高中化学选修五(第一章认识有机化合物)一、有机化合物的分类
有机化合物从结构上有两种分类方法:
一是按照构成有机化合物分子的碳的骨架来分类;二是按反映有机化合物特性的特定原子团来分类。
1、按碳的骨架分类
2、按官能团分类
表l-1 有机物的主要类别、官能团和典型代表物
三、有机化合物的命名
1、烷烃的命名
烃分子失去一个氢原子所剩余的原子团叫做烃基。烷烃失去一个氢原子剩余的原子团就叫烷基,以英文缩写字母R表示。例如,甲烷分子失去一个氢原子后剩余的原子团“—CH3”叫做甲基,乙烷(CH3CH3)分子失去一个氢原子后剩余的原子团“—CH2CH3”叫做乙基。
烷烃可以根据分子里所含碳原子数目来命名。碳原子数在十以的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示。例如,CH4叫甲烷,C5H12叫戊烷。碳原子数在十以上的用数字来表示。例如,C17H36叫十七烷。前面提到的戊烷的三种异构体,可用“正”“异”“新”来区别,这种命名方法叫习惯命名法。由于烷烃分子中碳原子数目越多,结构越复杂,同分异构体的数目也越多,习惯命名法在实际应用上有很大的局限性。因此,在有机化学中广泛采用系统命名法。下面以带支链的烷烃为例,初步介绍系统命名法的命名步骤。
(1)选定分子中最长的碳链为主链,按主链中碳原子数目称作“某烷”。
(2)选主链中离支链最近的一端为起点,用l,2,3等阿拉伯数字依次给主链上的各个碳原子编号定位,以确定支链在主链中的位置。例如:
(3)将支链的名称写在主链名称的前面,在支链的前面用阿拉伯数字注明它在主链上所处的位置,并在数字与名称之间用一短线隔开。例如,用系统命名法对异戊烷命名:
2—甲基丁烷
(4)如果主链上有相同的支链,可以将支链合并起来,用“二”“三”等数字表示支链的个数。两个表示支链位置的阿拉伯数字之间需用“,”隔开。
下面以2,3—二甲基己烷为例,对一般烷烃的命名可图示如下:
如果主链上有几个不同的支链,把简单的写在前面,把复杂的写在后面。例如:
2—甲基—4—乙基庚烷
2、烯烃和炔烃的命名
前面已经讲过,烷烃的命名是有机化合物命名的基础,其他有机物的命名原则是在烷烃命名原则的基础上延伸出来的。下面,我们来学习烯烃和炔烃的命名。
(1)将含有双键或三键的最长碳链作为主链,称为“某烯”或“某炔”。
(2)从距离双键或三键最近的一端给主链上的碳原子依次编号定位。
(3)用阿拉伯数字标明双键或三键的位置(只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字)。用“二”“三"等表示双键或三键的个数。
例如:
1—丁烯 2—戊炔
2—甲基—2,4—己二烯 4—甲基—1—戊炔
3、苯的同系物的命名
苯的同系物的命名是以苯作母体的。苯分子中的氢原子被甲基取代后生成甲苯,被乙基取代后生成乙苯。
如果两个氢原子被两个甲基取代后,则生成的是二甲苯。由于取代基位置不同,二甲苯有三种同分异构体。它们之间的差别在于两个甲基在苯环上的相对位置不同,可分别用“邻”“间”和“对”来表示:
邻二甲苯间二甲苯对二甲苯
若将苯环上的6个碳原子编号,可以某个甲基所在的碳原子的位置为l号,选取最小位次号给另一甲基编号,则邻二甲苯也可叫做1,2—二甲苯,间二甲苯叫做1,3—二甲苯,对二甲苯叫做1,4—二甲苯。
四、研究有机化合物的一般步骤和方法
1、分离、提纯
(1).蒸馏
蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质,而且该有机物热稳定性较强,与杂质的沸点相差较大时(一般约大于30℃),就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。
(2).重结晶
重结晶的首要工作是选择适当的溶剂,要求该溶剂:(1)杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大,易于除去;(2)被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度,受温度的影响较大。该有机物在热溶液中的溶解度较大,冷溶液中的溶解度较小,冷却后易于结晶析出,等等。
(3).萃取
萃取包括液—液萃取和固—液萃取。液一液萃取是利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同,将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。液—液萃取是分离、提纯有机物常用的方法,分液漏斗是萃取操作的常用玻璃仪器。一般是用有机溶剂从水中萃取有机物,常用的与水不互溶的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。固一液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程,在实验室和工厂中用专用的仪器和设备进行这一操作。
分离、提纯后的有机物经过纯度鉴定后,可用于进行元素组成的分析、相对分子质量的测定和分子结构的鉴定。
2、元素分析与相对分子质量的测定
(1).元素分析
元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧,分解为简单的无机物,并作定量测定,通过无机物的质分离
提纯
元素定量
分析确定
实验式
测定相对分子质
量确定分子式
波谱分析确
定结构式
量推算出组成该有机物元素原子的质量分数,然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比,即确定其实验式。
【例题】某含C、H、O三种元素的未知物A,经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为52.16%,氢的质量分数为13.14%,试求该未知物A的实验式。
元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的整数比。有了实验式,还必须知道该未知物的相对分子质量,才能确定它的分子式。目前有许多测定相对分子质量的方法,质谱法是最精确、快捷的方法。2).相对分子质量的测定——质谱法
质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。
它用高能电子流等轰击样品分子,使该分子失去电子
变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子、碎片离
子各自具有不同的相对质量,它们在磁场的作用下到达检
测器的时间将因质量的不同而先后有别,其结果被记录为
质谱图。右图中最右边的分子离子峰(CH3CH2OH)表示的
是上面例题中未知物质A的相对分子质量。
未知物A的相对分子质量为46,实验式C2H6O的式量是46,所以未知物A的实验式和分子式都是
C2H6O。但是,符合此分子式的结构式应有两种:
二甲醚乙醇
究竟它是二甲醚还是乙醇?只有鉴定分子结构才能够确定。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等,我们在这里仅介绍红外光谱与核磁共振氢谱的应用。
3、分子结构的鉴定
(1).红外光谱
例如,上面例题中未知物A的红外光谱图(如下图)上发现有O—H键、C—H键和C—O键的振动吸收。
因此,可以初步推测该未知物A是含羟基的化合物,结构简式可写为C2 H5—OH。
未知物A的红外光谱
2.核磁共振氢谱
未知物A(C2H5—OH)的核磁共振氢谱有三个峰(如图l—8),峰面积之比是1:2:3,它们分别为羟基的一个氢原子,亚甲基( >CH2 )上的二个氢原子和甲基上的三个氢原子的吸收峰。而二甲醚(CH3OCH3)中的六个氢原子均处于相同的化学环境中,只有一种氢原子,应只有一个吸收峰(如下图)。
未知物A的核磁共振氢谱
二甲醚的核磁共振氢谱
从上述未知物A的红外光谱和核磁共振氢谱可以知道:
(1)红外光谱图表明有羟基—OH、C—O键和烃基C—H键红外吸收峰;
(2)核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰。
因此,未知物A的结构简式应该是CH3CH2OH,而不是CH3OCH3。
一、各类烃的代表物的结构、特性
类别烷烃烯烃炔烃苯及同系物
通式C n H2n+2(n≥1) C n H2n(n≥2) C n H2n-2(n≥2) C n H2n-6(n≥6) 代表物结构式H—C≡C—H
相对分子质量Mr16 28 26 78
碳碳键长(×10-10m) 1.54 1.33 1.20 1.40 键角109°28′约120°180°120°
分子形状正四面体6个原子
共平面型
4个原子
同一直线型
12个原子共平面
(正六边形)
主要化学性质光照下的卤代;
裂化;不使酸性
KMnO4溶液褪色
跟X2、H2、HX、H2O、
HCN加成,易被氧
化;可加聚
跟X2、H2、HX、HCN
加成;易被氧化;
能加聚得导电塑
料
跟H2加成;FeX3
催化下卤代;硝
化、磺化反应
二、烃的衍生物的重要类别和各类衍生物的重要化学性质
类
别
通式官能团代表物分子结构结点主要化学性质
卤代烃一卤代烃:
R—X
多元饱和卤
代烃:
C n H2n+2-m X m
卤原子
—X
C2H5Br
(Mr:109)
卤素原子直接与烃基结
合
β-碳上要有氢原子才能
发生消去反应
1.与NaOH水溶液共热发生
取代反应生成醇
2.与NaOH醇溶液共热发生
消去反应生成烯
醇一元醇:
R—OH
饱和多元
醇:
C n H2n+2O m
醇羟基
—OH
CH3OH
(Mr:32)
C2H5OH
(Mr:46)
羟基直接与链烃基结合,
O—H及C—O均有极性。
β-碳上有氢原子才能发
生消去反应。
α-碳上有氢原子才能被
催化氧化,伯醇氧化为
醛,仲醇氧化为酮,叔醇
不能被催化氧化。
1.跟活泼金属反应产生H2
2.跟卤化氢或浓氢卤酸反
应生成卤代烃
3.脱水反应:乙醇
140℃分子间脱水成醚
170℃分子脱水生成烯
4.催化氧化为醛或酮
5.一般断O—H键与羧酸及
无机含氧酸反应生成酯
醚R—O—R′醚键C2H5O C2H5
(Mr:74)
C—O键有极性
性质稳定,一般不与酸、碱、
氧化剂反应
酚酚羟基
—OH
(Mr:94)
—OH直接与苯环上的碳
相连,受苯环影响能微弱
电离。
1.弱酸性
2.与浓溴水发生取代反应
生成沉淀
3.遇FeCl3呈紫色
4.易被氧化
醛醛基
HCHO
(Mr:30)
(Mr:44)
HCHO相当于两个
—CHO
有极性、能加成。
1.与H2、HCN等加成为醇
2.被氧化剂(O2、多伦试剂、
斐林试剂、酸性高锰酸钾
等)氧化为羧酸
酮
羰基
(Mr:58)有极性、能加成
与H2、HCN加成为醇
不能被氧化剂氧化为羧酸
羧酸羧基
(Mr:60)
受羰基影响,O—H能电离
出H+,受羟基影响
不能被加成。
1.具有酸的通性
2.酯化反应时一般断羧基
中的碳氧单键,不能被H2
加成
3.能与含—NH2物质缩去水
生成酰胺(肽键)