鲁科版高中化学有机化学基础选修《有机化合物的结构与性质》

（鲁科版）有机化学基础（选修） 分 子 式 相 同 而 结 构 不 同 的 化 合 物 互 为 同 分异 构 体 。 同 分 异 构 体 现 象 是 有 机 化 合 物 种 类 繁多 数 量 巨 大 的 原 因 之 一 。二 .有 机 化 合 物 的 同 分 异 构 现 象1.同 分 异 构 体 的 概 念 : (1)同 分 异 构 的 内 涵 包 括 缺 一 不 可 的 两 点 : A.分 子 式 相 同 B.分 子 结 构 不 同 。 碳 原 子 成 键 方 式 的 多 样 性 导 致 有 机 化 合物 的 同 分 异 构 体 现 象 ， 即 分 子 式 相 同 而 结 构不 同 的 现 象 。 分 子 式 相 同 ， 各 种 元 素 的 质 量 分 数 均 对 应相 等 。 但 元 素 的 质 量 分 数 相 等 的 化 合 物 ， 分 子式 不 一 定 相 同 ， 不 一 定 是 同 分 异 构 体 。 如 乙 炔(C2H 2)、 苯 (C6H 6)和 苯 乙 烯 (C8H 8)不 是 同 分 异 构体 ;乙 烯 (C2H 4)、 丙 烯 (C3H 6)和 丁 烯 (C4H 8)不 是同 分 异 构 体 。 分 子 式 相 同 ， 相 对 分 子 质 量 必 然 相 同 ，但 相 对 分 子 质 量 相 同 的 分 子 式 未 必 相 同 ， 如相 对 分 子 质 量 均 为 46的 乙 醇 （ CH 3CH 2OH ）和 甲 酸 （ H COOH ） 分 子 式 明 显 不 同 。 附 :烷 烃 的 同 分 异 构 体碳 原 子 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10同 分 异 构体 数 1 1 1 2 3 5 9 18 35 75碳 原 子 数 11 12 15 20同 分 异 构体 数 159 355 4347 366319 交 流 .研 讨 下 列 每 组 中 的 两 种 有 机 化 合 物 皆 互 为 同 分 异构 体 ， 请 从 碳 原 子 的 连 接 顺 序 以 及 官 能 团 的 类别 和 位 置 角 度 说 明 它 们 为 什 么 互 为 同 分 异 构 体 ?1. CH 3-CH 2-CH =CH 2 1-丁 烯2. CH 3-CH 2-CH 2-OH 1-丙 醇 CH 3-CH =CH -CH 3 2-丁 烯 CH 3-CH -CH 3 2-丙 醇OH 3. CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 戊 烷4. CH 2=CH -CH =CH 2 1,3-丁 二 烯 CH 3-CH 2-CCH 1-丁 炔CH 3-CH -CH 2-CH 3 CH 32-甲 基 丁 烷 产 生 同 分 异 构 现 象 主 要 有 ： 碳 原 子 连 接 方 式不 同 ， 官 能 团 在 碳 链 上 位 置 可 以 不 同 ， 还 可 以相 同 原 子 形 成 不 同 的 官 能 团 ， 还 可 以 分 子 中 的原 子 在 空 间 排 列 方 式 不 同 等 。 也 就 是 说 ， 同 分异 构 体 的 类 型 有 四 种 ： 碳 链 异 构 (骨 架 )、 位 置异 构 、 官 能 团 异 构 (类 别 )、 立 体 异 构 。2.同 分 异 构 体 的 类 型结 构 异 构 碳 骨 架 异 构官 能 团 异 构 类 别 异 构位 置 异 构 下 列 各 组 物 质 中 ， 哪 些 属 于 同 分 异 构 体 ，是 同 分 异 构 体 的 属 于 何 种 异 构 ？ H 2N-CH 2COOH 和 H 3C-CH 2-NO2 CH 3COOH 和 H COOCH 3 CH 3CH 2CH O和 CH 3COCH 3 CH 3CH 2CH 2OH 和 CH 3CH (OH )CH 3练 习 1: 例 ： 写 出 C7H 16的 同 分 异 构 体 。书 写 规 则 ： 主 链 由 长 到 短 ， 支 链 由 整 到 散 ； （ 支 链 ） 位 置 由 心 到 边 ， 排 布 由 邻 到 间 CH 3-CH 2-CH 2-CH 2-CH 2-CH 2-CH 3 庚 烷 CH 3-CH 2-CH -CH 2-CH 2-CH 3CH 3 3-甲 基 己 烷 CH 3-CH -CH 2-CH 2-CH 2-CH 3CH 3 2-甲 基 己 烷3.同 分 异 构 体 的 书 写 （ 摘 碳 法 ） CH 3-CH 2-CH -CH 2-CH 3C2H 5 3-乙 基 戊 烷 CH 3-CH 2-C-CH 2-CH 3CH 3CH 3 3,3-二 甲 基 戊 烷 CH 3-CH -CH -CH 2-CH 3CH 3CH 3 2,3-二 甲 基 戊 烷 CH 3-CH -CH 2-CH -CH 3CH 3CH 3 2,4-二 甲 基 戊 烷 CH 3-CH 2-CH 2-C-CH 3CH 3CH 3 2,2-二 甲 基 戊 烷 CH 3-CH -C-CH 3CH 3CH 3CH 3 2,2,3三 甲 基 丁 烷 附 ： 同 位 素 、 同 素 异 形 体 、 同 系 物 、 同 分 异 构 体 四 概 念 （ “ 四 同 ” ） 的 比 较概 念 内 涵 比 较对 象 实 例同 位 素同 素 异形 体同 系 物同 分 异构 体 质 子 数 等 ， 中 子 数不 等 ， 原 子 之 间 原 子 氕 、 氘 、 氚同 一 元 素 形 成的 不 同 单 质 单 质 O2、O3结 构 相 似 ， 组 成 上差 一 个 或 n个 CH 2 C2H 6和 C4H 10相 同 分 子 式 ， 不同 结 构 的 化 合 物 CH 3(CH 2)3CH 3、C(CH 3)4化合物 同 一 碳 原 子 上 的 氢 原 子 是 等 效 的 同 一 碳 原 子 上 所 连 接 甲 基 上 的 氢 原 子 是 等 效 的 处 于 同 一 镜 面 对 称 位 置 上 的 氢 原 子 是 等 效 的4.一 元 或 多 元 取 代 物 的 判 断 方 法 与 技 巧(1)等 效 氢 常 见 一 元 取 代 物 只 有 一 种 的 10个 碳 原 子 以内 的 烷 烃 CH 3CH 3CH 4 CH 3CH 3-C-CH 3 CH 3 例 如 ： 对 称 轴CH 3CH 2CH 2CH 2CH 3 CH 3-CH 2-CH -CH 2-CH 3 CH 2 CH 3 CH 3CH 3 C CH 2- CH 3 CH 3 aa bbb baa (2)对 称 技 巧 进 行 一 氯 取 代 后 ， 只 能 生 成 3种 沸 点 不 同的 产 物 的 烷 烃 是 ( ) A、 (CH 3)2CH CH 2CH 2CH 3 B、 (CH 3CH 2)2CH CH 3 C、 (CH 3)2CH CH (CH 3)2 D、 (CH 3)3CCH 2CH 3 D练 习 2: 三 .有 机 化 合 物 结 构 与 性 质 的 关 系反 应 试 剂 相 关 反 应 的 化 学 方 程 式 1.官 能 团 与 有 机 化 合 物 性 质 的 关 系 .常 见 有 机 官 能 团 及 其 代 表 物 的 主 要 性 质 如 下 ： 官 能 团 代 表 物 主 要 性 质C=C H 2C=CH 2CC H CCH X CH 3CH 2BrOH CH 3CH 2OHCH 3CH OCH 3COOHCH 3COOC2H 5 COOR 氧 化 、 加 成 、 加 聚取 代 、 水 解消 去 、 酯 化 、 与 金 属 反 应氧 化 、 还 原 、 加 成酯 化 、 酸 性取 代 、 水 解 另 一 方 面 ,一 些 官 能 团 含 有 极 性 较 强 的 键 ,易 发生 相 关 的 反 应 。 如 醇 的 官 能 团 是 羟 基 (-OH )，它 具 有 很 强 的 极 性 ， 导 致 醇 类 的 一 些 化 学 特 性 。 一 方 面 ， 一 些 官 能 团 含 有 不 饱 和 的 碳 原 子 ，易 发 生 相 关 的 反 应 。 例 如 烯 烃 、 炔 烃 分 子 中 的官 能 团 是 -C=C-、 -C C-， 由 于 碳 原 子 不 饱 和 ，可 以 和 其 它 原 子 或 原 子 团 结 合 成 新 的 产 物 ， 使烯 炔 烃 的 化 学 性 质 比 较 活 泼 。 (2)具 有 相 同 官 能 团 的 有 机 化 合 物 具 有 相 同 的的 化 学 性 质 ； 结 构 相 似 的 有 机 化 合 物 具 有 相 似的 化 学 性 质 ； 具 有 多 官 能 团 的 有 机 化 合 物 具 有多 重 化 学 性 质 。 如 葡 萄 糖 (CH 2OH (CH OH )2CH O)既 具 有 -OH的 性 质 -可 以 发 生 酯 化 反 应 ， 又 具 有 -CH O的一 些 性 质 -可 氧 化 可 还 原 。 氨 基 酸 既 具 有 酸 性(-COOH 的 性 质 ),又 具 有 碱 性 (-NH 2的 性 质 )。 看 来 有 机 化 合 物 的 结 构 和 性 质 有 着 密 切 的 关系 。 结 构 决 定 性 质 -已 知 某 种 有 机 化 合 物 的结 构 ， 先 找 官 能 团 ， 然 后 从 键 的 极 性 、 碳 原 子的 饱 和 程 度 等 进 一 步 分 析 可 预 测 有 机 化 合 物 的性 质 。 性 质 反 映 结 构 -通 过 有 机 化 合 物 的 性质 ， 可 反 映 其 结 构 特 点 ， 如 官 能 团 的 种 类 个 数和 碳 原 子 的 连 接 方 式 等 。 茉 莉 醛 具 有 浓 郁 的 茉 莉 花 香 ， 其 结 构 简 式 如下 图 所 示 ：关 于 茉 莉 醛 的 下 列 叙 述 错 误 的 是 ( ) A.在 加 热 和 催 化 剂 作 用 下 ， 能 被 氢 气 还 原 B.能 被 高 锰 酸 钾 酸 性 溶 液 氧 化 C.在 一 定 条 件 下 能 与 溴 发 生 取 代 反 应 D.不 能 与 氢 溴 酸 发 生 加 成 反 应CH =C CH OCH 2(CH 2)3CH 3 D练 习 3: 练 习 4:某 有 机 物 A的 结 构 为 CH 3-CH 2-CH 2-CH -COOH 它 不 可 能 发 生 的 反 应 是 （ ） A.水 解 反 应 B.使 溴 的 四 氯 化 碳 溶 液 褪 色 C.与 金 属 钠 反 应 放 出 氢 气 D.与 乙 醇 在 浓 硫 酸 的 催 化 下 发 生 酯 化 反 应 2.不 同 基 团 间 的 相 互 影 响 与 有 机 化 合 物 性 质的 关 系 (1)有 机 化 合 物 分 子 中 的 邻 近 基 团 间 往 往 存在 着 相 互 影 响 ， 这 种 影 响 会 使 有 机 化 合 物 表现 出 一 些 特 性 。 由 于 苯 环 和 侧 链 的 相 互 影 响 ,使 苯 的 同 系 物 也有 不 同 于 苯 的 化 学 性 质 。 例 如 ， 苯 与 硝 酸 发 生取 代 反 应 的 温 度 是 50-60 ， 而 甲 苯 在 约 30 的温 度 下 就 能 与 硝 酸 发 生 取 代 反 应 。 也 就 是 说 ，甲 苯 比 苯 易 发 生 取 代 反 应 。 醇 、 酚 和 羧 酸 分 子 中 都 有 羟 基 (-OH ),故 皆可 和 钠 反 应 放 出 H 2， 但 由 于 所 连 基 团 不 同 ， 酸性 上 存 在 差 异 ， 与 钠 反 应 的 剧 烈 程 度 就 有 所 不同 。R-OH ：中 性 ， 不 能 与 NaOH 、 NaH CO3等 反 应 C6H 5-OH ：极 弱 酸 性 ， 能 与 NaOH 、 但 不 与 NaH CO3等 反 应RCOOH ：弱 酸 性 ， 能 与 NaOH 、 NaH CO 3等 均 能 反 应 (2)基 团 的 大 小 (如 -CH 3、 -C2H 5等 )、 碳 的 骨 架形 状 对 有 机 物 也 有 影 响 。 如 脂 肪 醇 、 脂 肪 酸 随着 烃 基 的 逐 渐 增 大 ， 溶 解 性 减 小 、 熔 沸 点 升 高 。醛 和 酮 的 官 能 团 都 含 羰 基 ， 但 醛 的 羰 基 上 连有 氢 原 子 ， 使 得 醛 和 酮 成 为 两 类 不 同 的 有 机 化合 物 。