奥赛讲座之有机化学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高中化学奥林匹克竞赛系列讲座（四）,有机化学,福清一中化学组,、有机化学历史和展望,1828年德国化学家武勒从典型的无机化合物氰酸钾与氯化,铵，合成了有机物尿素。,KOCN + NH,4,Cl, CO(NH,2,),2,+ KCl,我国科学家在20世纪60年代首次合成具有生物活性的蛋白质,-结晶牛胰岛素,1、有机化学概述,、碳原子的成键特征,、共价数,根据共价键理论，某原子有几个未成对电子，就可以形成几个共价键，而价电子中的孤对电子，则可以形成配位键。,C,原子可形成,4,个共价键；,N、P,原子可形成,3个共价键，1个配位键,S、O,原子可形成,2个共价键，2个配位键,Cl、Br,原子可形成,1个共价键，3个配位键,H,原子可形成,1个共价键,碳元素的成键时电子云的重叠方式,（头碰头,键,、肩并肩键）,（1）,键,电子云头碰头重叠，重叠程度大,可绕键轴旋转。稳定，能发生取代。,（2）键电子云肩并肩重叠，重叠程度小不能旋转。易断裂，易发生加成反应。,、碳原子的成键特征,C原子的价电子：,2S,1,、2P,x,1,、2P,y,1,、2P,z,1,（1）、,成键时轨道的重叠要尽可能采取电子云密度最大的方向，要尽可能使生成物能量更低、更稳定。因此碳原子在成键时可能4个价电子轨道完全杂化（,SP,3,杂化,）、可能部分杂化（,SP,2,杂化、SP杂化,）,（2）、,碳原子在形成,4个共价单键,时，采用等性,SP,3,杂化形式。并且，为使成键电子对间的相互排斥力最小，这四个共价键构成一种“立体”的结构。,例如CH,4,：形成4个共价键键能、键长完全相等，夹角为109,。,28。,（3）、,在C,2,H,4,分子中，C原子为达到最外层8电子的稳定结构，,形成了2个共价单键,（,键）,，和一个双键,（键和键）,。这时碳原子采用了,SP,2,杂化形式形成了三个键。,乙烯分子中6个原子位于同一平面上,。,在C,2,H,2,分子中，碳原子形成了一个单键一个叁键，这时碳原子采用了,SP,杂化形式形成了,两个,键,，另外两个P电子分别与另外一个碳原子的两个P电子形成了,两个键,，,乙炔分子中4个原子位于同一直线上。,（4）、,在CH,2,=CHCH=CH,2,分子中，两个,键的电子,云为4个碳原子共用，该分子更加稳定。,“共轭” 键,又叫离域大键。例如苯分子：3个键的电子云为6个C原子共用。,、碳原子的杂化轨道与结构特点,1、sp,3,杂化轨道及其代表物和结构特点,、碳原子的基态、激发态,、碳原子的sp,3,杂化的优点：大头更大、成键能,力更强,、碳原子的sp,3,杂化轨道的电子云的模型：正四面体,、碳原子的sp,3,杂化轨道的成键的特点：全部是单键,即形成4个键,、代表物：CH,4,、CCl,4,2、sp,2,杂化轨道及其代表物和结构特点,碳原子的sp,2,杂化的优点：大头更大、成键能力更强,、碳原子的sp,2,杂化轨道的电子云的模型：,平面正三角形,、碳原子的sp,2,杂化轨道的成键的特点：,形成3个单键即3个键的同时又形成了1个,键,、代表物：乙烯、苯,3、 sp杂化轨道及其代表物和结构特点,碳原子的sp杂化的优点：大头更大、成键能力更强,、碳原子的sp杂化轨道的电子云的模型：直线型,、碳原子的sp杂化轨道的成键的特点：,形成2个单键即2个键的同时又形成了2个,键,代表物：乙炔,键,键,由原子轨道轴向交叠而成，交叠程度大,侧面交叠，交叠程度较小,电子云对键轴呈圆柱形对称分布，核对其束缚力较大,电子云分布在分子平面上下，流动性较大，极化性也大,绕键轴旋转不破坏交叠,不能自由旋转，CC原子相对旋转会减少甚至破坏交叠，造成键的断裂，因此有顺反异构现象。,键能大、稳定,键能较小，易破裂，易起化学反应,、高中有机化学中的常用概念或化学用语,1.4.1.分子式、最简式、通式,介绍各类烃的通式,1.4.2.结构式、结构简式,（,省单键、,碳架结构、,折线式）,（1）以C,5,H,12,为例介绍结构式和一般结构简式,（2）以C,6,H,14,为例介绍结构简式中的碳架结构,和折线式,1.4.3.同分异构体、同分异构现象,(1)同分异构体和同分异构现象的概念,(2)举例说明,、有机物的官能团,决定化合物化学特性的原子或原子团。,常见的官能团有：,C=C双键、CC叁键、卤素原子（X）、羟基（OH）,醛基（ CH）,O,羧基（COOH）,硝基,（,NO,2,）、磺酸基（ SO,3,H）、氨基（ NH,2,）,1.4.5.同系物（,概念,、,判断,）,（1）同系物的概念,（2）根据同系物的概念判断,2、有机物系统命名法,带支链烷烃,主链,选碳链最长、带支链最多者。,编号,按最低系列规则。从靠侧链最近端编号，如两端号码相同时，则依次比较下一取代基位次，最先遇到最小位次定为最低系统（不管取代基性质如何）。,取代基次序,IUPAC,规定依英文名第一字母次序排列。我国规定采用立体化学中“次序规则”：优先基团放在后面，如第一原子相同则比较下一原子。,2-,甲基,-3-,乙基戊烷,单官能团化合物,主链,选含官能团的最长碳链、带侧链最多者，称为某烯（或炔、醇、醛、酮、酸、酯、）。卤代烃、硝基化合物、醚则以烃为母体，以卤素、硝基、烃氧基为取代基，并标明取代基位置。,编号,从靠近官能团（或上述取代基）端开始，按次序规则优先基团列在后面。,多官能团化合物,（,1,）脂肪族,选含官能团最多（尽量包括重键）的最长碳链为主链。官能团词尾取法习惯上按下列次序：,OH,NH,2,（,=NH,）,C,C,C=C,（,2,）脂环族、芳香族,如侧链简单，选环作母体；如取代基复杂，取碳链作主链。,（,3,）杂环,从杂原子开始编号，有多种杂原子时，按,O,、,S,、,N,、,P,顺序编号。,顺反异构体,（,1,）顺反命名法,环状化合物用顺、反表示。相同或相似的原子或基因处于同侧称为顺式，处于异侧称为反式。,3,.,异构现象和立体化学,构造异构,分子式相同而构造式不同，即分子中原子互相连接的方式和次序不同，称构造异构。有碳架异构、位置异构、官能团异构、互变异构。,立体异构,构造式相同但原子或基团在空间的排列不同（即构型不同）产生的异构现象叫立体异构。如顺反异构、对映异构。,一、,甲烷的组成、结构和性质,1.甲烷的组成：,（1）元素组成 （2）质量组成 （3）分子组成,（4）通过质量组成推断分子组成的方法,2.甲烷的结构：,（1）分子结构,CH,4,分子中的碳原子是以sp,3,杂化轨道成键的,CH,4,分子是以碳原子为中心的正四面体，,键角为109,0,28,CH,4,分子的结构式,CH,4,分子的电子式,下列事实中能证明甲烷分子为正四面体而非正方形结构的是（ ）,3,Cl无同分异构体,2,Cl,2,无同分异构体,3,无同分异构体 D.CH键的键参数相同,（2）晶体结构,3.甲烷的性质：,（1）取代反应,取代反应的概念,甲烷的卤代：,A.甲烷氯代的化学反应方程式：,B.甲烷发生卤代反应的条件：光照且卤素单质为气体,甲烷氯代反应的分析,A.反应的机理：,B.有机产物的特点：,a.是否为混合物？,b.各种有机产物的名称和状态、颜色,C.各种产物的物质的量之间的关系：,a.,n,(HCl)最大，且,n,(HCl)=,n,(Cl,2,),b.,n,(CH,4,)=,n,(CH,3,Cl)+,n,(CH,2,Cl,2,)+,n,(CHCl,3,)+,n,(CCl,4,),C、,n,(HCl)=,n,(CH,3,Cl)+2,n,(CH,2,Cl,2,)+3,n,(CHCl,3,)+4,n,(CCl,4,),甲烷氯代反应实验的现象,A.混合气体的颜色：,B.产物的状态：,C.产物HCl的水溶性：,（2）裂解反应,甲烷常温时很稳定，高温时可断键,甲烷的高温裂解反应方程式：,以上反应的温度高低比较：,（3）燃烧,反应方程式：,点燃甲烷时的注意事项：,甲烷燃烧的现象：,A.火焰颜色淡蓝色、烟无烟或很淡的烟,B.分析原因,4.甲烷的制备：,（1）工业制备,（2）实验室制备,药品：无水CH,3,COONa和碱石灰,反应原理：（主反应、副反应以及反应的类型）,A.主反应方程式：,B.副反应方程式：,C.是否为取代反应？,碱石灰中的CaO的作用：,A.提供反应物 B.疏松导气,气体发生装置：同于O,2,、NH,3,气体收集方法：同H,2,、O,2,、NH,3,比较,性质验证实验：,A.不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色,B.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C.点燃燃烧：通过对产物的定性分析验证甲烷的元素,组成,尾气处理：点燃燃烧,实验室制甲烷反应原理的应用：,5.甲烷的用途：,一、,烷烃的组成、结构和性质,1.烷烃的组成：,（,1）元素组成 （2）分子组成（通式）（3）质量组成,2.烷烃的结构特点：,（1）分子结构 （2）晶体结构,3.烷烃的性质特点：,（1）取代反应,一元取代产物的判断与书写,二元取代产物的判断与书写,气态烷烃不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色,液态烷烃不能因反应使溴水褪色，,但能因萃取而使溴水褪色,（2）裂解反应,C,8,H,18,的均裂,C,4,H,10,的裂解,C,4,H,10,裂解后所得混合气体平均分子量的计算,（3）氧化反应,烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C,4,H,10,催化氧化制CH,3,COOH,烷烃的燃烧：用通式书写,烃C,x,H,y,燃烧的相关计算,A.燃烧后生成的CO,2,和H,2,O（g）的体积比为,a,b,最简式为：C,a,H,2b,分子式为：(C,a,H,2b,),n,B.燃烧前后混合气体的体积不变,分子式为：,C,x,H,4,具体为：CH,4,、C,2,H,4,、C,3,H,4,C.燃烧后生成的CO,2,和H,2,O（g）被NaOH溶液或,Na,2,O,2,固体充分吸收,讨论计算,4.常见的气态烷烃：,CH,4,、C,2,H,6,、C,3,H,8,、CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,、CH(CH,3,),3,、C(CH,3,),4,5.烷烃的物理性质：熔点、沸点的递变规律,三、烷烃的命名系统命名法,1.取代基：,（,1）烃基 （2）烃名 （3）甲基、乙基的电子式,2.烷烃的命名原则：,（1）选主链：,选取最长的碳链为主链保证取代基最小,。,（2）给主链命名：,碳原子数少于10：称某烷甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、,辛、壬、癸,碳原子数多于10：,称某某烷,（3）给主链编号：,先保证第一个烃基的位置最小,再依次保证甲基、乙基的位置最小,类推,（4）指出烃基的位置和名称：,烃基先小后大,合并同类项,（5）烃基位置、烃基名和主链名之间用短线连接。,四、烷烃的同分异构体的书写,1.烷烃的同分异构体的书写方法：,2.书写烷烃的同分异构体时的注意事项：,注意碳元素的四价规则,注意烃基连接的位置,注意检查是否有重复的书写,3.检查书写的烷烃的同分异构体是否正确的方法：,牢记上述注意事项,命名检查,4.写出C,5,H,12,、C,6,H,14,、C,7,H,16,可能的结构简式并命名,C,5,H,12,有3种 C,6,H,14,有4种 C,7,H,16,有9种,五、环烷烃,1.环烷烃的概念,2.常见的环烷烃,3,.,环烷烃与烷烃化学性质的比较,六、几个重要的概念,1.取代反应、卤代反应、氯代反应、溴代反应,2.同分异构体、同分异构现象、同系物（列）、同素异形体、同位素,3.烃,4.链烃、环烃,5.饱和烃、不饱和烃,6.烷烃、环烷烃,7.烃基,