1.1.2同分异构体 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

1.1 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》 第二课时 有机化合物中的共价键 有机化合物的同分异构现象 （1）按共用电子对数目 单键：如H-H键 双键：如C=C键 三键：如N≡N键 （2）按共用电子对是否偏移 非极性键：如Cl-Cl键 极性键：如H-Cl键 （3）按原子轨道的重叠方式 σ键 π键 导入 →在有机化合物分子中，碳原子通过共用电子对与其他原子相连接形成不同类型的共价键. →你还记得共价键怎样分类吗？ 1.σ键和π键的特点以及与反应类型之间的关系。 2.同分异构现象 3.同分异构的书写 思+议 单键只含 键 双键中含有 键和 键 三键中含有 键和 键 σ 一个σ 一个π 一个σ 两个π 一，有机化合物中的共价键 一般情况下，有机化合物中 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，在反应中越容易发生断裂。 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。 二、共价键的极性与有机反应 （2）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σ键连接的原子或原子团可以绕键轴旋转，通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。 4 1.为什么无水乙醇与钠能发生反应放出氢气？ C2H5—OH分子中氢氧键的极性较强，能够发生断裂 2.同样条件下，为什么无水乙醇与钠的反应没有水与钠的反应剧烈？ 【思考与交流】 由于乙醇分子中乙基(推电子基)的给电子效应，C2H5—OH中氢氧键的极性比H—OH中氢氧键的极性弱，乙醇比水更难电离出氢离子 实验说明： 基团之间的相互影响能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 由于乙醇分子中乙基(推电子基)的给电子效应，乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱，乙醇比水更难电离出氢离子。 5 【拓展延伸】同样条件下，乙酸、无水乙醇、水分别与钠的反应剧烈程度比较？ 乙酸 > 水 >乙醇 结 论： 乙酸分子中的H-O的极性 > 水中的H-O的极性 >乙醇中的H-O的极性 【解释】 由于乙酸中羰基的吸电子效应，使其分子中H-O的极性比水中H-O的强，故乙酸具有弱酸性。 由于-OH中氧原子的电负性较大，乙醇分子中的C-O键极性也较强，也可断裂，如乙醇与氢溴酸的反应： ＋H—Br ＋H2O 实例分析 ②乙醇与氢溴酸的反应 碳氧键的极性较强 共价键的断裂需要吸收能量，而且有机化合物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，所以有机反应一般用“ ”连接。 p8 p8思考讨论 请从化学键和官能团的角度分析下列反应中有机化合物的变化。 取代反应 加成反应 原子 单质 化合物 化合物 同一种元素 结构不同的单质 质子数相同 中子数不同 结构相似，分子组成相差一个或若干个CH2原子团 分子式相同、结构不同 石墨与金刚石、 O2与O3 CH4与C2H6 正丁烷与 异丁烷 H、D、T 同分异构体既存在于有机物，也存在于无机物中。 如：NH4CNO与CO(NH2)2 分子量相同的两种物质不一定是同分异构体，但同分异构体之间分子量一定相同 如：CO、N2、C2H4 同位素 同素异形体 同系物 同分异构体 研究范围 限制条件 举例 三、有机化合物的同分异构现象 思考讨论 27.9℃ 9.5℃ 36.07℃ 沸点 常温下，新戊烷为气态 P9 碳链骨架不同(直链，支链，环状)而产生的异构 官能团在碳链中的位置不同而产生的异构 官能团的种类不同而产生的异构 (类别异构) 同分异构体 12 同分异构体的类型 碳架异构 位置异构 官能团异构 顺反异构 对映异构 同分异 构现象 构造 异构 碳骨架不同 官能团位置不同 官能团类别不同 立体 异构 物理性质不同化学性质相似 物理性质和化学性质都不同 手性异构 了解 由于双键不能自由旋转引起 顺式异构体：两个相同原子或基团在双键同侧 反式异构体：两个相同原子或基团分别在双键两侧 与 C=C b a b a C=C a b b a 顺式 反式 ①顺反异构 立体异构 ②对映异构 由于碳原子连接的四个原子或原子团互不相同，它们在碳原子周围有两种呈镜像关系的排列方式，这样得到的两个分子互为对映异构体 如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称为手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。 存在于手性分子中 丙氨酸的一对对映异构体模型 ①CH3-CH2-CH2-CH3与CH3-CH-CH3 CH3 ②CH2=CH-CH2-CH3与CH3-CH=CH-CH3 ③CH3-CH2-OH与CH3-O-CH3 ⑦CH2=CH-CH=CH2与CH3-CH2-C≡CH ⑥CH3-CH2-CH=CH-CH3 与 (环戊烷) Cl-C-Cl 和 Ｈ-C-Cl Ｈ Ｈ Cl Ｈ ⑤ 练习：已知下列化合物 (1)其中属于同分异构体的是 . (2)其中属于碳链异构的是 . (3)其中属于位置异构的是 . (4)其中属于官能团异构的是 . (5)其中属于同一种物质的是 . ①②③④⑥⑦ ⑤ ① ② ③④⑥⑦ 注意： 烷烃只存在碳架异构； 烯烃既可能存在位置异构,又存在碳链异构。 ④ 与 后期两个苯环重新画 15 （2）少1个C的主链，C作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上 （一）碳架异构的书写方法 （1） 【例】写出己烷（C6H14）的同分异构体的结构简式 同分异构体的书写方法 减碳对称法：主链由长到短，支链由整到散；位置由心到边，排列对邻对间 (注意：甲基不放端位) 排最长主链 注：碳碳单键可以旋转，整条碳链可以任意翻转。 我们将最长的碳链定为主链。 第一步写出没有支链的结构简式，先将6个碳原子全部写在一条线上，这种情况就只有一种结构。 第二步减去主链上的一个碳原子，写出主链为5个碳原子，支链有1个碳原子的结构简式。此时，先找出主链的对称轴，然后按照摘一碳，挂中间的原则先将甲基挂在中间碳的位置，写出第二种同分异构体。接下来按照“往边移，不到端“的顺序，可以写出第三种同分异构体。但是要注意不能将支链写到端点的位置，不然会改变主链的碳原子个数，那么写出的结构就会和前面的结构重复。 (3)少2个C的主链 2个C作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链C上 一条直链 减2个碳原子 减1个碳原子 (注意：乙基不放倒数第二个碳) 第三步主链减去2个碳原子，写出主链为4个碳原子，有2个碳原子作支链的结构简式。按照摘多碳，整到散的原则，可以先找出对称轴，然后将两个碳原子写成一个乙基，连接到主链上，此时我们会发现这个碳骨架的主链结构中有5个碳原子，会与第二步书写的物质重复。所以不考虑这个结构。 接下来可以将支链定为两个单独的甲基，首先找出主链上的对称轴，然后遵循多支链同邻间的原则，先将两个甲基放在对称轴一侧的同一个碳原子上，然后再固定其中一个碳原子，将另外一个甲基移到位置相邻位置的碳原子上。这样可以写出这两种碳骨架结构。 第四步主链减去3个碳原子，写出主链为3个碳原子，有3个碳原子作为支链的结构简式。首先写出主链为3个碳原子的碳骨架，找出对称轴。此时会发现没有办法插入3个碳原子。因此在减碳时，主链上的碳原子数多于支链上碳原子总数。 ① C-C-C-C-C-C-C ② C-C-C-C-C-C ③ C-C-C-C-C-C ④ C-C-C-C-C ⑤ C-C-C-C-C ⑦ C-C-C-C-C ⑨ C—C—C—C ⑥ C-C-C-C-C ⑧ C-C-C-C-C 1.直链 2.取下一个C，即1个甲基 3.取下两个C，先考虑1个乙基，再分为2个甲基 C C C2H5 C C C C C C C C C C C 4.取下三个C，只能分成3个甲基 对 邻 间 对 心 边 (由整到散) 烷烃的同分异构体 （C7H16） (注意：甲基不放端位) (注意：乙基不放倒数第二个碳) 18 这是碳链骨架,书写同分异构体时还要添上H原子,注意C原子要满足4价. 【例】写出丁烯（C4H8，含有4个碳原子和一个 ） 的同分异构体的结构简式 1.插入法：先写碳骨架异构，再插入官能团(适用于烯烃、炔烃、酯等) ②再插入双键 ①先写丁烷碳架 ① ② （二）位置异构的书写方法 【练习】 写出C5H10属于烯烃的所有同分异构体(不考虑顺反异构) 第一种方法是插入法，书写时先写碳架异构，再插入官能团，我们以含有4个碳原子，并含有一个碳碳双键的丁烯为例进行学习。 首先利用减碳对称法依次写出，主链上有4个碳原子的碳骨架结构一种，主链上有3个碳原子的碳骨架 一种。进而找出对称轴，可以发现1号碳骨架上有两个不同位置的C-C共价键，进而分别向此处插入碳碳双键，可以形成两种结构。同样2号碳骨架中，这三个碳原子的位置是相同的，也就是只有一种C-C共价键，因此向此处插入碳碳双键，则又可以形成一种结构。 利用插入法可以写出3种不同的结构的丁烯。在用插入法书写时，注意先写出碳架异构，再找出对称轴，找出不同位置的C-C共价键，进而插入碳碳双键。 烯烃的同分异构体 （C5H10） C-C-C-C C 碳架异构 位置异构 C=C-C-C-C C- C = C-C-C C=C-C-C C 先长后短 C-C-C-C-C 书写方法: ①碳架异构→②官能团位置异构 C-C=C-C C C-C-C=C C C-C-C C C 没有双键位置 补H！ 方法点拨：先考虑碳链异构，再考虑位置异构，位置异构可使用插入法（一般是针对烯烃、炔烃、酯、醚、酮等） 同一碳原子上的氢 乙烷 同一碳原子所连甲基上的氢 位于对称位置碳上的氢 等效氢 新戊烷 2.等效氢法 单官能团有机物分子可以看作：烃分子中一个氢原子被其他的原子或原子团取代的产物，确定其同分异构体数目时，实质上是看处于不同位置的氢原子的数目，有几种氢原子，就有多少种一取代物。 如何判断有一个分子结构中有多少种氢呢？我们学习一个必备知识：等效氢。 同学们观察甲烷上的结构，由于甲烷的正四面体构型，所以这4个氢原子都是等效的，所以同一碳原子上的氢是等效的，也就是说甲烷上只有一种氢，因此一氯甲烷也只有一种结构。那如果将甲烷上的四个氢原子换成甲基，那么这四个甲基也是等效的，所以这个新戊烷上的12个氢原子也是等效的，所以无论氯原子取代新戊烷上的哪一个氢原子，其实都是一样的，他的一氯取代物也只有一种。还有一种情况是位于对称位置的氢也是等效的，例如这个乙烷分子，他是左右对称结构，所以分子上的6个氢原子都是等效的，一氯乙苯也只有一种结构。 另外苯环上的氢，虽然我们书写上，这个苯环是单双键交替的形式，但实际上苯环形成的是大π键，苯环上的每一个碳碳键都是等效的，因此苯环上的6个氢也是等效的，也就是说苯环上的一氯代物只有一种。 下列有机物的一氯取代物数目是？ CH3CH2CH2CH2CH3 CH3-CH2-CH-CH2-CH3 CH2 CH3 CH3 CH3 – C – CH2- CH3 CH3 对称轴 ③ ② ① ② ③ 对称点 ③ ② ① ② ③ ② ③ 对称点 ① ① ① ② ③ 对称面 a a a a b b b b 3种 3种 3种 2种 2、 1、下列有机物中一氯代物的同分异体的数目 CH3-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH3 CH3 1 2 3 4 4种 1 2 2种 C4H10O 醇的同分异构体几种？ C C C C C C C C OH OH C C C C OH OH C C C C 醇 尝试找出丁烷和戊烷的等效氢 C4H10等效氢几种？ C4H10Cl同分异构体几种？ C4H9O（ C4H9~OH)的醇有几种？ C4H9~丁基的同分异构体有几种？ C5H10O2（ C4H9~COOH)的酸有几种？ C4H10等效氢4种 C4H9Cl同分异构体4种 C4H10O（ C4H9~OH)的醇有4种 C4H9~丁基的同分异构体有4种 C5H10O2（ C4H9~COOH)的酸有4种 口诀11248 (1)烷烃(降碳对称法) 主链由长到短 支链由整到散 位置由心到边 排布由邻、对到间 (2)烯烃(插入法) 先写出可能的碳链形式(碳骨架) 再将官能团(双键)插入碳链中 (此法也可适用于炔烃、酯等) (3)醇(取代法) 先碳链异构：写出可能的碳链 后位置异构：移动官能团(—OH) 的位置 课堂小结 深度思考 （1）碳架如何异构？写出甲烷到庚烷的同分异构体(口诀：甲乙丙丁戊己庚1112359) （2）烯烃位置如何异构？ （3）一氯代物如何异构？戊醇有几种同分异构体？ 减碳对称法 烷烃CnH2n+2：甲烷1乙烷1丙烷1 丁烷2种 戊烷3种 已烷5种 庚烷9种（主链5碳5种 乙基+对2+邻+间） 插入法（用于烯烃，炔烃，醚，酮，酯等） 等效氢法（用于卤代烃，醇，酚，羧酸等） 一元取代物（口诀11248） （4）二氯代苯的位置异构有几种， 四氯代苯呢？ C4H10等效氢几种？ C4H10Cl同分异构体几种？ C4H10O（ C4H9~OH)的醇有几种？ C4H9~丁基的同分异构体有几种？ C5H10O2（ C4H9~COOH)的酸有几种？ C4H10等效氢4种 C4H9Cl同分异构体4种 C4H10O（ C4H9~OH)的醇有4种 C4H9~丁基的同分异构体有4种 C5H10O2（ C4H9~COOH)的酸有4种 二元取代物（定1移1） 对于二元取代物的同分异构体的判断，先固定一个取代基的位置， 再移动另一个取代基，以确定同分异构体的数目。 例：判断CH3CH2CH3的二氯代物的数目 第一步：固定第一个Cl原子有2种 第二步：固定第二个Cl原子 C C Cl C Cl Cl C C Cl C C C Cl C Cl C C Cl C Cl Cl C C Cl C 重复 3.定一移一法 【练习】 判断正丁烷的二氯代物的数目 6 课堂笔记 减碳对称法 烷烃CnH2n+2：1112359 （庚烷主链5个碳的同分异构体有5种 乙基+对2+邻+间） 插入法（用于烯烃，炔烃，醚，酮，酯等） 等效氢法（用于卤代烃，醇，酚，羧酸等） 一元取代口诀11248 二元取代（定1移1）丙4 5 丁9 12 思路：先定官能团种类，再排碳骨架，最后定官能团位置 醇和醚的同分异构体 C4H10O C C C C C C C C OH OH C C C C OH OH C C C C 醇 醚 C C C C C C C C O C C C C O O 思路：先定官能团种类，再排碳骨架，最后定官能团位置 添H！ 方法点拨：位置异构可使用“插入法”(一般是针对酯、醚、酮等) CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C2H5 ∴ C5H10的同分异构体： 5种烯烃+5种环烷烃=10种 环烷烃的同分异构体 （C5H10） 补充练习 1.某有机物的结构简式为CH2=CH-C≡CH，则该有机物分子中含有σ键和π键的数目分别为 A．6、3 B．7、3 C．7、4 D．6、4 课堂检测 B 2.乙醇分子中的化学键如图所示，乙醇与金属钠反应时断裂的键位于 A．①处 B．②和⑤处 C．③处 D．④处 A 1.某有机物的结构简式为CH2=CH-C≡CH，则该有机物分子中含有σ键和π键的数目分别为 A．6、3 B．7、3 C．7、4 D．6、4 课堂检测 B 2.已知某有机物的分子式是C6H8O4，下列关于该分子的结构推测合理的是 A．可能含有1个苯环 B．可能含有2个碳碳三键和4个羟基 C．可能含有2个羧基和1个碳碳双键 D．可能含有1个醛基、2个羧基和1个碳碳双键 C 3.试从键的极性强弱角度比较甲酸、乙酸、丙酸的酸性强弱？ 烃基为推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的羟基极性越小，羧酸的酸性越弱。 甲酸 > 乙酸 > 丙酸 【解释】 4.立方烷(C8H8)为人工合成的烃，又称为五环辛烷，外观为有光泽的晶体。八个碳原子对称地排列在立方体的八个顶点上。人们曾一度认为其不可合成，因为碳碳键的键角均为90度，张力过大而不稳定。不过当此物质被合成出以后，人们发现它在动力学上很稳定。立方烷生成热、密度等均很大，因而备受瞩目。 (1)立方烷的一氯代物有几种？ (2)立方烷的二氯代物有几种？ (3)立方烷的三氯代物有几种？ 1种 3种 3种 $