第一章 有机化合物的结构特点与研究方法（图文版知识清单，不可编辑）化学人教版选择性必修3

第一节有机化合物的结构特点 一、有机物的分类-知识清单 按照不同的结构特点，有机化合物主要有两种分类方法：一是依据构成有机化合物 分子的碳骨架来分类，二是依据有机化合物分子中的官能团来分类。 1.按碳原子组成的分子骨架 (1)链状化合物：这类有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状。如正丁烷 (CH3CH2CH2CH2)、1-丁烯(CH2=CHCH2CH3)、1-丁醇(CH3CH2CH2CH2OH) 溴乙烷(CHCH2Br)。入√入入 (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构。 ①脂环化合物：分子中含有碳环（非苯环）的化合物。 脂环化合物 OH 环戊烷 环己烯 环己醇 环状化合物 芳香化合物 ②芳香化合物：分子中含有苯环的化合物。 Br 杂环化合物 如苯 C◇禁 溴苯 (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， 芳香化合物 还有其他原子，如氧原子（如呋喃。》 氮原子，硫原子等。 芳香烃 2依据官能团份类 苯的同系物 (1)烃的衍生物：烃分子中的氧原子被其他原子或原子团所取代， 苯酚、乙 衍生出的一系列化合物，如CHCL、CH,OH、HCHO等。 夏系物 (2）官能团：决定有机化合物特性的原子或原子团。 有机化合物类别 官能团 官能团 典型代表物 典型代表物 (名称) (结构简式) (名称) (结构简式) 烷烃 一 甲烷 CH4 >C=C< 烃 烯烃 碳碳双键 乙烯 CH2=CH2 = 炔烃 碳碳三键 一C三C一 乙炔 CH三CH 一C=C 芳香烃 苯 C 卤代烃 碳卤键 (卤素原子) -X(X=Cl,Br,I) 溴乙烷 CH;CH2Br 入Br 醇 (醇)羟基 -OH 乙醇 CHCH2OH OH 酚 (酚)羟基 -0H 苯酚 苯酚 Om 烃的衍生物 醚 醚键 -0- 乙醚 CH3CH2OCH2CH3-0 醛 醛基 -CHO 乙醛 CH2CHO 酮 (酮)羰基 >C=0 丙酮 CH3COCH3 羧酸 羧基 -COOH 乙酸 CHCOOH ⊙ OH 酯 酯基 -COOR 乙酸乙酯 CH3CO0CH2CH3。 胺 氨基 -NH2 甲胺 CHgNH2 NH2 酰胺 酰胺基 -CONH2 乙酰胺 CHCONH2 有机化合物的结构特点-知识清单 二、有机化合物的结构特点 1.碳原子的成键方式 (1)最外层4个电子，形成4个共价键。 (2)可形成单键(C-C)、双键(C=C)、三键(C≡C)。 (3)碳链可呈链状、环状，带支链，碳链与碳环可结合。 2.共价键的类型 (1)σ键与π键 s/s 类型 成键方式 特征 性质 反应类型 键能大、稳定， 头碰头 σ键 “头碰头”重叠 轴对称 可旋转 取代反应 π键 “肩并肩”重叠 镜面对称 键能小、不稳定 (一-)，易断裂 加成反应 肩并肩 *规律：单键为σ键；双键含1个σ键+1个π键； 三键含1个o键+2个π键。 (2）极性键与非极性键 ①极性键：不同原子间形成（如C-0、0-H),电子对 :H-O 偏移，易断裂。 ②非极性键：同种原子间形成（如C-C、C=C),电子对 不偏移。 3、共价键的极性与有机反应 OH →Hsc-0 (1)乙醇的取代反应： 与Na:2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑(O-H键极性强) 与HBr:CH3CH2OH+HBr→CH3CH2Br+H20(C-O键极性强) (2）乙烯的加成反应：CH2=CH2+Br2→CH2BrCH2CH2Br(π键不稳定) 4、有机反应的特点 Br H C-C-B ①反应速率慢（共价键断裂需能量） ②副反应多（分子中多极性键，断裂位置多样） 有机化合物结构表示方法·知识归纳 表示方法 定义及特点 实例（以乙烯为例） 分子式 用元素符号表示分子组成 C2H4 最简式 各元素原子个数最简整数比 CH2 电子式 用“.”或“×”表示原子最外 女 H:C::C:H 层电子成键情况 结构式 用短线表示共价键，单键“” H2C=CH2 6 双键“=”、三键“≡” 结构简式 省略单键，保留双键/三键，官 能团简化（如-CHO、-C0OH) CH2=CH2 省略C、H符号，拐点/终点为 键线式 C,单线、双线、三线分别表示 单键、双键、三键 (苯) (环己烷) H 球棍模型 小球表原子，短棍表化学键 H H (乙烯球棍模型) 空间填充 模型 不同体积小球表示原子大小 (乙烯空间填充模型) 【特别提醒】最简式只表示原子的最简比例，不一定代表实际分子结构。 绘制时注意成键电子和孤对电子的表示，符合八电子稳定结构 (H为二电子)。 必须显示出所有共价键，常用于研究机理。 官能团（如-C三C-、-CH0、-C00H)要展开，不能省略其中的碳氧键。 注意环状化合物的表示。苯环中双键位置可变，通常表示为 凯库勒式或共轭体系。 球表示原子，棍表示化学键。直观展示分子的空间形状。 更真实地反映分子的空间占位情况。原子的大小 (范德华半径)按比例。注意原子间的穿插。 有机化合物的同分异构现象-知识清单 0一U一一U一0一一U一0一0一0 四、有机化合物的同分异构现象 1.同系物：结构相似（官能团种类、数目相同），分子组成相差 1个或若干个CH2原子团的化合物 (如甲烷CH4与乙烷CH3CH3) 2.同分异构体类型 (1)构造异构 ①碳链异构：碳骨架不同 如CH3CH2CH2CH3(正丁烷)与CH3CH(CH3)2(异丁烷) ②位置异构：官能团位置不同 如CH2=CHCH2CH3(1-丁烯)与CH3CH=CHCH3(2-丁烯) ③官能团异构：官能团种类不同-OH一O- 【特别提醒】 如CH3CH2OH(乙醇)与CH3OCH3(甲醚) 判断同分异构体： (2)立体异构 同，结构不同。 ①顺反异构：双键两端C连不同原子/原子团 如顺-2-丁烯(Cis)与反-2-丁烯(Trans)) ②对映异构：含手性C(连4个不同原子/原子团)， 互为镜像 3.同分异构体书写步骤（以CH14为例） C6H14 ①碳链异构：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边 CeH14 √入C6 入C5 5支链 ②位置异构：确定官能团位置 (如烯烃双键位置) - 2,2-二种型比较 ③官能团异构：判断是否存在类别异构（如醇与醚） 醇 2,3-二种型比较 4。常见官能团类别异构 组成通式 可能物质类别 示例 CnH2n 烯烃、环烷烃 CH2=CH2与环丙烷(C3Hs)△ CnH2n+20 醇、醚 CH3CH2OH与CH3OCH3 CnH2nO 醛、酮、烯醇 CH3CHO与CH3COCH3 ©化学知识卡 五、有机化合物的分离与提纯 1.蒸馏 温度计 【特别提醒】 (1) 原理·沸点不同·分离乙醇与水 ●加沸石防暴沸 (2)装置 ·蒸馏烧瓶●冷凝管 ●冷凝水“下进上出” 温度计（水银球在支管口） 接收器 沸石 (3)注意·加沸石防暴沸 水口 ·冷凝水“下进上出” 2.萃取 (m (1)原理。不互溶溶剂·溶解度不同 萃取剂选择。CCL4萃取溴水中Br2 上水层 (2) 有机 CCl4 。与原溶剂不互溶·不反应 Br2 有机层 (3)操作·振荡→静置分层→分液 K 有机的 ·下层从下口放出，上层从上口倒出 Br2 3.重结晶（提纯固体有机物） (1)原理·溶解度差异。苯甲酸与NaCl分离 (2)步骤·加热溶解→趁热过滤（除不溶杂质）→冷却结晶（目标物析出） 混合物 苯甲酸和 与杂体NaCl分离 (3)溶剂选择●目标物溶解度受温度影响大 目 4.色谱法 (1)原理·分配差异·分离色素 (2)类型·纸层析、柱层析 ·微量成分分离 有机化合物结构确定 知识清单 1.元素定性、定量分析一确定实验式 ©①⊙co,@ (1)元素定性、定量分析：用化学方法测定有机化合物的元素组成，以及各元素的质量分数，如燃惊后C→ C02,H→H20。 (2)李比希氧化产物吸收法定量分析原理 Tub furnace CaCl,吸管 ©⑧ ⊙⊙ 碳分性 燃烧 根分子 sample H20吸收 KOH落液 2.相对分子质量的测定 (1)质谱法—相对分子质量的确定 (2)气态有机化合物相对分子质量计算法 100 46 RMM值=摩尔质量(gmol) m/x=46 最大质荷比= 50 相对分子质量=46 ①标况密度法：已知标港状况下气体的密 25 度p,摩尔质量：M=p×22.4Lmol1。 0 20406080100 m/z ①相对分子质量的测定一质遭法：在质道固中，有机分子 B ②相对密度法：根据气体A相对于气体B 的相对分子质量=最大质祠比。 (已知)的相对密度d:Ma=dXMg A ②质港圄分析：以压荷比为横坐标。以各类离子的相对丰度 纵坐每。根据活承箔果所蓬立的坐标围。如图为菜有机化合 物的质谱图：从围中可知，该有机物的相对分于质量为46， cp ③混合气体平均摩尔质量：瓜=M如 ntotal 即最大成荷比就是样岳分子的相讨分子质童。 3.分子式的确定 (1)若有机化合物的实验式中，碳原子已达到饱和（氢原子数等于对应烷烃中的氧原子数），则该物质的实验式与分子式相同。 (2)若实淞式中做原子未达到饱和，可根橘相封分子质量进一步定其分子式，计算依据：分子式尖结式的整数倍。 (3)有机物分子式的确定方法： ①单位物质的量法 ②最简式法 摩尔质量 摩尔质量p 元素同李r →最子式 N(C:NH)N(O=ab:c→CaH,Oe→(CaH,O)n (g.mol) 元素质量分数 1mol物质 M n=RMM(CaH,Od】 4.分子结构的鉴定 (1)化学方法：利用特征反应造定出官能凤，再制备它的衍生 (2)物理方法 物进一步确认，常见官能团特征反应如下： 青桢 诘物 言能田种类 试剂 判斷依据 峰烧群组=H原子的类型 碳破双随或 Bromine/CCla 橙杠色褪去○ H-NMR 峰罐面积比=比：和H原子两环数的比例 碳祓三键 Acidic KMnOa 紫色相去● NaOH IR 识别功能国子及性的美型 卤素原子 AgNOs/dil.HNO 有沉淀产生司 X线缀反充 分子绾构数撮以及链好长度、角度 酵羟基 Sodium 有氰气成出公 FeCla 显紫色● (3)有机物分子中不饱和庭(Q)的确定 酚轻基 Conc.Bromine water 有白色沅淀产生) ①计算公式：p=nG)t1-nH)-nN)+n(halogen) 醛基 Tollens' 有根镜生妮了 2 New-made Cu(OH)z susp. 有过色沉淀产生日 ②不饱和度与有机物结构的关系 双汉腿Q=1、三键0=2、环境0=1、 羧基 NaHCO3 有C0,气体放出 酸碳捌n=1、苯灌环Ω=4