选修5知识架构(张龙彦)

选修5知识架构

《有机化学基础》主要突出了“结构决定性质”这一主线。第一章以烃为载体，认识有机化合物的结构特点，初步体现了结构与性质的关系；第二章以烃的衍生物为载体，着重分析官能团与性质的关系，进一步体现了结构如何决定性质；第三章是前两章知识的综合运用，介绍合成有机化合物的基本思路和方法。

【知识总结】

一、有机化合物的结构与性质

1、有机化合物分类

2、有机化合物的命名

烷烃的命名是其它有机物命名的基础，主要包括选主链、编号、定取代基位置，为正确命名，必须做到以下三点：

(1)牢记“长、多、近、小”；

①主链要长：最长碳链作主链，主链碳数称某烷。

②支链数目要多：两链等长时，则选择连接支链数目多者为主链。

③起点碳离支链要近：支链近端为起点，依次编号定支链。

④支链位置序号之和要小：主链上有多个取代基时，按取代基所在位置序号之和较小给取代基定位。

(2)牢记五个“必须”；

①注明取代基的位置时，必须用阿拉伯数字2、3、4…表示。

②相同取代基合并后的总数，必须用汉字二、三、四…表示。

③名称中的阿拉伯数字2、3、4相邻时，必须用逗号“，”隔开。

④名称中凡阿拉伯数字与汉字相邻时，都必须用短线“—”隔开。

⑤如果有不同的取代基，不管取代基的位次大小如何，都必须把简单的写在前面，复杂的写在后面。

为便于记忆，可编成如下顺口溜：

定主链，称某烷，作母体；选起点，编号数，定支位；支名前、母名后；支名同，要合并；支名异，简在前；支链名，位次号，短线“—”隔。

(3)写法：取代基位置→取代基数目→取代基名称→烃名称。

以2,3—二甲基己烷为例，对一般有机物的命名可分析如下图：

其它烃或烃的衍生物命名时，需考虑官能团，选主链时应是含官能团在内的最长碳链为主链，编号时应是离官能团最近的一端编号，命名时应标出官能团的位置。

3、有机物中碳原子的成键形式

有机化合物中碳原子形成的都是共价键，根据碳原子形成的共同电子对数可分为单键、双键和叁键。根据形成键双方是否为同种元素的原子又分子极性键和非极性键。

4、有机化合物的同分异构现象：

碳原子成键方式的多样性导致了有机化合物中普遍存在同分异构现象。

5、有机化合物结构与性质的关系

(1)官能团决定有机化合物的性质

烯烃中的、炔烃中的－C≡C－、卤代烃中的－X、醇中的－OH、醛中的、

酮中的、羧酸中的决定了它们具有各自不同的化学性质。

(2)不同基团的相互影响，也会引起有机化合物的性质变化。

苯与苯的同系物性质不同，就是支链对苯环的影响。醇、酚中都有－OH，但连接－OH 的烃基不同，决定二者的化学性质有较大差别。

二、烃

1、烃的知识网络(烃的分类，通式，性质及典型代表物)

2、各种烃的化学性质的对比

三、烃的衍生物

烃的衍生物的知识网络

(一)醇与酚性质的对比

醇与酚所含的官能团都为－OH，但醇所连的烃基为链烃基，酚连的为苯环，决定二者化学性质有不同之处。

1、羟基中O－H键断裂

醇和酚都能与金属钠反应放出H

2

，但由于苯环的存在，使苯酚中O－H键易断裂，呈现

弱酸性，与NaOH能反应生成，醇与NaOH不反应。

由于苯环的存在，C－O键不易断裂，酚对外不提供－OH，但醇中的－OH能参与反应，醇能发生消去反应，酚不发生消去反应。

CH

3CH

2

OH CH

2

＝CH

2

↑＋H

2

O

醇中的－OH可被－X取代，酚不发生。

CH

3CH

2

OH＋HBr CH

3

CH

2

Br＋H

2

O

2、酚羟基对苯环C原子的影响

由于酚羟基的存在，使苯环邻位、对位碳上的氢变得活泼，易发生取代反应。

苯酚与甲醛可发生缩聚反应

(二)醛和酮性质的比较

1、醛、酮中的加成

2、醛的氧化反应

醛中的与酮的稍有不同，易被氧化为，酮不容易被氧化。

CH

3CHO＋2［Ag(NH

3

)

2

］OH CH

3

COONH

4

＋2Ag↓＋3NH

3

＋H

2

O

CH

3CHO＋2Cu(OH)

2

CH

3

COOH＋Cu

2

O↓＋2H

2

O

单糖中的葡萄糖也可发生上述两个反应，利用与新制Cu(OH)

2

的反应可检验是否患糖尿病，与银氨溶液反应制银镜。

(三)羧酸和酯的性质比较

羧酸的官能团为，酯的官能团为。二者的关系为：羧酸酯化能产生酯，酯水解能生成羧酸。

1、羧酸和酯的相互转化

羧酸的酯化：

酯的水解生成羧酸：

(1)酸性条件下的水解：CH

3COOCH

2

CH

3

＋H

2

O CH

3

COOH＋CH

3

CH

2

OH

(2)碱性条件下的水解：CH

3COOCH

2

CH

3

＋NaOH→CH

3

COONa＋CH

3

CH

2

OH

酯在碱性条件下水解较为彻底，工业生产就是利用油脂碱性条件下水解生成肥皂(高级脂肪酸的钠盐)，该反应称为皂化反应：

酯还可以发生醇解(酯交换)：

2、羧酸有别于酯的其它性质(1)酸性：

2RCOOH＋Na

2CO

3

→2RCOONa＋H

2

O＋CO

2

↑

(2)α－H的取代

3、氨基酸的两性

(1)酸性

(2)碱性

氨基酸的两性决定了蛋白质的两性

(3)脱水缩合形成肽键

也可发生缩聚反应形成高聚物

氨基酸缩合形成多肽，进一步形成蛋白质四、有机合成及其应用——合成高分子化合物

1、有机化合物分子式、结构式的确定

2、有机化合物合成的思路及合成路线

(1)构建碳骨架

原料分子通过碳骨架上增长和或减短碳链、成环或开环等合成所需的有机化合物。

(2)官能团的引入与转化

主要通过取代反应、消去反应、加成反应或氧化还原反来实现官能团的引入与转化。

(3)有机合成路线设计的一般程序

3、合成高分子化合物

(1)合成高分子化合物的反应类型对比。

加聚反应只生成高聚物，是通过加成聚合的方式得到；缩聚反应是脱去小分子而生成高聚物，生成高聚物的同时有小分子物质生成。

(2)高分子材料

常见的高分子材料有塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、黏合剂及密封材料。还有很多功能高分子材料，注意掌握依据高聚物判断单体的方法。

【例题分析】

例1、已知乙醇可以和氯化钙反应生成微溶于水的CaCl

2·6C

2

H

5

OH。有关的有机试剂的

沸点如下：CH

3COOC

2

H

5

为77.1℃；C

2

H

5

OH为78.3℃；C

2

H

5

OC

2

H

5

(乙醚)为34.5℃；CH

3

COOH为

118℃。实验室合成乙酸乙酯粗产品的步骤如下：在蒸馏烧瓶内将过量的乙醇与少量浓硫酸混合，然后经分液漏斗边滴加醋酸，边加热蒸馏。由上面的实验可得到含有乙醇、乙醚、醋酸和水的乙酸乙酯粗产品。

(1)反应中加入的乙醇是过量的，其目的是。

(2)边滴加醋酸，边加热蒸馏的目的是。

粗产品再经下列步骤精制：

(3)为除去其中的醋酸，可向产品中加入(填字母)。

A、无水乙醇

B、碳酸钠粉末

C、无水醋酸钠

(4)再向其中加入饱和氯化钙溶液，振荡分离，其目的是。

(5)然后再向其中加入无水硫酸钠，振荡，其目的是。

最后，将经过上述处理的液体加入另一干燥的蒸馏瓶内，再蒸馏，弃去低沸点馏分，收集沸点在76℃～78℃之间的馏分即得纯净的乙酸乙酯。

解析：醇跟酸发生酯化反应是可逆的，生成的酯发生水解生成醇和酸。为了使反应不断地向生成乙酸乙酯的方向进行，采取了使用过量乙醇和不断蒸出乙酸乙酯的措施。由于反应物和生成物的沸点比较接近，在蒸馏时可带出其他化合物，得到的乙酸乙酯含有各种其他物

质，因此需要精制。精制过程中选用的各种物质及操作应考虑要除去的CH

3COOH、CH

3

CH

2

OH

和H

2

O。

答案：(1)增大反应物乙醇的浓度，有利于反应向生成乙酸乙酯的方向进行。(2)增加醋酸浓度，减小生成物乙酸乙酯的浓度有利于酯化反应向生成乙酸乙酯的方向进行。(3)B。(4)除去粗产品中的乙醇。(5)除去粗产品中的水。

例2、某学生设计了如下3个实验方案，用以检验淀粉的水解程度。

甲方案：淀粉液水解液中和液溶液变蓝

结论：淀粉尚未水解

乙方案：淀粉液水解液无银镜现象

结论：淀粉尚未水解

丙方案：淀粉液水解液中和液

结论：淀粉水解完全

上述三方案操作是否正确？说明理由。上述三方案结论是否正确？说明理由。

解析：甲方案操作正确，但结论错误。这是因为当用稀碱中和水解液中H

2SO

4

后，加碘

水溶液变蓝色有两种情况：①淀粉完全没有水解；②淀粉部分水解。故不能得出淀粉尚未水解的结论。

乙方案操作错误，结论亦错误。淀粉水解完全后应用稀碱中和淀粉溶液中的H

2SO

4

，然

后再作银镜反应实验。本方案中无银镜现象出现可能尚未水解，也可能水解完全或部分水解。

丙方案结论正确，操作亦正确。

例3、近年来，乳酸成为人们的研究热点之一。乳酸可以用化学方法合成，也可以由淀粉通过生物发酵法制备。利用乳酸聚合而成的高分子材料具有生物兼容性，而且在哺乳动物体内或自然环境中，都可以最终降解成为二氧化碳和水。乳酸还有许多其它用途。

(1)在剧烈运动时，人体如果由ATP正常提供的能量不足，一般动用

在(填“有氧”或“无氧”)情况下提供能量，产生，使人有肌肉酸软无力的感觉，但稍加休息便会消失。

(2)乳酸可以与精制铁粉制备一种药物, 反应式为：2CH3CH(OH)COOH＋Fe→2[CH3CH(OH)COO]2Fe＋H2↑

反应式中，氧化剂是，还原剂是，产物乳酸亚铁可以治疗的疾病是。

(3)用乳酸聚合的纤维非常合适于做手术缝合线，尤其是做人体内部器官的手术时。试分析其中的原因

。

(4)利用乳酸合成高分子材料，对于环境有什么重要的意义？试从生物学物质循环的角度解释：。

解析：本题是化学与生物的综合，要充分利用题给信息，结合学过的知识讲行思考，问题会迎刃而解。

答案：(1)肝糖元、无氧、乳酸。

(2)乳酸［或CH3CH(OH)COOH］、铁(或Fe)、缺铁性贫血。

(3)聚乳酸本身对人体无毒，在体内可以水解成乳酸，最后降解成二氧化碳和水，通过人体的呼吸和排泄系统而被自动排出体外。故不需要二次开刀拆线，使其作为人体内部器官的手术缝合线具有独一无二的优越性。

(4)淀粉通过植物的光合作用由二氧化碳和水合成，再经生物发酵生成乳酸，因乳酸的生成来自天然，用乳酸合成的高分子材料又可以最终降解成为二氧化碳

和水，回归自然。可见，聚乳酸作为高分子材料的利用，是人类在巧妙地利用自然界实现自然界碳和水的循环。因此，对于环境保护具有特别重要的意义。