化学选修5知识点清单.docx
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1、高中化学选修 5 知识点 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 1 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
2、里所含碳原子数目来命名。碳原子数在十以内的用甲、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、,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
4、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。 2 (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
5、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 下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤: 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 1、分离、提纯 (1)蒸馏 蒸馏是分离、提纯液态有机物的常
6、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
7、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 3 (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 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
8、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 5216, 氢的质量分数为 1314,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
9、 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 OH 键、CH 键和 CO 键的振动吸收。 因此,
10、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 H5OH。 4 未知物 A 的红外光谱 2核磁共振氢谱 未知物 A(C2H5OH)的核磁共振氢谱有三个峰(如图 l8),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、CO 键和烃基 CH 键红外吸收峰; (2)核
11、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 CnH2n+2(n1) CnH2n(n2) CnH2n-2(n2) CnH2n-6(n6) 代表物结构式 HCCH 相对分子质量 Mr 16 28 26 78 5 碳碳键长( 10-10m) 1.54 1.33 1.20 1.40 键 角 10928 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
12、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: RX 多元饱和卤 代 烃 : CnH2n+2-mXm 卤原子 X C2H5Br (Mr:109) 卤素原子直接与烃基结 合 -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
13、NaOH 醇溶液共热发生 消去反应生成烯 醇 一元醇: ROH 饱 和 多 元 醇: CnH2n+2Om 醇羟基 OH CH3OH (Mr:32) C2H5OH (Mr:46) 羟基直接与链烃基结合, OH 及 CO 均有极性。 -碳上有氢原子才能 发 生消去反应。 - 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 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分子内脱水生成烯 4.催化氧化为醛或酮 5.一般断 OH 键与羧酸 及 无机含氧酸反应生成酯 不能被催化氧化。 醚键 C2H5O C2H5
14、醚 ROR CO 键有极性 (Mr:74) 性质稳定,一般不与酸、碱、 氧化剂反应 1.弱酸性 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。 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 HCHO (Mr:30) HCHO 相当于两个 CHO 2.被氧化剂(O2、多伦试剂、 斐林试剂、酸性高锰酸钾 1.与 H2、HCN 等加成为醇 醛基 有极性、能加成。 等)氧化为羧酸 (Mr:44) 羰基 酮 有极性、能加成 与 H2、HCN 加成为醇 不能被氧化剂氧化为羧酸 (Mr:58) 羧 基 羧 酸 (Mr:60) 受羰
15、基影响,OH 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) 6 HCOOCH3 酯基 (Mr:60) 酯基中的碳氧单键易断 1.发生水解反应生成羧酸和 醇 酯 裂 2.也可发生醇解反应生成新 酯和新醇 (Mr:88) 硝酸酯 硝酸酯基 RONO2 ONO2 不稳定 易爆炸 硝基化合物 RNO2 硝基NO2 一硝基化合物较稳 定 一般不易被氧化剂氧化,但 多硝基化合物易爆炸 氨 基 酸 RCH(NH2)C OOH 氨基NH2 羧基 COOH H2NCH2COOH (Mr
16、:75) NH2 能以配位键 结合 H+;COOH 能部分电离出 H+ 两性化合物能形成肽键 蛋 结构复杂 白 不可用通式 质 表示 肽键 氨基NH2 羧基 COOH 酶 多肽链间有四级结 构 1.两性 2.水解 3.变性 4.颜色反应 (生物催化剂) 5.灼烧分解 葡萄糖 1.氧化反应(还原性糖) 多数可用下 羟基OH 糖 列 通 式 表 示: Cn(H2O)m 醛基CHO 羰基 CH2OH(CHOH)4CHO 淀粉(C6H10O5) n 纤维素 C6H7O2(OH)3 n 多羟基醛或多羟基 酮或它们的缩合物 2.加氢还原 3.酯化反应 4.多糖水解 5.葡萄糖发酵分解生成乙醇 酯 基 酯基
17、中的碳氧单键 油 易断裂 1.水解反应(皂化反应) 脂 可能有碳碳 双键 烃基中碳碳双键能 加成 2.硬化反应 三有机物的溶解性 (1)难溶于水的有:各类烃、卤代烃、硝基化合物、酯、绝大多数高聚物、高级的(指分子中碳原子数目较多的,下同)醇、 醛、羧酸等。 (2)易溶于水的有:低级的一般指 N(C)4醇、(醚)、醛、(酮)、羧酸及盐、氨基酸及盐、单糖、二糖。(它们都能与水形 成氢键)。 (3)具有特殊溶解性的: 乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分, 也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,
18、提高反应速率。例如,在油脂的 皂化反应中,加入乙醇既能溶解 NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相(同一溶剂的溶液)中充分接触,加快反应速率, 提高反应限度。 苯酚:室温下,在水中的溶解度是 9.3g(属可溶),易溶于乙醇等有机溶剂,当温度高于 65时,能与水混溶,冷却后分 层,上层为苯酚的水溶液,下层为水的苯酚溶液,振荡后形成乳浊液。苯酚易溶于碱溶液和纯碱溶液,这是因为生成了 易溶性的钠盐。 乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中更加难溶,同时饱和碳酸钠溶液还能通过反应吸收挥发出的乙酸,溶解吸收挥发出的乙醇, 便于闻到乙酸乙酯的香味。 有的淀粉、蛋白质可溶于水形成胶体。蛋白质在浓轻金属盐(包括铵盐)溶液中
19、溶解度减小,会析出(即盐析,皂化反应 中也有此操作)。但在稀轻金属盐(包括铵盐)溶液中,蛋白质的溶解度反而增大。 7 线型和部分支链型高聚物可溶于某些有机溶剂,而体型则难溶于有机溶剂。 氢氧化铜悬浊液可溶于多羟基化合物的溶液中,如甘油、葡萄糖溶液等,形成绛蓝色溶液。 四有机物的密度 (1)小于水的密度,且与水(溶液)分层的有:各类烃、一氯代烃、酯(包括油脂) (2)大于水的密度,且与水(溶液)分层的有:多氯代烃、溴代烃(溴苯等)、碘代烃、硝基苯 五有机物的状态常温常压(1 个大气压、20左右) (1)气态: 烃类:一般 N(C)4 的各类烃 注意:新戊烷C(CH3)4亦为气态 衍生物类: 一
20、氯 甲 烷 ( C H 3 C l, 沸 点 为 - 2 4 . 2 ) 氟 里 昂 ( C C l2F 2, 沸 点 为 - 2 9 .8 ) 氯 乙 烯 ( C H 2 = = C H C l, 沸 点 为 - 1 3 .9 ) 甲 醛 ( H C H O , 沸 点 为 - 2 1 ) 氯 乙 烷 ( C H 3 C H 2 C l, 沸 点 为 1 2 .3 ) 一溴甲烷(CH3Br,沸点为 3.6) 四氟乙烯(CF2=CF2,沸点为-76.3) 甲醚(CH3OCH3,沸点为-23) 甲乙醚(CH3OC2H5,沸点为 10.8) 环氧乙烷( ,沸点为 13.5) (2)液态:一般 N(
21、C)在 516 的烃及绝大多数低级衍生物。如, 己烷 CH3(CH2)4CH3 环己烷 甲醇 CH3OH 甲酸 HCOOH 溴乙烷 C2H5Br 乙醛 CH3CHO 溴苯 C6H5Br 硝基苯 C6H5NO2 特殊:不饱和程度高的高级脂肪酸甘油酯,如植物油脂等在常温下也为液态 (3)固态:一般 N(C)在 17 或 17 以上的链烃及高级衍生物。如, 石蜡 C12 以上的烃 饱和程度高的高级脂肪酸甘油酯,如动物油脂在常温下为固态 特殊:苯酚(C6H5OH)、苯甲酸(C6H5COOH)、氨基酸等在常温下亦为固态 六、重要的反应 1能使溴水(Br2/H2O)褪色的物质 (1)有机物 通过加成反应使
22、之褪色:含有 、CC的不饱和化合物 通过取代反应使之褪色:酚类 注意:苯酚溶液遇浓溴水时,除褪色现象之外还产生白色沉淀。 通过氧化反应使之褪色:含有CHO(醛基)的有机物(有水参加反应) 注意:纯净的只含有CHO(醛基)的有机物不能使溴的四氯化碳溶液褪色 通过萃取使之褪色:液态烷烃、环烷烃、苯及其同系物、饱和卤代烃、饱和酯 (2)无机物 通过与碱发生歧化反应 3Br2 + 6OH- = 5Br- + BrO3- + 3H2O 或 Br2 + 2OH- = Br- + BrO- + H2O 与还原性物质发生氧化还原反应,如 H2S、S2-、SO2、SO32 -、I-、Fe2+ 2能使酸性高锰酸钾
23、溶液 KMnO4/H+褪色的物质 (1)有机物:A.含有 、CC、OH(较慢)、CHO 的物质 B.与苯环相连的侧链碳碳上有氢原子的苯的同系物(与苯不反应) (2)无机物:与还原性物质发生氧化还原反应,如 H2S、S2-、SO2、SO32 -、Br-、I-、Fe 2+ 3与 Na 反应的有机物:含有OH、COOH 的有机物 与 NaOH 反应的有机物:常温下,易与含有酚羟基、COOH 的有机物反应 加热时,能与卤代烃、酯反应(取代反应) 与 Na2CO3 反应的有机物:含有酚羟基的有机物反应生成酚钠和 NaHCO3; 8 含有COOH 的有机物反应生成羧酸钠,并放出 CO2 气体; 含有SO3
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