专题01 有机化合物的结构-【压轴题】2024-2025学年高二化学同步培优训练（沪科版2020选择性必修3）

专题01 有机化合物的结构 解题知识必备压轴典例分析压轴能力测试 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1．原子结构特点 碳原子最外层有 4 个电子，既不容易失去也难以得到 4 个电子以达到稀有气体元素原子的稳定结构。一般情况下，碳原子利用其最外层 4 个电子分别与其他原子之间通过共用电子对形成共价键。 2．原子成键特点 （1）成键数目：每个碳原子形成4个共价键。 （2）成键原子：碳原子之间，碳原子与其它原子形成共价键。 （3）成键种类：根据共用电子对数目不同，形成通常所说的单键、双键和三键，其中双键和三键称为不饱和键。 （4）连接方式：既可以形成碳链，也可以形成碳环。 3．共价键的类型 （1）σ键 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。 ③稳定性：键能相对较大，不易断开。 ④断键与反应类型的关系：主要发生取代反应。 （2）π键 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：通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。 ③稳定性：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。 ④断键与反应类型的关系：主要发生加成反应。 （3）σ、π键个数的计算方法 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．键的极性与有机反应的关系 （1）共价键的极性与反应的活泼性 ①共价键的极性强弱：形成共价键的两种元素的电负性差值越大，形成的共用电子对偏移程度越大，共价键的极性越强。 ②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 乙醇、水分别与钠反应时，断裂的都是分子中的O－H，但由于乙醇分子中的O－H的极性比水分子的极性弱，因此相同条件下，乙醇与钠反应没有与水反应剧烈。 （3）有机反应特点 ①键的极性越强越易断裂。如乙醇与HBr反应：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。 ②有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 二、有机化合物结构的表示方法 种类 实例 含义 分子式 乙烷：C2H6 用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目 最简式 乙烷(C2H6)的最简式为CH3 ①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子； ②由最简式可求最简式量 电子式 用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子 结构式 ①能反映物质的结构； ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构 结构简式 CH3CH3 将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团) 键线式 （） 分子结构中省略碳、氢元素符号，只写碳碳键；通常相邻碳碳键之间的夹角画成120°，每个端点和转折点都表示碳原子，除C、H以外原子都保留下来。 球棍模型 小球表示原子，小棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状) 空间填充模型 ①用不同体积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对大小和结合顺序 三、有机化合物的同分异构现象 （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。同分异构现象的广泛存在也是有机物种类繁多的重要原因之一。 （2）同分异构体 ①定义：具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。 ②实例：分子式均为C4H10（丁烷），互为同分异构体，用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3（正丁烷）、（异丁烷）。 （3）同分异构体的性质：同分异构体的分子结构不同，导致化学性质和物理性质均有一定差异，如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。 【注意】 同分异构体的分子式相同（相对分子质量必然相同），分子结构不同是分子中的原子或原子团的排列方式不同而引起的。结构决定性质，所以化学性质和物理性质均有一定差异，如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。 （4）同分异构体的书写方法 ①减碳链法 i.遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由邻到间。 ⅱ.书写的步骤： 第一步：先写出碳原子数最多的主链。 第二步：写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。 第三步：写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上，以此类推。 ⅲ.实例(以C6H14为例) 第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C 第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种： 【注意】 甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。 第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种： ②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。 ②等效氢法——一元取代物同分异构体数目的判断方法。要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目，首先要观察烃的结构是否具有对称性。 i.连在同一个碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。 ⅱ.同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷，其4个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。 ⅲ.分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。 ⅳ.烃分子中等效氢原子有几种，则该烃一元取代物就有几种同分异构体。 【注意】 ①书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由对到邻到间。 ②随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体的数目也就越多。 ③甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种，戊烷有3种，己烷有5种，而癸烷有75种。 ③基元法：如丁基有4种结构、则丁醇（C4H9－OH）、一氯丁烷（C4H9－Cl）、戊醛（C4H9－CHO）等都有4中同分异构体。—CH： 1种；—C2H5：1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。 ④换元法：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换成Cl)。 ⑤定一移一法：对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基的位置，在移动另一个取代基，以确定相对分子质量。 （5）同系物、同分异构体、同位素、同素异形体的比较 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 概念 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子 由同种元素形成的不同单质 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质 分子式相同，但结构不同的化合物 对象 原子 单质 有机化合物 化合物 性质 化学性质几乎相同，物理性质略有差异 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似或不同，物理性质有差异 实例 H、H、H 化学式可相同，也可不同。如O3和O2 甲烷和乙烷 正戊烷、异戊烷和新戊烷 四、有机化合物的分类 1．按碳的骨架分类 （1）链状化合物：有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状（可以有支链）。如CH3COOCH2CH3、。 （2）脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。 （3）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。 【注意】 ①不含苯环的碳环化合物，都是脂环化合物。 ②含一个或多个苯环的化合物，都是芳香化合物。 ③环状化合物还包括杂环化合物，即构成环的原子除碳原子外，还有其他原子，如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。 ④链状烃通常又称脂肪烃。 2．按官能团分类 （1）烃的衍生物概念：从结构上看，烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而衍生出一系列新的化合物。 （2）官能团定义：决定化合物特殊性质的原子或原子团。如—OH、—COOH等。 （3）有机物的主要类别、官能团和典型代表物 ①烃类物质 有机物 官能团结构 官能团名称 有机物类别 CH4 烷烃 CH2===CH2 碳碳双键 烯烃 CH≡CH —C≡C— 碳碳三键 炔烃 芳香烃 ②烃的衍生物 有机物 官能团结构 官能团名称 有机物类别 CH3CH2Br —Br 溴原子 卤代烃 CH3CH2OH —OH 羟基 醇 —OH 羟基 酚 CH3—O—CH3 醚键 醚 CH3CHO —CHO 醛基 醛 羰基 酮 CH3COOH —COOH 羧基 羧酸 酯基 酯 —NH2 氨基 氨基酸 —COOH 羧基 酰胺基 酰胺 【注意】 ①官能团的结构是一个整体，不能将官能团拆开来分析。例如，不能将羧基（）拆分为一个酮羰基（）和一个羟基（-OH）来分析其化学性质。 ②官能团、根、基的区别 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 NH4+ 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－。 【例1】下列说法正确的是 A．14C与14N互为同位素 B．16O2与18O2互为同素异形体 C．CH4与C5H12一定互为同系物 D．  和  互为同分异构体 【答案】C 【解析】A．质子数相同，中子数不同的核素互为同位素，的质子数为6、的质子数为7，两者质子数不同，不是同位素，A错误； B．由同种元素组成的不同的单质互为同素异形体16O2与18O2为同一种物质，B错误； C．结构相似，分子组成相差n个CH2原子团，互为同系物，CH4与C5H12一定互为同系物，C正确； D．甲烷是四面体结构，二氯取代物  和  是同种物质，D错误； 故选C。 【例2】下列说法正确的是 A．CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 B．a()和c()分子中所有碳原子均处于同一平面上 C．中所有碳原子可能都处于同一平面 D．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面 【答案】D 【解析】A．根据乙烯的空间结构可知，CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子处于同一平面，但不在同一直线上，A项错误； B．a中有连接3个碳原子的饱和碳原子，c中有连接3个碳原子和连接4个碳原子的饱和碳原子，故a和c中所有碳原子不可能共平面，B项错误； C．中与苯环直接相连的碳原子为连有4个碳原子的饱和碳原子，所有碳原子不可能处于同一平面，C项错误； D．d、p分子中都存在饱和碳原子，d、p中不可能所有原子处于同一平面，只有b的所有原子处于同一平面，D项正确； 答案选D。 【例3】某物质只含C、H、O三种元素，其分子模型如图所示，下列物质中，与该物质互为同系物的是 A．CH3CH＝CHCOOH B．CH2＝CHCOOCH3 C．CH3CH2CH＝CHCOOH D．CH3CH(CH3)COOH 【答案】C 【分析】 某物质只含C、H、O三种元素，其分子模型如图所示，该分子中共有12个原子，球棍模型如下：，小黑球为氧原子，大球为碳原子，小白球为氢原子，根据原子成键规律可知，该有机物的结构简式为：，属于不饱和羧酸类，据此解答。 【解析】A． CH3CH=CHCOOH的分子式为：C4H6O2，属于不饱和羧酸类，与题给有机物互为同分异构体，A错误； B． CH2=CHCOOCH3的分子式为：C4H6O2，属于不饱和酯类，与题给有机物互为同分异构体，B错误； C． CH3CH2CH=CHCOOH的分子式为：C5H8O2，属于不饱和烯酸，与题给有机物互为同系物，C错误； D． CH3CH(CH3)COOH的分子式为：C4H8O2，属于饱和羧酸，D错误； 故选C。 【例4】有机物X→Y的异构化反应如图所示。考虑立体异构，下列说法正确的是 A．可用红外光谱区分X和Y B．X分子中的碳原子可能在同一平面 C．Y的核磁共振氢谱有5组峰 D．类比可知的异构化产物一定为 【答案】A 【解析】A．X和Y所含官能团不同，化学键不完全相同，故可用红外光谱区分X和Y，A正确； B．X分子中和羟基相连的C杂化方式为sp3，该碳原子与周围相连的三个碳原子构成三角锥形，故X分子中所有碳原子不可能共平面，B错误； C．由于碳碳双键及其连的原子形成平面结构，导致两个苯环上的氢不等效，故Y的核磁共振氢谱有8组峰，C错误； D．类比上述反应，的异构化产物为或，D错误； 故选：A。 【例5】脯氨酸(  )为亚氨基酸，一种以脯氨酸催化分子内的羟醛缩合反应如下。下列说法正确的是 A．可通过核磁共振氢谱确证、存在不同的官能团 B．分子中的所有碳原子的杂化方式相同 C．分子中仅有1个手性碳原子 D．脯氨酸既可以形成分子内氢键，又可以形成分子间氢键 【答案】D 【解析】A．存在酮羰基、存在酮羰基和羟基，核磁共振氢谱只能确定等效氢种类和其个数比，不能确定官能团种类，A错误； B．X分子中的所有碳原子的杂化方式不同，酮羰基的碳杂化方式为sp2，其余饱和碳原子杂化方式为sp3，B错误； C．连接4个不同原子或原子团的碳原子叫做手性碳原子，故Y分子中有2个手性碳原子，C错误； D．脯氨酸分子中含有羧基和-NH-，且二者距离较近，因此脯氨酸既可以形成分子内氢键，又可以形成分子间氢键，D正确； 答案选D。 1．下列物质与CH3OH互为同系物的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】CH3OH属于饱和一元醇；结构相似，分子组成相差若干CH2原子团的有机物互为同系物。 【解析】 A．含有苯环，CH3OH不含苯环，结构不相似，不是同系物，故不选A； B．含有碳碳双键，CH3OH不含碳碳双键，结构不相似，不是同系物，故不选B； C．与CH3OH都含1个羟基，分子式相差3个CH2，互为同系物，故选C； D．含有2个羟基，CH3OH含1个羟基，不是同系物，故不选D； 选C。 2．制备新冠口服药物利托那韦的中间体X的结构简式如图所示。下列有关X的说法错误的是 A．分子式为 B．不可能所有的碳原子共平面 C．含氧官能团的名称为羧基 D．若只进行烃基的一氯取代，则X的一氯代物有6种(不考虑立体异构) 【答案】D 【解析】A．根据其结果简式可知，该物质的分子式为，A正确； B．采取sp3杂化的C原子，最多只能三个原子共平面，物质下端的C原子连接了4个C，这5个C原子不可能共平面，B正确； C．含氧官能团为-COOH，羧基，C正确； D．连在同一个C原子上的H是等效氢，连在同一个C原子上的甲基中的H都是等效氢，故进行烃基的一氯取代，则X的一氯代物有5种，D错误； 故选D。 3．某烃的结构简式为，若分子中共线碳原子数为a，可能共面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是 A．3、14、3 B．3、10、4 C．3、14、4 D．4、10、4 【答案】C 【分析】 结构简式为，共线碳原子数为3（碳碳三键加相连的碳或者苯环加相连的碳共线），可能共面的碳原子数最多为14（所有碳原子共平面），含四面体结构的碳原子数为成4个键的碳（甲基和亚甲基），据此作答。 【解析】A．四面体结构的碳原子不符合，故A错误； B．共面的碳原子数不符合，故B错误； C．都符合，故C正确； D．共线碳原子数都不符合，故D错误； 答案选C。 4．化合物Z是合成治疗急性淋巴细胞白血病药物的重要中间体，可由如图所示反应制得： 下列说法正确的是 A．Y分子中处于同一平面上的原子数最多有12个 B．X与足量反应的生成物中含有2个手性碳原子 C．X、Z均含有三种官能团 D．Z在一定条件下能发生水解反应 【答案】D 【解析】A．由结构简式可知，Y分子中苯环和羰基为平面结构，由三点成面可知，分子中处于同一平面上的原子数最多有15个，A错误； B．由结构简式可知，X与足量氢气发生加成反应生成含有3个手性碳原子的，B错误； C．由结构简式可知，X含有硝基和氨基两种官能团，C错误； D．由结构简式可知，Z分子中有氯原子和酰胺键，一定条件下能发生水解反应，D正确； 故选D。 5．下列各项有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是 A．　醛类　 B．　酚类　-OH C．　醛类　 D．CH3COOH　羧酸类　 【答案】D 【解析】 A．中官能团为醛基，为醛类物质，官能团结构简式为：—CHO，故A错误； B．中官能团为羟基，为醇类物质，官能团结构简式为：—OH，故B错误； C．中官能团为酯基，为酯类物质，官能团结构简式为：，故C错误； D．CH3COOH属于羧酸类，官能团是羧基，结构为，故D正确； 答案选D。 6．有机物M()是合成某种水稻除草剂的中间体。下列说法正确的是 A．有机物M分子存在对映异构 B．有机物M中的所有碳原子有可能共平面 C．有机物M的一氯代物有5种 D．1mol有机物M最多能和3mol发生加成反应 【答案】C 【解析】A．有机物M分子中没有手性碳原子即四个各不相同原子或基团相连的碳原子，不存在对映异构，故A错误； B．由结构简式可知，化合物M分子中含结构，具有类似甲烷的四面体结构，则分子中所有碳原子不可能共平面，B错误； C．有机物M（）有5种环境的H原子，一氯代物有5种，故C正确； D．有机物M中苯环和羰基都可以和氢气发生加成反应，1mol有机物M最多和5mol发生加成反应，故D错误； 故答案选C。 7．下列关于有机化合物的结构说法正确的是 A．苯分子中含有碳碳双键 B．氨基酸分子中可能含有手性碳原子 C．己烷有种同分异构体 D．乙酸分子中所有原子处于同一平面 【答案】B 【解析】A．苯环中的碳碳键介于单键、双键之间，不含碳碳双键，故A错误； B．手性碳原子中碳原子连接个不同的原子或原子团，如氨基、羧基连接在同一个碳原子上，则可能为手性碳原子，故B正确； C．主链为个碳原子时：；主链为个碳原子时：、；主链为个碳原子时：、；共种，故C错误； D．乙酸中含有甲基，具有甲烷的结构特点，则所有原子不可能在同一个平面上，故D错误； 答案选B。 8．分子式为C4H2Cl8的同分异构体数目为 A．11种 B．10种 C．9种 D．8种 【答案】C 【解析】 C4H2Cl8可以看成是中的两个氯原子被两个氢原子取代，采取“定一移二”法，其同分异构体的碳骨架有：、、，共9种，答案选C。 9．一种新型抗癌药物的中间体M的结构如图所示。下列说法错误的是 A．分子式为C15H24O2 B．中间体M有芳香族化合物的同分异构体 C．中间体M的所有碳原子可能共平面 D．中间体M的消去产物有3种 【答案】C 【解析】A．由题图可知，M的分子式为C15H24O2，A正确； B．M中存在4个不饱和度，其同分异构体中可能含苯环，B正确； C．M中存在一个碳原子连接4个碳原子的结构，多个碳原子连接3个碳原子，所有碳原子不可能共平面，C错误； D．M中羟基既可以与环上的氢消去，又可与支链上的氢消去，共有3种不同的消去产物，D正确； 答案选C。 10．黄鸣龙反应是我国化学家对传统的醛酮与纯肼反应方法的创造性改进，过程如图。下列说法错误的是 A．可使用质谱仪测定产物相对分子质量 B．反应中碳原子杂化方式由转化为 C．传统方法中的纯肼难以通过蒸馏法获得与分子间氢键有关 D．发生黄鸣龙反应的有机产物为 【答案】B 【解析】A．质谱仪通过质荷比确定相对分子质量，故A项正确； B．酮羰基中碳原子杂化方式为sp2杂化，饱和碳原子的杂化方式为sp3，则反应中碳原子杂化方式由sp2转化为sp3，故B项错误； C．因为纯肼分子间存在氢键，这种分子间相互作用力会使物质的沸点升高难以通过蒸馏法获得，故C项正确； D．发生黄鸣龙反应的化学方程式为：，故D项正确； 故本题选B。 11．当有机物分子中的一个碳原子所连的四个原子或原子团均不相同时，此碳原子就是“手性碳原子”。具有手性碳原子的物质具有旋光性，存在对映异构体。下列化合物中存在对映异构体的是 A． B． C．HCOOH D．CH3CH(CH3)OCH3 【答案】B 【解析】A．双键属于相同，5号位碳连相同基团，无手性碳，A错误； B．由手性碳原子的形成条件分析四种物质的结构可知，只有含有手性碳原子，B正确； C．双键属于相同，无手性碳，C错误； D．2号碳连相同的甲基，无手性碳，D错误； 故选B 12．有机物的一氯代物的种类是 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【答案】A 【解析】同一个碳上连有的三个甲基上的氢原子为等效氢，左右两边的碳原子处于对称位：，所以含有1种等效氢，该物质的一氯代物只有1种，故选A。 13．某化合物的分子式为，分析数据表明分子中有两个，两个，和一个及一个，它的可能结构只有四种。请写出这四种可能的结构简式： （1） 。 （2） 。 （3） 。 （4） 。 【答案】（1） （2） （3） （4） 【解析】根据各原子团的结构特点可知，、位于分子结构的中间，可先将与两个结合形成与两种结构，每种结构剩余的三个键与2个，一个结合分别有两种结构，所以这四种可能的结构简式为：（1）、（2）、（3）、（4）。 14．新合成的一种烃，其碳骨架呈三棱柱体(如图所示，碳碳键键长相等)。 （1）写出该烃的分子式 。 （2）该烃的一氯代物是否有同分异构体 。 （3）该烃的四氯代物有多少种同分异构体 种。 （4）该烃的同分异构体有多种，其中1种不能使酸性高锰酸钾溶液，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，这种同分异构体的结构简式是 。请写出该同分异构体与氢气、液溴反应的化学方程式 ； 。 【答案】（1） （2）无 （3）3 （4） 【解析】（1） 根据“碳四价原则”， 的分子式为C6H6。 （2） 结构对称，只有1种等效氢，该烃的一氯代物只有一种，没有同分异构体； （3） 的二氯代物有①②、①③、①④三种，根据替换法，四氯代物有3种。 （4） 该烃的同分异构体不能使酸性高锰酸钾溶液，说明不含碳碳双键，在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，这种同分异构体的结构简式是。和氢气在催化剂作用下发生加成反应生成环己烷，反应方程式为； 苯和液溴在溴化铁催化作用下发生取代反应生成溴苯和溴化氢，反应的化学方程式为。 15．根据下列物质的键线式，写出其对应的分子式及结构简式： （1） 、 ； （2）　 、 ； （3）　 、 。 【答案】（1）C5H8 （2）C6H12O2 （3）C8H8 【分析】键线式的拐点和端点均表示碳原子，短线代表化学键，不足四键的碳原子上应连有H原子，据此解题； 【解析】（1） 的结构简式为，分子式为C5H8； （2） 的结构简式为，分子式为C6H12O2； （3） 的结构简式为，分子式为C8H8。 16．Ⅰ氧化法制备联苯衍生物的转化过程如图所示： 回答下列问题： （1）①中的官能团的名称为 。 （2）②③的反应类型为 。 （3）1 mol④与浓溴水反应最多可消耗Br2的物质的量为 mol。 （4）⑤的苯环上的一氯代物有 种，⑤中最多处于同一平面的碳原子数为 个。 Ⅱ.药物异搏定合成路线中的某一步反应如图所示(部分产物未给出) 回答下列问题： （5）符合下列条件的X的同分异构体的结构简式为 (任写一种即可)。 ①含有苯环    ②能发生水解   ③含有2个取代基 （6）写出Y与氢氧化钠溶液反应的化学方程式 。 【答案】（1）羰基（酮羰基）、碳碳双键 （2）消去反应 （3）3 （4）6 15 （5）               （任写一种即可） （6）+2NaOH+CH3OH+NaBr+H2O 【解析】（1）由①的结构简式可知其所含官能团为羰基和碳碳双键； （2）对比②和③的结构简式可知②发生卤代烃的消去反应生成③； （3）④中含3个酚羟基邻、对位氢原子，1mol④能与3mol溴单质发生取代反应； （4）⑤中含两个苯环，每个苯环上存在3种氢原子，则⑤的苯环上的一氯代物有6种；⑤种两个苯环单键相连，可能共平面，结合结构可知⑤中所有碳原子均可能在同一平面上； （5） X的同分异构体，含苯环，能发生水解，可知存在酯基；苯环上有两个取代基，则符合的取代基为-CH3、-OOCH两种，在苯环上存在邻、间、对三种位置，共3种符合，即、、； （6） Y中溴原子和酯基均能与NaOH反应，反应方程式为：+2NaOH+CH3OH+NaBr+H2O。 17．X为有机物的同分异构体，写出满足如下条件的X的结构简式 。 ①含有苯环 ②有三种不同化学环境的氢原子，个数比为6∶2∶1 ③1molX与足量金属Na反应可生成2gH2 【答案】、 【解析】 的分子式为C8H9O2I，要求含苯环，支链最多含两个C，且1molX与足量Na反应可生成2g氢气，那就证明X有两个酚羟基或醇羟基，又因为有三种不同化学环境的氢原子，个数比为6∶2∶1，那一定是有两个甲基和两个酚羟基，则符合条件的X的结构简式为和 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题01 有机化合物的结构 解题知识必备压轴典例分析压轴能力测试 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1．原子结构特点 碳原子最外层有 4 个电子，既不容易失去也难以得到 4 个电子以达到稀有气体元素原子的稳定结构。一般情况下，碳原子利用其最外层 4 个电子分别与其他原子之间通过共用电子对形成共价键。 2．原子成键特点 （1）成键数目：每个碳原子形成4个共价键。 （2）成键原子：碳原子之间，碳原子与其它原子形成共价键。 （3）成键种类：根据共用电子对数目不同，形成通常所说的单键、双键和三键，其中双键和三键称为不饱和键。 （4）连接方式：既可以形成碳链，也可以形成碳环。 3．共价键的类型 （1）σ键 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。 ③稳定性：键能相对较大，不易断开。 ④断键与反应类型的关系：主要发生取代反应。 （2）π键 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：通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。 ③稳定性：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。 ④断键与反应类型的关系：主要发生加成反应。 （3）σ、π键个数的计算方法 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．键的极性与有机反应的关系 （1）共价键的极性与反应的活泼性 ①共价键的极性强弱：形成共价键的两种元素的电负性差值越大，形成的共用电子对偏移程度越大，共价键的极性越强。 ②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 乙醇、水分别与钠反应时，断裂的都是分子中的O－H，但由于乙醇分子中的O－H的极性比水分子的极性弱，因此相同条件下，乙醇与钠反应没有与水反应剧烈。 （3）有机反应特点 ①键的极性越强越易断裂。如乙醇与HBr反应：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。 ②有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂。 二、有机化合物结构的表示方法 种类 实例 含义 分子式 乙烷：C2H6 用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映一个分子中原子的种类和数目 最简式 乙烷(C2H6)的最简式为CH3 ①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子； ②由最简式可求最简式量 电子式 用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子 结构式 ①能反映物质的结构； ②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间结构 结构简式 CH3CH3 将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用，是结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团) 键线式 （） 分子结构中省略碳、氢元素符号，只写碳碳键；通常相邻碳碳键之间的夹角画成120°，每个端点和转折点都表示碳原子，除C、H以外原子都保留下来。 球棍模型 小球表示原子，小棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状) 空间填充模型 ①用不同体积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对大小和结合顺序 三、有机化合物的同分异构现象 （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。同分异构现象的广泛存在也是有机物种类繁多的重要原因之一。 （2）同分异构体 ①定义：具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。 ②实例：分子式均为C4H10（丁烷），互为同分异构体，用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3（正丁烷）、（异丁烷）。 （3）同分异构体的性质：同分异构体的分子结构不同，导致化学性质和物理性质均有一定差异，如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。 【注意】 同分异构体的分子式相同（相对分子质量必然相同），分子结构不同是分子中的原子或原子团的排列方式不同而引起的。结构决定性质，所以化学性质和物理性质均有一定差异，如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。 （4）同分异构体的书写方法 ①减碳链法 i.遵循的原则：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列由邻到间。 ⅱ.书写的步骤： 第一步：先写出碳原子数最多的主链。 第二步：写出少一个碳原子的主链，另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。 第三步：写出少两个碳原子的主链，另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上，以此类推。 ⅲ.实例(以C6H14为例) 第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链。 C—C—C—C—C—C 第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种： 【注意】 甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。 第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种： ②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。 ②等效氢法——一元取代物同分异构体数目的判断方法。要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目，首先要观察烃的结构是否具有对称性。 i.连在同一个碳原子上的氢原子等效，如甲烷中的4个氢原子等效。 ⅱ.同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷，其4个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。 ⅲ.分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时，物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。 ⅳ.烃分子中等效氢原子有几种，则该烃一元取代物就有几种同分异构体。 【注意】 ①书写规律可概括为主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布由对到邻到间。 ②随着碳原子数的增加，烷烃的同分异构体的数目也就越多。 ③甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种，戊烷有3种，己烷有5种，而癸烷有75种。 ③基元法：如丁基有4种结构、则丁醇（C4H9－OH）、一氯丁烷（C4H9－Cl）、戊醛（C4H9－CHO）等都有4中同分异构体。—CH： 1种；—C2H5：1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。 ④换元法：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换成Cl)。 ⑤定一移一法：对于二元取代物的同分异构体的判定，可固定一个取代基的位置，在移动另一个取代基，以确定相对分子质量。 （5）同系物、同分异构体、同位素、同素异形体的比较 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 概念 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子 由同种元素形成的不同单质 结构相似，分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质 分子式相同，但结构不同的化合物 对象 原子 单质 有机化合物 化合物 性质 化学性质几乎相同，物理性质略有差异 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似，物理性质不同 化学性质相似或不同，物理性质有差异 实例 H、H、H 化学式可相同，也可不同。如O3和O2 甲烷和乙烷 正戊烷、异戊烷和新戊烷 四、有机化合物的分类 1．按碳的骨架分类 （1）链状化合物：有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状（可以有支链）。如CH3COOCH2CH3、。 （2）脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。 （3）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。 【注意】 ①不含苯环的碳环化合物，都是脂环化合物。 ②含一个或多个苯环的化合物，都是芳香化合物。 ③环状化合物还包括杂环化合物，即构成环的原子除碳原子外，还有其他原子，如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。 ④链状烃通常又称脂肪烃。 2．按官能团分类 （1）烃的衍生物概念：从结构上看，烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而衍生出一系列新的化合物。 （2）官能团定义：决定化合物特殊性质的原子或原子团。如—OH、—COOH等。 （3）有机物的主要类别、官能团和典型代表物 ①烃类物质 有机物 官能团结构 官能团名称 有机物类别 CH4 烷烃 CH2===CH2 碳碳双键 烯烃 CH≡CH —C≡C— 碳碳三键 炔烃 芳香烃 ②烃的衍生物 有机物 官能团结构 官能团名称 有机物类别 CH3CH2Br —Br 溴原子 卤代烃 CH3CH2OH —OH 羟基 醇 —OH 羟基 酚 CH3—O—CH3 醚键 醚 CH3CHO —CHO 醛基 醛 羰基 酮 CH3COOH —COOH 羧基 羧酸 酯基 酯 —NH2 氨基 氨基酸 —COOH 羧基 酰胺基 酰胺 【注意】 ①官能团的结构是一个整体，不能将官能团拆开来分析。例如，不能将羧基（）拆分为一个酮羰基（）和一个羟基（-OH）来分析其化学性质。 ②官能团、根、基的区别 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 NH4+ 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－。 【例1】下列说法正确的是 A．14C与14N互为同位素 B．16O2与18O2互为同素异形体 C．CH4与C5H12一定互为同系物 D．  和  互为同分异构体 【例2】下列说法正确的是 A．CH3CH=CHCH3分子中的四个碳原子在同一直线上 B．a()和c()分子中所有碳原子均处于同一平面上 C．中所有碳原子可能都处于同一平面 D．化合物(b)、(d)、(p)中只有b的所有原子处于同一平面 【例3】某物质只含C、H、O三种元素，其分子模型如图所示，下列物质中，与该物质互为同系物的是 A．CH3CH＝CHCOOH B．CH2＝CHCOOCH3 C．CH3CH2CH＝CHCOOH D．CH3CH(CH3)COOH 【例4】有机物X→Y的异构化反应如图所示。考虑立体异构，下列说法正确的是 A．可用红外光谱区分X和Y B．X分子中的碳原子可能在同一平面 C．Y的核磁共振氢谱有5组峰 D．类比可知的异构化产物一定为 【例5】脯氨酸(  )为亚氨基酸，一种以脯氨酸催化分子内的羟醛缩合反应如下。下列说法正确的是 A．可通过核磁共振氢谱确证、存在不同的官能团 B．分子中的所有碳原子的杂化方式相同 C．分子中仅有1个手性碳原子 D．脯氨酸既可以形成分子内氢键，又可以形成分子间氢键 1．下列物质与CH3OH互为同系物的是 A． B． C． D． 2．制备新冠口服药物利托那韦的中间体X的结构简式如图所示。下列有关X的说法错误的是 A．分子式为 B．不可能所有的碳原子共平面 C．含氧官能团的名称为羧基 D．若只进行烃基的一氯取代，则X的一氯代物有6种(不考虑立体异构) 3．某烃的结构简式为，若分子中共线碳原子数为a，可能共面的碳原子数最多为b，含四面体结构的碳原子数为c，则a、b、c分别是 A．3、14、3 B．3、10、4 C．3、14、4 D．4、10、4 4．化合物Z是合成治疗急性淋巴细胞白血病药物的重要中间体，可由如图所示反应制得： 下列说法正确的是 A．Y分子中处于同一平面上的原子数最多有12个 B．X与足量反应的生成物中含有2个手性碳原子 C．X、Z均含有三种官能团 D．Z在一定条件下能发生水解反应 5．下列各项有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是 A．　醛类　 B．　酚类　-OH C．　醛类　 D．CH3COOH　羧酸类　 6．有机物M()是合成某种水稻除草剂的中间体。下列说法正确的是 A．有机物M分子存在对映异构 B．有机物M中的所有碳原子有可能共平面 C．有机物M的一氯代物有5种 D．1mol有机物M最多能和3mol发生加成反应 7．下列关于有机化合物的结构说法正确的是 A．苯分子中含有碳碳双键 B．氨基酸分子中可能含有手性碳原子 C．己烷有种同分异构体 D．乙酸分子中所有原子处于同一平面 8．分子式为C4H2Cl8的同分异构体数目为 A．11种 B．10种 C．9种 D．8种 9．一种新型抗癌药物的中间体M的结构如图所示。下列说法错误的是 A．分子式为C15H24O2 B．中间体M有芳香族化合物的同分异构体 C．中间体M的所有碳原子可能共平面 D．中间体M的消去产物有3种 10．黄鸣龙反应是我国化学家对传统的醛酮与纯肼反应方法的创造性改进，过程如图。下列说法错误的是 A．可使用质谱仪测定产物相对分子质量 B．反应中碳原子杂化方式由转化为 C．传统方法中的纯肼难以通过蒸馏法获得与分子间氢键有关 D．发生黄鸣龙反应的有机产物为 11．当有机物分子中的一个碳原子所连的四个原子或原子团均不相同时，此碳原子就是“手性碳原子”。具有手性碳原子的物质具有旋光性，存在对映异构体。下列化合物中存在对映异构体的是 A． B． C．HCOOH D．CH3CH(CH3)OCH3 12．有机物的一氯代物的种类是 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 13．某化合物的分子式为，分析数据表明分子中有两个，两个，和一个及一个，它的可能结构只有四种。请写出这四种可能的结构简式： （1） 。 （2） 。 （3） 。 （4） 。 14．新合成的一种烃，其碳骨架呈三棱柱体(如图所示，碳碳键键长相等)。 （1）写出该烃的分子式 。 （2）该烃的一氯代物是否有同分异构体 。 （3）该烃的四氯代物有多少种同分异构体 种。 （4）该烃的同分异构体有多种，其中1种不能使酸性高锰酸钾溶液，但在一定条件下能跟液溴、氢气等发生反应，这种同分异构体的结构简式是 。请写出该同分异构体与氢气、液溴反应的化学方程式 ； 。 15．根据下列物质的键线式，写出其对应的分子式及结构简式： （1） 、 ； （2）　 、 ； （3）　 、 。 16．Ⅰ氧化法制备联苯衍生物的转化过程如图所示： 回答下列问题： （1）①中的官能团的名称为 。 （2）②③的反应类型为 。 （3）1 mol④与浓溴水反应最多可消耗Br2的物质的量为 mol。 （4）⑤的苯环上的一氯代物有 种，⑤中最多处于同一平面的碳原子数为 个。 Ⅱ.药物异搏定合成路线中的某一步反应如图所示(部分产物未给出) 回答下列问题： （5）符合下列条件的X的同分异构体的结构简式为 (任写一种即可)。 ①含有苯环    ②能发生水解   ③含有2个取代基 （6）写出Y与氢氧化钠溶液反应的化学方程式 。 17．X为有机物的同分异构体，写出满足如下条件的X的结构简式 。 ①含有苯环 ②有三种不同化学环境的氢原子，个数比为6∶2∶1 ③1molX与足量金属Na反应可生成2gH2 / 学科网（北京）股份有限公司 $$