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2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第十单元 第1节 认识有机化合物
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这是一份2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第十单元 第1节 认识有机化合物，共22页。
第十单元 有机化学基础
第1节 认识有机化合物
备考要点
素养要求
1.辨识有机化合物分子中的官能团,判断有机化合物分子中碳原子的饱和程度、键的类型,分析键的极性;能依据有机化合物分子的结构特征分析简单有机化合物的某些化学性质。
2.辨识同分异构现象,能写出符合特定条件的同分异构体,能举例说明同分异构现象。
3.说出测定有机化合物分子结构的常用仪器分析方法,能结合简单图谱信息分析判断有机化合物的分子结构。
1.宏观辨识与微观探析:从不同层次认识有机化合物的多样性,按不同的标准对有机化合物进行分类,并认识有机化合物的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念。从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:通过分析、推理等方法认识有机化合物的本质特征、构成要素及其相互关系。建立模型并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质。
考点一 有机化合物的结构特点
必备知识自主预诊
知识梳理
1.有机化合物的分类方法
(1)依据组成元素分类。
有机
化合物 :烷烃、烯烃、炔烃、苯及其同系物等 :卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等
(2)依据碳骨架分类。
(3)依据官能团分类。
①官能团:决定有机化合物特性的 。
②有机化合物的主要类别、官能团和代表物:
类别
官能团
代表物名称、结构简式
烃
烷烃
—
甲烷CH4
烯烃
(碳碳双键)
乙烯H2CCH2
炔烃
—C≡C—(碳碳三键)
乙炔HC≡CH
芳香烃
—
苯
卤代烃
( )
溴乙烷CH3CH2Br
醇
(羟基)
乙醇CH3CH2OH
酚
苯酚
续 表
类别
官能团
代表物名称、结构简式
醚
(醚键)
乙醚CH3CH2OCH2CH3
醛
(醛基)
乙醛
酮
(酮羰基)
丙酮
羧酸
(羧基)
乙酸
酯
(酯基)
乙酸乙酯
胺
—NH2
甲胺 CH3NH2
酰胺
(酰胺基)
乙酰胺 CH3CONH2
2.有机化合物中的共价键
(1)共价键的类型。
物质
甲烷
乙烯
乙炔
球棍
模型
共价键
类型
4个 键
个σ键、
个π键
个σ键、
个π键
碳原子
杂化类型
(2)共价键的极性与有机反应。
由于不同的成键原子间电负性的差异,共用电子对偏向电负性 的原子。偏移的程度越大,共价键极性 ,在反应中越容易发生 。
乙醇中氧原子的电负性较大,导致碳氧键和氢氧键极性较强,容易发生取代反应。
乙醇与钠反应的化学方程式:
;
乙醇与HBr反应的化学方程式:
。
乙烯(CH2CH2)分子中π键不稳定,容易断裂发生 反应,乙烯与Br2反应的化学方程式: 。
3.有机化合物的同分异构现象
(1)同分异构体。
化合物具有相同的 ,但具有不同 的现象叫同分异构现象,具有同分异构现象的化合物互为 。
(2)同分异构体类型。
①同分异构体的类型。
有机化合物的同分异构现象主要有 异构和立体异构。构造异构主要包括由碳骨架不同而产生的 异构,由官能团的位置不同而产生的 异构,以及由官能团不同而产生的 异构。立体异构有 和对映异构等。
②有机化合物的构造异构现象。
异构
类别
实例
碳架
异构
C4H10:CH3—CH2—CH2—CH3
位置
异构
C4H8:CH2CH—CH2—CH3
C6H4Cl2:
官能
团异构
C2H6O:
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)醛基的结构简式为“—COH”。( )
(2)与属于同类物质。( )
(3)含有苯环的有机化合物属于芳香烃。( )
(4)含有醛基的有机化合物一定属于醛类。( )
(5)含有羟基的物质只有醇。( )
(6)只有烃的衍生物中才含有官能团,烃中没有官能团。( )
(7)相同碳原子数的饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。( )
(8)同分异构体可以是同类物质,也可以是不同类别的物质。( )
2.指出下列有机化合物分子结构中的官能团。
(1)中的官能团是 (填名称)。
(2)中的官能团是 (填名称)。
(3)中含有的官能团名称是 ,分子中碳原子的杂化类型有 。
(4)CH3CH2CH2CH(CH3)2、二者属于 。
(5)、二者属于 。
(6)HCOOCH2CH3、CH3CH2COOH二者属于 。
关键能力考向突破
考向1 有机化合物的分类与官能团
【典例1】(1)(2020江苏化学,节选)A()中的含氧官能团名称为硝基、 和 。
(2)(2020全国1,节选)C()中所含官能团的名称为 。
(3)(2020天津化学,节选)F的分子式为 ,G所含官能团的名称为 。
(4)(2019全国1,节选)①有机化合物A()中的官能团名称是 。
②碳原子上连有4个不同的原子或原子团时,该碳原子称为手性碳原子。在B()的结构简式中用星号(*)标出B中的手性碳原子: 。
(5)(2019全国2,节选)烃A(分子式是C3H6)是一种烯烃,化学名称为 。有机化合物C()中官能团的名称为 、 。
易错警示(1)醇和酚的结构差别是羟基是否直接连在苯环上。如属于醇类,属于酚类。
(2)含有醛基的有机化合物不一定属于醛类。如甲酸某酯,虽然含有—CHO,但醛基不与烃基直接相连,不属于醛类。
对点演练1(双选)(2020山东第二次模拟考)下列关于有机化合物结构的说法错误的是( )
A.环己烷中所有C—C—C键角均为120°
B.CnH2n+1Cl与CnHCl2n+1(n取相同值)同分异构体数目相同
C.碳原子与氮原子之间可形成单键、双键和三键
D.含有手性碳原子的饱和链烃中,碳原子数最少的一定是3-甲基己烷
对点演练2(1)(2019全国3,节选)①有机化合物A()的化学名称为 。
②中的官能团名称是 。
(2)(2019江苏化学,节选)有机化合物A()中含氧官能团的名称为 和 。
(3)(2019海南化学,节选)①奥沙拉秦()的分子式为 ,其核磁共振氢谱为 组峰,峰面积之比为 。
②若将奥沙拉秦用HCl酸化后,分子中含氧官能团的名称为 。
(4)(2019天津化学,节选)①茅苍术醇()的分子式为 ,所含官能团名称为 ,分子中手性碳原子(连有四个不同的原子或原子团)的数目为 。
②化合物B[CH3C≡CCOOC(CH3)3]的核磁共振氢谱中有 个吸收峰;其满足以下条件的同分异构体(不考虑手性异构)数目为 。
a.分子中含有碳碳三键和乙酯基(—COOCH2CH3)
b.分子中有连续四个碳原子在一条直线上
写出其中碳碳三键和乙酯基直接相连的同分异构体的结构简式: 。
③有机化合物的系统命名为 。
考向2 同分异构体的判断
【典例2】(2020海南高考调研测试)下列物质互为同分异构体的是( )
A.CH3CH2C≡CH和
B.和
C.和HCOOCH2CH3
D.和
归纳总结常考的官能团异构
①CnH2n:单烯烃、环烷烃;
②CnH2n-2:单炔烃、二烯烃、环烯烃、二环烃;
③CnH2n+2O:饱和一元醇、饱和一元醚;
④CnH2nO:饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、烯醚、环醇、环醚;
⑤CnH2nO2:饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟醛、羟酮;
⑥CnH2n+1O2N:氨基酸、硝基烷。
对点演练3(2020浙江1月选考,7)下列说法不正确的是( )
A. 816O和 818O互为同位素
B.金刚石和石墨互为同素异形体
C.和互为同系物
D.CH3COOCH2CH3和CH3CH2CH2COOH互为同分异构体
考向3 限定条件的同分异构体的书写
【典例3】(1)(2020江苏化学,节选)C()的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式: 。
①能与FeCl3溶液发生显色反应。
②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1,且含苯环。
(2)(2020浙江7月选考,节选)写出化合物A()同时符合下列条件的同分异构体的结构简式: 。
1H-NMR谱和IR谱检测表明:①分子中共有4种氢原子,其中苯环上的有2种;②有碳氧双键,无氮氧键和—CHO。
(3)(2020全国3,节选)M为C()的一种同分异构体。已知:1 mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 mol 二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为 。
(4)(2020全国1,节选)E()的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应,且核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有 种,其中,芳香环上为二取代的结构简式为 。
(5)(2020全国2,节选)化合物C(分子式C6H10O,结构简式)的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有 种(不考虑立体异构,填标号)。
(ⅰ)含有两个甲基;(ⅱ)含有酮羰基(但不含CCO);(ⅲ)不含有环状结构。
(a)4 (b)6 (c)8 (d)10
其中,含有手性碳原子(注:连有四个不同的原子或原子团的碳原子)的化合物的结构简式为 。
思路点拨同分异构体的书写
对点演练4(1)(2020天津化学,节选)A()的链状同分异构体可发生银镜反应,写出这些同分异构体所有可能的结构: 。
(2)(2019全国1,节选)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的的同分异构体的结构简式: (不考虑立体异构,只需写出3个)。
(3)(2018全国1,节选)写出与互为同分异构体的酯类化合物的结构简式(核磁共振氢谱有两组峰,峰面积之比为1∶1): 。
(4)(2017全国1,节选)芳香化合物X是的同分异构体,X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2,其核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢,峰面积之比为6∶2∶1∶1。写出2种符合要求的X的结构简式: 。
(5)(2017全国3,节选)H是G()的同分异构体,其苯环上的取代基与G的相同但位置不同,则H可能的结构有 种。
深度指津1.限定条件下同分异构体的书写
限定范围书写或补写同分异构体,解题时要看清所限范围。分析已知几种同分异构体的结构特点,通过对比、联想、找出规律进行补写;同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。
(1)芳香烃的同分异构体:
①烷基的类别与个数,即碳架异构。
②若有2个侧链,则存在邻、间、对三种位置异构。
(2)具有官能团的有机化合物:
一般书写顺序为:碳架异构→位置异构→官能团异构。书写要有序进行,如书写酯类物质的同分异构体时,可采用逐一增加碳原子的方法。如书写分子式为C8H8O2含苯环的属于酯类的同分异构体有甲酸某酯:
、、、;乙酸某酯:;苯甲酸某酯:。
2.同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法:记住一些常见有机化合物同分异构体的数目,如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体;
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体;
③4个碳原子的烷烃有2种同分异构体,5个碳原子的烷烃有3种同分异构体,6个碳原子的烷烃有5种同分异构体。
(2)基元法:如根据丁基有4种,可以确定丁醇、戊醛、戊酸都有4种结构。
(3)替代法:如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体(氯原子位置包括邻、间、对三种),四氯苯也有3种同分异构体(两个氢原子位置包括邻、间、对三种);又如CH4的一氯代物只有1种,新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。
(4)等效氢法:等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法,其规律有:
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。
(5)二元取代物同分异构体的判断,可用“定一移一”的方法,即先定位一个取代基,再移动另一个取代基。
考点二 研究有机化合物的一般方法
必备知识自主预诊
知识梳理
1.研究有机化合物的基本步骤
分离
提纯元素定
量分析测量相对
分子质量波谱
分析
↓ ↓ ↓ ↓
纯净物 确定 确定 确定
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)蒸馏和重结晶:
类型
适用对象
要求
蒸馏
常用于分离、提纯液态有机化合物
①该有机化合物热稳定性较强
②该有机化合物与杂质的 相差较大
重结晶
常用于分离、提纯固体有机化合物
①杂质在所选溶剂中 很小或很大
②被提纯的有机化合物在此溶剂中 受温度影响较大
(2)萃取:
类型
原理
液-液萃取
利用待分离组分在 不同,将待分离组分从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程
固-液萃取
用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程
3.有机化合物分子式的确定
(1)元素分析。
(2)相对分子质量的测定——质谱法。
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)的最大值即为该有机化合物的相对分子质量。
4.有机化合物分子结构的鉴定
(1)化学方法:利用特征反应鉴定出 。常见官能团的检验方法如下:
官能团种类
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳三键
溴的四氯化碳溶液
橙色褪去
酸性高锰酸钾溶液
紫色褪去
卤素原子
氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、稀硝酸
有沉淀产生
酚羟基
三氯化铁溶液
显紫色
浓溴水
有白色沉淀产生
醛基
银氨溶液
有银镜产生
新制氢氧化铜
有砖红色沉淀产生
羧基
碳酸钠溶液
有二氧化碳
气体产生
碳酸氢钠溶液
石蕊溶液
溶液变红色
(2)物理方法:
①红外光谱。
分子中的化学键或官能团对红外线发生振动吸收,不同的化学键或官能团 不同,在红外光谱图上将处于不同的位置,从而可以获得分子中含有的化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱。
不同化学环境中的氢原子氢原子种数:等于吸收峰的 氢原子个数:与吸收峰的面积
③X射线衍射。
X射线是一种波长很短(约10-10 m)的电磁波,它和晶体中的原子相互作用可以产生 。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据,包括 、 等分子结构信息。将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定,可以获得更为直接而详尽的结构信息。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)碳氢质量比为3∶1的有机化合物一定是CH4。( )
(2)CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体,核磁共振氢谱相同。( )
(3)乙醇是良好的有机溶剂,根据相似相溶原理用乙醇从水溶液中萃取有机化合物。( )
(4)有机化合物的核磁共振氢谱中会出现三组峰,且峰面积之比为3∶4∶1。( )
(5)对有机化合物分子红外光谱图的研究有助于确定有机化合物分子中的官能团。( )
2.(1)已知烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢,A的结构简式为 。
(2)HOOC(CH2)3COOH的同分异构体中能同时满足下列条件的共有 种(不含立体异构);
①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体
②既能发生银镜反应,又能发生水解反应
其中核磁共振氢谱显示为3组峰,且峰面积之比为6∶1∶1的是 (写结构简式)。
关键能力考向突破
考向1 有机化合物的分离、提纯
【典例1】(2020山东第二次模拟考)实验室利用反应
合成洋茉莉醛的流程如下:
下列说法错误的是( )
A.水洗的目的是除去KOH
B.试剂X应选用有机溶剂
C.加入Na2CO3溶液的目的是除去酸
D.进行蒸馏操作时可选用球形冷凝管
对点演练1(2020山东日照一模)苯甲酸乙酯(无色液体,难溶于水,沸点213 ℃)天然存在于桃、菠萝、红茶中,稍有水果气味,常用于配制香精和人造精油,也可用作食品添加剂。实验室利用如图所示装置,在环己烷中通过反应+(足量)+H2O制备。已知:环己烷沸点为80.8 ℃,可与乙醇和水形成共沸物,其混合物沸点为62.1 ℃。下列说法错误的是( )
A.实验时最好采用水浴加热,且冷却水应从b口流出
B.分水器可及时放出水层,避免水层升高流入烧瓶
C.环己烷的作用是在较低温度下带出生成的水,促进酯化反应向右进行
D.实验时应依次向圆底烧瓶中加入碎瓷片、浓硫酸、苯甲酸、无水乙醇、环己烷
考向2 有机化合物分子式、结构式的确定
【典例2】有机化合物A可由葡萄糖发酵得到,也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体,易溶于水。为研究A的组成与结构,进行了如下实验:
实验步骤
解释或实验结论
(1)称取9.0 g A,升温使其汽化,测其密度是相同条件下H2的45倍
试通过计算填空:
(1)A的相对分子质量为
(2)将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重5.4 g和13.2 g
(2)A的分子式为
(3)另取9.0 g A与足量的NaHCO3粉末反应,生成2.24 L CO2(标准状况),若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况)
(3)用结构简式表示A中含有的官能团: 、
(4)A的核磁共振氢谱如图所示:
(4)A中含有 种不同化学环境的氢原子
(5)综上所述,A的结构简式为
思维模板燃烧法确定有机化合物的分子式
有机化合物完全燃烧后一般生成水和二氧化碳,根据生成的水和CO2的质量,换算成物质的量之比,从而确定分子中碳、氢原子个数比,若分子中还含有氧原子,则根据相对分子质量确定氧原子数,进而确定分子式。
对点演练2(2019四川成都模拟)某化合物的结构简式(键线式)及球棍模型如下:
该有机化合物分子的核磁共振氢谱图如下(单位是ppm)。
下列关于该有机化合物的叙述正确的是( )
A.该有机化合物分子中,不同化学环境的氢原子有8种
B.该有机化合物属于芳香族化合物
C.键线式中的Et代表的基团为—CH3
D.该有机化合物的分子式为C9H10O4
深度指津1.有机化合物的分离、提纯
混合物
(括号中为杂质)
试剂
分离方法
主要仪器
甲烷(乙烯)
溴水
洗气
洗气瓶
苯(乙苯)
酸性高锰酸
钾溶液、NaOH溶液
分液
分液漏斗
乙醇(水)
CaO
蒸馏
蒸馏烧瓶、
冷凝管
溴乙烷(乙醇)
水
分液
分液漏斗
醇(酸)
NaOH溶液
蒸馏
蒸馏烧瓶、
冷凝管
硝基苯(NO2)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
苯(苯酚)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
酯(酸)
饱和Na2CO3溶液
分液
分液漏斗
2.有机化合物分子式的确定方法
(1)最简式规律:
①常见最简式相同的有机化合物。
最简式
对应物质
CH
乙炔、苯、苯乙烯等
CH2
分子中只有1个碳碳双键的链状烯烃或环烷烃等
CH2O
甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖等
②含有n个碳原子的饱和一元醛或酮与含有2n个碳原子的饱和一元羧酸或酯具有相同的最简式CnH2nO。
③含有n个碳原子的链状炔烃(分子中只有1个碳碳三键)与含有3n个碳原子的苯及其同系物具有相同的最简式。
(2)相对分子质量相同的有机化合物:
①同分异构体相对分子质量相同。
②含有n个碳原子的醇与含(n-1)个碳原子的同类型羧酸或酯相对分子质量相同。
③含有n个碳原子的烷烃与含(n-1)个碳原子的饱和一元醛或酮相对分子质量相同。
(3)“商余法”推断烃的分子式:
设烃的相对分子质量为M,则
M12=商………………余数
| |
最大碳原子数 最小氢原子数
M12的余数为0、碳原子数大于或等于氢原子数时,每减少一个碳原子相应增加12个氢原子,直到饱和为止。
3.确定有机化合物结构式的流程
网络构建
核心速记
有机化合物的分类链状化合物、环状化合物烃、烃的衍生物有机化合物的结构碳原子杂化类型同分异构体:构造异构和立体异构研究有机化合物的步骤分离、提纯,得到纯净物元素定量分析,确定实验式测定相对分子质量,确定分子式波谱分析,确定分子结构研究有机化合物的方法分子式的确定分子结构的鉴定
1.有机化合物的分类
根据碳骨架分为链状化合物和环状化合物;
根据有机化合物所含元素分为烃和烃的衍生物。
2.有机化合物的结构
有机化合物中碳原子的杂化类型有sp、sp2、sp3。
构造异构分为碳架异构、位置异构和官能团异构。
3.烷烃同分异构体书写规律
成直链,一条线;摘一碳,挂中间;往边移,不到端;
摘两碳,成乙基;二甲基,同邻间。
4.确定有机化合物分子式和结构式的物理方法
质谱法:确定相对分子质量;
红外光谱:确定化学键或官能团;
核磁共振氢谱:确定氢原子的种类和个数比;
X射线衍射:可获得键长、键角等分子结构信息。
第十单元 有机化学基础
第1节 认识有机化合物
考点一 有机化合物的结构特点
必备知识·自主预诊
1.(1)烃 烃的衍生物 (2)链状 脂肪烃衍生物 脂环烃 芳香族 芳香烃 (3)①原子或原子团 ② 碳卤键 —OH 氨基
2.(1)σ 5 1 3 2 sp3 sp2 sp (2)较大 越强 断裂 2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑ CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O 加成 CH2CH2+Br2CH2BrCH2Br
3.(1)分子式 结构 同分异构体 (2)①构造 碳架 位置 官能团 顺反异构 ② CH3—CHCH—CH3
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
(7)√ (8)√
2.答案(1)醛基 (2)氨基、羧基 (3)碳碳双键、酯基、羰基 sp2、sp3 (4)同系物 (5)同分异构体 (6)同分异构体
关键能力·考向突破
典例1答案(1)醛基 (酚)羟基 (2)碳碳双键、碳卤键
(3)C13H12O3 羰基、酯基 (4)①羟基 ②
(5)丙烯 碳卤键 羟基
对点演练1 AD 环己烷中所有碳原子均为sp3杂化,都具有四面体结构,键角为109°28',A项错误;CnH2n+1Cl的等效氢与CnHCl2n+1的等效氯数目相同,则同分异构体数目相同,B项正确;碳原子与氮原子之间可形成单键、双键和三键(氰基—C≡N),C项正确;含有手性碳原子,且碳原子数最少的饱和链烃()分子式为C7H16,由于丙基(—C3H7)有两种结构,故可能是3-甲基己烷或2,3-二甲基戊烷,D项错误。
对点演练2答案(1)①间苯二酚(1,3-苯二酚) ②羧基、碳碳双键
(2)(酚)羟基 羧基 (3)①C14H8N2O6Na2 4 1∶1∶1∶1 ②羧基、(酚)羟基
(4)①C15H26O 碳碳双键、羟基 3 ②2 5
和CH3CH2CH2C≡CCOOCH2CH3
③2-甲基-2-丙醇
典例2B A项,CH3CH2C≡CH的分子式为C4H6,的分子式为C4H8,二者分子式不同,不互为同分异构体,错误;B项,二者分子式均为C7H14O,结构不同,互为同分异构体,正确;C项,的分子式为C3H4O2,HCOOCH2CH3的分子式为C3H6O2,二者不互为同分异构体,错误;D项,二者均为2-甲基丁烷,属于同种物质,错误。
对点演练3 C 属于酚,属于醇,两者结构不相似,不互为同系物,C项错误。
典例3答案(1)
(2)、、、
(3)
(4)6 (5)c
解析(1)①能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基;②能发生水解反应,说明含有酯基或肽键,水解产物之一是α-氨基酸,该有机化合物中含有“”,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目之比为1∶1,且含有苯环,说明是对称结构,综上所述,符合条件的是。
(2)分子中有4种氢原子并且苯环上有2种,分子中含有碳氧双键,不含—CHO和氮氧键,故分子中苯环上含有两个取代基,满足条件的同分异构体分别为、、、。
(3)根据M的有关信息可知,M分子中含有2个羧基、一个苯环,且两个取代基在苯环的对位。根据C物质的结构简式可知,其同分异构体M中的两个对位羧基分别为—COOH、—CH2COOH,故M的结构简式为。
(4)已知苯胺与甲基吡啶互为芳香同分异构体。E()的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应(则其分子中有羟基);核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有、、、、、,共6种。其中,芳香环上为二取代的结构简式为。
(5)根据碳原子的不饱和程度,结合题目条件可知,分子中应含有碳碳双键和酮羰基,还应含2个甲基,符合条件的有8种,如下(编号为碳碳双键位置):
。其中含有手性碳原子的化合物的结构简式为。
对点演练4答案(1)、、、H2CCHCH2CHO
(2)、、、、(任写三种)
(3)、
(4)、、
、(任写两种)
(5)9
解析(1)A的链状同分异构体可发生银镜反应,说明该同分异构体中含有醛基,此外还应含有碳碳双键,结合“顺反异构”原理,可能的结构为、、、
H2CCHCH2CHO。
(2)具有六元环结构、并能发生银镜反应的的同分异构体的分子中含有醛基,则可能的结构为、、、、。
(3)属于酯类,说明含有酯基。核磁共振氢谱有两组峰,峰面积之比为1∶1,说明分子中有两种不同化学环境的氢原子,数目均为6,因此符合条件的同分异构体的结构简式为或。
(4)苯环的支链上含有2个饱和碳原子、3个不饱和碳原子和2个氧原子,其同分异构体能与饱和碳酸氢钠溶液反应生成CO2,即必含有羧基;核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境氢原子,则具有较高的对称性,由氢原子个数比为6∶2∶1∶1,可知含有两个对称的甲基;还有2个碳原子和2个不饱和度,则含有碳碳三键,故满足条件的同分异构体的结构简式为、、
和。
(5)G()的苯环上有3个不同的取代基,设这三种取代基分别为—X、—Y、—Z。可以先确定—X、—Y在苯环上的相对位置,得到邻、间、对3种同分异构体,再将—Z分别取代上述3种同分异构体中苯环上的氢原子,可分别得到4种、4种、2种同分异构体,共有10种,则H可能的结构有9种。
考点二 研究有机化合物的一般方法
必备知识·自主预诊
1.实验式 分子式 分子结构
2.(1)沸点 溶解度 溶解度 (2)两种互不相溶的溶剂中的溶解性
3.(1)CO2 H2O 简单无机化合物 最简整数比 实验式 无水CaCl2 KOH浓溶液 氧元素
4.(1)官能团 (2)①吸收频率 ②个数 成正比 ③衍射图 键长 键角
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2.答案(1) (2)5
关键能力·考向突破
典例1D 由流程图可知,黄樟油素通过反应Ⅰ生成异黄樟油素,异黄樟油素水洗、过滤除去KOH,通过反应Ⅱ得到洋茉莉醛,利用有机溶剂将洋茉莉醛萃取出来,再加入Na2CO3除去酸,再通过蒸馏分离得到洋茉莉醛。黄樟油素和异黄樟油素不溶于水,水洗的目的是除去KOH,A项正确;洋茉莉醛不溶于水溶液,则试剂X应选用有机溶剂,B项正确;加入Na2CO3溶液的目的是除去稀硫酸,C项正确;进行蒸馏操作时应选用直形冷凝管,D项错误。
对点演练1 D 由题干信息可知,该反应需控制的温度范围低于80.8℃,高于62.1℃,最好采用水浴加热的方式,冷凝管的冷凝水应该下进上出,即从a口流入,b口流出,A项正确;合成反应中,分水器中会出现分层现象,上层是油状物,下层是水,当油层液面高于支管口时,油层会沿着支管口流回烧瓶,以达到反应物冷凝回流、提高产率的目的,当下层液面高度超过距分水器支管约2cm时,及时放出水层,避免水层升高流入烧瓶,B项正确;根据已知信息“环己烷沸点为80.8℃,可与乙醇和水形成共沸物,其混合物沸点为62.1℃”,因此环己烷的作用是在较低温度下带出生成的水,以促进酯化反应向右进行,C项正确;实验时应依次向圆底烧瓶中加入碎瓷片、苯甲酸、无水乙醇、环己烷,搅拌后再加入浓硫酸,D项错误。
典例2答案(1)90 (2)C3H6O3 (3)—COOH —OH (4)4
(5)
解析(1)A的密度是相同条件下H2的45倍,则其相对分子质量为45×2=90。9.0gA的物质的量为0.1mol。(2)燃烧产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,两者分别增重5.4g和13.2g,说明0.1molA燃烧后生成0.3molH2O和0.3molCO2,则1molA中含有6molH、3molC,进而可求出1molA中含3molO,故其分子式为C3H6O3。(3)由题意可知分子中含有一个—COOH和一个—OH。(4)由题图可知A的核磁共振氢谱中有4组峰,说明分子中含有4种处于不同化学环境的氢原子,且个数比为1∶1∶1∶3。(5)综上所述,A的结构简式为。
对点演练2 A 根据该物质的核磁共振氢谱图及球棍模型判断,氢原子有8种,A项正确;该有机化合物中不含苯环,所以不属于芳香族化合物,B项错误;根据该有机化合物键线式和球棍模型判断Et为乙基,该物质的分子式是C9H12O4,C、D项错误。
第十单元 有机化学基础
第1节 认识有机化合物
备考要点
素养要求
1.辨识有机化合物分子中的官能团,判断有机化合物分子中碳原子的饱和程度、键的类型,分析键的极性;能依据有机化合物分子的结构特征分析简单有机化合物的某些化学性质。
2.辨识同分异构现象,能写出符合特定条件的同分异构体,能举例说明同分异构现象。
3.说出测定有机化合物分子结构的常用仪器分析方法,能结合简单图谱信息分析判断有机化合物的分子结构。
1.宏观辨识与微观探析:从不同层次认识有机化合物的多样性,按不同的标准对有机化合物进行分类,并认识有机化合物的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念。从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
2.证据推理与模型认知:通过分析、推理等方法认识有机化合物的本质特征、构成要素及其相互关系。建立模型并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质。
考点一 有机化合物的结构特点
必备知识自主预诊
知识梳理
1.有机化合物的分类方法
(1)依据组成元素分类。
有机
化合物 :烷烃、烯烃、炔烃、苯及其同系物等 :卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等
(2)依据碳骨架分类。
(3)依据官能团分类。
①官能团:决定有机化合物特性的 。
②有机化合物的主要类别、官能团和代表物:
类别
官能团
代表物名称、结构简式
烃
烷烃
—
甲烷CH4
烯烃
(碳碳双键)
乙烯H2CCH2
炔烃
—C≡C—(碳碳三键)
乙炔HC≡CH
芳香烃
—
苯
卤代烃
( )
溴乙烷CH3CH2Br
醇
(羟基)
乙醇CH3CH2OH
酚
苯酚
续 表
类别
官能团
代表物名称、结构简式
醚
(醚键)
乙醚CH3CH2OCH2CH3
醛
(醛基)
乙醛
酮
(酮羰基)
丙酮
羧酸
(羧基)
乙酸
酯
(酯基)
乙酸乙酯
胺
—NH2
甲胺 CH3NH2
酰胺
(酰胺基)
乙酰胺 CH3CONH2
2.有机化合物中的共价键
(1)共价键的类型。
物质
甲烷
乙烯
乙炔
球棍
模型
共价键
类型
4个 键
个σ键、
个π键
个σ键、
个π键
碳原子
杂化类型
(2)共价键的极性与有机反应。
由于不同的成键原子间电负性的差异,共用电子对偏向电负性 的原子。偏移的程度越大,共价键极性 ,在反应中越容易发生 。
乙醇中氧原子的电负性较大,导致碳氧键和氢氧键极性较强,容易发生取代反应。
乙醇与钠反应的化学方程式:
;
乙醇与HBr反应的化学方程式:
。
乙烯(CH2CH2)分子中π键不稳定,容易断裂发生 反应,乙烯与Br2反应的化学方程式: 。
3.有机化合物的同分异构现象
(1)同分异构体。
化合物具有相同的 ,但具有不同 的现象叫同分异构现象,具有同分异构现象的化合物互为 。
(2)同分异构体类型。
①同分异构体的类型。
有机化合物的同分异构现象主要有 异构和立体异构。构造异构主要包括由碳骨架不同而产生的 异构,由官能团的位置不同而产生的 异构,以及由官能团不同而产生的 异构。立体异构有 和对映异构等。
②有机化合物的构造异构现象。
异构
类别
实例
碳架
异构
C4H10:CH3—CH2—CH2—CH3
位置
异构
C4H8:CH2CH—CH2—CH3
C6H4Cl2:
官能
团异构
C2H6O:
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)醛基的结构简式为“—COH”。( )
(2)与属于同类物质。( )
(3)含有苯环的有机化合物属于芳香烃。( )
(4)含有醛基的有机化合物一定属于醛类。( )
(5)含有羟基的物质只有醇。( )
(6)只有烃的衍生物中才含有官能团,烃中没有官能团。( )
(7)相同碳原子数的饱和一元醛和饱和一元酮互为同分异构体。( )
(8)同分异构体可以是同类物质,也可以是不同类别的物质。( )
2.指出下列有机化合物分子结构中的官能团。
(1)中的官能团是 (填名称)。
(2)中的官能团是 (填名称)。
(3)中含有的官能团名称是 ,分子中碳原子的杂化类型有 。
(4)CH3CH2CH2CH(CH3)2、二者属于 。
(5)、二者属于 。
(6)HCOOCH2CH3、CH3CH2COOH二者属于 。
关键能力考向突破
考向1 有机化合物的分类与官能团
【典例1】(1)(2020江苏化学,节选)A()中的含氧官能团名称为硝基、 和 。
(2)(2020全国1,节选)C()中所含官能团的名称为 。
(3)(2020天津化学,节选)F的分子式为 ,G所含官能团的名称为 。
(4)(2019全国1,节选)①有机化合物A()中的官能团名称是 。
②碳原子上连有4个不同的原子或原子团时,该碳原子称为手性碳原子。在B()的结构简式中用星号(*)标出B中的手性碳原子: 。
(5)(2019全国2,节选)烃A(分子式是C3H6)是一种烯烃,化学名称为 。有机化合物C()中官能团的名称为 、 。
易错警示(1)醇和酚的结构差别是羟基是否直接连在苯环上。如属于醇类,属于酚类。
(2)含有醛基的有机化合物不一定属于醛类。如甲酸某酯,虽然含有—CHO,但醛基不与烃基直接相连,不属于醛类。
对点演练1(双选)(2020山东第二次模拟考)下列关于有机化合物结构的说法错误的是( )
A.环己烷中所有C—C—C键角均为120°
B.CnH2n+1Cl与CnHCl2n+1(n取相同值)同分异构体数目相同
C.碳原子与氮原子之间可形成单键、双键和三键
D.含有手性碳原子的饱和链烃中,碳原子数最少的一定是3-甲基己烷
对点演练2(1)(2019全国3,节选)①有机化合物A()的化学名称为 。
②中的官能团名称是 。
(2)(2019江苏化学,节选)有机化合物A()中含氧官能团的名称为 和 。
(3)(2019海南化学,节选)①奥沙拉秦()的分子式为 ,其核磁共振氢谱为 组峰,峰面积之比为 。
②若将奥沙拉秦用HCl酸化后,分子中含氧官能团的名称为 。
(4)(2019天津化学,节选)①茅苍术醇()的分子式为 ,所含官能团名称为 ,分子中手性碳原子(连有四个不同的原子或原子团)的数目为 。
②化合物B[CH3C≡CCOOC(CH3)3]的核磁共振氢谱中有 个吸收峰;其满足以下条件的同分异构体(不考虑手性异构)数目为 。
a.分子中含有碳碳三键和乙酯基(—COOCH2CH3)
b.分子中有连续四个碳原子在一条直线上
写出其中碳碳三键和乙酯基直接相连的同分异构体的结构简式: 。
③有机化合物的系统命名为 。
考向2 同分异构体的判断
【典例2】(2020海南高考调研测试)下列物质互为同分异构体的是( )
A.CH3CH2C≡CH和
B.和
C.和HCOOCH2CH3
D.和
归纳总结常考的官能团异构
①CnH2n:单烯烃、环烷烃;
②CnH2n-2:单炔烃、二烯烃、环烯烃、二环烃;
③CnH2n+2O:饱和一元醇、饱和一元醚;
④CnH2nO:饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇、烯醚、环醇、环醚;
⑤CnH2nO2:饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟醛、羟酮;
⑥CnH2n+1O2N:氨基酸、硝基烷。
对点演练3(2020浙江1月选考,7)下列说法不正确的是( )
A. 816O和 818O互为同位素
B.金刚石和石墨互为同素异形体
C.和互为同系物
D.CH3COOCH2CH3和CH3CH2CH2COOH互为同分异构体
考向3 限定条件的同分异构体的书写
【典例3】(1)(2020江苏化学,节选)C()的一种同分异构体同时满足下列条件,写出该同分异构体的结构简式: 。
①能与FeCl3溶液发生显色反应。
②能发生水解反应,水解产物之一是α-氨基酸,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1,且含苯环。
(2)(2020浙江7月选考,节选)写出化合物A()同时符合下列条件的同分异构体的结构简式: 。
1H-NMR谱和IR谱检测表明:①分子中共有4种氢原子,其中苯环上的有2种;②有碳氧双键,无氮氧键和—CHO。
(3)(2020全国3,节选)M为C()的一种同分异构体。已知:1 mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 mol 二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为 。
(4)(2020全国1,节选)E()的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应,且核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有 种,其中,芳香环上为二取代的结构简式为 。
(5)(2020全国2,节选)化合物C(分子式C6H10O,结构简式)的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有 种(不考虑立体异构,填标号)。
(ⅰ)含有两个甲基;(ⅱ)含有酮羰基(但不含CCO);(ⅲ)不含有环状结构。
(a)4 (b)6 (c)8 (d)10
其中,含有手性碳原子(注:连有四个不同的原子或原子团的碳原子)的化合物的结构简式为 。
思路点拨同分异构体的书写
对点演练4(1)(2020天津化学,节选)A()的链状同分异构体可发生银镜反应,写出这些同分异构体所有可能的结构: 。
(2)(2019全国1,节选)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的的同分异构体的结构简式: (不考虑立体异构,只需写出3个)。
(3)(2018全国1,节选)写出与互为同分异构体的酯类化合物的结构简式(核磁共振氢谱有两组峰,峰面积之比为1∶1): 。
(4)(2017全国1,节选)芳香化合物X是的同分异构体,X能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出CO2,其核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境的氢,峰面积之比为6∶2∶1∶1。写出2种符合要求的X的结构简式: 。
(5)(2017全国3,节选)H是G()的同分异构体,其苯环上的取代基与G的相同但位置不同,则H可能的结构有 种。
深度指津1.限定条件下同分异构体的书写
限定范围书写或补写同分异构体,解题时要看清所限范围。分析已知几种同分异构体的结构特点,通过对比、联想、找出规律进行补写;同时注意碳的四价原则和官能团存在位置的要求。
(1)芳香烃的同分异构体:
①烷基的类别与个数,即碳架异构。
②若有2个侧链,则存在邻、间、对三种位置异构。
(2)具有官能团的有机化合物:
一般书写顺序为:碳架异构→位置异构→官能团异构。书写要有序进行,如书写酯类物质的同分异构体时,可采用逐一增加碳原子的方法。如书写分子式为C8H8O2含苯环的属于酯类的同分异构体有甲酸某酯:
、、、;乙酸某酯:;苯甲酸某酯:。
2.同分异构体数目的判断方法
(1)记忆法:记住一些常见有机化合物同分异构体的数目,如
①凡只含一个碳原子的分子均无同分异构体;
②乙烷、丙烷、乙烯、乙炔无同分异构体;
③4个碳原子的烷烃有2种同分异构体,5个碳原子的烷烃有3种同分异构体,6个碳原子的烷烃有5种同分异构体。
(2)基元法:如根据丁基有4种,可以确定丁醇、戊醛、戊酸都有4种结构。
(3)替代法:如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体(氯原子位置包括邻、间、对三种),四氯苯也有3种同分异构体(两个氢原子位置包括邻、间、对三种);又如CH4的一氯代物只有1种,新戊烷C(CH3)4的一氯代物也只有1种。
(4)等效氢法:等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法,其规律有:
①同一碳原子上的氢原子等效。
②同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
③位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。
(5)二元取代物同分异构体的判断,可用“定一移一”的方法,即先定位一个取代基,再移动另一个取代基。
考点二 研究有机化合物的一般方法
必备知识自主预诊
知识梳理
1.研究有机化合物的基本步骤
分离
提纯元素定
量分析测量相对
分子质量波谱
分析
↓ ↓ ↓ ↓
纯净物 确定 确定 确定
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)蒸馏和重结晶:
类型
适用对象
要求
蒸馏
常用于分离、提纯液态有机化合物
①该有机化合物热稳定性较强
②该有机化合物与杂质的 相差较大
重结晶
常用于分离、提纯固体有机化合物
①杂质在所选溶剂中 很小或很大
②被提纯的有机化合物在此溶剂中 受温度影响较大
(2)萃取:
类型
原理
液-液萃取
利用待分离组分在 不同,将待分离组分从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程
固-液萃取
用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程
3.有机化合物分子式的确定
(1)元素分析。
(2)相对分子质量的测定——质谱法。
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)的最大值即为该有机化合物的相对分子质量。
4.有机化合物分子结构的鉴定
(1)化学方法:利用特征反应鉴定出 。常见官能团的检验方法如下:
官能团种类
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳三键
溴的四氯化碳溶液
橙色褪去
酸性高锰酸钾溶液
紫色褪去
卤素原子
氢氧化钠溶液、硝酸银溶液、稀硝酸
有沉淀产生
酚羟基
三氯化铁溶液
显紫色
浓溴水
有白色沉淀产生
醛基
银氨溶液
有银镜产生
新制氢氧化铜
有砖红色沉淀产生
羧基
碳酸钠溶液
有二氧化碳
气体产生
碳酸氢钠溶液
石蕊溶液
溶液变红色
(2)物理方法:
①红外光谱。
分子中的化学键或官能团对红外线发生振动吸收,不同的化学键或官能团 不同,在红外光谱图上将处于不同的位置,从而可以获得分子中含有的化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱。
不同化学环境中的氢原子氢原子种数:等于吸收峰的 氢原子个数:与吸收峰的面积
③X射线衍射。
X射线是一种波长很短(约10-10 m)的电磁波,它和晶体中的原子相互作用可以产生 。经过计算可以从中获得分子结构的有关数据,包括 、 等分子结构信息。将X射线衍射技术用于有机化合物(特别是复杂的生物大分子)晶体结构的测定,可以获得更为直接而详尽的结构信息。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)碳氢质量比为3∶1的有机化合物一定是CH4。( )
(2)CH3CH2OH与CH3OCH3互为同分异构体,核磁共振氢谱相同。( )
(3)乙醇是良好的有机溶剂,根据相似相溶原理用乙醇从水溶液中萃取有机化合物。( )
(4)有机化合物的核磁共振氢谱中会出现三组峰,且峰面积之比为3∶4∶1。( )
(5)对有机化合物分子红外光谱图的研究有助于确定有机化合物分子中的官能团。( )
2.(1)已知烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢,A的结构简式为 。
(2)HOOC(CH2)3COOH的同分异构体中能同时满足下列条件的共有 种(不含立体异构);
①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体
②既能发生银镜反应,又能发生水解反应
其中核磁共振氢谱显示为3组峰,且峰面积之比为6∶1∶1的是 (写结构简式)。
关键能力考向突破
考向1 有机化合物的分离、提纯
【典例1】(2020山东第二次模拟考)实验室利用反应
合成洋茉莉醛的流程如下:
下列说法错误的是( )
A.水洗的目的是除去KOH
B.试剂X应选用有机溶剂
C.加入Na2CO3溶液的目的是除去酸
D.进行蒸馏操作时可选用球形冷凝管
对点演练1(2020山东日照一模)苯甲酸乙酯(无色液体,难溶于水,沸点213 ℃)天然存在于桃、菠萝、红茶中,稍有水果气味,常用于配制香精和人造精油,也可用作食品添加剂。实验室利用如图所示装置,在环己烷中通过反应+(足量)+H2O制备。已知:环己烷沸点为80.8 ℃,可与乙醇和水形成共沸物,其混合物沸点为62.1 ℃。下列说法错误的是( )
A.实验时最好采用水浴加热,且冷却水应从b口流出
B.分水器可及时放出水层,避免水层升高流入烧瓶
C.环己烷的作用是在较低温度下带出生成的水,促进酯化反应向右进行
D.实验时应依次向圆底烧瓶中加入碎瓷片、浓硫酸、苯甲酸、无水乙醇、环己烷
考向2 有机化合物分子式、结构式的确定
【典例2】有机化合物A可由葡萄糖发酵得到,也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体,易溶于水。为研究A的组成与结构,进行了如下实验:
实验步骤
解释或实验结论
(1)称取9.0 g A,升温使其汽化,测其密度是相同条件下H2的45倍
试通过计算填空:
(1)A的相对分子质量为
(2)将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重5.4 g和13.2 g
(2)A的分子式为
(3)另取9.0 g A与足量的NaHCO3粉末反应,生成2.24 L CO2(标准状况),若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况)
(3)用结构简式表示A中含有的官能团: 、
(4)A的核磁共振氢谱如图所示:
(4)A中含有 种不同化学环境的氢原子
(5)综上所述,A的结构简式为
思维模板燃烧法确定有机化合物的分子式
有机化合物完全燃烧后一般生成水和二氧化碳,根据生成的水和CO2的质量,换算成物质的量之比,从而确定分子中碳、氢原子个数比,若分子中还含有氧原子,则根据相对分子质量确定氧原子数,进而确定分子式。
对点演练2(2019四川成都模拟)某化合物的结构简式(键线式)及球棍模型如下:
该有机化合物分子的核磁共振氢谱图如下(单位是ppm)。
下列关于该有机化合物的叙述正确的是( )
A.该有机化合物分子中,不同化学环境的氢原子有8种
B.该有机化合物属于芳香族化合物
C.键线式中的Et代表的基团为—CH3
D.该有机化合物的分子式为C9H10O4
深度指津1.有机化合物的分离、提纯
混合物
(括号中为杂质)
试剂
分离方法
主要仪器
甲烷(乙烯)
溴水
洗气
洗气瓶
苯(乙苯)
酸性高锰酸
钾溶液、NaOH溶液
分液
分液漏斗
乙醇(水)
CaO
蒸馏
蒸馏烧瓶、
冷凝管
溴乙烷(乙醇)
水
分液
分液漏斗
醇(酸)
NaOH溶液
蒸馏
蒸馏烧瓶、
冷凝管
硝基苯(NO2)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
苯(苯酚)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
酯(酸)
饱和Na2CO3溶液
分液
分液漏斗
2.有机化合物分子式的确定方法
(1)最简式规律:
①常见最简式相同的有机化合物。
最简式
对应物质
CH
乙炔、苯、苯乙烯等
CH2
分子中只有1个碳碳双键的链状烯烃或环烷烃等
CH2O
甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖等
②含有n个碳原子的饱和一元醛或酮与含有2n个碳原子的饱和一元羧酸或酯具有相同的最简式CnH2nO。
③含有n个碳原子的链状炔烃(分子中只有1个碳碳三键)与含有3n个碳原子的苯及其同系物具有相同的最简式。
(2)相对分子质量相同的有机化合物:
①同分异构体相对分子质量相同。
②含有n个碳原子的醇与含(n-1)个碳原子的同类型羧酸或酯相对分子质量相同。
③含有n个碳原子的烷烃与含(n-1)个碳原子的饱和一元醛或酮相对分子质量相同。
(3)“商余法”推断烃的分子式:
设烃的相对分子质量为M,则
M12=商………………余数
| |
最大碳原子数 最小氢原子数
M12的余数为0、碳原子数大于或等于氢原子数时,每减少一个碳原子相应增加12个氢原子,直到饱和为止。
3.确定有机化合物结构式的流程
网络构建
核心速记
有机化合物的分类链状化合物、环状化合物烃、烃的衍生物有机化合物的结构碳原子杂化类型同分异构体:构造异构和立体异构研究有机化合物的步骤分离、提纯,得到纯净物元素定量分析,确定实验式测定相对分子质量,确定分子式波谱分析,确定分子结构研究有机化合物的方法分子式的确定分子结构的鉴定
1.有机化合物的分类
根据碳骨架分为链状化合物和环状化合物;
根据有机化合物所含元素分为烃和烃的衍生物。
2.有机化合物的结构
有机化合物中碳原子的杂化类型有sp、sp2、sp3。
构造异构分为碳架异构、位置异构和官能团异构。
3.烷烃同分异构体书写规律
成直链,一条线;摘一碳,挂中间;往边移,不到端;
摘两碳,成乙基;二甲基,同邻间。
4.确定有机化合物分子式和结构式的物理方法
质谱法:确定相对分子质量;
红外光谱:确定化学键或官能团;
核磁共振氢谱:确定氢原子的种类和个数比;
X射线衍射:可获得键长、键角等分子结构信息。
第十单元 有机化学基础
第1节 认识有机化合物
考点一 有机化合物的结构特点
必备知识·自主预诊
1.(1)烃 烃的衍生物 (2)链状 脂肪烃衍生物 脂环烃 芳香族 芳香烃 (3)①原子或原子团 ② 碳卤键 —OH 氨基
2.(1)σ 5 1 3 2 sp3 sp2 sp (2)较大 越强 断裂 2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑ CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O 加成 CH2CH2+Br2CH2BrCH2Br
3.(1)分子式 结构 同分异构体 (2)①构造 碳架 位置 官能团 顺反异构 ② CH3—CHCH—CH3
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
(7)√ (8)√
2.答案(1)醛基 (2)氨基、羧基 (3)碳碳双键、酯基、羰基 sp2、sp3 (4)同系物 (5)同分异构体 (6)同分异构体
关键能力·考向突破
典例1答案(1)醛基 (酚)羟基 (2)碳碳双键、碳卤键
(3)C13H12O3 羰基、酯基 (4)①羟基 ②
(5)丙烯 碳卤键 羟基
对点演练1 AD 环己烷中所有碳原子均为sp3杂化,都具有四面体结构,键角为109°28',A项错误;CnH2n+1Cl的等效氢与CnHCl2n+1的等效氯数目相同,则同分异构体数目相同,B项正确;碳原子与氮原子之间可形成单键、双键和三键(氰基—C≡N),C项正确;含有手性碳原子,且碳原子数最少的饱和链烃()分子式为C7H16,由于丙基(—C3H7)有两种结构,故可能是3-甲基己烷或2,3-二甲基戊烷,D项错误。
对点演练2答案(1)①间苯二酚(1,3-苯二酚) ②羧基、碳碳双键
(2)(酚)羟基 羧基 (3)①C14H8N2O6Na2 4 1∶1∶1∶1 ②羧基、(酚)羟基
(4)①C15H26O 碳碳双键、羟基 3 ②2 5
和CH3CH2CH2C≡CCOOCH2CH3
③2-甲基-2-丙醇
典例2B A项,CH3CH2C≡CH的分子式为C4H6,的分子式为C4H8,二者分子式不同,不互为同分异构体,错误;B项,二者分子式均为C7H14O,结构不同,互为同分异构体,正确;C项,的分子式为C3H4O2,HCOOCH2CH3的分子式为C3H6O2,二者不互为同分异构体,错误;D项,二者均为2-甲基丁烷,属于同种物质,错误。
对点演练3 C 属于酚,属于醇,两者结构不相似,不互为同系物,C项错误。
典例3答案(1)
(2)、、、
(3)
(4)6 (5)c
解析(1)①能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基;②能发生水解反应,说明含有酯基或肽键,水解产物之一是α-氨基酸,该有机化合物中含有“”,另一产物分子中不同化学环境的氢原子数目之比为1∶1,且含有苯环,说明是对称结构,综上所述,符合条件的是。
(2)分子中有4种氢原子并且苯环上有2种,分子中含有碳氧双键,不含—CHO和氮氧键,故分子中苯环上含有两个取代基,满足条件的同分异构体分别为、、、。
(3)根据M的有关信息可知,M分子中含有2个羧基、一个苯环,且两个取代基在苯环的对位。根据C物质的结构简式可知,其同分异构体M中的两个对位羧基分别为—COOH、—CH2COOH,故M的结构简式为。
(4)已知苯胺与甲基吡啶互为芳香同分异构体。E()的六元环芳香同分异构体中,能与金属钠反应(则其分子中有羟基);核磁共振氢谱有四组峰,峰面积之比为6∶2∶2∶1的有、、、、、,共6种。其中,芳香环上为二取代的结构简式为。
(5)根据碳原子的不饱和程度,结合题目条件可知,分子中应含有碳碳双键和酮羰基,还应含2个甲基,符合条件的有8种,如下(编号为碳碳双键位置):
。其中含有手性碳原子的化合物的结构简式为。
对点演练4答案(1)、、、H2CCHCH2CHO
(2)、、、、(任写三种)
(3)、
(4)、、
、(任写两种)
(5)9
解析(1)A的链状同分异构体可发生银镜反应,说明该同分异构体中含有醛基,此外还应含有碳碳双键,结合“顺反异构”原理,可能的结构为、、、
H2CCHCH2CHO。
(2)具有六元环结构、并能发生银镜反应的的同分异构体的分子中含有醛基,则可能的结构为、、、、。
(3)属于酯类,说明含有酯基。核磁共振氢谱有两组峰,峰面积之比为1∶1,说明分子中有两种不同化学环境的氢原子,数目均为6,因此符合条件的同分异构体的结构简式为或。
(4)苯环的支链上含有2个饱和碳原子、3个不饱和碳原子和2个氧原子,其同分异构体能与饱和碳酸氢钠溶液反应生成CO2,即必含有羧基;核磁共振氢谱显示有4种不同化学环境氢原子,则具有较高的对称性,由氢原子个数比为6∶2∶1∶1,可知含有两个对称的甲基;还有2个碳原子和2个不饱和度,则含有碳碳三键,故满足条件的同分异构体的结构简式为、、
和。
(5)G()的苯环上有3个不同的取代基,设这三种取代基分别为—X、—Y、—Z。可以先确定—X、—Y在苯环上的相对位置,得到邻、间、对3种同分异构体,再将—Z分别取代上述3种同分异构体中苯环上的氢原子,可分别得到4种、4种、2种同分异构体,共有10种,则H可能的结构有9种。
考点二 研究有机化合物的一般方法
必备知识·自主预诊
1.实验式 分子式 分子结构
2.(1)沸点 溶解度 溶解度 (2)两种互不相溶的溶剂中的溶解性
3.(1)CO2 H2O 简单无机化合物 最简整数比 实验式 无水CaCl2 KOH浓溶液 氧元素
4.(1)官能团 (2)①吸收频率 ②个数 成正比 ③衍射图 键长 键角
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2.答案(1) (2)5
关键能力·考向突破
典例1D 由流程图可知,黄樟油素通过反应Ⅰ生成异黄樟油素,异黄樟油素水洗、过滤除去KOH,通过反应Ⅱ得到洋茉莉醛,利用有机溶剂将洋茉莉醛萃取出来,再加入Na2CO3除去酸,再通过蒸馏分离得到洋茉莉醛。黄樟油素和异黄樟油素不溶于水,水洗的目的是除去KOH,A项正确;洋茉莉醛不溶于水溶液,则试剂X应选用有机溶剂,B项正确;加入Na2CO3溶液的目的是除去稀硫酸,C项正确;进行蒸馏操作时应选用直形冷凝管,D项错误。
对点演练1 D 由题干信息可知,该反应需控制的温度范围低于80.8℃,高于62.1℃,最好采用水浴加热的方式,冷凝管的冷凝水应该下进上出,即从a口流入,b口流出,A项正确;合成反应中,分水器中会出现分层现象,上层是油状物,下层是水,当油层液面高于支管口时,油层会沿着支管口流回烧瓶,以达到反应物冷凝回流、提高产率的目的,当下层液面高度超过距分水器支管约2cm时,及时放出水层,避免水层升高流入烧瓶,B项正确;根据已知信息“环己烷沸点为80.8℃,可与乙醇和水形成共沸物,其混合物沸点为62.1℃”,因此环己烷的作用是在较低温度下带出生成的水,以促进酯化反应向右进行,C项正确;实验时应依次向圆底烧瓶中加入碎瓷片、苯甲酸、无水乙醇、环己烷,搅拌后再加入浓硫酸,D项错误。
典例2答案(1)90 (2)C3H6O3 (3)—COOH —OH (4)4
(5)
解析(1)A的密度是相同条件下H2的45倍,则其相对分子质量为45×2=90。9.0gA的物质的量为0.1mol。(2)燃烧产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,两者分别增重5.4g和13.2g,说明0.1molA燃烧后生成0.3molH2O和0.3molCO2,则1molA中含有6molH、3molC,进而可求出1molA中含3molO,故其分子式为C3H6O3。(3)由题意可知分子中含有一个—COOH和一个—OH。(4)由题图可知A的核磁共振氢谱中有4组峰,说明分子中含有4种处于不同化学环境的氢原子,且个数比为1∶1∶1∶3。(5)综上所述,A的结构简式为。
对点演练2 A 根据该物质的核磁共振氢谱图及球棍模型判断,氢原子有8种,A项正确;该有机化合物中不含苯环,所以不属于芳香族化合物,B项错误;根据该有机化合物键线式和球棍模型判断Et为乙基,该物质的分子式是C9H12O4,C、D项错误。
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