1-1 有機化合物的結構特點（原卷版）（人教版2019選擇性必修3）

第一章第一節(jié)有機化合物的結構特點榆次一中李金虎【學習目標】1．能辨識有機化合物分子中的官能團，判斷有機化合物分子中碳原子的飽和程度、鍵的類型，分析鍵的極性；能依據有機化合物分子的結構特征分析簡單有機化合物的某些化學性質。2．能認識有機化合物中共價鍵的類型，了解共價鍵的極性和有機反應的關系。3．能辨識同分異構現象，能寫出符合特定條件的同分異構體，能舉例說明立體異構現象?！舅仞B(yǎng)目標】1．通過辨識有機化合物的官能團，有機化合物的共價鍵類型與有機反應的關系，培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”的學科素養(yǎng)。2．通過掌握書寫有機化合物同分異構體的方法，培養(yǎng)學生“證據推理與模型認知”的學科素養(yǎng)。必備知識與關鍵能力知識點一：有機化合物的分類方法1．依據元素組成分類有機化合物eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(烴：烷烴、烯烴、炔烴、苯及其同系物等,烴的衍生物：鹵代烴、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯等))2．依據碳骨架分類3．依據官能團分類(1)官能團：決定有機化合物特性的原子或原子團。(2)有機化合物的主要類別與其官能團類別官能團代表物名稱、結構簡式烷烴—甲烷CH4烯烴(碳碳雙鍵)乙烯H2C=CH2炔烴—C≡C—(碳碳三鍵)乙炔HC≡CH鹵代烴(碳鹵鍵)溴乙烷CH3CH2Br醇—OH(羥基)乙醇CH3CH2OH酚醚(醚鍵)乙醚CH3CH2OCH2CH3醛(醛基)乙醛CH3CHO酮(酮羰基)丙酮CH3COCH3羧酸(羧基)乙酸CH3COOH酯(酯基)乙酸乙酯CH3COOCH2CH3胺—NH2(氨基)甲胺CH3NH2酰胺(酰胺基)乙酰胺典例1．下列8種有機物：①CH2CH2②③CH3OH④CH3Cl⑤CCl4⑥HCOOCH3⑦CH3COOCH2CH3⑧CH3COOH，按官能團的不同可分為()A．4類B．5類C．6類D．8類【答案】C【解析】解此類題如果不能將官能團進行正確分類，很可能導致錯選。由分析可知①屬于烯烴；②屬于酚；③屬于醇；④⑤屬于鹵代烴；⑥⑦屬于酯；⑧屬于羧酸。【易錯診斷】本題考查有機物所屬類別，需注意：①含有羥基官能團的有機物不一定屬于同一類，還要考慮它所連接的碳原子是鏈烴上的碳原子還是苯環(huán)上的碳原子；②一氯甲烷和四氯化碳雖然所含官能團(氯原子)的個數不同，但因其為相同的官能團，故應該歸為一類，前者叫一鹵代物，后者叫多鹵代物?！军c撥】官能團與有機物的關系(1)含有相同官能團的有機物不一定是同類物質。如芳香醇和酚官能團相同，但類別不同。①醇：羥基與鏈烴基、脂環(huán)烴或與芳香烴側鏈上的碳原子相連。如、、等。②酚：羥基與苯環(huán)上的碳原子直接相連。如等。(2)碳碳雙鍵和碳碳三鍵決定了烯烴和炔烴的化學性質，是烯烴和炔烴的官能團。苯環(huán)、烷基不是官能團。(3)同一種烴的衍生物可以含有多個官能團，它們可以相同也可以不同，不同的官能團在有機物分子中基本保持各自的性質，但受其他基團的影響也會有所改變，又可表現出特殊性。典例2．維生素C的結構簡式為，丁香油酚的結構簡式為，下列關于兩者所含官能團的說法正確的是()A．均含酯基 B．均含醇羥基和酚羥基C．均含碳碳雙鍵 D．均為芳香化合物【答案】C【解析】分析兩種物質的結構，可以看出：兩種物質分子中均含有碳碳雙鍵；而酯基存在于維生素C的結構中，丁香油酚不含酯基；維生素C中的羥基均為醇羥基，而丁香油酚的羥基與苯環(huán)直接相連為酚羥基；芳香化合物應含有苯環(huán)，維生素C中不含苯環(huán)，不屬于芳香化合物。故A、B、D三項均不正確。【點撥】常見官能團考查中的誤區(qū)誤區(qū)一烷烴分子中含有官能團(或所有有機物結構中都含有官能團)烷烴結構中存在碳碳單鍵和碳氫鍵，碳碳單鍵相對比較穩(wěn)定，不易斷裂，不能決定烷烴的化學性質，故碳碳單鍵不是官能團，即烷烴分子中不存在官能團。誤區(qū)二混淆酚和醇觀察結構時，酚應具備以下特點:存在苯環(huán)而非簡單的六元環(huán)；存在羥基，羥基與苯環(huán)中的碳原子直接相連。除此之外的僅含羥基官能團的有機物均是醇，如、、、CH3CH2CH2OH等都是醇。誤區(qū)三醛基、羰基(酮基)、羧基的結構式與結構簡式不分醛基的結構式是，結構簡式是—CHO，不能錯誤地表示為—COH；羰基(酮基)的結構式是，結構簡式是—CO—，兩端均有短線；羧基的結構式是，結構簡式是—COOH。知識點二：有機化合物中的共價鍵1．共價鍵的類型有機化合物的共價鍵有兩種基本反應類型：σ鍵和π鍵(1)σ鍵①形成：在甲烷分子中，氫原子的1s軌道與碳原子的一個sp3雜化軌道沿著兩個原子核間的鍵軸，以“頭碰頭”的形式相互重疊。②特點：通過σ鍵連接的原子或原子團可繞鍵軸旋轉而不會導致化學鍵的破壞。③穩(wěn)定性：鍵能相對較大，不易斷開。④斷鍵與反應類型的關系：主要發(fā)生取代反應。(2)π鍵①形成：在乙烯分子中，兩個碳原子均以sp2雜化軌道與氫原子的1s軌道及另一個碳原子的sp2雜化軌道進行重疊，形成4個C—Hσ鍵與一個C—Cσ鍵；兩個碳原子未參與雜化的p軌道以“肩并肩”的形式從側面重疊，形成了π鍵。②特點：通過π鍵連接的原子或原子團不能繞鍵軸旋轉。③穩(wěn)定性：π鍵的軌道重疊程度比σ鍵的小，所以不如σ鍵牢固，比較容易斷裂而發(fā)生化學反應。④斷鍵與反應類型的關系：主要發(fā)生加成反應。(3)σ、π鍵個數的計算一般情況下，有機化合物中的單鍵是σ鍵，雙鍵中含有一個σ鍵和一個π鍵，三鍵中含有一個σ鍵和兩個π鍵。2．鍵的極性與有機反應(1)共價鍵的極性與反應的活潑性①共價鍵的極性強弱②共價鍵的極性越強，在化學反應中越容易斷裂。(2)分子中基團之間的相互影響從共價鍵的極性角度解釋乙醇與鈉、水與鈉反應的差異：乙醇、水分別與鈉反應時，斷裂的都是分子中的O－H，但由于乙醇分子中的O－H的極性比水分子的極性弱，因此相同條件下，乙醇與鈉反應沒有與水反應劇烈。乙醇與HBr反應：CH3—CH2—OH＋H—Breq\o(→,\s\up8(△))CH3CH2—Br＋H2O，反應中乙醇分子中斷裂的鍵是C—O，原因是C—O鍵極性較強。典例3．如圖所示，在乙烯分子中有5個σ鍵、1個鍵，下列表述正確的是()A．C、H之間是sp2雜化軌道形成的鍵，C、C之間是未參加雜化的2p軌道形成的鍵B．C、C之間是sp2雜化軌道形成的鍵，C、H之間是未參加雜化的2p軌道形成的鍵C．sp2雜化軌道形成鍵，未雜化的2p軌道形成鍵D．sp2雜化軌道形成鍵，未雜化的2p軌道形成鍵【答案】C【解析】乙烯分子中含有4個C-H鍵和1個C=C鍵，C原子孤電子對數為0，σ鍵電子對數為3，則C原子采取sp2雜化，C、H之間的化學鍵是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間的化學鍵有一個是sp2雜化軌道形成的σ鍵，還有1個是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵，答案選C。典例4．下列關于有機化合物中化學鍵的說法不正確的是()A．烷烴中的化學鍵均為σ鍵B．CH3NH2中C—H鍵的極性比N—H鍵的極性弱C．乙烯分子中含有極性鍵和非極性鍵D．1個丙炔分子中含有5個σ鍵和3個π鍵【答案】D【解析】烷烴中所有鍵均為單鍵，均為σ鍵，A正確；N元素非金屬性強于C元素，故N與H之間共用電子對偏移程度大于C與H之間共用電子對偏移程度，故C—H鍵的極性比N—H鍵的極性弱，B正確；乙烯分子中碳與碳之間為非極性鍵，碳與氫之間為極性鍵，C正確；丙炔結構簡式為：CH3-C≡CH，碳碳之間含有2個σ鍵，碳氫之間含有4個σ鍵，故共有6個σ鍵，碳碳三鍵中含有2個π鍵，D錯誤；故答案選D。知識點三：有機化合物的結構特點及同分異構體現象1．有機化合物中碳原子的成鍵特點2．同分異構現象、同分異構體(1)概念：化合物分子式相同、結構不同的現象稱為同分異構現象。具有同分異構現象的化合物互為同分異構體。有機化合物的同分異構現象主要有構造異構和立體異構。(2)有機化合物的構造異構現象異構類別特點及實例碳架異構碳骨架不同，如：CH3—CH2—CH2—CH3和位置異構官能團的位置不同，如：CH2=CH—CH2—CH3和CH3CH=CHCH3官能團異構官能團種類不同，如：CH3CH2OH和CH3OCH3，常見的官能團異構有醇、酚、醚；醛與酮；羧酸與酯等(3)常見的官能團異構舉例組成通式可能的類別及典型實例CnH2n烯烴(CH2=CHCH3)、環(huán)烷烴()CnH2n－2炔烴(CH≡C—CH2CH3)、環(huán)烯烴()、二烯烴(CH2=CHCH=CH2)CnH2n＋2O醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)CnH2nO醛(CH3CH2CHO)、酮()、烯醇(CH2=CHCH2OH)、環(huán)醚CnH2nO2羧酸(CH3CH2COOH)、酯(HCOOCH2CH3、CH3COOCH3)、羥基醛(HO—CH2CH2—CHO)、羥基酮()CnH2n－6O同分異構體的書寫方法(1)烷烴C7H16的同分異構體(用碳架結構表示)。C—C—C—C—C—C—C、、、、、、、、烷烴只存在碳鏈異構，書寫時要注意全面而不重復，具體規(guī)則如下：(2)具有官能團的有機物一般按碳鏈異構→位置異構→官能團異構的順序書寫。以C4H10O為例且只寫出骨架與官能團①碳鏈異構?②位置異構?③官能團異構?C—C—C—C—OH、C—C—O—C—C(3)芳香族化合物兩個取代基在苯環(huán)上的位置有鄰、間、對3種?！究偨Y】同分異構體的書寫方法(1)降碳對稱法(適用于碳骨架異構，以C6H14為例)①將分子寫成直鏈形式：CH3CH2CH2CH2CH2CH3。②從直鏈上去掉1個碳原子形成—CH3，依次連在剩余主鏈對稱軸一側的各個碳原子上，得到多種帶有甲基且主鏈比原主鏈少一個碳原子的同分異構體。則得、兩種同分異構體?！咀⒁狻縜．將—CH3連在主鏈對稱軸的右側與連在左側的連接方式重復。b．甲基不能連在鏈端，否則與直鏈形式重復。③從主鏈上去掉2個碳原子形成取代基。當2個碳原子形成2個甲基(—CH3)時，在主鏈上先定1個甲基，按照“對”“鄰”“間”的位置依次移動另外1個甲基，注意不要重復。則得、兩種同分異構體。(2)取代法(適用于醇、鹵代烴等)先根據給定烷基的碳原子數，寫出烷烴的同分異構體的碳骨架，再根據碳鏈的對稱性，用其他原子或原子團取代碳鏈上的不同氫原子(即將官能團接到碳鏈上，接入時從端點的第一個碳原子開始)。如書寫分子式為C5H12O的醇的同分異構體，如下圖所示(圖中數字即為—OH接入后的位置)。(3)插入法(適用于烯烴、炔烴、酯、酮等)先根據給定烷基的碳原子數，寫出烷烴的同分異構體的碳骨架，再根據碳鏈的對稱性，將官能團插入碳鏈中，最后用氫原子補足碳的4個價鍵。如書寫分子式為C5H10O的酮的同分異構體，如下圖所示。、、【注意】此時“=O”不能連在鏈端C原子上，否則形成醛而不是酮?！舅季S建?！客之悩嬻w數目的判斷方法(1)基元法①丙基(—C3H7)有2種，則丙烷的一鹵代物、丙醇、丁醛、丁酸均有2種。②丁基(—C4H9)有4種，則丁烷的一鹵代物、丁醇、戊醛、戊酸均有4種。③戊基(—C5H11)有8種，則戊烷的一鹵代物、戊醇均有8種。④苯環(huán)上的二氯代物、三氯代物均有3種，苯環(huán)上三個取代基不同時有10種。(2)換元法如二氯苯(C6H4Cl2)有3種同分異構體，則四氯苯(C6H2Cl4)也有3種同分異構體；如CH4的一氯代物只有1種，則新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1種。(3)等效氫法(又稱對稱法)①同一碳原子上所連接的氫原子是等效的，如CH4分子中的4個氫原子是等效的。②同一碳原子上所連接的甲基上的氫原子是等效的，如新戊烷，其4個甲基等效，各甲基上的氫原子完全等效，也就是說新戊烷分子中的12個氫原子是等效的。③分子中處于鏡面對稱位置(相當于平面鏡成像時，物與像的關系)上的氫原子是等效的。如分子中的18個氫原子是等效的。烴分子中等效氫原子有幾種，則該烴一元取代物就有幾種同分異構體。(4)定一移一法對于二元取代物的同分異構體的判定，可固定一個取代基的位置，再移動另一個取代基，以確定同分異構體的數目。典例5．分子式為C4H8BrCl的有機物共有(不含立體異構)()A．8種B．10種C．12種 D．14種【答案】C【解析】C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2個H被1個Br和1個Cl取代得到的產物。C4H10有正丁烷和異丁烷2種，被Br和Cl取代時，可先確定Br的位置，再確定Cl的位置。正丁烷的碳骨架結構為eq\o(C,\s\up6(4))—eq\o(C,\s\up6(3))—eq\o(C,\s\up6(2))—eq\o(C,\s\up6(1))，Br分別取代1號碳原子和2號碳原子上的氫原子時，Cl均有4種位置關系，異丁烷的碳骨架結構為，Br分別取代1號碳原子和2號碳原子上的氫原子時，Cl分別有3種和1種位置關系，綜上可知C4H8BrCl共有12種結構，C項正確。典例6．]B()有多種同分異構體，同時滿足下列條件的同分異構體有________種(不考慮立體異構)；①苯環(huán)上有2個取代基②能夠發(fā)生銀鏡反應③與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應，其中核磁共振氫譜有五組峰，且峰面積之比為6∶2∶2∶1∶1的結構簡式為______________?！敬鸢浮?5【解析】的同分異構體滿足：①能發(fā)生銀鏡反應，說明結構中存在醛基，②與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應，說明含有酚羥基，同時滿足苯環(huán)上有2個取代基，酚羥基需占據苯環(huán)上的1個取代位置，支鏈上苯環(huán)連接方式(黑色點標記)：、共五種，因此一共有5×3＝15種結構；其中核磁共振氫譜有五組峰，因酚羥基和醛基均無對稱結構，因此峰面積之比為6∶2∶2∶1∶1的結構簡式一定具有對稱性(否則苯環(huán)上的氫原子不等效)，即苯環(huán)上取代基位于對位，核磁共振氫譜中峰面積比為6的氫原子位于與同一碳原子相連的兩個甲基上，因此該同分異構體的結構簡式為。核心價值與學科素養(yǎng)典例7．2021年國慶節(jié)期間，為了保持鮮花盛開，對大量盆栽鮮花施用了S-誘抗素制劑。S-誘抗素的分子結構如圖，下列關于該分子說法正確的是()A．含有碳碳雙鍵、羥基、酮羰基、羧基B．含有苯環(huán)、羥基、酮羰基、羧基C．含有羥基、酮羰基、羧基、酯基D．含有碳碳雙鍵、苯環(huán)、羥基、酮羰基【答案】A【解析】從圖示可知，該有機物的結構中存在3個碳碳雙鍵、1個酮羰基、1個醇羥基、1個羧基，A選項正確。典例8．科學研究發(fā)現，具有高度對稱的有機分子具有致密性高、穩(wěn)定性強、張力能大等特點，因此這些分子成為化學界關注的熱點。立體烷烴中有一系列對稱結構的烴，如：(正四面體烷C4H4)、(棱晶烷C6H6)、(立方烷C8H8)等，下列有關說法正確的是()A．立體烷烴的C原子都形成4個單鍵，因此它們都屬于烷烴B．上述一系列物質互為同系物，它們的通式為C2nH2n(n≥2)C．棱晶烷與立方烷中碳原子均為飽和碳原子，其二氯代物的種數不同D．苯、盆烯()與棱晶烷互為同分異構體【答案】D【解析】A項，立體烷烴的一個碳原子與其他三個碳原子之間都形成單鍵，還與H原子之間形成一個共價鍵，它們都屬于環(huán)烷烴，錯誤；B項，(正四面體烷C4H4)、(棱晶烷C6H6)、(立方烷C8H8)，它們不互為同系物，通式為C2nH2n(n≥2)，錯誤；C項，棱晶烷二氯代物的同分異構體有三種，立方烷的二氯代物的同分異構體也有三種，所以棱晶烷與立方烷中碳原子均為飽和碳原子，其二氯代物的種數相同，錯誤；D項，苯分子式為C6H6、盆烯()分子式為C6H6、棱晶烷分子式為C6H6，所以它們互為同分異構體，正確?！靖櫨毩暋炕A過關1．下列分子中，既有非極性鍵又含有π鍵的分子是()A．C2H4Cl2 B．HCHO C．H2O D．CH2=CH—CH32．下列關于同分異構體的分類錯誤的是()A．CH3CH(CH3)CH2CH3與CH3(CH2)3CH3屬于碳鏈異構B．CH3—CHCH—CH3與CH2CH—CH2—CH3屬于官能團異構C．與屬于位置異構D．CH2CH—CHCH2與屬于官能團異構3．只含有C、H、O、N的某有機物的簡易球棍模型如圖所示，下列關于該有機物的說法不正確的是()A．該有機物屬于氨基酸B．該有機物的分子式為C3H7NO2C．該有機物與CH3CH2CH2NO2互為同系物D．該有機物的一氯代物有2種4．如圖所示的有機物是制備青蒿素的重要原料，下列有關該有機物的說法不正確的是()A．分子式為C21H28O2B．能溶于水，屬于芳香烴C．可使酸性高錳酸鉀溶液褪色D．苯環(huán)上的一氯取代物有3種5．下圖①～④所代表的有機物中所有側面都是正方形。下列說法錯誤的是()A．①的鄰二氯代物只有1種B．②與苯乙烯可用酸性高錳酸鉀溶液鑒別C．①②③④的一氯代物均只有一種D．④與互為同分異構體能力達成6．用酒精消毒是大家都知道的常識?？善婀值氖?在醫(yī)療上所用的消毒酒精是體積分數為75%的酒精溶液，純酒精殺菌效果反而不好。這與蛋白質分子中存在許多憎水的基團和親水的基團有關。酒精分子有兩個末端，一端是憎水的(—C2H5)，可以破壞蛋白質內部憎水基團之間的吸引力；一端是親水的(—OH)，但它難以破壞蛋白質外部的親水基團之間的吸引力。只有酒精和水共同存在，蛋白質才會失去生理活性。因此，只有一定濃度的酒精溶液，才能達到良好的消毒殺菌目的。Ⅰ．有9種粒子：①NH2-②－NH2③Br-④OH-⑤－NO2⑥－OH⑦NO2⑧CH3+⑨－CH(1)上述9種粒子中，屬于官能團的有(填序號，下同)。

(2)其中能跟－C2H5結合生成有機化合物分子的粒子有。

(3)其中能跟C2H5+結合生成有機化合物分子的粒子有。

Ⅱ