《基本有机化合物》PPT课件.ppt

第九章 基本有机化合物 1 有机化合物概述 2 链烃 3 芳香烃 4 烃的含氧衍生物 第一节 概述 有机化合物 ： 碳氢 化合物及其 衍生物 。 （ CO、 CO2、 H2CO3除外 ） 有机化学 ：研究 碳氢 化合物及其 衍生物 的化学。 一、有机化合物和有机化学定义 二、分子结构表示方法 简化式： CH3 CH3； CH3CH2CH3 骨架式 立体结构式 模型 C O O H C H C H 3 O H 练习： 以下结构式，请同学指出错误，并改正。 C H 3 C H C H O H 2 C H 3 C H 3 C H 3 C H 2 C O H H H 改正： C H 3 C H C O H C H 3 C H 3 C H 3 C H 2 C H 2 O H H o r C H 3 C H 2 C H O o r 三、有机化合物的分类 两种分类法： （一）按碳架分类 （二）按官能团分类 官能团 指有机物中能决定一类化合物 主要性质的原子或基团 。见表 9-1 链状 碳环 杂环 第二节 链烃 分子中只含有 C、 H两种元素的化合物 碳氢化合物，简称烃。 链烃 环烃 饱和烃 不饱和烃 烷烃 烯烃 炔烃 脂环烃 芳香烃 一、链烃的结构 （ P111） （一） 碳原子的杂化 处于激发态的四个原子轨道可按不同方式重新 组合 杂化 。 所组合成的新的轨道 杂化轨道 。 根据杂化轨道理论，碳原子成键时处于 激发态 。 2 s 2 p 激 发 基态 激发态 6C C原子可形成的杂化轨道有三种类型： 杂化类型 夹角 空间构型 sp3 109 28 正四面 体 sp2 120 平面三角 形 sp 180 直线 形 杂化轨道呈一头大，一头小 葫芦形 ，利于成键。 2 s 2 p 2 p 2 p （二）烷烃和烯烃的结构 有机物中化学键 共价键 共价键成键方式有两种： 键 ：成键轨道沿键轴方向重叠（ 头碰头 ） 键 ：成键轨道相互平行，从侧面重叠（ 肩并肩 ） 1. 烷烃的结构 结构特征 ： C为 sp3杂化，各原子间以单键相连（ 键 ）。 如： 键角 10928，具有正四面体 构型。 由于 C上所连基团不同，键角 有所变化，但也接近 10928。 C H H H H s p 3 - sC H 4 , 甲 烷 s p 3 - sC H 3 C H 3 , C H H H C H H H s p 3 - s p 3 乙 烷 键的特点 ： 键能大，电子云对键轴呈圆柱形对称 分布。导致烷烃化学性质稳定。 2. 烯烃的结构 结构特征 ：含 C=C官能团，双键 C为 sp2杂化， 饱和 C为 sp3杂化。 乙烯为例 ： CH2= CH2 C H H C H H s p 2 - s s p 2 - s p 2 两个 C、四个 H处于 同一 平面 ，剩余 P轨道垂直此 平面，平行重叠成 键 。 键 双键由一个 键 + 一个 键 组成。 键的特点 ： （ 1） 键能小，重叠少，易断裂，发 生反应。（ 2）成键两 C不能自由旋转。 二、链烃的同分异构现象 （ P115 ） （一） 碳链异构 由于分子中碳原子的 连接方式 不同而形成不同 碳 链 的异构现象。 如：戊烷有三种碳链异构 （正）戊烷 异戊烷 新戊烷 C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H C H 2 C H 3 C H 3 C H 3 C C H 3 C H 3 C H 3 随着 C数增加，有机物会出现分子组成相同而 结构不同的现象 同分异构现象。 同样烯烃中也存在碳链异构。 如：丁烯 C4H8 C H C H 2 C H 3 C C H 3 C H 3 H 2 CH 2 C 1-丁烯 2-甲基 -1-丙烯 碳原子的类型 ： 伯 碳 1； 仲 碳 2； 叔 碳 3； 季 碳 4。 （ 伯氢 ）（ 仲氢 ）（ 叔氢 ） C H 3 C H 2 C C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H 3 2 1 答 案 ： 练习： 写出分子式为 C9H20，含有 8个 2 氢 原子和 12个 1 氢原子的烷烃结构式。 （二）位置异构 碳链骨架相同，但 官能团 位置不同而产生的 异构现象。 如：丁烯 C4H8 C H 2 C H C H 2 C H 3 C H 3 C H C H C H 3 1-丁烯 2-丁烯 （一）烷烃的命名 1. 普通命名法 用于简单烷烃， C1C10用天干： 甲 、 乙 、 丙 。 如 CH4甲烷， C5H12戊烷 ， C8H18辛烷 。 直链 ：前加“ 正 ” ，也可省略 含 “ CH3 CH(CH3) ”端基，无其他支链，前加“ 异 ” 含 “ CH3C(CH3)2 ”端基， 无其他支链，前加“ 新 ” 三、链烃的命名 （ P116） 例如： C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H C H 2 C H 3 C H 3 C H 3 C C H 3 C H 3 C H 3 （正）戊烷 异戊烷 新戊烷 复杂烷烃用系统命名法。 2. 系统命名法 烃基 烃分子去掉一个 H； 烷基 烷烃去掉一个 H。 常见的烷基见书上 P117，其中 14C 烷基要记住 。 原则 ： 主链选最长；侧链当作基；编号近侧链； 基位注在前 。 C H 3 C H C H 2 C H 2 C H C H 2 C H 2 C H 3 C H 2 C H 3 C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 C H C H C H 3 C H 2 C H C H 3 C H 3 C H 3 4-甲基 -6-乙基壬烷 （ *注： CH3、 CH2CH3位次 相同，小基先写。） 2,5-二甲基 -3-乙基己烷 （ *两条相同主链，选含取代基多的；如相同取 代基位次相同，则使第三取代基位次最小。） 练习：命名下列化合物 （二）烯烃的命名 类似烷烃： 主链含双键；编号近双键；号码 注在前 。 CH2=CH 乙烯基 ； CH3CH=CH 丙烯基 ； CH2=CHCH2 烯丙基 。 练习： C H 3 C H 2 C H C H 2 C C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 4-甲基 -2-乙基己烯 四、链烃的主要化学性质 1. 烯烃的 加成反应 （ P120） 加氢反应 H 2 / N i C H 3 C H 3C H 2 C H 2 加 X2、 HX C H 2 C H 2 B r 2 / C C l 4 H B r C H 2 C H 2 B r B r C H 3 C H 2 B r 键断裂，试剂中两个原子或原子团加 到相邻两个 C上。 褪色 鉴别双键 不对称试剂 加成反应取向： H B r+ C H 3 C H C H 3 B r C H 3 C H 2 C H 2 B r C H 3 C H C H 2 溴 丙 烷 2 - 溴 丙 烷 主要产物 马氏规则 不对称加成时， 氢 加在 含 H多 的双键 C上。 练习 ： C H 3 C H 2 C C H 2 C H 3 H B rC H 3 C H 2 C C H 3 C H 3 B r 2. 烯烃的 氧化反应 （ P124） 碱性或中性 酸性 R C H C H R K M n O 4 / O H R C H C H R O H O H 可用于鉴别双键 可推断原烯烃结构 R C H C H 2 K M n O 4 / H + R C O O H + C O 2 C C H R R R K M n O 4 / H + C O R R + R C O O H 酮 羧 酸 褪色 羧酸 单取代双键 C原子： = CHR 酮 双取代双键 C原子： =CR2 CO2 末端双键 C原子： =CH2 产 物 思考题 ： 某化合的分子式 C6H12，能使溴水褪色，加氢生 成正己烷。如用酸性高锰酸钾氧化，可得两种不同 的羧酸。试写出该化合物的结构式。 解： C H 3 C H C H C H 2 C H 2 C H 3 第三节 芳香烃 一、苯的分子结构 （ P129） （一） Kekul结构式 H H H H H H分子式： C 6H6 有局限性，如：苯的邻二元取代 物可写出两种，而实际只有一种。 X X X X = （二）苯结构的现代解释 每个 C剩下的 P轨道重叠 大 键 。 结构特征 ： C原子 sp2杂 化， 6个 C、 6个 H同一 平面 苯环平面 。 CC C C C C HH H H H H s p 2 - s p 2 s p 2 - s 电子云密度、键长平均化 结构可表示为： 二、苯的化学性质 取代反应 + C l 2 F e C l 3 C l 卤 代 氯 苯 + H O N O 2 H 2 S O 4 N O 2 硝 基 苯 硝 化 + H O S O 3 H S O 3 S O 3 H 苯 磺 酸 磺 化 分子中 H被另一个原子或基团所取代。 第四节 烃的含氧衍生物 1. 醇 酚 一、结构、官能团及类型 （ P140、 145、 150、 161 ） 通式 ： R-OH Ar-OH 官能团 ： 醇 -OH 酚 -OH -OH 羟基 如 ： C H 3 O H O H 醇可根据 -OH所连 C类型 不同分为： R C H 2 O H R C H R O H R C R R O H 伯 醇 仲 醇 叔 醇 酚可根据 -OH数目 分为：一元酚、多元酚。 O H O H O H 如： 2. 醛 酮 通式： R C O H R C O R C O 在 一 端 C O 在 中 间 C O H C O 官 能 团 ： 醛 基 酮 基 除 HCHO外， 一边连 H， 一边连 R。 两边连 R。 含 有 C O 羰 基 根据所连 R的种类 不同分为： 脂肪族醛、酮 C=O与脂肪烃基相连 芳香族醛、酮 C=O至少有一端与苯环相连 酮基一端连甲基 甲基酮 C H 3 C C H 2 C H 3 O C O C H 3 脂肪族甲基酮 芳香族甲基酮 3. 羧酸 通式： RCOOH 官能团 ： -COOH 羧基 根据 R的不同 可分为： 脂肪族、脂环族和芳香族羧酸。 二、主要化学性质 （一）醇 （ P142） 脱水反应 分 子 内 ： C H 3 C H 2 O H 1 7 0 H 2 S O 4浓 C H 2 C H 2 + H 2 O 分 子 间 ： 2 C H 3 C H 2 O H 1 4 0 H 2 S O 4浓 C H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 + H 2 O -消除 分子中脱去一个简单分子（如 H2O、 HX）形 成不饱和结构的反应 消除反应 乙烯 乙醚 C H 3 C H 2 C O H C H 3 C H 3 H 2 S O 4 C H 3 C H C C H 3 C H 3 Saytzeff规则 消除时， -C上 H少 的易消除。 消除反应的取向： C H 3 C H 2 C H C H 3 O H C H 3 C H 2 C H C H 2 C H 3 C H C H C H 3H 2 S O 4浓 + 1-丁烯 2-丁烯 主要产物 练习： H 3 C O H H 2 S O 4 CH3 氧化反应 氧化实质 脱去 2H（ OH上的 H和 -C上的 H）。 常用氧化剂 O： KMnO4 /H+； K2Cr2O7 /H+。 1 醇 醛 羧 酸 2 醇 O 酮 OO 3 醇 O 不 反 应； ； 可用作鉴别 3醇 。 练习 ： 1 . C H 3 C H 2 C H 2 O H K M n O 4 / H + 2 . O H K M n O 4 / H + 3 . C H 3 C H 2 C O H C H 3 C H 3 K M n O 4 / H + C H 3 C H 2 C O O H O 不反应 （二）酚 （ P146） 弱酸性 O H + N a O H O - N a + + H 2 O O H+ C O 2 + H 2 OO - N a + + N a H C O 3 酸性比碳酸弱。 与 FeCl3显色 含 酚 -OH的化合物均能与 FeCl3显色。 用于鉴别酚类 （三）醛和酮 （ P153、 155） 羰基的加成反应 加醇 R C O H + H O R 干 燥 H C l R C O R H O R 半 缩 醛 干 燥 H C l H O R R C O H H O R 缩 醛 + H 2 O 缩醛在 OH-中稳定，遇 H+分解，在有机合 成可用于 保护醛基 。 酮在同样条件下难反应。 半缩醛羟基 R C H 2 C H O + C l 2 R C H C H O C l O H - R C C H O C l C l C l 2 C H 3 C O R ( H ) C X 3 C O R ( H ) C H X 3 + ( H ) R - C O O -X 2 , O H - O H - 含 -H的醛、酮都可反应 。 OH-中分解 卤仿 常用 I2/NaOH作为反应试剂，产物为淡黄色 CHI3 碘仿反应 C H 3 C H ( R ) O + I 2 N a O H C O N a O ( R ) H + C H I 3 -H的取代反应 碘仿反应 思考：下列那些化合物能发生碘仿反应？ C H 3 C O C H 3 C H O H 凡 具 有 （ 先 氧 化 ） 结 构 的 化 合 物 均 可 发 生 碘 仿 反 应 。 、 ( 1 ) C H 3 C H 2 O H ( 2 ) C H 3 C H C H 2 C H 2 C H 3 O H ( 3 ) C H 3 C H 2 C H C H 2 C H 3 O H ( 4 ) C H 3 C H 2 C H 2 O H ( 5 ) C H 3 C H C H 2 C H 3 O H ( 6 ) C H 3 C H C H 3 O H ( 7 ) C H 3 C H 2 C H O ( 8 ) C O C H 3 I 2 / N a O H 来 鉴 别 ： C H 3 C O C H 3 C H O H 、 可 用 （ 甲 基 酮 ） 、 乙 醛 （ 醇 ） 。 （四）羧酸 （ P163、 164） 酸性 R C O O H + N a H C O 3 R C O O N a + H 2 O + C O 2 R C O O H + N a O H R C O O N a + H 2 O 酸性 酚、碳酸 酚 溶于 NaOH，不溶于 NaHCO3。 羧酸 溶于 NaOH和 NaHCO3。 酯的生成 羧酸与醇生成酯和水 酯化反应 C H 3 C O O H + C H 3 C H 2 O H C H 3 C O O C H 2 C H 3+ H 2 OH + 乙酸乙酯 一般用少量 H2SO4作催化剂，加快平衡到达时间。 练习： O H C O O H + N a H C O 3 O H C O O N a