第1章 认识有机化学【知识清单】-2024-2025学年高二化学单元速记·巧练（沪科版2020选择性必修3）

第一单元 认识有机化学 01 思维导图 02 考点速记 课题1 有机化合物的建立和发展 有机化学初期 “有机化学”这一名词于1806年首次由贝采里乌斯提出。当时是作为“无机化学”的对立物而命名的。由于科学条件限制，有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。 　　 1824年，德国化学家维勒从氰经水解制得草酸；1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是有机化合物。维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃。 　　 由于合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来，其中，绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。“生命力”学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词却沿用至今。  萌芽期 从19世纪初到1858年提出价键概念之前是有机化学的萌芽时期。在这个时期，已经分离出许多有机化合物，制备了一些衍生物，并对它们作了定性描述，认识了一些有机化合物的性质。 　　 法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，产生二氧化碳和水。他的研究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希发展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。这些有机定量分析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。 　　 当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上，遇到了很大的困难。最初，有机化学用二元说来解决有机化合物的结构问题。二元说认为一个化合物的分子可分为带正电荷的部分和带负电荷的部分，二者靠静电力结合在一起。早期的化学家根据某些化学反应认为，有机化合物分子由在反应中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但这个学说本身有很大的矛盾。 　　 类型说由法国化学家热拉尔和洛朗建立。此说否认有机化合物是由带正电荷和带负电荷的基团组成，而认为有机化合物是由一些可以发生取代的母体化合物衍生的，因而可以按这些母体化合物来分类。类型说把众多有机化合物按不同类型分类，根据它们的类型不仅可以解释化合物的一些性质，而且能够预言一些新化合物。但类型说未能回答有机化合物的结构问题。这个问题成为困扰人们多年的谜团。 经典有机化学 从1858年价键学说的建立，到1916年价键的电子理论的引入，才解开了这个不解的谜团，这一时期是经典有机化学时期。　　 1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一次用短划“—”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中，一个氢原子只能与一个别的元素的原子结合，氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还提出，在一个分子中碳原子之间可以互相结合这一重要的概念。 　　 1848年巴斯德分离到两种酒石酸结晶，一种半面晶向左，一种半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋转，后者则使之向右旋转，角度相同。在对乳酸的研究中也遇到类似现象。为此，1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫分别提出一个新的概念：同分异构体，圆满地解释了这种异构现象。 　　 他们认为：分子是个三维实体，碳的四个价键在空间是对称的，分别指向一个正四面体的四个顶点，碳原子则位于正四面体的中心。当碳原子与四个不同的原子或基团连接时，就产生一对异构体，它们互为实物和镜像，或左手和右手的手性关系，这一对化合物互为旋光异构体。勒贝尔和范托夫的学说，是有机化学中立体化学的基础。 　　 1900年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这是个长寿命的自由基。而不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。 　　 在这个时期，有机化合物在结构测定以及反应和分类方面都取得很大进展。但价键只是化学家从实践经验得出的一种概念，价键的本质尚未解决。 现代有机化学 在物理学家发现电子，并阐明原子结构的基础上，致力于研究现代有机化学时期的美国物理化学家路易斯等人于1916年提出价键的电子理论。 他们认为：各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起的原因。相互作用的外层电子如从—个原子转移到另一个原子，则形成离子键；两个原子如果共用外层电子，则形成共价键。通过电子的转移或共用，使相互作用的原子的外层电子都获得惰性气体的电子构型。这样，价键的图像表示法中用来表示价键的横杠“—”，实际上是两个原子共用的一对电子。 1927年以后，海特勒与伦敦等用量子力学，处理分子结构问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来马利肯用分子轨道理论处理分子结构，其结果和价键的电子理论所得的大体一致，由于计算简便，解决了许多当时不能回答的问题。 课题2 有机化合物的结构 一、依据碳骨架分类 1．脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。 2．环状化合物 这类有机化合物分子中含有由碳原子构成的环状结构。 (1)脂环化合物：分子中含有碳环(非苯环)的化合物。如(环戊烷)、 (环己烯)、 (环己醇)等。 (2)芳香族化合物：分子中含有苯环的化合物。如 (苯)、 (萘)、 (溴苯)等。 二、依据官能团分类 1．官能团是指决定有机化合物特性的原子或原子团。如甲烷为气体，甲醇性质区别甲烷性质是因为甲醇分子中含有官能团羟基(—OH)。 2．有机物的主要类别、官能团和典型代表物 (1)烃类物质 类别 官能团 典型代表物 结构 名称 名称 结构简式 烷烃 — — 甲烷 CH4 烯烃 碳碳双键 乙烯 CH2===CH2 炔烃 碳碳三键 乙炔 HC≡CH 芳香烃 — — 苯 (2)烃的衍生物 类别 官能团 典型代表物 结构 名称 名称 结构简式 卤代烃 碳卤键 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 —OH 羟基 乙醇 CH3CH2OH 酚 —OH 羟基 苯酚 醚 醚键 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 醛基 乙醛 酮 酮羰基 丙酮 羧酸 羧基 乙酸 酯 酯基 乙酸乙酯 胺 —NH2 氨基 甲胺 CH3NH2 酰胺 酰胺基 乙酰胺 三、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：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。 (3)σ、π键个数的计算 一般情况下，有机化合物中的单键是σ键，双键中含有一个σ键和一个π键，三键中含有一个σ键和两个π键。 (4)共价键的类型与有机反应类型的关系 ①含有C—H σ键，能发生取代反应； ②含有π键，能发生加成反应。 　HC≡CH分子中有什么共价键？可以使溴水褪色吗？ [提示]　σ键和π键。可以。 2．共价键的极性与有机反应 共价键极性越强，有机反应越容易发生。 (1)乙醇、H2O与Na反应 在反应时，乙醇分子和水分子中的O—H键断裂。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CH3—CH2—OH＋H—BrCH3CH2—Br＋H2O，反应中乙醇分子中断裂的键是C—O，原因是C—O键极性较强。 (3)有机反应相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 四、有机化合物的同分异构现象 1．概念：化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 2．分类 同分异构现象 (1)写出C5H12的三种碳架异构体的结构简式： 。 (2)写出C4H8属于烯烃的构造异构体的结构简式： 。 (3)写出C2H6O的两种官能团异构体的结构简式： CH3CH2OH、CH3OCH3。 3．键线式：将碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和官能团，每个拐点或终点均表示有一个碳原子。如丙烯可表示为，可表示为。 4．共价键的分类 (1)从原子轨道重叠方式分为σ键和π键。 (2)从共价键的极性分为极性键和非极性键。 (3)从共价键的个数分为单键、双键和三键。 5．有机物分子中σ键与π键的判断 (1)σ、π键的计算：单键为σ键；双键是1个σ键1个π键；三键是1个σ键2个π键。 (2)σ、π键的稳定性：一般σ键比π键稳定，含π键的有机物易发生加成反应。 6．同分异构体的书写方法 (1)减碳法(碳链异构) 可总结为四句话：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布对邻间。 下面以C7H16为例，写出它的同分异构体： ①将分子写成直链形式： CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。 ②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在2,3号碳原子上：，根据碳链中心对称，将—CH3连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。 ③再从主链上去掉一个碳原子，可形成一个—CH2CH3或两个—CH3，即主链变为。当取代基为—CH2CH3时，由对称关系只能接在3号碳原子上。当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个甲基，注意不要重复。即两个甲基可分别连接的碳原子号码是：2和2、2和3、2和4、3和3。 (2)取代法(适用于醇、卤代烃异构) 先碳链异构，后位置异构。如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体。如下(数字即为—OH接入后的位置，即这样的醇合计为8种)： (3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等) 先根据给定的碳原子数写出烷烃的同分异构体的碳链骨架，再将官能团插入碳链中。 如书写分子式为C4H8的烯烃的同分异构体(插入双键)，双键可分别在①、②、③号位置： 7．同分异构体数目的确定 (1)烃基数确定一取代产物数目 —CH3、—C2H5各1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。 (2)替代法 如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H替代Cl)。 (3)等效氢法 ①同一甲基上的氢原子是等效的。 ②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。如新戊烷()的四个甲基是等效的，所有的氢原子都是等效的，故新戊烷的一氯代物只有一种。 ③处于对称位置上的氢原子是等效的。如的六个甲基是等效的，18个氢原子都是等效的，因此该物质的一氯代物也只有一种。 (4)组合法：的苯环的一氯代物有3×4＝12种。 课题3 有机化合物的命名 一、普通命名法： 1、通常把烷烃泛称“某烷”，某是指烷烃中碳原子的数目。由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，自十一起用汉字数字表示。 例如：（1）CH4叫甲烷，CH3CH3叫乙烷，CH3CH2CH3叫丙烷； （2）C15H32叫十五烷。 2、为了区别异构体，用“正”、“异”和“新”来表示。 （1）CH3—CH2—CH2—CH3 正丁烷 （2）CH3—CH—CH3 异丁烷 ∣ CH3 （3）CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 正戊烷 （4）CH3—CH—CH2—CH3 异戊烷 ∣ CH3 CH3 ∣ （5） CH3—C—CH3 新戊烷 ∣ CH3 普通命名法简单方便。但只能使用于结构比较简单的烷烃。对于结构比较复杂的烷烃必须用系统命名法。 二、系统命名法： 在系统命名法中，对于支链烷烃，把它看作直链烷烃的烷基取代基衍生物。 烃分子失去一个氢原子所剩余的部分叫做烃基；烷烃分子失去一个氢原子所剩余的部分叫做烷基。 通式：CnH2n+1 （n≥1），通常用“R—”表示。 常见的烷基： CH3 — 甲基 CH3 —CH2— 乙基 CH3 —CH2—CH2— 正丙基 CH3 —CH— 异丙基 ∣ CH3 对于支链烷烃的命名法可按照下列步骤进行： 1、定主链，称“某烷”。 选定分子里最长碳链为主链，并按主链上碳原子的数目称为“某烷”。（碳原子数在1~10的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名。） 例一： CH3 — CH — CH2 — CH2— CH2 — CH3 ∣ CH3 在上式中线内的碳链为最长的，作为母体，含六个碳原子故叫己烷。甲基则当作取代基。 2、写编号，定支链所在的位置。 ①在选定主链以后，就要进行主链的位次编号，也就是确定取代基的位次，主链从一端向另一端编号，号数用1，2，3┉ 等表示，读成1位，2位，3位等。 ②对简单的烷烃从距离支链最近的一端开始编号，位次和取代基名词之间要用“—”半字线连接起来。在有几种编号的可能时，应当选定使取代基的位次为最小。 例二： 1 2 3 4 5 6 CH3 —CH 2— CH — CH2— CH2 — CH3 ∣ CH3 3、写名称，相同基合并写，不同取代基从小到大写。 ①如果含有几个相同的取代基时，把它们合并起来，取代基的数目用一、二、三┉等来表示，写在取代基的前面；如果含有几个不同的取代基时，就把小的取代基名称写在前面，大的写在后面（烷基的大小顺序是：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基<异丁基<异丙基），其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用“，”隔开。 例三： CH3 ∣ CH3 — CH2 —C—— CH — CH2— CH3 ∣ ∣ CH3 CH2 CH3 命名：2,2-二甲基-3-乙基己烷 读做：2,2二甲基3乙基己烷 ②当具有相同长度的链可作为主链时，选定具有支链数目最多（或支链最简单）的碳链。 例四： CH3 ∣ CH3 —CH— CH— CH — CH— CH2 — CH3 ∣ ∣ ∣ CH3 CH2 CH3 ∣ CH2CH3 命名：2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 确定主链位次的原则是： ①最长原则：选定最长碳链为主链 ②最简原则：当有两条相同碳原子的主链时，选支链最简单的一条为主链。 ③最近原则：起点离支链最近 ④最小原则：当支链离两端的距离相同时，以取代基所在位置的数值之和最小为正确。 三、含单官能团化合物的命名 含单官能团化合物的命名按下列步骤： （1）选择主链：选择含官能团的最长碳链为主链作为母体，称“某烯”、“某炔”、“某醇”、“某醛”、“某酸”等（而卤素、硝基、烷氧基则只作取代基），并标明官能团的位置。 （2）编号：从靠近官能团（或取代基）的一端开始编号。 （3）词头次序：同支链烷烃，按“次序规则”排列。如： 四、含多官能团的化合物命名 含多官能团的化合物按下列步骤命名： （1）选择主链（或母体）：开链烃应选择含尽可能多官能团（尽量包含碳碳双键或碳碳三键）的最长碳链为主链（或母体）；碳环，芳环，杂环以环核为母体。按表13-2次序优先选择一个主要官能团作词尾，即列在前面的官能团，优先选作词尾。 表13-2 引用作词尾和词头的官能团名称 官能团 词 尾 词 头 C OH O （某）酸 羧基 —SO3H （某）磺酸 磺基C OR O （某）酸（某）酯 酯基 C X O （某）酰卤 卤甲酰基 C NH2 O （某）酰胺 氨基甲酰基 —CN （某）腈 氰基 （某）醛 甲酰基C H O C O （某）酮 羰基 —OH （某）醇 羟基 —SH （某）醇（或酚） 巯基 —NH2 （某）胺 氨基 = NH （某）亚胺 亚氨基 C C （某）烯 双键 C C （某）炔 三键 （2）开链烃编号从靠近主要官能团（选为词尾的官能团）的一端编起；碳环化合物，芳香环使主要官能团的编号最低。而苯环上的2 – 位、3 – 位、4 – 位常分别用邻位、间位和对位表示。 （3）不选作主要官能团的其他官能团以及取代基一律作词头。其次序排列按“次序规则” 。 例如： 醛基（– CHO）在羟基（–OH）前，所以优先选择 – CHO 为主要官能团作词尾称“己醛”，– CH2CH3、– OH、– CH3、– Br 作词头，根据“次序规则”，其次序是甲基、乙基、羟基、溴。编号从主要官能团开始，并使取代基位次最小。所以命名为：4 – 甲基 – 2 – 乙基 – 3 – 羟基 – 5 – 溴己醛。 主要官能团是 – COOCH3 ，所以叫苯甲酸甲酯。– OH、– NO2作词头，其次序是硝基、羟基。编号从主要官能团开始，并使取代基位次最小。所以命名为：3 – 硝基 – 2 – 羟基苯甲酸。 常见的氨基酸的命名 名 称 结构式 甘氨酸(-氨基乙酸) 丙氨酸(-氨基丙酸) 苯丙氨酸(-苯基--氨基丙酸) 谷氨酸(-氨基戊二酸) 03 素养提升 1．芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物关系图解 2．官能团和基、根(离子)的比较 官能团 基 根(离子) 概念 决定有机化合物特性的原子或原子团 有机化合物分子中去掉某些原子或原子团后，剩下的原子团 指带电荷的原子或原子团 电性 电中性 电中性 带电荷 稳定性 不稳定，不能独立存在 不稳定，不能独立存在 稳定，可存在于溶液中、熔融状态下或晶体中 实例 —OH羟基 —CHO醛基 —CH3甲基 —OH羟基 —CHO醛基 —COOH羧基 NH铵根离子 OH－氢氧根离子 联系 官能团属于基，但是基不一定是官能团，如甲基(—CH3)不是官能团；根和基可以相互转化，如OH－失去1个电子可转化为—OH，而—OH获得1个电子可转化为OH－ 3.辨别常见官能团应注意的事项 (1)含羟基化合物 (2)注意醚键与酯基的区别 (3)醛与酮的区别：醛是至少一端连接H；酮是两端连接烃基。如。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$