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一、有机物的结构与性质
1、官能团的定义:决定有机化合物主要化学性质的原子、原子团或化学键。
原子:—X
原子团(基):—OH、—CHO(醛基)、—COOH(羧基)、C6H5—等
化学键:、
—C≡C—
C=C
官能团
2、常见的各类有机物的官能团,结构特点及主要化学性质
(1)烷烃
A)官能团:无;通式:CnH2n+2;代表物:CH4
B)结构特点:键角为109°28′,空间正四面体分子。烷烃分子中的每个C原子的四个价键也都如此。
C)化学性质:
①取代反应(与卤素单质、在光照条件下)
CH4+Cl2CH3Cl+HCl
光
CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl
光
,,……。
CH4+2O2CO2+2H2O
点燃
②燃烧
CH4C+2H2
高温
隔绝空气
③热裂解
C=C
(2)烯烃:
A)官能团:;通式:CnH2n(n≥2);代表物:H2C=CH2
B)结构特点:键角为120°。双键碳原子与其所连接的四个原子共平面。
C)化学性质:
①加成反应(与X2、H2、HX、H2O等)
CH2=CH2+Br2BrCH2CH2Br
CCl4
CH2=CH2+H2OCH3CH2OH
催化剂
加热、加压
CH2=CH2+HXCH3CH2X
催化剂
nCH2=CH2
CH2—CH2
n
催化剂
②加聚反应(与自身、其他烯烃)
CH2=CH2+3O22CO2+2H2O
点燃
③燃烧
(3)炔烃:
A)官能团:—C≡C—;通式:CnH2n—2(n≥2);代表物:HC≡CH
B)结构特点:碳碳叁键与单键间的键角为180°。两个叁键碳原子与其所连接的两个原子在同一条直线上。
C)化学性质:(略)
(4)苯及苯的同系物:
A)通式:CnH2n—6(n≥6);代表物:
B)结构特点:苯分子中键角为120°,平面正六边形结构,6个C原子和6个H原子共平面。
C)化学性质:
①取代反应(与液溴、HNO3、H2SO4等)
+Br2
+HBr↑
—Br
Fe或FeBr3
+HNO3
+H2O
—NO2
浓H2SO4
60℃
+3Cl2
紫外线
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
②加成反应(与H2、Cl2等)
+3H2
Ni
△
(5)醇类:
A)官能团:—OH(醇羟基);代表物:CH3CH2OH、HOCH2CH2OH
B)结构特点:羟基取代链烃分子(或脂环烃分子、苯环侧链上)的氢原子而得到的产物。结构与相应的烃类似。
C)化学性质:
①羟基氢原子被活泼金属置换的反应
HOCH2CH2OH+2NaNaOCH2CH2ONa+H2↑
2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑
CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O
△
②跟氢卤酸的反应
③催化氧化(α—H)
2CH3CHCH3+O22CH3CCH3+2H2O
OH
O
△
Cu或Ag
2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
△
Cu或Ag
HOCH3CH2OH+O2OHC—CHO+2H2O
△
Cu或Ag
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
△
浓H2SO4
(与官能团直接相连的碳原子称为α碳原子,与α碳原子相邻的碳原子称为β碳原子,依次类推。与α碳原子、β碳原子、……相连的氢原子分别称为α氢原子、β氢原子、……)
④酯化反应(跟羧酸或含氧无机酸)
O
CH3—C—CH3
O
—C—
O
—C—H
(6)醛***
A)官能团:(或—CHO)、(或—CO—);代表物:CH3CHO、HCHO、
B)结构特点:醛基或羰基碳原子伸出的各键所成键角为120°,该碳原子跟其相连接的各原子在同一平面上。
C)化学性质:
+H2CH3CHCH3
OH
O
CH3—C—CH3
△
催化剂
①加成反应(加氢、氢化或还原反应)
CH3CHO+H2CH3CH2OH
△
催化剂
②氧化反应(醛的还原性)
2CH3CHO+5O24CO2+4H2O
点燃
2CH3CHO+O22CH3COOH
催化剂
CH3CHO+2[Ag(NH3)2OH]CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O(银镜反应)
△
O
H—C—H+4[Ag(NH3)2OH](NH4)2CO3+4Ag↓+6NH3+2H2O
△
CH3CHO+2Cu(OH)2CH3COOH+Cu2O↓+H2O(费林反应)
△
O
—C—OH
(7)羧酸
A)官能团:(或—COOH);代表物:CH3COOH
B)结构特点:羧基上碳原子伸出的三个键所成键角为120°,该碳原子跟其相连接的各原子在同一平面上。
2CH3COOH+Na2CO32CH3COONa+H2O+CO2↑
C)化学性质:
①具有无机酸的通性
△
浓H2SO4
CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O(酸脱羟基,醇脱氢)
②酯化反应
O
—C—O—R
(8)酯类
A)官能团:(或—COOR)(R为烃基);代表物:CH3COOCH2CH3
B)结构特点:成键情况与羧基碳原子类似
C)化学性质:
水解反应(酸性或碱性条件下)
CH3COOCH2CH3+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH
△
△
稀H2SO4
CH3COOCH2CH3+H2OCH3COOH+CH3CH2OH
CH2COOH
NH2
(9)氨基酸
A)官能团:—NH2、—COOH;代表物:
B)化学性质:因为同时具有碱性基团—NH2和酸性基团—COOH,所以氨基酸具有酸性和碱性。
3、常见糖类、蛋白质和油脂的结构和性质
(1)单糖
A)代表物:葡萄糖、果糖(C6H12O6)
B)结构特点:葡萄糖为多羟基醛、果糖为多羟基***
C)化学性质:①葡萄糖类似醛类,能发生银镜反应、费林反应等;②具有多元醇的化学性质。
(2)二糖
A)代表物:蔗糖、麦芽糖(C12H22O11)
B)结构特点:蔗糖含有一个葡萄糖单元和一个果糖单元,没有醛基;麦芽糖含有两个葡萄糖单元,有醛基。
C)化学性质:
①蔗糖没有还原性;麦芽糖有还原性。
C12H22O11+H2O2C6H12O6
H+
麦芽糖
葡萄糖
C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6
H+
蔗糖
葡萄糖
果糖
②水解反应
(3)多糖
A)代表物:淀粉、纤维素[(C6H10O5)n]
B)结构特点:由多个葡萄糖单元构成的天然高分子化合物。淀粉所含的葡萄糖单元比纤维素的少。
C)化学性质:
(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6
H2SO4
淀粉
葡萄糖
△
①淀粉遇碘变蓝。
②水解反应(最终产物均为葡萄糖)
(4)蛋白质
A)结构特点:由多种不同的氨基酸缩聚而成的高分子化合物。结构中含有羧基和氨基。
B)化学性质:
①***:分子中存在氨基和羧基,所以具有***。
②盐析:蛋白质溶液具有胶体的性质,加入铵盐或轻金属盐浓溶液能发生盐析。盐析是可逆的,采用多次盐析可分离和提纯蛋白质(胶体的性质)
③变性:蛋白质在热、酸、碱、重金属盐、酒精、甲醛、紫外线等作用下会发生性质改变而凝结,称为变性。变性是不可逆的,高温消毒、灭菌、重金属盐中毒都属变性。
④颜色反应:蛋白质遇到浓***时呈黄色。
⑤灼烧产生烧焦羽毛气味。
⑥在酸、碱或酶的作用下水解最终生成多种α—氨基酸。
(5)油脂
A)组成:油脂是高级脂肪酸和甘油生成的酯。常温下呈液态的称为油,呈固态的称为脂,统称油脂。天然油脂属于混合物,不属于高分子化合物。
B)代表物:
R1—COOCH2
R2—COOCH
R3—COOCH2
C17H35COOCH2
C17H35COOCH
C17H35COOCH2
C17H33COOCH2
C17H33COOCH
C17H33COOCH2
油酸甘油酯:硬脂酸甘油酯:
C)结构特点:油脂属于酯类。天然油脂多为混甘油酯。分子结构为:
R表示饱和或不饱和链烃基。R1、R2、R3可相同也可不同,相同时为单甘油酯,不同时为混甘油酯。
D)化学性质:
①氢化:油脂分子中不饱和烃基上加氢。如油酸甘油酯氢化可得到硬脂酸甘油酯。
②水解:类似酯类水解。酸性水解可用于制取高级脂肪酸和甘油。碱性水解又叫作皂化反应(生成高级脂肪酸钠),皂化后通过盐析(加入食盐)使肥皂析出(上层)。
5、重要有机化学反应的反应机理
CH3—CH—OH
H
|
[O]
|
OH
CH3—CH—O—H
┊
┄
-H2O
O
CH3—C—H
(1)醇的催化氧化反应
说明:若醇没有α—H,则不能进行催化氧化反应。
△
浓H2SO4
O
CH3—C—OH+H—O—CH2CH3CH3COOCH2CH3+H2O
(2)酯化反应
说明:酸脱羟基而醇脱羟基上的氢,生成水,同时剩余部分结合生成酯。
二、有机化学反应类型
1、取代反应【水解反应,酯化反应】
指有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团取代的反应。
常见的取代反应:
⑴烃(主要是烷烃和芳香烃)的卤代反应;⑵芳香烃的硝化反应;⑶醇与氢卤酸的反应、醇的羟基氢原子被置换的反应;⑷酯类(包括油脂)的水解反应;⑸酸酐、糖类、蛋白质的水解反应。
2、加成反应
指试剂与不饱和化合物分子结合使不饱和化合物的不饱和程度降低或生成饱和化合物的反应。
常见的加成反应:⑴烯烃、炔烃、芳香族化合物、醛、***等物质都能与氢气发生加成反应(也叫加氢反应、氢化或还原反应);⑵烯烃、炔烃、芳香族化合物与卤素的加成反应;⑶烯烃、炔烃与水、卤化氢等的加成反应。
3、聚合反应
指由相对分子质量小的小分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应。参加聚合反应的小分子叫作单体,聚合后生成的大分子叫作聚合物。
常见的聚合反应:
加聚反应:指由不饱和的相对分子质量小的小分子结合成相对分子质量大的高分子的反应。
nCH2=CH2
n
CH2—CH2
催化剂
较常见的加聚反应:
①单烯烃的加聚反应
n
CH2—CH2
n
CH2—CH2
nCH2=C—CH=CH2
CH3
CH2—C=CH—CH2
CH3
n
催化剂
在方程式中,—CH2—CH2—叫作链节,中n叫作聚合度,CH2=CH2叫作单体,叫作加聚物(或高聚物)
②二烯烃的加聚反应
4、氧化和还原反应
(1)氧化反应:有机物分子中加氧或去氢的反应均为氧化反应。
常见的氧化反应:
—R
①有机物使酸性高锰酸钾溶液褪色的反应。如:R—CH=CH—R′、R—C≡C—R′、(具有α—
H)、—OH、R—CHO能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
②醇的催化氧化(脱氢)反应
2RCH2OH+O22RCHO+2H2O
△
Cu或Ag
2R—CH—R′+O22R—C—R′+2H2O
OH
O
△
Cu或Ag
2RCHO+O22RCOOH
催化剂
醛的氧化反应
③醛的银镜反应、费林反应(凡是分子中含有醛基或相当于醛基的结构,都可以发生此类反应)
(2)还原反应:有机物分子中去氧或加氢的反应均为还原反应。
三、有机化学计算
1、有机物化学式的确定
(1)确定有机物的式量的方法
①根据标准状况下气体的密度ρ,求算该气体的式量:M=(标准状况)
②根据气体A对气体B的相对密度D,求算气体A的式量:MA=DMB
③求混合物的平均式量:M=m(混总)/n(混总)
④根据化学反应方程式计算烃的式量。
⑤应用原子个数较少的元素的质量分数,在假设它们的个数为1、2、3时,求出式量。
(2)确定化学式的方法
①根据式量和最简式确定有机物的分子式。
②根据式量,计算一个分子中各元素的原子个数,确定有机物的分子式。
③当能够确定有机物的类别时。可以根据有机物的通式,求算n值,确定分子式。
④根据混合物的平均式量,推算混合物中有机物的分子式。
(3)确定有机物化学式的一般途径
(4)有关烃的混合物计算的几条规律
①若平均式量小于26,则一定有CH4
②平均分子组成中,l<n(C)<2,则一定有CH4。
③平均分子组成中,2<n(H)<4,则一定有C2H2。
2、有机物燃烧规律及其运用
(1)物质的量一定的有机物燃烧
规律一:等物质的量的烃和,完全燃烧耗氧量相同。
[]
规律二:等物质的量的不同有机物、、、(其中变量x、y为正整数),完全燃烧耗氧量相同。或者说,一定物质的量的由不同有机物、、、(其中变量x、y为正整数)组成的混合物,无论以何种比例混合,完全燃烧耗氧量相同,且等于同物质的量的任一组分的耗氧量。
符合上述组成的物质常见的有:
①相同碳原子数的单烯烃与饱和一元醇、炔烃与饱和一元醛。其组成分别为
与即;与即。
②相同碳原子数的饱和一元羧酸或酯与饱和三元醇。
即、即。
③相同氢原子数的烷烃与饱和一元羧酸或酯
与即
规律三:若等物质的量的不同有机物完全燃烧时生成的H2O的量相同,则氢原子数相同,符合通式(其中变量x为正整数);若等物质的量的不同有机物完全燃烧时生成的CO2的量相同,则碳原子数相同,符合通式(其中变量x为正整数)。
(2)质量一定的有机物燃烧
规律一:从C+O2=CO2、6H2+3O2=6H2O可知等质量的碳、氢燃烧,氢耗氧量是碳的3倍。可将→,从而判断%m(H)或%m(C)。推知:质量相同的烃(),m/n越大,则生成的CO2越少,生成的H2O越多,耗氧量越多。
规律二:质量相同的下列两种有机物与完全燃烧生成CO2物质的量相同;质量相同的下列两种有机物与,燃烧生成H2O物质的量相同。
规律三:等质量的具有相同最简式的有机物完全燃烧时,耗氧量相同,生成的CO2和H2O的量也相同。或者说,最简式相同的有机物无论以何种比例混合,只要总质量相同,耗氧量及生成的CO2和H2O的量均相同。
(3)由烃燃烧前后气体的体积差推断烃的组成
当温度在100℃以上时,气态烃完全燃烧的化学方程式为:
①△V>0,m/4>1,m>4。分子式中H原子数大于4的气态烃都符合。
②△V=0,m/4=1,m=4。、CH4,C2H4,C3H4,C4H4。
③△V<0,m/4<1,m<4。只有C2H2符合。
(4)根据含氧烃的衍生物完全燃烧消耗O2的物质的量与生成CO2的物质的量之比,可推导有机物的可能结构
①若耗氧量与生成的CO2的物质的量相等时,有机物可表示为
②若耗氧量大于生成的CO2的物质的量时,有机物可表示为
③若耗氧量小于生成的CO2的物质的量时,有机物可表示为
(以上x、y、m、n均为正整数)
五、其他
最简式相同的有机物
(1)CH:C2H2、C4H4(乙烯基乙炔)、C6H6(苯、棱晶烷、盆烯)、C8H8(立方烷、苯乙烯)
(2)CH2:烯烃和环烯烃
(3)CH2O:甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖
(4)CnH2nO:饱和一元醛(或饱和一元***)与二倍于其碳原子数的饱和一元羧酸或酯。如:乙醛(C2H4O)与丁酸及异构体(C4H8O2)
(5)炔烃(或二烯烃)与三倍于其碳原子数的苯及苯的同系物。如丙炔(C3H4)与丙苯(C9H12)<br****题】
1、胆固醇是人体必需的生物活性物质,分子式为C25H45O。一种胆固醇酯是液晶材料,分子式为C32H49O2,合成这种胆固醇酯的酸是()
2、某有机物的结构简式为:
—CH2CHO
HOCH2—
CH2COOH
,它在一定条件下可能发生的反应有()
①加成②水解③酯化④氧化⑤中和
A.②③④B.①③⑤C.①③④⑤D.②③④⑤
3、维生素C的结构简式为:
C—OH
HO—C
HO—CH2—CH—CH
OH
O
C=O
有关它的叙述错误的是()
4、A、B、C、D都是含碳、氢、氧的单官能团化合物,A水解得到B和C,B氧化可以得到C或D,D氧化也得到C。若M(X)表示X的摩尔质量,则下式正确的是()
(A)=M(B)+M(C)(D)=M(B)+M(C)(B)<M(D)<M(C)(D)<M(B)<M(C)