Transcript 有机化学
第一节 基本概念及研究方法 1、有机物的分类 链烃（烷、烯、炔） 烃 芳烃（苯及苯的同系物） 卤代烃 有 机 物 醇、酚 烃的衍生物 醛、酮、糖 羧酸、酯、氨基酸 高分子化合物（天然高分子、合成高分子） 有机物：含碳元素的化合物 （除CO、CO2、碳酸及其盐、氰化物及金 属碳化物等）。 烃:仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化 合物， 烷烃:碳原子之间都以碳碳单键结合成链状 烃叫烷烃,也叫做饱和烃， ． 烯烃 分子中含有碳碳双键的一类链烃叫做烯烃． 炔烃 分子里含有碳碳三键的一类链烃叫做炔烃． 芳香烃 分子里含有苯环的一类烃叫做芳香烃． 3、烷烃命名 • 习惯命名法：正、异、新 • 系统命名法： （1）选主链，称 “某烷” （含有碳原子数目 最多的链）． （2）支链作为取代基，称 “某基” 支链位置编号最小 相同取代基合并 先简后繁 4、基、官能团 基 特性 电中性，不能单独稳定存在 官能团 决定有机物的化学性质 实例 －CH3、－Cl、 －COOH、－NH2 －OH、－CH2－ －OH、－X等 关系 官能团属于基，但基不一定是官能团，如甲基－CH3不 是官能团 常见官能团（名称）： 卤原子(－X)、羟基(－OH)、醛基(－CHO)、 羧基(－COOH)、硝基(－NO2)、 酯基(－COO－)、氨基(－NH2) 碳碳双键（－C=C－）、 碳碳三键（－C≡C－） ｜ ｜ 5、同系物 • 定义： 结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2 原子团的物质互相称为同系物．烷烃中的甲烷、 乙烷、丁烷等等，它们互为同系物． • 性质规律 ①化学性质相似 ②同系物随碳原子数增加，相对分子质量增大， 分子间作用力增大，物质的熔沸点逐渐升高 （分子晶体的熔沸点规律） 6、同分异构体 分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构 体． 如：正丁烷、异丁烷 同分子式 同分异构体 不同结构 结 构 异 构 碳骨架异构 官能团位置异构 官能团异构 顺反异构 同最简式 同组成元素 同质量分数 同式量 碳骨架异构：如：正丁烷、异丁烷 官能团位置异构：如：1-丁烯和2-丁烯； 1-丙醇和2-丙醇 官能团异构：如：环己烷和1-己烯； 甲酸甲酯和乙酸 顺反异构：如：顺-2-丁烯和反-2-丁烯 书写方法： 顺序: 碳链异构→位置异构→官能团异构 主链由长到短, 支链由整到散, 位置由心到边 排列由邻到间 7、几种基本结构模型 空间构型 结构特点 甲烷 正四面体 乙烯 平面形 乙炔 直线形 苯 平面正 六边形 任意三个原子共平面，所有 原子不可能共平面，单键可 旋转 6个原子共平面，双键不能 旋转 4个原子在同一直线上，三 键不能旋转 12个原子共平面 8. 研究有机化合物的一般步骤和方法 步骤 方法 ① 分离、提纯 蒸馏、重结晶、萃取 ② 元素定量分析确定实验式 （定性分析被教材忽略） 李比希元素分析法（燃烧法） 现代仪器分析法 ③ 测定相对分子质量， 确定分子组成（分子式） 相对密度法（传统） 质谱法（现代） ④ 确定分子结构 根据性质实验猜测（传统方法）、 红外光谱、核磁共振氢谱（现代） 质谱是测定有机物相对分子质量 红外光谱可以获得化学键和官能团的信息 CH3CH2OH的红外光谱 核磁共振氢谱可以获得有机物分子 中，氢原子的类型及它们的数目 CH3CH2OH的核磁共振氢谱 第二节重要的有机物（结构、性质） 1、烃 8班 2、烃的衍生物 2CH3CH2OH＋2Na→2CH3CH2ONa＋H2↑ 2CH3CH2OH＋O2 2CH3CHO＋2H2O 6班 CH3CHO＋2Ag(NH3)2OH CH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O Cu2+＋2OH-＝Cu(OH)2↓ CH3CHO＋2Cu(OH)2 3CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O C6H12O6(s)＋6O2(g)→6CO2(g)＋6H2O(1) 1 mol葡萄糖完全氧化，放出约2804kJ的热量． CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO ＋2Cu(OH)2 CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOH— COOH ＋Cu2O↓＋2H2O 第三节有机反应的主要类型 1、取代反应有机物分子里的某些原子或原 子团被其他原子或原子团所代替的反应叫 做取代反应 特点：“有进有出” 包括：卤代、硝化、酯化、水解、分子间脱水 有机物 烷,芳烃,酚 苯及其同系物 醇 醇 酸 酯 卤代烃 二糖及多糖 蛋白质 无机物/有机物 X2 HNO3 醇 HX 醇 酸溶液或碱溶液 碱溶液 H2O H2O 反应名称 卤代反应 硝化反应 脱水反应 取代反应 酯化反应 水解反应 水解反应 水解反应 水解反应 2、加成反应 有机物分子中的不饱和键（双键或三键）两端 的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新 的化合物的反应，叫做加成反应． 特点：“有进无出” 包括：烯烃及含C=C的有机物、炔烃及含C≡C的有 机物与H2、X2、HX、H2O加成、苯环、醛基、不 饱和油脂与H2加成 说明： 1.和H2加成的条件一般是催化剂（Ni）+加热 2.和水加成时，一般在一定的温度、压强和催化剂 条件下 3.不对称烯烃或炔烃和H2O、HX加成时可能产生 两种产物 4.醛基的C=O只能和H2加成，不能和X2加成，而 羧基和酯 的C=O不能发生加成反应 5.若一种物质中同时存在C=C、醛基等多个官能团 时，和氢气的加成反应可同时进行，也可以有选择地 进行，看信息而定 3、消去反应 有机物分子去掉一个小分子，同时生成不 饱和新的有机物化合物的反应，叫做消去 反应。 特点：“有出无进” 包括：醇消去H2O生成烯烃、 卤代烃消去HX生成烯烃 说明： 1.消去反应的实质：－OH或－X与所在碳相邻的碳 原子上的－H结合生成H2O或HX而消去 2.不能发生消去反应的情况：－OH或－X所在的碳 无相邻碳原子，或相邻碳原子上无氢（注意区分不 能消去和不能氧化的醇） 3.有不对称消去的情况，由信息定产物 4.消去反应的条件：醇类是浓硫酸＋加热； 卤代烃是NaOH醇溶液＋加热 4、聚合反应 （1）加聚反应 含有碳碳双链的不饱和有机物，以加成的方式相互结合， 生成高分子化合物的反应 发生加聚反应的有烯烃以及它们的衍生物如：丙烯酸、甲 基丙烯酸甲酯等 （2）缩聚反应 有机物单体间通过失去水分子等小分子形成高分子化合 物的反应 如乳酸（C3H6O3）发生聚合反应生成聚乳酸酯 对于加聚反应，缩聚反应要熟练掌握单体聚合体，以及高聚 物中的链节。 5、氧化反应 特点：有机物得氧或去氢 包括： 燃烧反应、被空气（氧气）氧化、 被酸性KMnO4溶液氧化， 醛基的银镜反应和被新制Cu(OH)2悬浊液氧化 烯烃被臭氧氧化 （O3，Zn/HCl，双键断裂，原双键碳变为C=O）(4班) 说明： 有机物一般都可以发生氧化反应，此过程发 生了碳碳键或碳氧键的断裂 醇氧化的规律： 伯醇氧化成醛，如CH3CH2OH 仲醇氧化 成酮，如(CH3)2CHOH 叔醇不能被氧化，如(CH3)3COH 多官能团物质被氧化的顺序看信息 还原反应 特点：有机物得氢或去氧 包括：烯、炔、苯环、醛、油脂等和氢气加成， 硝基被还原为氨基 （如硝基苯被Fe+HCl还原为 苯胺） 说明： “氧化”和“还原”反应是针对有机物而言 的，有机物被氧化则定义为氧化反应，有机物被 还原则定义为还原反应 各类反应与物质间的联系 • 1．取代：烷烃、芳香烃、醇、酚、酯、羧酸、卤代烃 烯烃、炔烃、苯、醛、酮、油脂、单糖 • 2．加成(加聚)： 醇、卤代烃 • 3．消去： • 4．氧化： ＋O2(加催化剂): 烯烃、醇、醛 ＋KMnO4 ＋银氨溶液或 新制氢氧化铜 烯、炔、油脂、苯同系物、醛、 葡萄糖 醛、甲酸、甲酸酯、 葡萄糖、麦芽糖 • 5．还原： 醛、能与H2加成反应的烯、炔等 • 6．酯化： 醇、羧酸、葡萄糖、纤维素 卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖、蛋白质 • 7．水解(取代)： 第四节 重要有机物转化关系 +H2O + H2O - H2O 炔 烃 + H2 烯 + H2 烃 烷 烃 +X2 卤 + H2O +X2 (HX) -HX + X2 (HX) 氧化 醇 醛 代 烃 + HX 还原 氧化羧 酯化 酯化 水解 酯 酸 水解 第五节 有机合成 有机合成题的解题方法 有机合成的解题思路 有机合成遵循的原则 1、官能团的引入 烯烃与水加成 醛或酮与H2加成 ①羟基的引入 卤代烃碱性水解 酯的水解 烃与X2取代 ②卤原子的引入 不饱和烃与HX或X2加成 醇与HX取代 某些醇或卤代烃的消去引入C=C ③双键的引入 醇的氧化引入C=O 2、官能团的消除 ①加成消不饱和键 ②消去、氧化、酯化除羟基 ③加成、氧化除醛基 3、官能团的衍变 ①不同官能团间的转换 R—X R—C=C—R’ R—OH RCHO RCOOH RCOOR’ ②通过某种途径使一个官能团变为两个，如 CH3CH2OH HOCH2CH2OH ③通过某种途径使官能团的位置改变 有机合成题的解题方法 1.正推法：从反应物正推至生成物，例如： CH2=CH2 HOCH2CH2OH 2.逆推法 先确定合成物的类别及题中给定的条件，然后 从产物起一步一步反推至原料 逆推法的思维途径： （1）首先确定所要合成的有机物属于何种类别，以及题 中所给定的条件与所要合成的有机物之间的关系。 （2）以题中要求最终产物为起点，考虑这一有机物由甲 经过一步反应而制得，如果甲不是所给的已知原料，再进 一步考虑甲又是如何从另一有机物乙经一步反应而制得， 一直推导到题目中给定的原料为终点。 有机合成的解题思路 1、将原料与产物的结构进行对比，一比碳干的变 化，二比官能团的差异。 2、在合成某一种产物时，可能会产生多种不同的 方法和途径，应当在兼顾原料省、产率高的前提下， 选择最合理、最简单的方法和途径。 OH R-C-CN R' 例1：已知 R-C=O +HCN R' + H RCN RCOOH 试写出下图中A→F各物质的结构简式 HBr A NaOH H2O B [O] C HCN D H2O H+ E 浓H 2SO4 F C14H20O4 解： HBr 浓H 2SO4 Br NaOH H2O O C O O C F O OH [O] B OH CN O HCN C D H2O H+ OH COOH E 第六节 有机化学的计算 有机物分子式和结构式的确定 有机物组分讨论型计算 有机物条件和范围讨论型计算 有机物通式归纳法计算 有机物计算中曲线关系 有机物分子式和结构式的确定 （一）、一般思路 ①C、H等元素的质量 ② C、H等元素的质量比 ③ C、H等元素的质量分数 ④燃烧产物的质量 实验式 ① Mr m n ② Mr 22.40 ③ MA D AB ·M B m总 ④Mr n总 相对分子质量= ⑤ M r M A·a% M B·b% … mRT ⑥ Mr pV 通过计 算讨论 分子式 实验 结构式 有机物燃烧方程 式计算、讨论 （二）、基本方法 1、直接法：密 度（相 对密度 ）→摩 尔质量 →1mol分子中各元素原子的物质的量→分子式 2、最简式法：最简式CaHbOc. Mr n 12a b 16c 3、余数法： ①用烃的相对分子质量除以14，视商数和余 数确定分子式： m=2为烷烃 Mr(Cx H y ) Mr(CH2 ) Mr (Cx H y ) 14 =x+m m=0为烯烃 m=12为炔烃 m=8为苯或苯 的同系物 ②用烃的相对分子质量除以12， 视商数和余数确定分子式： Mr x y 若 12 则分子式为CxHy 对于烃的衍生物，先用相对分子质量减去氧原子总相 对分子质量，剩余的相对分子质量仍按上述方法进行 4、增减法： 减一个碳原子必增加12氢原子 Cn Hm 增一个碳原子必减少12氢原子 Cn-1Hm+12 同理，增加一个氧原子必减少一个CH4 5、平均分子式法：当烃为混合物时，先求 出平均分子式，再利用平均值，确定各种 可能混合烃的分子式 6、不定式法、讨论法 物质的提纯： 分散系 所用试剂 分离方法 乙酸乙酯（乙酸） 饱和Na2CO3 分液 溴乙烷（乙醇） 蒸馏水 分液 乙烷（乙烯） 酸性KMnO4、碱石灰 乙醇（NaCl） 洗气 蒸馏 苯（苯酚） NaOH溶液 分液 溴苯（溴） NaOH溶液 分液 乙醇（水） CaO 蒸馏 甲苯（乙醛） 蒸馏水 分液