3，根据价层电子对互斥模型判断C原子杂化类型，甲基上C原子采用sp3杂化，其余两个C原子采用sp2杂化，故B错误；同种非金属元素之间易形成非极性键，不同非金属元素之间易形成极性键，该分子中存在C—C非极性键、C—H极性键，故C错误；共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键、一个是π键，所以该分子中含有8个σ键、1个π键，故D正确。 【变式训练2】相同条件下金属钠和水反应与金属钠和无水乙醇反应相比前者较为剧烈的原因是(　　) A．水是无机物，而乙醇是有机物 B．水的相对分子质量小，乙醇的相对分子质量大 C.乙醇分子中羟基与乙基相连，受乙基影响不如水分子中的羟基活泼 D．水是电解质，乙醇是非电解质 答案：C 解析：水分子及乙醇分子均可认为含有羟基，其中水分子中羟基与H原子相连，乙醇分子中羟基与乙基相连，乙醇分子中羟基由于受乙基影响不如水分子中的羟基活泼。 核心考点三：同分异构现象和同分异构体 【例3】下列属于同分异构体的是(　　) A． B． C．HOOCCH2CH3和CH3CH2COOH D． 答案：D 解析：甲烷的空间结构为正四面体，因此二氯甲烷只有一种结构，属于同一种物质，选项A不符合题意；均为邻二甲苯，属于同一种物质，选项B不符合题意；均为丙酸，属于同一种物质，选项C不符合题意；前者分子式为C4H8，属于烯烃，后者分子式为C4H8，属于环烷烃，它们互为同分异构体，选项D符合题意。 【变式训练1】与互为同分异构体的是(　　) A． B． C． D． 答案：C 解析：A项，二者互为同系物，错误；B项，二者结构相同，分子式相同，属于同种物质，错误；C项，二者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，正确；D项，二者互为同系物，错误。 【变式训练2】如图均是由4个碳原子结合成的6种有机化合物(氢原子没有画出)。 (1)有机化合物a有一种同分异构体，试写出其结构简式_________________。 (2)上述有机化合物中与c互为同分异构体的是___________(填字母)。 (3)任写一种与e互为同系物的有机化合物的结构简式_______________。 答案：(1)CH3CH2CH2CH3　(2)bf　(3)CH≡CH(合理即可) 解析：有机化合物a～f的结构简式分别为、、CH3—CH===CH—CH3、CH2===CH—CH===CH2、HC≡C—CH2—CH3、，再根据相关知识得出相应的答案。 核心考点四：同分异构体的书写 【例4】某有机化合物的分子式为C5H12O，其中能够与Na反应产生H2的同分异构体种数为(　　) A．8种 B．9种 C．10种 D．11种 答案：A 解析：分子式为C5H12O，其中能够与Na反应产生H2的同分异构体应含有羟基，故为一个羟基连接一个戊基，戊基有—CH2CH2CH2CH2CH3、—CH(CH3)CH2CH2CH3、—CH2CH(CH3)CH2CH3、—CH2CH2CH(CH3)2、—CH(C2H5)CH2CH3、—C(CH3)2CH2CH3、—CH(CH3)CH(CH3)2、—CH2C(CH3)3共8种，故同分异构体有8种。 【归纳小结】同分异构体的种数判断 1．等效氢法 单官能团有机物分子可以看作烃分子中一个氢原子被其他的原子或官能团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，可用“等效氢法”判断。判断“等效氢”的三原则是： (1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效。 (2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如 C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效。 (3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等效。 2．烃基取代法 (1)记住常见烃基的结构：丙基有2种结构，丁基有4种结构，戊基有8种结构。 (2)将有机物分子拆分为烃基和官能团两部分，根据烃基同分异构体的数目，确定目标分子的数目，如C4H10O属于醇的可改写为C4H9—OH，共有4种结构，C5H10O属于醛的可改写为C4H9—CHO，共有4种结构。 3．定一移一法 对于二元代物的同分异构体的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一个取代基，以确定同分异构体的数目。如CH3CH2CH3的二氯代物数目：第1步固定1个氯原子，有2种：①，②。第2步固定第2个氯原子：①有3种，②有2种，其中①b和②d重复，故CH3CH2CH3的二氯代物有4种。 4．换元法 如：二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体：、、。用H代替Cl，用Cl代替H，则四氯苯也有3种同分异构体。 【变式训练1】C5H10O醛类同分异构体的种数为(　　) A．2种 B．3种 C．4种 D．5 种 答案：C 解析：分子式为C5H10O，属于醛类，可以看作丁烷中的一个氢原子被醛基(—CHO)取代，丁烷有正丁烷和异丁烷两种同分异构体，正丁烷中有两种不同环境的氢原子，异丁烷中也有两种不同环境的氢原子，则丁基共有4种结构，则形成的醛的同分异构体的数目为4种，故选C。 【变式训练2】在欧洲一些国家曾发现饲料被污染，导致畜禽类制品及乳制品不能食用，经测定饲料中含有剧毒物质二噁英，其结构为，已知它的二氯代物有10种，则其六氯代物有(　　) A．15种 B．11种 C．10种 D．5种 答案：C 解析：解答本题可用替代法：二噁英的分子式为 C12H8O2，其二氯代物有10种，将氯原子代替氢原子，氢原子代替氯原子，可知其六氯代物也有10种同分异构体。 【基础练】 1．下列化合物中不属于有机化合物的是( ) A．醋酸 B．尿素 C．碳酸钙 D．蔗糖 答案：C 2．下列化合物，其分子中所有原子不可能位于同一平面的是( ) A． B． C． D． 答案：D 3．下列说法不正确的是( ) A．碳原子的最外电子层有4个电子 B．1个碳原子可以与其他非金属原子形成4个共价键 C．两个碳原子之间能形成单键、双键或三键 D．所有有机化合物中都含有极性键和非极性键 答案：D 解析：如甲烷分子中只存在C—H极性键，不存在非极性键。 4．下列各组物质不互为同分异构体的是( ) A．和 B．和 C．和 D．和 答案：C 解析：和的分子式不同，不是同分异构体。 5．下列各组物质中，不互为同分异构体的是( ) A．和 B．和 C．和 D．和 答案：C 解析：和分子式相同，结构不同，互为同分异构体，A错误；和分子式相同，结构不同，互为同分异构体，B错误；和分子式不同，结构相似，不互为同分异构体，C正确；和分子式相同，结构不同，互为同分异构体，D错误。 6．有机化合物A的结构简式如图所示，它是最早被禁用的兴奋剂之一，下列有关有机化合物A的叙述中不正确的是( ) A．有机化合物A属于烃的衍生物 B．有机化合物A的分子式为C13H12O4Cl2 C．有机化合物A既属于卤代烃，也属于芳香族化合物 D．有机化合物A分子中含有5种官能团 答案：C 解析：由有机化合物A的结构简式可知，它是由碳、氢、氧、氯4种元素组成的，属于烃的衍生物，故A正确；从结构简式可知有机化合物A的分子式为C13H12O4Cl2，故B正确；有机化合物A的结构中虽含有氯原子，但因含有氧原子，所以其不属于卤代烃，故C不正确；有机化合物A分子中含有碳碳双键、酮羰基、碳氯键、醚键、羧基5种官能团，故D正确。 7．下列有机物有三种官能团的是(　　) 答案：C 解析：只有碳氯键一种官能团，A项错误；只有羧基一种官能团，B项错误；中含有—OH、—COOH和碳碳双键三种官能团，C项正确；中含有羟基和醚键两种官能团，D项错误。 8．写出下列有机化合物中官能团的名称。 （1） （2） （3） 答案：（1）碳碳双键和醛基 （2）酯基和羧基 （3）碳溴键和酚羟基 9．写出丙烯与溴、乙醇催化氧化反应的化学方程式，分析反应前后有机化合物官能团与化学键的变化。 答案： 官能团变化：碳碳双键转化为两个碳溴键。 化学键变化：碳碳双键中的π键断裂，形成两个C—Br。 官能团变化：羟基转化为醛基。 化学键变化：O—H和C—H断裂，形成C=O。 10．回答下列问题。 Ⅰ．现有9种粒子：①，②，③，④，⑤，⑥—OH，⑦，⑧，⑨。 （1）上述9种粒子中，属于官能团的有_____________（填序号，下同）。 （2）其中能与—C2H5结合形成有机化合物分子的粒子有_____________。 （3）其中能与C2H5+结合形成有机化合物分子的粒子有_____________。 Ⅱ．乙酸的结构简式可以表示为（①②③表示方框内的原子团）： （4）①②③的名称分别是_____________、_____________和_____________。 （5）②③组成的原子团的名称是_____________。 （6）①③组成的有机化合物所属的类别是_____________，任意写出一种该类物质同系物的结构简式：_____________。 答案：Ⅰ．（1）②⑤⑥ （2）②⑤⑥⑨ （3）①③④ Ⅱ．（4）甲基；酮羰基；羟基 （5）羧基 （6）醇； 解析：Ⅰ．（1）官能团属于基，而基不一定是官能团，②⑤⑥是官能团，烷基、苯环都不是官能团。 （2）—C2H5是基，根据基与基之间能直接结合成共价分子的原则可知，能与—C2H5结合形成有机化合物分子的粒子有②⑤⑥⑨。 （3）C2H5+带正电荷，根据带异种电荷的粒子相互吸引结合成化合物的原则可知，能与C2H5+结合形成有机化合物分子的粒子有①③④。 Ⅱ．（4）图示方框内的3种原子团分别为甲基、酮羰基和羟基。 （5）酮羰基和羟基组成羧基，其结构为—COOH。 （6）甲基和羟基组成的有机化合物是甲醇，它属于醇类物质，与乙醇、正丙醇等互为同系物。 【提升练】 1．碳原子的杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子形成的C—H的键长会短一些。如图有机化合物中，编号所指三根C—H的键长正确顺序是(　　) A．①>②>③ B．①>③>② C．②>③>① D．②>①>③ 答案：D 解析：由图中有机化合物的结构可知，①号C原子采用sp2杂化，②号C原子采用sp3杂化，③号C原子采用sp杂化。碳原子的杂化轨道中s成分的含量越多，即p成分的含量越少，该碳原子形成的C—H的键长越短，而sp杂化时p成分最少，碳原子形成的C—H的键长最短，sp3杂化时p成分最多，碳原子形成的C—H的键长最长，所以编号所指三根C—H的键长正确顺序为②>①>③。 2．C6H14的各种同分异构体中所含甲基数和它的一氯取代物的数目分别是(　　) A．2个甲基，4种一氯代物 B．4个甲基，1种一氯代物 C．3个甲基，3种一氯代物 D．4个甲基，3种一氯代物 答案：D 解析：含2个甲基，为CH3CH2CH2CH2CH2CH3，有3种H原子，则有3种一氯代物，A不符合题意；含4个甲基，有和两种结构，前一种结构有2种一氯代物，后一种结构有3种一氯代物，B不符合题意，D符合题意；含3个甲基，和两种结构，前一种结构有5种一氯代物，后一种结构有4种一氯代物，C不符合题意。 3．中药透骨草中含有一种抗氧化活性成分结构如图。下列说法正确的是(　　) A．分子式为C19H18O6 B．苯环上的一溴代物共5种 C．该化合物中存在的官能团分别为羟基、酯基、醚键、碳碳双键 D．该分子中的C都采取sp2杂化 答案：B 解析：由化合物的结构简式可知，分子式为C19H16O6，A错误；苯环上的一溴代物共5种，左侧苯环上有3种，右侧苯环上有2种，B正确；该化合物中存在的官能团分别为羟基、酯基、碳碳双键，不含醚键，C错误；该分子中苯环、双键上的C采取sp2杂化，甲基的碳为sp3杂化，D错误。 4．(1)有机化合物是一种取代有机氯农药DDT的新型杀虫剂，它含有的官能团有_____________、__________、____________(写名称)，它属于________(填“脂环”或“芳香族”)化合物。 (2)1 mol CH2==CH—CH2OH含________mol σ键，烯丙醇分子中碳原子的杂化类型为_______________。 (3)乙炔与氢氰酸(HCN)反应可得丙烯腈(H2C===CH—C≡N)。丙烯腈分子中σ键和π键的个数之比为___________，分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。 答案：(1)羟基　醛基　碳碳双键　脂环 (2)9　sp2、sp3　(3)2∶1　3 解析：(1)有机化合物是一种取代有机氯农药DDT的新型杀虫剂，它含有的官能团有羟基、醛基、碳碳双键，它属于脂环化合物。 (2)1 个 CH2==CH—CH2OH含9个σ键，1 mol CH2==CH—CH2OH 含9 mol σ键，烯丙醇分子的结构简式为CH2==CHCH2OH，碳原子的杂化类型为sp2、sp3。 (3)共价单键为σ键，共价双键中含有一个σ键、一个π键，共价三键中含有一个σ键、两个π键，所以丙烯腈分子中σ键和π键的个数之比＝6∶3＝2∶1；C—C≡N位于同一条直线上，该分子中最多有3个原子共直线。 5．(1)写出下面有机化合物的结构简式和键线式： ：____________、____________。 (2)某有机化合物的键线式为，则它的分子式为______，含有的官能团名称为_________，它属于__________(填“芳香族化合物”或“脂环化合物”)。 (3)已知分子式为C5H12O的有机化合物有多种同分异构体，下列给出其中的四种： A．CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH B．CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3 C． D． 根据上述信息完成下列各题： ①根据所含官能团判断，A属于___________类有机化合物。B、C、D中，与A互为官能团异构的是________(填字母，下同)，互为碳架异构的是________，互为位置异构的是________。 ②写出与A互为位置异构(但与B、C、D不重复)的有机化合物的结构简式： ______________________________________________。 ③与A互为碳架异构的同分异构体共有三种，除B、C、D中的一种外，写出另外两种同分异构体的结构简式：__________________、______________________。 答案：(1)CH2===CHCH===CH2　 (2)C9H14O　羟基和碳碳双键　脂环化合物 (3)①醇　B　D　C　② ③ 解析：(1)由该有机化合物的结构式可知，其结构简式为 CH2===CHCH===CH2，键线式为。(2)由该有机化合物的键线式可知，其分子式为C9H14O，分子中含有的官能团为羟基和碳碳双键；该有机化合物分子结构中无苯环，不属于芳香族化合物。(3)①A属于醇类有机化合物，B属于醚类有机化合物，故A与B属于官能团异构；C的碳链与A相同，但羟基位置不同，故A与C属于位置异构；而D也是醇类有机化合物，但碳骨架与A不同，因此A与D属于碳架异构。②碳链中有三种碳原子，羟基位于末端碳原子上即为A，位于第二个碳原子上即为C，当羟基位于中间的碳原子上时，即为满足要求的有机化合物。③与A互为碳架异构，则必须是醇类有机化合物，且最长的碳链上碳原子数应该小于5，共有如下3种：、和。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第13讲 有机化合物的结构特点 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 核心考点精准练 模块四 小试牛刀过关测 1．认识官能团的种类，从官能团的视角认识有机化合物的分类。 2．认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布，认识有机化合物存在构造异构和立体异构等同分异构现象。 3．建立有机化合物同分异构体书写的基本思维模型，能正确书写和判断常见有机化合物的同分异构体。 【学习新知】 知识点一 有机化合物的分类方法 1．依据碳骨架分类 2．依据官能团分类 (1)烃、烃的衍生物及官能团的概念 烃：仅由________两种元素组成的有机化合物。 烃的衍生物：烃分子中的______原子被其他原子或原子团所取代而衍生出的一系列有机化合物。 官能团：决定有机化合物________的原子或原子团。 (2)依据官能团分类 ①烃 类别 官能团结构 官能团名称 代表物 烷烃 — — 甲烷 CH4 烯烃 乙烯 CH2==CH2 炔烃 乙炔 CH≡CH 芳香烃 — — ②烃的衍生物 类别 官能团结构 官能团名称 代表物 卤代烃 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 乙醇 CH3CH2OH 酚 苯酚 醚 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 乙醛 CH3CHO 酮 丙酮 羧酸 乙酸 CH3COOH 酯 乙酸乙酯 胺 甲胺 CH3NH2 酰胺 乙酰胺 【交流讨论】“阿比朵尔”能显著抑制病毒对细胞的病变效应，因此成为抗击病毒潜在用药，其结构简式如下： (1)按照碳骨架分类“阿比朵尔”属于____________。 (2)依据“阿比朵尔”所含的含氧官能团进行分类，属于________________。 知识点二 有机化合物中的共价键 1．共价键的类型 (1)σ键(以甲烷分子中C—H为例) ①形成：在甲烷分子中，氢原子的______轨道与碳原子的一个________杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“________”的形式相互重叠。 ②特点：通过σ键连接的原子或原子团可绕________旋转而不会导致化学键的破坏。 (2)π键（以乙烯分子中为例） ①形成：在乙烯分子中，两个碳原子均以______杂化轨道与氢原子的______轨道及另一个碳原子的________杂化轨道进行重叠，形成4个________σ键与一个________σ键；两个碳原子未参与杂化的______轨道以“________”的形式从侧面重叠，形成了π键。 ②特点：π键的轨道重叠程度比σ键的______，所以不如σ键________，比较容易________而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕________旋转。 2．共价键的极性与有机反应 (1)共价键的极性与反应活性 ①共价键的极性强弱 ②化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。共价键的极性越强，在化学反应中越容易________。 (2)分子中基团之间的相互影响 ①乙醇、H2O与Na反应 在反应时，乙醇分子和水分子中的________断裂。同样条件，水与钠反应较剧烈，其原因是________ ________________________________________________。 ②乙醇与HBr反应 反应原理为________________________________________，反应中乙醇分子断裂的键是________，原因是________________。 ③相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 【交流讨论】下面是甲烷和乙烯中化学键的示意图。 1．乙烷、乙烯、乙炔分子中的碳原子杂化方式分别是什么？三种分子中的碳碳单键(双键或三键)和C—H成键方式分别是什么？（填写下面的表格） 分子式 碳原子杂化方式 碳碳键成键方式 C—H成键方式 C2H6 C2H4 C2H2 2．从化学键角度分析反应CH2===CH2＋Br2―→CH2Br—CH2Br 中CH2==CH2发生的变化。 知识点三 有机化合物的同分异构现象 1．同分异构现象和同分异构体 (1)同分异构现象：化合物具有相同的________，但具有不同________的现象。 (2)同分异构体：具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 2．同分异构现象的类别 3．有机化合物的构造异构 异构类别 形成途径 示例 碳架异构 由________不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3 位置异构 由________位置不同而产生的异构 官能团异构 由________不同而产生的异构 【交流讨论】 1．与 是否为同分异构体？说明理由。 2．CH3—CH===CH2与 互为同分异构体吗？同分异构体的化学性质一定相同吗？ 3．分子式为C4H8且属于烯烃的同分异构体有几种？试写出其结构简式。 知识点四 有机化合物构造异构体的书写 1．烷烃的构造异构体 烷烃的构造异构体的书写是其他种类有机物同分异构体书写的基础。由于烷烃只存在碳链异构，一般可采用“降碳对称法”进行书写。 下面以己烷(C6H14)为例说明(用碳骨架表示)。 ①将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C ②从母链的一端取下1个碳原子，依次连接在母链中心对称线一侧的各个碳原子上，即得到多个带有甲基、主链比母链少1个碳原子的异构体的碳骨架。 　 ③从母链上一端取下两个C原子，使这两个C原子相连(整连)或分开(散连)，依次连接在母链所剩下的各个碳原子上，得多个带1个乙基或两个甲基、主链比母链少两个碳原子的异构体的碳骨架。 　 故己烷(C6H14)共有5种同分异构体。 2．烯烃的构造异构体 烯烃的构造异构体的书写方法： ①先确定主链碳原子个数； ②确定官能团（C=C）在主链上的位置实现位置异构； ③分别接入支链实现碳链异构。 分子式为C4H8的烯烃的同分异构体的结构简式为： 3．苯的同系物的构造异构体 苯的同系物的构造异构体的判断方法：从单取代到多取代，二取代时取代基有邻、间、对三种情况。例如分子式为C8H10的芳香族化合物，苯环外有两个饱和碳，单取代结构为 ，若为二取代，有邻()、间( )、对( )三种情况。 4．含有不同官能团的同分异构体 乙醇和二甲醚的分子式都为C2H6O，乙醇分子中的官能团为羟基（—OH），二甲醚分子中的官能团为醚键（）。 乙醇：、二甲醚： 【交流讨论】立方烷(C8H8)为人工合成的烷烃，又称为五环辛烷，外观为有光泽的晶体。八个碳原子对称地排列在立方体的八个角上。人们曾一度认为其不可合成，因为碳碳键的键角均为90°，张力过大而不稳定。不过当此物质被合成出以后，人们发现它在动力学上很稳定。立方烷生成热、密度等均很大，因而备受瞩目。 (1)立方烷的一氯代物有________种。 (2)立方烷的二氯代物有________种。 (3)分子组成比立方烷多1个CH2原子团，且符合下列条件的同分异构体有________种。 ①含苯环结构；②含一个碳碳双键。 核心考点一：有机化合物的分类 【例1】下列各项有机化合物的分类及所含官能团都正确的是(　　) A． 酮 B． 酚 —OH C．CH3CH2COOH 羧酸 D． 酯 【归纳小结】 1．一种物质根据不同的分类方法，可以属于不同的类别。如 (苯甲醇)，既属于芳香烃衍生物，又属于醇。 2．注意苯环()和环烯烃(、)的区别。 3．只要含有苯环的化合物一定是芳香族化合物。 4．有的烃的衍生物可以含有多个官能团，依官能团的不同可以分为不同的类别。如HOOC—CH2CH2—CH2OH，可认为属于羧酸或醇。不同的官能团在有机物分子中基本保持各自的性质，如上述化合物具有羧酸、醇的性质。 【变式训练1】某有机化合物的结构简式如下，此有机化合物属于(　　) ①烯烃　②多官能团有机化合物　③芳香族化合物　④烃的衍生物 A．①②③④ B．②④ C．②③④ D．①③ 【变式训练2】按官能团的不同可以对有机物进行分类，请指出下列有机物所属的类别。 A．烷烃　B．烯烃　C．炔烃　D．醚　E．酚　F．醛 G．羧酸　H．芳香烃　I．酯　J．卤代烃　K．醇 (1)CH3CH2COOH________(填字母，下同)； (2) ________； (3) ________； (4) ________； (5) ________； (6) ________； (7) ________。 核心考点二：有机化合物中的化学键 【例2】某有机物的结构简式为 HC≡CCH2CH==CH2，则该有机物分子中含有的σ键和π键的数目分别为(　　) A．11、3 B．10、3 C．11、4 D．10、4 【归纳小结】有机化合物中σ键和π键的比较 类型 σ键 π键 成键轨道 杂化轨道­杂化轨道或杂化轨道­s轨道等 p­p轨道等 重叠形式 “头碰头” “肩并肩” 存在 C—C，C—H，碳碳双键、碳碳三键中的1个键 碳碳双键中的1个键，碳碳三键中的2个键 相对稳定性 键能相对较大，不易断开 键能相对较小，容易断开 成键原子能否绕键轴旋转 能 不能 断键与反应类型的关系 主要发生取代反应 主要发生加成反应 举例 烷烃分子中只存在C—C σ键和C—H σ键，没有π键 烯烃和炔烃分子中既存在σ键，又存在π键 【变式训练1】下列关于丙烯(CH3—CH==CH2)的说法正确的是(　　) A．丙烯分子中3个碳原子在同一直线上 B．丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化 C．丙烯分子中不存在非极性键 D．丙烯分子中有8个σ键、1个π键 【变式训练2】相同条件下金属钠和水反应与金属钠和无水乙醇反应相比前者较为剧烈的原因是(　　) A．水是无机物，而乙醇是有机物 B．水的相对分子质量小，乙醇的相对分子质量大 C.乙醇分子中羟基与乙基相连，受乙基影响不如水分子中的羟基活泼 D．水是电解质，乙醇是非电解质 核心考点三：同分异构现象和同分异构体 【例3】下列属于同分异构体的是(　　) A． B． C．HOOCCH2CH3和CH3CH2COOH D． 【变式训练1】与互为同分异构体的是(　　) A． B． C． D． 【变式训练2】如图均是由4个碳原子结合成的6种有机化合物(氢原子没有画出)。 (1)有机化合物a有一种同分异构体，试写出其结构简式_________________。 (2)上述有机化合物中与c互为同分异构体的是___________(填字母)。 (3)任写一种与e互为同系物的有机化合物的结构简式_______________。 核心考点四：同分异构体的书写 【例4】某有机化合物的分子式为C5H12O，其中能够与Na反应产生H2的同分异构体种数为(　　) A．8种 B．9种 C．10种 D．11种 【归纳小结】同分异构体的种数判断 1．等效氢法 单官能团有机物分子可以看作烃分子中一个氢原子被其他的原子或官能团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，可用“等效氢法”判断。判断“等效氢”的三原则是： (1)同一碳原子上的氢原子是等效的，如CH4中的4个氢原子等效。 (2)同一碳原子上所连的甲基上的氢原子是等效的，如 C(CH3)4中的4个甲基上的12个氢原子等效。 (3)处于对称位置上的氢原子是等效的，如CH3CH3中的6个氢原子等效，乙烯分子中的4个氢原子等效，苯分子中的6个氢原子等效，CH3C(CH3)2C(CH3)2CH3上的18个氢原子等效。 2．烃基取代法 (1)记住常见烃基的结构：丙基有2种结构，丁基有4种结构，戊基有8种结构。 (2)将有机物分子拆分为烃基和官能团两部分，根据烃基同分异构体的数目，确定目标分子的数目，如C4H10O属于醇的可改写为C4H9—OH，共有4种结构，C5H10O属于醛的可改写为C4H9—CHO，共有4种结构。 3．定一移一法 对于二元代物的同分异构体的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一个取代基，以确定同分异构体的数目。如CH3CH2CH3的二氯代物数目：第1步固定1个氯原子，有2种：①，②。第2步固定第2个氯原子：①有3种，②有2种，其中①b和②d重复，故CH3CH2CH3的二氯代物有4种。 4．换元法 如：二氯苯C6H4Cl2有3种同分异构体：、、。用H代替Cl，用Cl代替H，则四氯苯也有3种同分异构体。 【变式训练1】C5H10O醛类同分异构体的种数为(　　) A．2种 B．3种 C．4种 D．5 种 【变式训练2】在欧洲一些国家曾发现饲料被污染，导致畜禽类制品及乳制品不能食用，经测定饲料中含有剧毒物质二噁英，其结构为，已知它的二氯代物有10种，则其六氯代物有(　　) A．15种 B．11种 C．10种 D．5种 【基础练】 1．下列化合物中不属于有机化合物的是( ) A．醋酸 B．尿素 C．碳酸钙 D．蔗糖 2．下列化合物，其分子中所有原子不可能位于同一平面的是( ) A． B． C． D． 3．下列说法不正确的是( ) A．碳原子的最外电子层有4个电子 B．1个碳原子可以与其他非金属原子形成4个共价键 C．两个碳原子之间能形成单键、双键或三键 D．所有有机化合物中都含有极性键和非极性键 4．下列各组物质不互为同分异构体的是( ) A．和 B．和 C．和 D．和 5．下列各组物质中，不互为同分异构体的是( ) A．和 B．和 C．和 D．和 6．有机化合物A的结构简式如图所示，它是最早被禁用的兴奋剂之一，下列有关有机化合物A的叙述中不正确的是( ) A．有机化合物A属于烃的衍生物 B．有机化合物A的分子式为C13H12O4Cl2 C．有机化合物A既属于卤代烃，也属于芳香族化合物 D．有机化合物A分子中含有5种官能团 7．下列有机物有三种官能团的是(　　) 8．写出下列有机化合物中官能团的名称。 （1） （2） （3） 9．写出丙烯与溴、乙醇催化氧化反应的化学方程式，分析反应前后有机化合物官能团与化学键的变化。 10．回答下列问题。 Ⅰ．现有9种粒子：①，②，③，④，⑤，⑥—OH，⑦，⑧，⑨。 （1）上述9种粒子中，属于官能团的有_____________（填序号，下同）。 （2）其中能与—C2H5结合形成有机化合物分子的粒子有_____________。 （3）其中能与C2H5+结合形成有机化合物分子的粒子有_____________。 Ⅱ．乙酸的结构简式可以表示为（①②③表示方框内的原子团）： （4）①②③的名称分别是_____________、_____________和_____________。 （5）②③组成的原子团的名称是_____________。 （6）①③组成的有机化合物所属的类别是_____________，任意写出一种该类物质同系物的结构简式：_____________。 【提升练】 1．碳原子的杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子形成的C—H的键长会短一些。如图有机化合物中，编号所指三根C—H的键长正确顺序是(　　) A．①>②>③ B．①>③>② C．②>③>① D．②>①>③ 2．C6H14的各种同分异构体中所含甲基数和它的一氯取代物的数目分别是(　　) A．2个甲基，4种一氯代物 B．4个甲基，1种一氯代物 C．3个甲基，3种一氯代物 D．4个甲基，3种一氯代物 3．中药透骨草中含有一种抗氧化活性成分结构如图。下列说法正确的是(　　) A．分子式为C19H18O6 B．苯环上的一溴代物共5种 C．该化合物中存在的官能团分别为羟基、酯基、醚键、碳碳双键 D．该分子中的C都采取sp2杂化 4．(1)有机化合物是一种取代有机氯农药DDT的新型杀虫剂，它含有的官能团有_____________、__________、____________(写名称)，它属于________(填“脂环”或“芳香族”)化合物。 (2)1 mol CH2==CH—CH2OH含________mol σ键，烯丙醇分子中碳原子的杂化类型为_______________。 (3)乙炔与氢氰酸(HCN)反应可得丙烯腈(H2C===CH—C≡N)。丙烯腈分子中σ键和π键的个数之比为___________，分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。 5．(1)写出下面有机化合物的结构简式和键线式： ：____________、____________。 (2)某有机化合物的键线式为，则它的分子式为______，含有的官能团名称为_________，它属于__________(填“芳香族化合物”或“脂环化合物”)。 (3)已知分子式为C5H12O的有机化合物有多种同分异构体，下列给出其中的四种： A．CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH B．CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3 C． D． 根据上述信息完成下列各题： ①根据所含官能团判断，A属于___________类有机化合物。B、C、D中，与A互为官能团异构的是________(填字母，下同)，互为碳架异构的是________，互为位置异构的是________。 ②写出与A互为位置异构(但与B、C、D不重复)的有机化合物的结构简式： ______________________________________________。 ③与A互为碳架异构的同分异构体共有三种，除B、C、D中的一种外，写出另外两种同分异构体的结构简式：__________________、______________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$