1.1.2有机化合物中的共价键和同分异构体现象 课件 -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第一节 有机化合物的结构特点 第一章 有机化合物的结构特点与研究方法 第2课时 有机化合物中的 共价键和同分异构体现象 1 一、有机化合物中的共价键 ①形成：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键轴旋转而不会导致化学键的破坏。 sp3 头碰头 1．共价键的类型 1s (1)σ键(以甲烷分子中C—H为例) 2 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键与σ键的轨道重叠程度不同，所以强度不同。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。 sp2 1s sp2 C—H C—C p 肩并肩 (2)π键(以乙烯分子中 为例) 一、有机化合物中的共价键 ①含有C—H σ键，能发生 反应； ②含有π键，能发生 反应。 (4)共价键的类型与有机反应类型的关系 一般情况下，有机化合物中的单键是 键， 双键中含有一个 键和一个 键， 三键中含有一个 键和两个 键。 σ σ σ 取代 加成 (3)σ、π键个数的计算 π π 一般的有机反应就是有机化合物分子中旧共价键断裂和新共价键形成的过程， 共价键的类型与有机反应的类型密切相关。 一、有机化合物中的共价键 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对会发生偏移。偏移的程度越大，共价键极性越强，越容易断裂。因此有机化合物的官能团及其邻近的化学键往往是发生化学反应的活性部位。 2．共价键的极性与有机反应 一、有机化合物中的共价键 化学 方程式 实验结论 2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑ （1）乙醇、水分别与钠反应的比较 实验操作     实验现象 金属钠__________，反应_____。 金属钠____________，反应_____。 浮在水面 剧烈 沉在底部 CH3CH2—OH中氢氧键的极性比H—OH中氢氧键的极性弱，基团之间的相互影响使官能团中化学键的极性发生变化，从而影响官能团和物质的性质。 平稳 2CH3CH2OH＋2Na→2CH3CH2ONa＋H2↑ 宏观-微观-方程式 由于羟基中氧原子的电负性较大，乙醇分子中的碳氧键极性 也较强，也可断裂，如乙醇与氢溴酸的反应： （2）乙醇与氢溴酸的反应 官能团变化： 化学键变化： 羟基转化为碳溴键 C—O断裂，形成C—Br 共价键的断裂需要吸收能量，而且有机化合物分子中共价键断裂的位置存在多种可能。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。有机反应中用“→”表示。 （3）有机反应的特点 ①官能团变化：反应生成碳氯键 化学键变化：C—H断裂，形成C—Cl ②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π键断裂，形成两个C—Br 教材 P8 教材 P8 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。如C5H12的有机物共 有正戊烷、异戊烷、新戊烷3种同分异构体。 二、有机化合物的同分异构现象 构造 碳架 位置 官能团 立体 顺反 对映 1. 同分异构现象和同分异构体 2. 同分异构体的类型 1．下列各组物质中互为同分异构体的有 (填字母)。 A．NH4OCN和CO(NH2)2 B．CH3CH2OH和CH3OCH3 C．CH3CH2COOH和CH2=CHCOOH D． E．石墨与金刚石 F．16O与18O A、B、D 应用体验 二、有机化合物的同分异构现象 一般来说，若碳原子连接四个不同的原子或原子团则称为手性碳原子，含有手性碳原子的化合物可能存在对映异构。 知识拓展—顺反异构和对映异构 顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转的限制因素，使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象。这种限制因素一般是有机化合物结构中出现如C=C双键、C=N双键、C=S双键、N=N双键或脂环等不能自由旋转的官能团所引起的。 科学史话—范托夫与碳价四面体学说 范托夫（J.H.van’t Hoff，1852-1911）于1874年发表了《空间 化学引论》，提出新观点：建立在平面结构基础上的化合物的结构式并不能反映它的真实结构，提出了甲烷的正四面体空间结构。 范托夫的碳价四面体学说不仅被许多实验事实证实，还解释了一些当时人们不清楚的异构现象。例如二氯甲烷不存在异构体，氯溴碘代甲烷有两种异构体。 法国化学家勒贝尔（J.-A.Le Bel，1847-1930）在同一时期也提出了相同观点，与范托夫共同开辟了立体化学新篇章，为人们深入认识有机化合物的结构与性质奠定了基础。 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。 —有机物同分异构体的书写 核心突破 1．同分异构体的书写方法 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。 (1) 减碳法(碳链异构) 主链由长到短，支链由整到散，位置由边到心。 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—CH3 ，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个—CH3，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。 —有机物同分异构体的书写 核心突破 ④再从主链上去掉一个碳原子，主链变为 3个—CH3连接在2、2、3碳原子上。 —有机物同分异构体的书写 核心突破 碳原子数目越多，同分异构体越多 碳原子数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 烷烃同分异构体数 1 1 1 2 3 5 9 18 35 75 碳原子数 11 12 15 20 烷烃同分异构体数 159 355 4347 366319 …… …… 62491178805931 40 19 (2)取代法(基元法，适用于醇、卤代烃异构) 先写碳架异构，后写位置异构。 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)： —有机物同分异构体的书写 核心突破 1．同分异构体的书写方法 (3)插入法(适用于烯烃、炔烃、醚、酯等) 先写出碳架异构，再将官能团插入碳链中。 写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： —有机物同分异构体的书写 核心突破 1．同分异构体的书写方法 —CH3 ： 种； —C2H5 ： 种； —C3H7： 种； —C4H9： 种。 1 1 2 4 3 如C4H10O的醇，结构简式为C4H9—OH，有 种。 4 —有机物同分异构体的书写 核心突破 2．同分异构体数目的确定 (1) 烃基数确定一取代产物数目 如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4) 有 种同分异构体(将H替代Cl)。 (2)替代法 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。 六个甲基是等效的，18个氢原子都是等效的， 该物质的一氯代物只有一种。 —有机物同分异构体的书写 核心突破 2．同分异构体数目的确定 (3) 等效氢法 A．①②　　B．③④　　C．②③　　 D．②④ C 2．下列物质的一氯代物的同分异构体数目相同的是(　　) 应用体验 3. 在苯环上的一氯代物有 种。 共有3×4＝12种一氯代物（组合）。 氯原子取代苯环上的氢原子有3种位置； C4H9—有4种丁基； 12 ↑ Cl ↑ Cl ↑ Cl 应用体验 结构简式： 省略单键（碳碳单键、碳氢单键），同一个碳原子相连的相同原子合并书写，是结构式的简单表达式。 有机物的表示方法—结构式和结构简式 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3CH(CH3)CH2CH2CH3 (CH3)2CHCH2CH2CH3 或 或 结构式：形成共价键的每一对 共用电子对用一根短线表示, 并且略去未成键电子的式子。 上述物质结构简式可表示为: 如C6H14的其中一种结构式： 支链的短线要保留。 但是不要写成OHCH2CH3 但是不要写成CH3COH、COOHCH3 结构简式 乙烷： H H 　 丙烷： 　　 H H H | | | | | 　　 H－C－C－H 　　　　　　 H－C－C－C－H | | | | | H H H H H 正丁烷：H H H H 异丁烷： 　 H | | | | 　 | H－C－C－C－C－H H--C--H | | | | 　 H H H H H H | | H－C——C——C－H | | | H H H 常见烷烃对应的结构式和结构简式： CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH(CH3 )CH3 或ch3ch (ch3)2 、 ch (ch3)3 在表示有机化合物的组成和结构时，将 元素符号省略，只表示分子中键的连接情况和 ，每个拐点或终点均表示有一个 ，这样得到的式子称为键线式。 例如：丙烯可表示为____________， 可表示为_________。 碳、氢 官能团 碳原子 键线式 教材P10 CH3CH2 OH CH3CHO CH3COOH 4．用键线式表示分子式为C3H8O的所有有机化合物。 应用体验 5．C4H8O2的酸有________种，酯有________种，写出酯的所有键线式。 2 4 解析：C3H7 —有2种， 则C4H8O2的酸（ C3H7 — COOH）有2种。 插入法－C-O- O = 解析：碳链异构 $$