微专题 有机物中的共线、共面现象（同步讲义）化学沪科版选择性必修3

本高中化学讲义聚焦有机物共线共面现象，以甲烷（四面体）、乙烯（平面）、乙炔（直线）、苯环（平面）四大基本分子模型为基础，系统梳理单键旋转对空间构型的影响，进而讲解多结构单元组装的共面共线传递规则，构建“结构决定性质”的认知框架。 资料通过“切割法”思维框架培养科学思维，结合即学即练与分层习题（如儿茶上清丸成分结构分析）强化模型认知，助力学生提升空间想象与证据推理能力。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生查漏补缺，深化对有机物空间构型的理解。

微专题 有机物中的共线、共面现象 教学目标 掌握基本构型，理解单键旋转，能准确判断给定有机物分子中原子的共线与共面情况。 重点和难点 教学重点：建立“结构决定性质”的模型认知。 即要求学生熟练掌握甲烷（四面体）、乙烯（平面）、乙炔（直线）、苯环（平面）四大基础结构的键角与原子分布规律，并能将其作为“积木”去分析复杂分子。 教学难点1：单键的旋转性导致的空间动态变化。 学生难以理解碳碳单键（C—C）可以旋转，导致通过单键连接的两部分可能共面也可能不共面，因此在解题时容易混淆“一定共面”、“最多共面”和“至少共面”的逻辑关系。 教学难点2：从二维平面到三维空间的想象能力不足。 学生往往习惯于纸面上的平面结构式，难以在脑海中建立起分子中原子的立体排布（尤其是涉及饱和碳原子时），导致对原子是否真正“共线”或“共面”的判断出现偏差。 ◆知识点一 基本分子模型的刚性结构 甲烷 (CH₄) —— 正四面体母体 构型本质 碳原子采用 sp³ 杂化，四个杂化轨道指向正四面体的四个顶点，与氢原子形成四个完全等价的 σ 键。键角恒为 109°28′（约109.5°）。任意三个原子构成一个平面，但四个顶点原子不可能同时与中心原子共面，因此分子整体呈现立体构型。 共面极限： 最多 3 个原子共面 (HCH 三角形平面)。任何包含四个原子的截面都无法同时容纳所有原子。 乙烯 (C₂H₄) —— 平面双键模板 碳原子为 sp² 杂化，三个杂化轨道处于同一平面，键角约 120°。两个碳原子之间除 σ 键外还形成一个 π 键，π 键垂直于 σ 键平面，迫使整个分子具有刚性平面构型。所有 6 个原子 (C₂H₄) 严格共面，无法通过旋转使任何原子离开此平面。 乙炔 (C₂H₂) —— 直线型刚性棒 sp 杂化，两个杂化轨道呈 180° 直线排列。碳碳三键由一个 σ 键和两个相互垂直的 π 键构成，电子云呈圆柱形，原子核严格位于同一直线。所有 4 个原子 (HC≡CH) 不仅共面，而且共线。这是有机物中最典型的直线结构。 苯 (C₆H₆) —— 大π键平面环 六个碳原子均为 sp² 杂化，构成平面正六边形，键角 120°。六个 p 轨道侧面重叠形成离域大 π 键，进一步强化了平面的刚性。所有 12 个原子 (6C + 6H) 全部位于同一平面，且环上处于对位的两个碳原子及其直接相连的原子可能共线 (通过旋转可实现)。 基本构型参数汇总 模型 杂化类型 键角 共面原子数(一定) 共线原子数(一定) 甲烷 sp³ 109.5° 3 (最多) 0 乙烯 sp² 120° 6 0 乙炔 sp 180° 4 4 苯 sp² 120° 12 对位原子可能共线 即学即练 源于湖北省非物质文化遗产“荆门上清丸”制作技艺的儿茶上清丸用于治疗口腔溃疡，获批上市，儿茶上清丸主要成分X的结构简式如图所示，下列有关儿茶上清丸主要成分X的说法错误的是 A．X分子中所有原子可能共面 B．1molX最多可与5molNaOH发生反应 C．X分子中含有三种含氧官能团 D．X能使酸性KMnO4溶液褪色 ◆知识点二 单键旋转与共面传递规则 σ 键的自由旋转 碳碳单键 (CC) 属于 σ 键，电子云沿键轴呈轴对称，因此两个相连的碳原子可以绕键轴相对旋转而不破坏键本身。这种旋转会改变分子中非直接相连原子的空间相对位置。 刚性结构不能旋转 双键 (C=C) 和三键 (C≡C) 由于存在 π 键，阻碍了自由旋转，因此与之直接相连的原子被锁定在特定的几何位置：双键平面不可扭曲，三键直线不可弯折。 连接规律——直线与平面 当一个直线结构单元 (乙炔基) 通过单键连接到一个平面结构 (乙烯基或苯环) 时，由于单键可以旋转，但直线单元上两个原子一旦确定，整条直线就被确定。若直线中有两点已经在平面内 (例如与 sp² 碳直接相连的炔碳)，则整条直线上的所有原子都将落在该平面内。因此 “直线接平面，直线必在平面内” (前提是连接点固定在平面上)。 连接规律——平面与平面 两个平面单元 (如苯环和乙烯) 通过单键相连时，由于单键可旋转，两个平面可能处于同一平面 (共轭时能量最低，但并非绝对刚性)，也可能相互垂直。因此，不能断言两个平面的所有原子一定共面，只能说 “可能共面”，具体取决于旋转角度。若两个平面之间有共轭 (如苯乙烯基)，实际更趋向共面，但理论上仍可旋转。 甲基的特殊性 甲基 (—CH₃) 是四面体结构，当它连接在 sp² 或 sp 碳上时，由于 CCH₃ 单键可以旋转，甲基上的三个氢原子最多只有一个能够通过旋转进入相邻的平面 (如乙烯平面或苯环平面)。因此甲基通常被视为“共面破坏基团”，但最多可贡献一个氢原子进入平面。 一定共面和可能共面 一定共面：由双键/三键/苯环直接决定的原子，以及通过不能旋转的键直接连接且位于该刚性单元内的原子。 可能共面：通过可旋转单键连接的另一个刚性单元上的原子，可以通过旋转进入前一个平面。 即学即练 氟虫腈是一种苯基吡唑类杀虫剂，杀虫谱广，对害虫以胃毒作用为主，兼有触杀和一定的内吸作用，其杀虫机制在于阻断昆虫γ-氨基丁酸和谷氨酸介导的氯离子通道，从而造成昆虫中枢神经系统过度兴奋，其结构简式如图所示。下列关于氟虫腈的说法错误的是 A．分子式为C12H4Cl2F6N4OS B．分子中无手性碳原子 C．分子中C、N原子的杂化方式均有3种 D．分子中所有原子可能共面 ◆知识点三 多结构单元组装与共面传递 共线性的传递 若分子中存在一个三键 (—C≡C—)，则与之直接相连的两个原子 (包括碳或其它原子) 均位于三键的延长线上。因此 “—C≡C—” 片段及其两端直接连接的原子共计 4 个原子一定共线。如果三键的一端又连接另一个三键，但典型共线传递只发生在 sp-sp 连接。如果三键碳上直接连接了 sp² 碳 (如乙烯基)，该 sp² 碳由于键角 120°，不会进入直线，但与之相连的炔碳仍然在直线上。 共面性的扩展——共轭体系 当多个双键、苯环或孤对电子形成共轭时，整个共轭体系的所有原子被迫处于同一平面，以获得最大程度的 π 轨道重叠。例如 1,3-丁二烯 (CH₂=CHCH=CH₂) 中，两个双键通过一个单键连接，但由于共轭效应，所有 6 个碳原子和所有氢原子实际上处于同一平面，且单键表现出部分双键性质，旋转受阻。因此共轭体系可视为一个大的刚性平面。 饱和碳原子 (sp³) 的阻断作用 一旦分子中出现 sp³ 杂化的碳原子 (如—CH₂—，—CH₃，季碳)，该碳原子的四面体构型将打断共面传递。与该 sp³ 碳相连的原子不可能全部与另一侧的平面共面。但与该 sp³ 碳直接相连的一个原子 (例如与苯环相连的亚甲基上的碳) 可以处在苯环平面内，而亚甲基上的两个氢原子则无法同时进入该平面，最多一个通过旋转进入。 苯环对位共线可能性 在苯环骨架中，1,4-位 (对位) 的两个碳原子以及它们直接相连的原子 (如 H 或取代基原子) 恰好处于同一直线 (苯环的对称轴)。若苯环本身是刚性的，且没有破坏直线性的因素，则这些原子可能共线。但需要注意，如果苯环上连接了其他基团，通过单键旋转有时可以使该直线方向保持不变。 稠环芳烃的共面性 萘、蒽等稠环芳烃，所有碳原子均为 sp² 杂化，且共用边形成大共轭体系，因此整个分子是绝对平面的，所有原子 (包括氢) 全部共面。例如萘 (C₁₀H₈) 所有 18 个原子共面。 结构单元组合 共面/共线传递特性 示例 spsp (三键相连) 全部原子共线 丁二炔 HC≡CC≡CH sp²sp (烯/苯连接炔) 炔直线在烯/苯平面内 → 全部原子共面 苯乙炔 (苯与乙炔共面) sp²sp² (单键连接) 可旋转，可能共面也可能垂直 联苯、苯乙烯 (一般可共面但非一定) sp³sp² (如甲苯) 甲基碳在苯环平面内，但甲基三个H最多一个共面 甲苯 (苯环平面与甲基C共面，但H不一定) 累积多烯与共面限制 丙二烯 (H₂C=C=CH₂) 具有特殊的垂直构型：中间碳为 sp 杂化，两个末端碳为 sp² 杂化，且两个 H₂C 平面互相垂直。因此所有原子并不共面，但每个 H₂C 局部共面，且两个面相互垂直。这是共面分析中的一个特例。 环状结构的共面约束 小环烷烃如环丙烷 (C₃H₆) 由于角张力，三个碳原子共面，但氢原子不在同一平面。环丁烷呈折叠构象，非完全共面。环戊烷、环己烷多为非平面构象。只有苯及芳香杂环、烯键构成的环 (如环辛四烯非平面) 才具有平面性。 羰基化合物的平面性 羰基 (C=O) 中的碳为 sp² 杂化，因此醛、酮中与羰基碳直接相连的三个原子 (C, O, 以及另一个C或H) 共面，且该平面是刚性的。若羰基与双键或苯环共轭，则整个共轭体系趋于共面。 空间传递核心法则： 刚性单元 (双键、三键、苯环、共轭体系) 本身所有原子共面/共线；通过单键连接时，另一单元的原子能否进入该平面取决于单键旋转后的位置，但连接点原子 (直接相连的原子) 通常处于该平面内 (因为单键一端固定)。 即学即练 物质Z常用于液晶材料的制备，合成Z的一种方法如下图所示。下列说法错误的是 A．X中的碳原子均为sp2杂化 B．可与盐酸反应生成盐 C．Y分子中所有碳原子均可以共面 D．1molZ分子可与7molH2反应 综合空间构型与规律总结 “切割法”思维框架 分析复杂分子时，将其切割为若干基本刚性片段 (甲烷四面体、乙烯平面、乙炔直线、苯环平面、羰基平面)，识别片段间的连接键类型 (单键/双键/三键)。单键则考虑旋转自由度，双键/三键则锁定几何。 最大共面与最小共面的决定因素 最大共面原子数：将所有可旋转的单键调整到最理想的角度，使得尽可能多的刚性片段处于同一平面，然后统计所有能安置在该平面上的原子 (包括通过旋转能够进入平面的原子，如甲基上的一个H)。 最小(一定)共面原子数：只考虑刚性片段本身以及那些无论单键如何旋转都必然落在该平面上的原子 (例如直接连接在刚性片段上的原子，因为即使单键旋转，连接点原子不会离开该片段平面；但连接点所连的其他原子可能旋出)。 杂化轨道与几何构型对应表 碳原子杂化态 几何构型 键角 参与刚性单元 sp³ 四面体 109.5° 甲烷型、饱和碳 sp² 平面三角形 120° 乙烯、苯、羰基、烯、芳香环 sp 直线形 180° 乙炔、氰基、累积双烯中间碳 芳香性体系的完全平面性 所有符合休克尔规则 (4n+2) 的芳香性平面单环或多环，其骨架原子均为 sp² 杂化，整个 π 系统共平面。杂环芳香族 (吡啶、吡咯等) 同样具有完全的平面结构。 位阻与扭转 尽管单键可以旋转，但较大的空间位阻可能使某些构象无法实现，导致实际分子中平面性受阻。例如邻位二取代联苯可能因位阻而无法共面，但理论分析中通常忽略位阻仅考虑电子效应和几何自由度。 📌 共线共面知识体系总纲 ① 刚性基石：甲烷(四面体)、乙烯(平面)、乙炔(直线)、苯(平面)。 ② 连接器：单键 (旋转自由度)、双键/三键 (锁定构型)。 ③ 共轭强化：共轭体系将多个平面合并为一个大的刚性平面。 ④ 饱和碳阻断：sp³ 碳打断共面传递，最多贡献一个原子通过旋转进入平面。 ⑤ 对位共线：苯环1,4-位及直接相连的原子具有潜在的共线性。 ⑥ 最大/最小分析：旋转单键到极限位置求最多，只计刚性部分及直接连接点求至少。 杂化-构型-共面关系图谱 sp³ ➔ 立体 (非共面)     sp² ➔ 平面 (全共面)     sp ➔ 直线 (共线且共面) 实践应用 如图示为某种有机物，下面关于它的性质说法错误的是 A．它可以水解且其水解产物只有1种 B．1mol该物质最多能与4molBr2反应产生白色沉淀 C．其酸性条件下水解产物最多有18个原子共面 D．1mol该物质最多可与8molH2发生加成反应 考点一 最多共线原子数目 【例1】某有机物的键线式为，该分子最多有7个碳原子共面，最多4个碳原子共线。( ) 【变式1-1】光刻机是生成计算机芯片的机器。某光刻胶(X)的合成反应如图： 下列说法正确的是 。 A．马来酸酐中C原子有sp2和sp3两种杂化方式 B．1molX最多可与2molNaOH反应 C．马来酸酐的某种同分异构体中所有碳原子共线 D．降冰片烯能发生加成反应，不能发生取代反应 E.马来酸酐的分子式为 考点二 最多共面原子数目 【例2】某有机物分子具有一定的抗癌作用，其结构如下图所示。关于的说法错误的是 A．没有对映异构体 B．其水解产物可发生聚合反应 C．分子中至少有11个碳原子一定共面 D．C、O原子的杂化类型的种类相同 【变式2-1】咖啡酸苯乙酯是蜂胶的主要活性成分之一，其结构简式如图。下列说法错误的是 A．该物质分子式为 B．该分子中所有碳原子可能共面 C．根据结构推测，该分子可作为抗氧化剂 D．1mol该物质与足量反应，可消耗8mol 考点三 陌生有机物如稠环芳烃、含杂原子的共线共面问题 【例3】甲氧补骨脂素临床用于治疗白癜风，结构如图所示。下列说法正确的是 A．分子中存在2种官能团 B．分子中环上的碳原子都共面 C．该物质既能使溴水褪色，也能与NaOH溶液反应 D．1mol该物质催化加氢，最多可消耗5mol H2 【变式3-1】橙皮苷广泛存在于脐橙中，其结构简式(未考虑立体异构)如下所示： 关于橙皮苷的说法正确的是 A．分子中的碳原子都采取sp3方式杂化 B．有2种含氧官能团 C．分子中所有原子共面 D．1mol橙皮苷最多能与7mol氢气发生加成反应 基础达标 1．对羟基肉桂酸结构简式如图，下列说法不正确的是(　　) A．对羟基肉桂酸的分子式为C9H8O3 B．对羟基肉硅酸可以发生氧化、取代、酯化、加聚、缩聚反应 C．对羟基肉桂酸既可以与FeCl3溶液发生显色反应，又可使酸性KMnO4溶液褪色 D．对羟基肉桂酸分子中最少有4个碳原子共线，最多所有原子都可能共面 2．下列关于有机物分子中原子共线、共面问题的说法正确的是 A．分子中至少有6个碳原子共直线 B． 分子中最多有5个原子共直线 C． 分子中所有碳原子不能位于同一平面 D．四苯乙烯()分子中所有碳原子可能位于同一平面 3．五倍子是一种常见的中草药，其有效成分为X。一定条件下X可分别转化为Y、Z，如下所示。 下列说法正确的是 A．所有原子不可能共面 B．中有2个杂化碳原子 C．1 mol X最多能与发生取代反应 D．1 mol Z最多能与发生反应 4．蓝光条件下，产生光生空穴可氧化富电子的芳香族化合物(如图中，Me代表)产生阳离子自由基物种，进一步与吡唑()反应得到偶联产物，电化学装置如图。 说法正确的是 A．电极a应与电源的负极相连 B．电极b附近电解质溶液的pH降低 C．电极a产生的电极反应式为 D．中所有原子均共面 5．化合物是合成平喘药沙丁胺醇的中间体，可通过下列路线制得，下列说法正确的是 A．的反应类型为取代反应 B．分子中所有碳原子不可能共面 C．1molY最多消耗2molNaOH D．可用红外光谱鉴别和 6．某有机分子X结构如图所示，下列说法不正确的是 A．1 molX最多能与4 molH2发生反应 B．X与足量H2加成后，所得产物官能团的性质与X一致 C．X中所有C原子一定共面，所有原子一定不共面 D．有机物的分子式C10H12O3 综合应用 7．丹参酮ⅡA(结构简式如图)是中药丹参的活性成分之一，用于治疗冠心病、心绞痛及心肌梗塞。下列关于丹参酮ⅡA的说法正确的是 A．能发生银镜反应 B．含有手性碳原子 C．碳原子可能全部共面 D．与氢气反应的物质的量之比最大为1：7 8．在卤水精制中，纳滤膜对、有很高的脱除率。一种网状结构的纳滤膜J的合成路线如图(图中表示链延长)。 已知： 下列说法正确的是 A．J能脱除、可能与其存在阴离子有关 B．TMC中所有原子一定共面 C．J具有网状结构仅与单体AEPPS的结构有关 D．合成J的反应为加聚反应 9．“槐实主五内邪气热，止涎唾，补绝伤……”。槐实苷是从槐实中提取的一种生物活性物质，结构简式如图。下列有关槐实苷分子的说法错误的是 A．含氧官能团为羟基、醚键、酮羰基 B．存在5个手性碳原子 C．能被酸性溶液氧化 D．所有碳原子均可能共面 10．合成聚醚酯(PM)新型材料，可实现“单体—聚合物—单体”的闭合循环，推动塑料经济的可持续发展。合成方法如下。下列说法不正确的是 A．PM中含有酯基、醚键和羟基三种官能团 B．1molM与足量NaOH溶液反应，消耗1molNaOH C．合成1molPM，理论上需要和苯甲醇 D．M分子中不可能所有原子共面 11．黄酮哌酯是一种解痉药，其某中间体G的合成路线如下。下列有关说法正确的是 A．化合物G的分子式为 B．苯甲酸酐中所有原子不一定共面 C．化合物F最多能消耗2molNaOH D．G中含有三种官能团，且不存在对映异构体 拓展培优 12．碱性品红是一种较为常见的染料。如图为漂白碱性品红的反应机理。下列有关说法正确的是 A．碱性品红与发生取代反应而褪色 B．碱性品红中含有共价键和离子键 C．I物质中所有碳原子可能共面 D．I物质可与盐酸反应，与氢氧化钠溶液不反应 13．化合物Y是一种消炎药，可由X制得。下列有关X、Y的说法正确的是 A．X中所有碳原子不可能共面 B．相同条件下，Y在水中溶解度比X大 C．1mol X最多能与2mol NaOH反应 D．Y和足量完全加成的产物中含有6个手性碳原子 14．有机化学巧手匠心，铸就了解热镇痛药守护着人类的健康。阿司匹林、布洛芬、对乙酰氨基酚等解热镇痛药成为家中常备药物。下列说法正确的是 A．阿司匹林分子中所有原子可能共面 B．布洛芬分子中手性碳原子有2个 C．阿司匹林分子可与发生加成反应 D．对乙酰氨基酚核磁共振氢谱图中有5组吸收峰 15．甜橙醇的结构如下。下列有关甜橙醇的叙述错误的是 A．分子式为 B．该分子中所有原子不可能共面 C．能发生氧化反应、加成反应、取代反应 D．1mol甜橙醇在一定条件下最多可以和2mol氢气发生反应 16．阿司匹林()为解热镇痛、非甾体抗炎药、抗血小板聚集药，以下为其合成路线之一(部分反应条件已简化)。 回答下列问题： (1)阿司匹林中含有官能团的名称是 。 (2)C3H6能使溴水褪色，C3H6的结构简式为 。 (3)C到D反应方程式为，中最多有 个原子共面；苯酚与甲醛在强酸加热条件下生成酚醛树脂，其化学方程式为 。 (4)由B生成C、F生成阿司匹林的反应类型分别为 、 。 (5)同时满足下列条件的F的同分异构体共有 种。 ①芳香族化合物 ②与FeCl3溶液发生显色反应 ③能发生银镜反应 写出其中一种核磁共振氢谱峰面积之比为2:2:1:1的结构简式： 。 17．8-羟基喹啉被广泛用作金属离子的络合剂和萃取剂，也是重要的医药中间体，下图是8-羟基喹啉的合成路线。 已知：。回答下列问题： (1)B含有的官能团名称是 。 (2)C的分子式是 。 (3)试剂a是 。 (4)D的化学名称是 。 (5)E与新制反应的化学方程式是 。 (6)F分子中的共面原子数目最多是 个。 (7)M是A的同系物，相对分子质量比A大14，写出M所有可能的结构： 。 (8)H的结构简式是 。 (9)合成8-羟基喹啉时，H发生了 (填“氧化”或“还原”)反应。 (10)将下列流程图补充完整 。 18．甲磺酸贝舒地尔片(化合物J)是一种甲磺酸盐，用于治疗慢性抗宿主病，其合成路线如下图所示。 已知：① ②为甲磺酸，一种常见的有机酸，其结构简式为 回答下列问题： (1)C的结构简式为 。 (2)I的含氧官能团名称是 。 (3)以下说法正确是 (填字母)。 a．化合物A中所有原子可能共面 b．化合物B的化学名称是丙胺 c．酸性： d．生成E的反应中的作用：中和，提高原料的转化率 (4)F生成G的化学方程式是 。 (5)G成环制得H的过程中涉及两步反应，反应类型依次是加成反应和 。 (6)D的同分异构体中能满足下列条件的共有 种(不考虑立体异构)。 ①能与氯化铁溶液发生显色反应 ②苯环上有两个取代基且苯环上的一氯代物有两种结构 ③红外光谱中存在“”吸收峰 (7)H到I分两步进行，已知是常用的卤化试剂，可将羟基转化为氯原子，则合成过程中H与反应生成的有机产物的结构简式为 。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题 有机物中的共线、共面现象 教学目标 掌握基本构型，理解单键旋转，能准确判断给定有机物分子中原子的共线与共面情况。 重点和难点 教学重点：建立“结构决定性质”的模型认知。 即要求学生熟练掌握甲烷（四面体）、乙烯（平面）、乙炔（直线）、苯环（平面）四大基础结构的键角与原子分布规律，并能将其作为“积木”去分析复杂分子。 教学难点1：单键的旋转性导致的空间动态变化。 学生难以理解碳碳单键（C—C）可以旋转，导致通过单键连接的两部分可能共面也可能不共面，因此在解题时容易混淆“一定共面”、“最多共面”和“至少共面”的逻辑关系。 教学难点2：从二维平面到三维空间的想象能力不足。 学生往往习惯于纸面上的平面结构式，难以在脑海中建立起分子中原子的立体排布（尤其是涉及饱和碳原子时），导致对原子是否真正“共线”或“共面”的判断出现偏差。 ◆知识点一 基本分子模型的刚性结构 甲烷 (CH₄) —— 正四面体母体 构型本质 碳原子采用 sp³ 杂化，四个杂化轨道指向正四面体的四个顶点，与氢原子形成四个完全等价的 σ 键。键角恒为 109°28′（约109.5°）。任意三个原子构成一个平面，但四个顶点原子不可能同时与中心原子共面，因此分子整体呈现立体构型。 共面极限： 最多 3 个原子共面 (HCH 三角形平面)。任何包含四个原子的截面都无法同时容纳所有原子。 乙烯 (C₂H₄) —— 平面双键模板 碳原子为 sp² 杂化，三个杂化轨道处于同一平面，键角约 120°。两个碳原子之间除 σ 键外还形成一个 π 键，π 键垂直于 σ 键平面，迫使整个分子具有刚性平面构型。所有 6 个原子 (C₂H₄) 严格共面，无法通过旋转使任何原子离开此平面。 乙炔 (C₂H₂) —— 直线型刚性棒 sp 杂化，两个杂化轨道呈 180° 直线排列。碳碳三键由一个 σ 键和两个相互垂直的 π 键构成，电子云呈圆柱形，原子核严格位于同一直线。所有 4 个原子 (HC≡CH) 不仅共面，而且共线。这是有机物中最典型的直线结构。 苯 (C₆H₆) —— 大π键平面环 六个碳原子均为 sp² 杂化，构成平面正六边形，键角 120°。六个 p 轨道侧面重叠形成离域大 π 键，进一步强化了平面的刚性。所有 12 个原子 (6C + 6H) 全部位于同一平面，且环上处于对位的两个碳原子及其直接相连的原子可能共线 (通过旋转可实现)。 基本构型参数汇总 模型 杂化类型 键角 共面原子数(一定) 共线原子数(一定) 甲烷 sp³ 109.5° 3 (最多) 0 乙烯 sp² 120° 6 0 乙炔 sp 180° 4 4 苯 sp² 120° 12 对位原子可能共线 即学即练 源于湖北省非物质文化遗产“荆门上清丸”制作技艺的儿茶上清丸用于治疗口腔溃疡，获批上市，儿茶上清丸主要成分X的结构简式如图所示，下列有关儿茶上清丸主要成分X的说法错误的是 A．X分子中所有原子可能共面 B．1molX最多可与5molNaOH发生反应 C．X分子中含有三种含氧官能团 D．X能使酸性KMnO4溶液褪色 【答案】B 【解析】A．由X的结构可知，分子中所有碳原子都是sp2杂化，故X分子中所有原子可能共面，A正确； B．该分子中只有酚羟基能与NaOH反应，1molX中只有4mol酚羟基，故1molX最多可与4molNaOH发生反应，B错误； C．X分子中含有羟基、羰基、醚键等三种含氧官能团，C正确； D．X有碳碳双键、酚羟基及醇羟基，可被酸性KMnO4溶液氧化，X能使酸性KMnO4溶液褪色，D正确； 故选B。 ◆知识点二 单键旋转与共面传递规则 σ 键的自由旋转 碳碳单键 (CC) 属于 σ 键，电子云沿键轴呈轴对称，因此两个相连的碳原子可以绕键轴相对旋转而不破坏键本身。这种旋转会改变分子中非直接相连原子的空间相对位置。 刚性结构不能旋转 双键 (C=C) 和三键 (C≡C) 由于存在 π 键，阻碍了自由旋转，因此与之直接相连的原子被锁定在特定的几何位置：双键平面不可扭曲，三键直线不可弯折。 连接规律——直线与平面 当一个直线结构单元 (乙炔基) 通过单键连接到一个平面结构 (乙烯基或苯环) 时，由于单键可以旋转，但直线单元上两个原子一旦确定，整条直线就被确定。若直线中有两点已经在平面内 (例如与 sp² 碳直接相连的炔碳)，则整条直线上的所有原子都将落在该平面内。因此 “直线接平面，直线必在平面内” (前提是连接点固定在平面上)。 连接规律——平面与平面 两个平面单元 (如苯环和乙烯) 通过单键相连时，由于单键可旋转，两个平面可能处于同一平面 (共轭时能量最低，但并非绝对刚性)，也可能相互垂直。因此，不能断言两个平面的所有原子一定共面，只能说 “可能共面”，具体取决于旋转角度。若两个平面之间有共轭 (如苯乙烯基)，实际更趋向共面，但理论上仍可旋转。 甲基的特殊性 甲基 (—CH₃) 是四面体结构，当它连接在 sp² 或 sp 碳上时，由于 CCH₃ 单键可以旋转，甲基上的三个氢原子最多只有一个能够通过旋转进入相邻的平面 (如乙烯平面或苯环平面)。因此甲基通常被视为“共面破坏基团”，但最多可贡献一个氢原子进入平面。 一定共面和可能共面 一定共面：由双键/三键/苯环直接决定的原子，以及通过不能旋转的键直接连接且位于该刚性单元内的原子。 可能共面：通过可旋转单键连接的另一个刚性单元上的原子，可以通过旋转进入前一个平面。 即学即练 氟虫腈是一种苯基吡唑类杀虫剂，杀虫谱广，对害虫以胃毒作用为主，兼有触杀和一定的内吸作用，其杀虫机制在于阻断昆虫γ-氨基丁酸和谷氨酸介导的氯离子通道，从而造成昆虫中枢神经系统过度兴奋，其结构简式如图所示。下列关于氟虫腈的说法错误的是 A．分子式为C12H4Cl2F6N4OS B．分子中无手性碳原子 C．分子中C、N原子的杂化方式均有3种 D．分子中所有原子可能共面 【答案】D 【解析】A．根据结构简式可知，一分子该有机物含12个C、4个H、4个N、1个O、1个S、2个Cl，则分子式为C12H4Cl2F6N4OS，A正确； B．手性碳原子为C上连接4个不同的原子或原子团，其结构中无手性碳原子，B正确； C．C原子的杂化方式：苯环上碳为sp2杂化，d三氟甲基上的碳为sp3杂化，氰基-CN上的碳为sp杂化，N原子的杂化方式：氰基-CN上的氮为sp杂化，氨基-NH2上的氮为sp3杂化，五元环的氮为sp2杂化，故分子中C、N原子的杂化方式均有3种，C正确； D．分子中的三氟甲基上的碳为sp3杂化，是饱和碳原子，与其他四个原子构成四面体结构，这五个原子不可能共面，D错误； 故选D。 ◆知识点三 多结构单元组装与共面传递 共线性的传递 若分子中存在一个三键 (—C≡C—)，则与之直接相连的两个原子 (包括碳或其它原子) 均位于三键的延长线上。因此 “—C≡C—” 片段及其两端直接连接的原子共计 4 个原子一定共线。如果三键的一端又连接另一个三键，但典型共线传递只发生在 sp-sp 连接。如果三键碳上直接连接了 sp² 碳 (如乙烯基)，该 sp² 碳由于键角 120°，不会进入直线，但与之相连的炔碳仍然在直线上。 共面性的扩展——共轭体系 当多个双键、苯环或孤对电子形成共轭时，整个共轭体系的所有原子被迫处于同一平面，以获得最大程度的 π 轨道重叠。例如 1,3-丁二烯 (CH₂=CHCH=CH₂) 中，两个双键通过一个单键连接，但由于共轭效应，所有 6 个碳原子和所有氢原子实际上处于同一平面，且单键表现出部分双键性质，旋转受阻。因此共轭体系可视为一个大的刚性平面。 饱和碳原子 (sp³) 的阻断作用 一旦分子中出现 sp³ 杂化的碳原子 (如—CH₂—，—CH₃，季碳)，该碳原子的四面体构型将打断共面传递。与该 sp³ 碳相连的原子不可能全部与另一侧的平面共面。但与该 sp³ 碳直接相连的一个原子 (例如与苯环相连的亚甲基上的碳) 可以处在苯环平面内，而亚甲基上的两个氢原子则无法同时进入该平面，最多一个通过旋转进入。 苯环对位共线可能性 在苯环骨架中，1,4-位 (对位) 的两个碳原子以及它们直接相连的原子 (如 H 或取代基原子) 恰好处于同一直线 (苯环的对称轴)。若苯环本身是刚性的，且没有破坏直线性的因素，则这些原子可能共线。但需要注意，如果苯环上连接了其他基团，通过单键旋转有时可以使该直线方向保持不变。 稠环芳烃的共面性 萘、蒽等稠环芳烃，所有碳原子均为 sp² 杂化，且共用边形成大共轭体系，因此整个分子是绝对平面的，所有原子 (包括氢) 全部共面。例如萘 (C₁₀H₈) 所有 18 个原子共面。 结构单元组合 共面/共线传递特性 示例 spsp (三键相连) 全部原子共线 丁二炔 HC≡CC≡CH sp²sp (烯/苯连接炔) 炔直线在烯/苯平面内 → 全部原子共面 苯乙炔 (苯与乙炔共面) sp²sp² (单键连接) 可旋转，可能共面也可能垂直 联苯、苯乙烯 (一般可共面但非一定) sp³sp² (如甲苯) 甲基碳在苯环平面内，但甲基三个H最多一个共面 甲苯 (苯环平面与甲基C共面，但H不一定) 累积多烯与共面限制 丙二烯 (H₂C=C=CH₂) 具有特殊的垂直构型：中间碳为 sp 杂化，两个末端碳为 sp² 杂化，且两个 H₂C 平面互相垂直。因此所有原子并不共面，但每个 H₂C 局部共面，且两个面相互垂直。这是共面分析中的一个特例。 环状结构的共面约束 小环烷烃如环丙烷 (C₃H₆) 由于角张力，三个碳原子共面，但氢原子不在同一平面。环丁烷呈折叠构象，非完全共面。环戊烷、环己烷多为非平面构象。只有苯及芳香杂环、烯键构成的环 (如环辛四烯非平面) 才具有平面性。 羰基化合物的平面性 羰基 (C=O) 中的碳为 sp² 杂化，因此醛、酮中与羰基碳直接相连的三个原子 (C, O, 以及另一个C或H) 共面，且该平面是刚性的。若羰基与双键或苯环共轭，则整个共轭体系趋于共面。 空间传递核心法则： 刚性单元 (双键、三键、苯环、共轭体系) 本身所有原子共面/共线；通过单键连接时，另一单元的原子能否进入该平面取决于单键旋转后的位置，但连接点原子 (直接相连的原子) 通常处于该平面内 (因为单键一端固定)。 即学即练 物质Z常用于液晶材料的制备，合成Z的一种方法如下图所示。下列说法错误的是 A．X中的碳原子均为sp2杂化 B．可与盐酸反应生成盐 C．Y分子中所有碳原子均可以共面 D．1molZ分子可与7molH2反应 【答案】C 【解析】A．X中的碳原子以苯环和C=O结构存在，这些结构中的C原子都是杂化，A正确； B．结构中有（氨基），显碱性，能与盐酸反应生成盐，B正确； C．Y分子中与N原子连接的4个C原子类似于甲烷结构中1个C原子和3个H原子的位置，属于四面体结构，不可能处于同一平面，C错误； D．Z分子中存在2个苯环和1个醛基，都可以加成氢气，苯环可以加成，醛基可以加成，则1molZ分子可以与7molH2发生加成，D正确； 故答案为：C。 综合空间构型与规律总结 “切割法”思维框架 分析复杂分子时，将其切割为若干基本刚性片段 (甲烷四面体、乙烯平面、乙炔直线、苯环平面、羰基平面)，识别片段间的连接键类型 (单键/双键/三键)。单键则考虑旋转自由度，双键/三键则锁定几何。 最大共面与最小共面的决定因素 最大共面原子数：将所有可旋转的单键调整到最理想的角度，使得尽可能多的刚性片段处于同一平面，然后统计所有能安置在该平面上的原子 (包括通过旋转能够进入平面的原子，如甲基上的一个H)。 最小(一定)共面原子数：只考虑刚性片段本身以及那些无论单键如何旋转都必然落在该平面上的原子 (例如直接连接在刚性片段上的原子，因为即使单键旋转，连接点原子不会离开该片段平面；但连接点所连的其他原子可能旋出)。 杂化轨道与几何构型对应表 碳原子杂化态 几何构型 键角 参与刚性单元 sp³ 四面体 109.5° 甲烷型、饱和碳 sp² 平面三角形 120° 乙烯、苯、羰基、烯、芳香环 sp 直线形 180° 乙炔、氰基、累积双烯中间碳 芳香性体系的完全平面性 所有符合休克尔规则 (4n+2) 的芳香性平面单环或多环，其骨架原子均为 sp² 杂化，整个 π 系统共平面。杂环芳香族 (吡啶、吡咯等) 同样具有完全的平面结构。 位阻与扭转 尽管单键可以旋转，但较大的空间位阻可能使某些构象无法实现，导致实际分子中平面性受阻。例如邻位二取代联苯可能因位阻而无法共面，但理论分析中通常忽略位阻仅考虑电子效应和几何自由度。 📌 共线共面知识体系总纲 ① 刚性基石：甲烷(四面体)、乙烯(平面)、乙炔(直线)、苯(平面)。 ② 连接器：单键 (旋转自由度)、双键/三键 (锁定构型)。 ③ 共轭强化：共轭体系将多个平面合并为一个大的刚性平面。 ④ 饱和碳阻断：sp³ 碳打断共面传递，最多贡献一个原子通过旋转进入平面。 ⑤ 对位共线：苯环1,4-位及直接相连的原子具有潜在的共线性。 ⑥ 最大/最小分析：旋转单键到极限位置求最多，只计刚性部分及直接连接点求至少。 杂化-构型-共面关系图谱 sp³ ➔ 立体 (非共面)     sp² ➔ 平面 (全共面)     sp ➔ 直线 (共线且共面) 实践应用 如图示为某种有机物，下面关于它的性质说法错误的是 A．它可以水解且其水解产物只有1种 B．1mol该物质最多能与4molBr2反应产生白色沉淀 C．其酸性条件下水解产物最多有18个原子共面 D．1mol该物质最多可与8molH2发生加成反应 【答案】D 【解析】A．它含有酯基可以水解，其水解产物只有一种，如在酸性环境下的水解产物为，A正确； B．根据苯酚与浓溴水反应，取代酚羟基的邻位和对位，因此它能与4mol溴水反应产生白色沉淀，B正确； C．其酸性条件下水解产物为，苯环是平面结构共面，羧基是平面结构共面，单键可旋转，该分子所有原子均可能共面，最多有18个原子共面，C正确； D．含有两个苯环，酯基与羧基不与H2发生加成反应，最多可与6molH2发生加成反应，D错误； 故选D。 考点一 最多共线原子数目 【例1】某有机物的键线式为，该分子最多有7个碳原子共面，最多4个碳原子共线。( ) 【答案】错误 【解析】该分子最多有7个碳原子共面，最多3个碳原子共线，错误。 【变式1-1】光刻机是生成计算机芯片的机器。某光刻胶(X)的合成反应如图： 下列说法正确的是 。 A．马来酸酐中C原子有sp2和sp3两种杂化方式 B．1molX最多可与2molNaOH反应 C．马来酸酐的某种同分异构体中所有碳原子共线 D．降冰片烯能发生加成反应，不能发生取代反应 E.马来酸酐的分子式为 【答案】CE 【解析】A．马来酸酐中碳碳双键两端的碳为sp2杂化，酯基中碳为sp2杂化，A错误； B．1molX中含有2n个酯基，故最多可与2nmolNaOH反应，B错误； C．马来酸酐分子中含有四个碳原子、3个碳、不饱和度为4，碳碳叁键中碳为sp杂化，碳原子中共面，则其某种同分异构体中碳结构为C≡C-C≡C时，所有碳原子共线，C正确； D．降冰片烯含有碳碳双键，能发生加成反应，分子中碳原子上氢能发生取代反应，D错误； E．由结构可知，马来酸酐的分子式为，E正确； 故选CE。 考点二 最多共面原子数目 【例2】某有机物分子具有一定的抗癌作用，其结构如下图所示。关于的说法错误的是 A．没有对映异构体 B．其水解产物可发生聚合反应 C．分子中至少有11个碳原子一定共面 D．C、O原子的杂化类型的种类相同 【答案】A 【解析】A．根据图中的化合物结构，X分子中与羟基相连的碳原子周围相连的四个基团都不同，该碳原子是手性碳原子，因此有对映异构体，A错误； B．分子中的酯基水解后可以产生羧酸和羟基，二者可以发生缩聚反应，B正确； C．苯环和与苯环相连的碳肯定在同一平面，分子中至少有11个碳原子共面，C正确； D．苯环和碳氧双键上的碳是sp2杂化，其他碳是sp3杂化，碳氧双键上的氧是sp2杂化，羟基上氧是sp3杂化，杂化类型的种类相同，D正确； 答案选A。 【变式2-1】咖啡酸苯乙酯是蜂胶的主要活性成分之一，其结构简式如图。下列说法错误的是 A．该物质分子式为 B．该分子中所有碳原子可能共面 C．根据结构推测，该分子可作为抗氧化剂 D．1mol该物质与足量反应，可消耗8mol 【答案】D 【解析】A．由结构简式可知，咖啡酸苯乙酯的分子式为C17H16O4，故A正确； B．由结构简式可知，咖啡酸苯乙酯分子中的苯环、碳碳双键和酯基上的碳原子以及相连的碳原子共平面，由三点成面的原则可知，分子中的所有碳原子可以全部共面，故B正确； C．由结构简式可知，咖啡酸苯乙酯中含有酚羟基，易被空气中的氧气氧化，因此具有还原性，可以作为抗氧化剂，故C正确； D．由结构简式可知，咖啡酸苯乙酯分子中含有2个苯环、1个碳碳双键，1mol该物质与足量反应，可消耗3+3+1=7mol，故D错误； 故答案选D。 考点三 陌生有机物如稠环芳烃、含杂原子的共线共面问题 【例3】甲氧补骨脂素临床用于治疗白癜风，结构如图所示。下列说法正确的是 A．分子中存在2种官能团 B．分子中环上的碳原子都共面 C．该物质既能使溴水褪色，也能与NaOH溶液反应 D．1mol该物质催化加氢，最多可消耗5mol H2 【答案】C 【解析】A．由图可知，分子中存在醚键、酯基和碳碳双键3种官能团，A错误； B．左侧五元环中，与O原子直接相连且采取sp3杂化的碳原子不一定与其他3个碳原子共面，则所有碳原子不一定共面，B错误； C．该物质含有碳碳双键，可使溴水褪色；含有酯基，能与NaOH溶液反应，C正确； D．苯环、碳碳双键均能与氢气发生加成反应，则1mol该物质催化加氢，最多可消耗4molH2，D错误； 故选C。 【变式3-1】橙皮苷广泛存在于脐橙中，其结构简式(未考虑立体异构)如下所示： 关于橙皮苷的说法正确的是 A．分子中的碳原子都采取sp3方式杂化 B．有2种含氧官能团 C．分子中所有原子共面 D．1mol橙皮苷最多能与7mol氢气发生加成反应 【答案】D 【解析】A．分子中有饱和碳原子为sp3杂化，有苯环、羰基碳原子为sp2杂化， A错误； B．分子中含有醇羟基和酚羟基、酮羰基、醚键，含氧官能团不止2种，B错误； C．分子中有多个饱和碳原子为四面体结构，因此分子中所有原子不可能共面，C错误； D．苯环和酮羰基均能与氢气发生加成反应，1mol橙皮苷最多能与7mol氢气发生加成反应，D正确； 答案选D。 基础达标 1．对羟基肉桂酸结构简式如图，下列说法不正确的是(　　) A．对羟基肉桂酸的分子式为C9H8O3 B．对羟基肉硅酸可以发生氧化、取代、酯化、加聚、缩聚反应 C．对羟基肉桂酸既可以与FeCl3溶液发生显色反应，又可使酸性KMnO4溶液褪色 D．对羟基肉桂酸分子中最少有4个碳原子共线，最多所有原子都可能共面 【答案】D 【解析】A. 根据对羟基肉桂酸的结构简式可知其分子中含有9个碳原子，3个氧原子和8个氢原子，故A正确； B. 该有机物分子中含有酚羟基，能被氧化，能发生苯环上的取代反应，也能与FeCl3溶液发生显色反应；含有羧基，能发生酯化反应和缩聚反应，故B正确； C. 该有机物分子中含有酚羟基，能被氧化，能发生苯环上的取代反应，也能与FeCl3溶液发生显色反应；含有碳碳双键，又可使酸性KMnO4溶液褪色，故C正确； D. 对羟基肉桂酸分子中最多有3个碳原子共线，故D错误； 答案选D。 2．下列关于有机物分子中原子共线、共面问题的说法正确的是 A．分子中至少有6个碳原子共直线 B． 分子中最多有5个原子共直线 C． 分子中所有碳原子不能位于同一平面 D．四苯乙烯()分子中所有碳原子可能位于同一平面 【答案】D 【解析】A．分子中含有1个碳碳三键，为直线形结构，分子中至少有4个碳原子共直线，A错误； B．分子中1号碳原子为饱和碳原子，因此该分子中最多有4个原子共直线，B错误； C．分子中含有碳碳双键、苯环、酯基， 通过箭头所示单键的旋转，可使所有碳原子位于同一平面，C错误； D．四苯乙烯分子中含有4个苯环和1个碳碳双键，均为平面形结构，则该分子中所有碳原子可能位于同一平面，D正确； 故选D。 3．五倍子是一种常见的中草药，其有效成分为X。一定条件下X可分别转化为Y、Z，如下所示。 下列说法正确的是 A．所有原子不可能共面 B．中有2个杂化碳原子 C．1 mol X最多能与发生取代反应 D．1 mol Z最多能与发生反应 【答案】C 【解析】A．分子酚羟基和羧基中的羟基均为V形结构，单键连接可以任意旋转，故X中所有原子可能全部共面，A错误； B．中碳碳双键（2个）和羧基（C=O键，1个）上共有3个杂化碳原子，B错误； C．X中苯环上有2个氢原子处于酚羟基的邻位，1 mol X最多能与2 mol Br2发生取代反应，C正确； D．1 mol Z中含有5 mol酚羟基、1 mol羧基、1 mol酚酯基,1 mol酚酯基可消耗2 mol NaOH，故1 mol Z最多能与8 mol NaOH发生反应，D错误； 故选C。 4．蓝光条件下，产生光生空穴可氧化富电子的芳香族化合物(如图中，Me代表)产生阳离子自由基物种，进一步与吡唑()反应得到偶联产物，电化学装置如图。 说法正确的是 A．电极a应与电源的负极相连 B．电极b附近电解质溶液的pH降低 C．电极a产生的电极反应式为 D．中所有原子均共面 【答案】C 【分析】b电极为阴极，发生还原反应，a电极为阳极，发生电极反应式为，据此分析； 【解析】A．电极a为阳极，故与电源的正极相连，A错误； B．电极b表面发生还原反应，氢离子浓度降低，故溶液pH升高，B错误； C．电极a上生成产物，电极反应式为，C正确； D．中Me代表，该有机物中存在甲基，所有原子不可能共面，D错误； 综上，答案是C。 5．化合物是合成平喘药沙丁胺醇的中间体，可通过下列路线制得，下列说法正确的是 A．的反应类型为取代反应 B．分子中所有碳原子不可能共面 C．1molY最多消耗2molNaOH D．可用红外光谱鉴别和 【答案】D 【解析】A．是X与HCHO发生加成反应，非取代反应，A错误； B．Z分子中，与苯环相连的原子都在苯环确定的平面上，与羰基相连的甲基，可以通过旋转羰基碳与苯环之间的单键而使甲基碳进入苯环确定的平面，即所有碳原子可能共面，B错误； C．Y中只有酚羟基能与NaOH发生反应，所以1mol Y最多消耗1mol NaOH，并非2mol，C错误； D．Y和Z的官能团区别在于醇羟基和氯代烃，红外光谱可用于检测不同官能团的特征吸收峰，D正确； 故答案选D。 6．某有机分子X结构如图所示，下列说法不正确的是 A．1 molX最多能与4 molH2发生反应 B．X与足量H2加成后，所得产物官能团的性质与X一致 C．X中所有C原子一定共面，所有原子一定不共面 D．有机物的分子式C10H12O3 【答案】B 【解析】A．1mol X中苯环可与3mol H2加成，醛基（-CHO）中C=O可与1mol H2加成，共4mol H2，A正确； B．X与足量H2加成后，苯环变为环己烷，醛基（-CHO）变为醇羟基（-CH2OH），原官能团为酚羟基和醛基，加成后为醇羟基，醛基的还原性等性质消失，官能团性质不一致，B错误； C．苯环是平面结构，与苯环相连的C原子共平面，X中所有C原子一定共面，X中甲基（-CH3）的C为sp3杂化，所有原子一定不共面，C正确； D．由结构可知，分子含10个C、12个H、3个O，分子式为C10H12O3，D正确； 故选B。 综合应用 7．丹参酮ⅡA(结构简式如图)是中药丹参的活性成分之一，用于治疗冠心病、心绞痛及心肌梗塞。下列关于丹参酮ⅡA的说法正确的是 A．能发生银镜反应 B．含有手性碳原子 C．碳原子可能全部共面 D．与氢气反应的物质的量之比最大为1：7 【答案】D 【解析】A．丹参酮ⅡA不含醛基，不能发生银镜反应，A错误； B．手性碳原子是指连有四个不同原子或基团的饱和碳原子。丹参酮ⅡA所含7个饱和碳原子均不是手性碳，B错误； C．结构简式中左侧环下方的1个饱和碳原子(杂化，四面体)连接4个碳，不可能全部共面，C错误； D．能与氢气加成的基团有：苯环（消耗3 mol H2）、2个碳碳双键（消耗2 mol H2）、两个酮羰基（各消耗1 mol H2，共2 mol）。故与氢气反应的物质的量之比最大为1:7(指1 mol该有机物最多与7 mol氢气反应)，D正确； 故答案选D。 8．在卤水精制中，纳滤膜对、有很高的脱除率。一种网状结构的纳滤膜J的合成路线如图(图中表示链延长)。 已知： 下列说法正确的是 A．J能脱除、可能与其存在阴离子有关 B．TMC中所有原子一定共面 C．J具有网状结构仅与单体AEPPS的结构有关 D．合成J的反应为加聚反应 【答案】A 【解析】A．、能被脱除，是因为这两个离子与J中的阴离子发生结合，从而脱离水溶液，故A正确； B．单键可以旋转，所以TMC中所有原子不一定共面，故B错误； C．J能形成网状结构，不仅能横向连接，还可以纵向连接，不仅是因为AEPPS，还因为TMC有三个酰氯，故C错误； D．合成J是通过脱出小分子HCl后形成高分子，所以是缩聚反应，故D错误； 故选：A。 9．“槐实主五内邪气热，止涎唾，补绝伤……”。槐实苷是从槐实中提取的一种生物活性物质，结构简式如图。下列有关槐实苷分子的说法错误的是 A．含氧官能团为羟基、醚键、酮羰基 B．存在5个手性碳原子 C．能被酸性溶液氧化 D．所有碳原子均可能共面 【答案】D 【解析】A．由结构简式可知，槐实苷分子含有的含氧官能团为羟基、醚键和酮羰基，A正确； B．由结构简式可知，槐实苷分子中含有如图⁕所示的5个手性碳原子：，B正确； C．由结构简式可知，槐实苷分子含有的羟基、碳碳双键能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应，C正确； D．由结构简式可知，槐实苷分子中含有空间构型为四面体形的饱和碳原子，分子中所有碳原子不可能共面，D错误； 故选D。 10．合成聚醚酯(PM)新型材料，可实现“单体—聚合物—单体”的闭合循环，推动塑料经济的可持续发展。合成方法如下。下列说法不正确的是 A．PM中含有酯基、醚键和羟基三种官能团 B．1molM与足量NaOH溶液反应，消耗1molNaOH C．合成1molPM，理论上需要和苯甲醇 D．M分子中不可能所有原子共面 【答案】C 【解析】A．由PM的结构简式可知，PM中含有酯基、醚键和羟基三种官能团，A项正确； B．1 molM含有的酯基与足量NaOH溶液反应，消耗1 molNaOH，B项正确； C．由PM的结构简式可知，理论上，合成1 molPM需要消耗n molM和1 mol苯甲醇，C项错误； D．M中含有甲基和亚甲基等，故M分子中不可能所有原子共面，D项正确； 故答案选C。 11．黄酮哌酯是一种解痉药，其某中间体G的合成路线如下。下列有关说法正确的是 A．化合物G的分子式为 B．苯甲酸酐中所有原子不一定共面 C．化合物F最多能消耗2molNaOH D．G中含有三种官能团，且不存在对映异构体 【答案】B 【解析】A．化合物G的分子式为，A错误； B．苯甲酸酐中苯环与酯基之间是通过单键连接，苯环是平面结构，酯基是平面结构，但单键可以旋转，所以苯环和酯基不一定共面，B正确； C．化合物F中含有羧基和酚羟基，都能与NaOH反应，所以1molF最多能消耗中F缺少具体的物质的量，C错误； D．G中含有羧基、酮羰基、醚键和碳碳双键4种官能团，而且没有手性碳原子，则没有对映异构体，D错误。 故选B。 拓展培优 12．碱性品红是一种较为常见的染料。如图为漂白碱性品红的反应机理。下列有关说法正确的是 A．碱性品红与发生取代反应而褪色 B．碱性品红中含有共价键和离子键 C．I物质中所有碳原子可能共面 D．I物质可与盐酸反应，与氢氧化钠溶液不反应 【答案】B 【解析】A．由机理可知，碱性品红与H2SO3发生加成反应而褪色，故A错误； B．碱性品红中含有C-H、C-C、C-N、N-H等共价键和与Cl-形成的离子键，故B正确； C．由I结构简式可知，与磺酸基和三个苯环相连的碳原子与其他碳原子不可能共平面，故C错误； D．I物质中含有氨基，可与盐酸反应，含有磺酸基，与氢氧化钠溶液反应，故D错误； 故选B。 13．化合物Y是一种消炎药，可由X制得。下列有关X、Y的说法正确的是 A．X中所有碳原子不可能共面 B．相同条件下，Y在水中溶解度比X大 C．1mol X最多能与2mol NaOH反应 D．Y和足量完全加成的产物中含有6个手性碳原子 【答案】B 【解析】A．由X结构简式可知，X中含苯环（平面）、双键（平面）、羰基（平面）等平面结构，且以单键相连碳的原子，可以旋转，则所有碳原子可能共面，A错误； B．Y由X水解生成，由X、Y结构简式可知，X分子中酯基（疏水基）转化为羟基（亲水基），亲水基能与水分子间形成氢键，则Y在水中溶解度比X大，B正确； C．由X结构简式可知，X分子中含酚酯基，1mol酚酯基水解消耗2mol NaOH（生成酚钠和羧酸钠），羧基消耗1mol，共3mol NaOH，C错误； D．Y与足量H2加成后的产物为：，则其手性碳原子如图所示：，D错误； 故选B。 14．有机化学巧手匠心，铸就了解热镇痛药守护着人类的健康。阿司匹林、布洛芬、对乙酰氨基酚等解热镇痛药成为家中常备药物。下列说法正确的是 A．阿司匹林分子中所有原子可能共面 B．布洛芬分子中手性碳原子有2个 C．阿司匹林分子可与发生加成反应 D．对乙酰氨基酚核磁共振氢谱图中有5组吸收峰 【答案】D 【解析】A．由题干阿司匹林的结构简式可知，阿司匹林分子中含有同时连有3个氢原子的sp3杂化的碳原子（甲基），故阿司匹林分子中不可能所有碳原子共面，A错误； B．连接4个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，根据图可知，布洛芬分子中手性碳原子有1个，即连接羧基的碳原子，B错误； C．阿司匹林分子中能与氢气发生加成反应的有苯环、酯基和羧基，酯基和羧基不与氢气加成，没有给出阿司匹林的物质的量，不能确定与多少氢气发生加成反应，C错误； D．由结构简式可知，对乙酰氨基酚分子中含有5种等效氢，则核磁共振氢谱图中有5个吸收峰，D正确； 答案选D。 15．甜橙醇的结构如下。下列有关甜橙醇的叙述错误的是 A．分子式为 B．该分子中所有原子不可能共面 C．能发生氧化反应、加成反应、取代反应 D．1mol甜橙醇在一定条件下最多可以和2mol氢气发生反应 【答案】A 【解析】A．由结构简式可知分子式为C14H26O，A错误； B．该物质含有甲基、亚甲基，具有类似于甲烷的四面体结构，所有原子不可能共面，故B正确； C．该物质含有羟基、碳碳双键，能发生氧化反应、加成反应、取代反应，故C正确； D．每分子甜橙醇中含有2个碳碳双键，1mol甜橙醇在一定条件下最多可以和2mol氢气发生加成反应，故D正确； 故选A。 16．阿司匹林()为解热镇痛、非甾体抗炎药、抗血小板聚集药，以下为其合成路线之一(部分反应条件已简化)。 回答下列问题： (1)阿司匹林中含有官能团的名称是 。 (2)C3H6能使溴水褪色，C3H6的结构简式为 。 (3)C到D反应方程式为，中最多有 个原子共面；苯酚与甲醛在强酸加热条件下生成酚醛树脂，其化学方程式为 。 (4)由B生成C、F生成阿司匹林的反应类型分别为 、 。 (5)同时满足下列条件的F的同分异构体共有 种。 ①芳香族化合物 ②与FeCl3溶液发生显色反应 ③能发生银镜反应 写出其中一种核磁共振氢谱峰面积之比为2:2:1:1的结构简式： 。 【答案】(1)羧基、酯基 (2)CH3CH=CH2 (3) 6 (4) 氧化反应 取代反应 (5) 9 或或 【分析】A(苯)与丙烯(C3H6)在AlCl3、HCl、95~100℃时发生加成反应，生成B；B在105~115℃、4~5大气压下被O2氧化为C；C在H2SO4、35~70℃条件下发生反应，生成D和CH3COCH3；D与NaOH、CO2在一定条件下发生反应生成E；E酸化生成F，F与CH3COCl在H+作用下发生反应生成阿司匹林，由E和阿司匹林的结构，可推出F为。 【解析】（1）由阿司匹林的结构简式可知，其含有的官能团为羧基、酯基。 （2）环丙烷或丙烯的分子式为C3H6，结合已知“C3H6能使溴水褪色”判断为丙烯，其结构简式为CH3CH=CH2。 （3） 中基础共面原子：酮羰基碳、氧原子、两个甲基碳（共4个），可旋转共面的氢原子；每个甲基各1个（共2个），丙酮中最多有6个原子共面；苯酚与甲醛在强酸作用下发生缩聚反应生成酚醛树脂()和H2O，化学方程式为。 （4） B()与O2反应生成C()，该反应为氧化反应，F()生成阿司匹林()的化学反应方程式为，反应类型为取代反应。 （5）F为，具备以下条件：“①芳香族化合物；②与FeCl3溶液发生显色反应；③能发生银镜反应”的F的同分异构体中，除含苯环外，还应含有1个酚羟基、1个甲酸酯基或2个酚羟基和1个醛基。①含有苯环、2个酚羟基、一个醛基的同分异构体数目为6种；②苯环上连有酚羟基、甲酸酯基的同分异构体数目为3种，共9种；其中核磁共振氢谱峰面积之比为2:2:1:1的结构简式为或或。 17．8-羟基喹啉被广泛用作金属离子的络合剂和萃取剂，也是重要的医药中间体，下图是8-羟基喹啉的合成路线。 已知：。回答下列问题： (1)B含有的官能团名称是 。 (2)C的分子式是 。 (3)试剂a是 。 (4)D的化学名称是 。 (5)E与新制反应的化学方程式是 。 (6)F分子中的共面原子数目最多是 个。 (7)M是A的同系物，相对分子质量比A大14，写出M所有可能的结构： 。 (8)H的结构简式是 。 (9)合成8-羟基喹啉时，H发生了 (填“氧化”或“还原”)反应。 (10)将下列流程图补充完整 。 【答案】(1)碳碳双键、碳氯键 (2) (3)NaOH水溶液 (4)丙三醇(或甘油) (5) (6)14 (7)、、、 (8) (9)氧化 (10) 【分析】A和发生取代反应生成B，B和HOCl发生加成反应生成C，则C为CH2ClCHOHCH2Cl或CH2OHCHClCH2Cl，C发生卤代烃水解反应生成D，则a为NaOH水溶液，D在浓硫酸作用下发生反应生成E，E和F发生加成反应生成G，G在浓硫酸作用下发生信息i的反应生成，然后发生消去反应生成H为，H经过适当的条件转化为8-羟基喹啉，以此解答该题。 【解析】（1）结合B的结构简式可知，B含有的官能团名称是碳碳双键、碳氯键； （2）结合分析可知，C的结构简式为CH2ClCHOHCH2Cl或CH2OHCHClCH2Cl，分子式为； （3）结合分析可知，C发生卤代烃水解反应生成D，则a为NaOH水溶液； （4）结合D的结构简式可知，D的化学名称是丙三醇(或甘油)； （5）E含有醛基，能被新制氧化，化学方程式为：； （6）F分子中苯环是平面结构，与苯环直接相连的原子与苯环共面，羟基中O-H键通过旋转也可以与苯环共面，氨基中一个氢原子也可以通过旋转与苯环共面，故最多14个原子共面； （7）M是A的同系物，相对分子质量比A大14，M的分子式为，M属于烯烃，官能团是碳碳双键，可能的结构有、、、； （8）由分析可知，H为； （9）有机化学中，“去氢加氧”属于氧化反应，对比H和目标产物的结构简式可知，H发生了氧化反应； （10）苯和甲醛发生已知信息的反应生成，发生催化氧化反应生成，与HCN发生加成反应增长碳链生成，故合成流程为。 18．甲磺酸贝舒地尔片(化合物J)是一种甲磺酸盐，用于治疗慢性抗宿主病，其合成路线如下图所示。 已知：① ②为甲磺酸，一种常见的有机酸，其结构简式为 回答下列问题： (1)C的结构简式为 。 (2)I的含氧官能团名称是 。 (3)以下说法正确是 (填字母)。 a．化合物A中所有原子可能共面 b．化合物B的化学名称是丙胺 c．酸性： d．生成E的反应中的作用：中和，提高原料的转化率 (4)F生成G的化学方程式是 。 (5)G成环制得H的过程中涉及两步反应，反应类型依次是加成反应和 。 (6)D的同分异构体中能满足下列条件的共有 种(不考虑立体异构)。 ①能与氯化铁溶液发生显色反应 ②苯环上有两个取代基且苯环上的一氯代物有两种结构 ③红外光谱中存在“”吸收峰 (7)H到I分两步进行，已知是常用的卤化试剂，可将羟基转化为氯原子，则合成过程中H与反应生成的有机产物的结构简式为 。 【答案】(1) (2)醚键、酰胺基 (3)bd (4)++H2O (5)消去反应 (6)7 (7) 【分析】A和B的反应为已知1的反应类型，可推断出C的结构为，C和D发生取代反应得到E，E在酸性条件下发生酯的水解得到F，F的结构简式为，F与发生取代反应生成G和水，G在碳酸钾、乙醇和水的条件下先发生氨基和碳氧双键的加成，再消去一个水分子得到H，H和SOCl2反应得到，再和反应生成I，I和甲磺酸反应得到J。 【解析】（1）结合A、B结构以及已知1可得C的结构简式为； （2）由I的结构可知，其含氧官能团为：醚键、酰胺基； （3）a．化合物A中右侧C为sp3杂化，空间结构为四面体形，不可能所有原子共面，a错误； b．化合物B主链有3个碳，2号碳上有一个氨基，故化学名称是丙胺，b正确； c．F的电负性大，中F的吸电子能力大于中的H，中氢离子更易解离，故酸性：，c错误； d．C和D反应生成E的反应为取代反应还有HBr生成，加入可中和，提高原料的转化率，d正确； 故选bd。 （4）F的结构简式为，F与发生取代反应生成G和水，反应方程式为：++H2O （5）由分析可知，G成环制得H的过程中涉及两步反应，反应类型依次是加成反应和消去反应； （6）D的分子式为C8H8O3，其同分异构体①能与氯化铁溶液发生显色反应，说明含酚羟基，②苯环上有两个取代基且苯环上的一氯代物有两种结构，说明两个取代基位于苯环对位，且其中一个为酚羟基，③红外光谱中存在“”吸收峰，则其同分异构体有：、、、、、、共7种； （7）由分析可知，合成过程中H与反应生成的有机产物的结构简式为。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $