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,1.1,、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,1.2,、碳原子的成键特征,1.2.1,、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。,1.2.2,、碳原子的成键特征,C,原子的价电子：,2,S,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。,1.3,、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,1.4,、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,1.4.4,、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,2.1,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,2.2,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。,2.3,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。,2.4,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,3.1,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。,3.2,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（）,A.CH,3,Cl,无同分异构体,B.CH,2,Cl,2,无同分异构体,C.CHCl,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,