高中化学竞赛有机化学基础

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1、高中化学竞赛有机化学基础 必须掌握的内容 1 有机化合物及有机化学 2 有机化合物构造式的表示方法 3 共价键的形成 价键法 sp3 sp2sp杂化 键与 键 和分子轨道法 4 共价键的基本属性及诱导效应 5 共价键的断键方式及有机反应中间体 6 有机化合物的酸碱概念 共价键的形成及共价键的属性 诱导效应 本章重点 第一章绪论 有机化合物与有机化学 1 有机化合物 烃及其衍生物 烃 碳氢化合物 2 有机化学 研究有机化合物来源 制备 结构 性能 应用及其变化规律的科学 3 有机化合物的研究对象有机化学是从分子水平上研究物质世界最丰富多彩的部分 有机化合物 简单有机小分子化合物 组成 价键 结构

2、 性质 鉴定 反应 合成 复杂有机化合物 结构 鉴定 合成 大分子化合物 结构 鉴定 合成 相互作用 超分子 分子识别 分子组装 功能 三项内容 分离 结构 反应和合成 分离 从自然界或反应产物通过蒸馏 结晶 吸附 萃取 升华等操作孤立出单一纯净的有机物 结构 对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解 阐明其结构和特性 反应和合成 从某一有机化合物 原料 经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物 产物 4 有机化学的产生和发展有机化学作为一门学科诞生于 19世纪初有 生机 之物 碳化合物 碳氢化合物 十八世纪前 利用天然有机物 我国古代对天然有机物的利用 植物染料 酿酒 制醋 中草药 神农

3、本草经 汉末 造纸 汉朝 其他国家 如古代印度 巴比伦 埃及 希腊和罗马也都在染色 酿酒对天然有机物进行了利用 埃及人用靛蓝和茜素作木乃伊裹布的染料 古犹太人祈祷者披巾上的蓝色是从一种地中海鱼中提取出来的 有机化学的任务1 发现新现象 新的有机物 有机物的新的来源 新的合成方法 合成技巧 新的有机反应等 2 研究新的规律 结构与性质的关系 反应机理等 3 提供新材料 提供新的高科技材料 推动国民经济和科学技术的发展 4 探索生命的奥秘 生命与有机化学的结合 有机化合物的特点 有机化合物的特点通常可用五个字概括 多 燃 低 难 慢 1 组成和结构之特点有机化合物种类繁多 数目庞大 已知有七百多万

4、种 且还在不但增加 但组成元素少 C H O N P S X等 原因 1 C原子自身相互结合能力强2 结合的方式多种多样 单键 双键 三键 链状 环状 3 同分异构现象 构造异构 构型异构 构象异构 普遍例如 C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物 2 性质上的特点A 物理性质方面特点1 挥发性大 熔点 沸点低2 水溶性差 大多不容或难溶于水 易溶于有机溶剂B 化学性质方面的特点1 易燃烧2 热稳定性差 易受热分解 许多化合物在200 300度就分解 3 反应速度慢4 反应复杂 副反应多 共价键的形成及其属性 一 共价键的形成 共价键的成键条件 共价键的饱和性 共价键的方向性 1 价键

5、理论 2 杂化轨道理论 简介 要点 sp3 sp2 sp杂化 1 不同杂化方式的轨道形状 s成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性是不同的 着重强调两个问题 2 键与 键的差异 二 共价键的属性 1 键长 以共价键键合的两个原子核间的距离为键长 2 键角 同一原子上的两个共价键之间的夹角 3 键能 气态时原子A和原子B结合成1molA B双原子分子 气态 所放出的能量 4 键的极性和键矩键矩 极性共价键正或负电荷中心的电荷 q 与两个电荷中心之间的距离 d 的乘积叫键矩 u 三 诱导效应 由于成键原子电负性不同所引起的 电子云沿键链 包括 键和 键 按一定方向移动的效应 或者说是键的极性通过键链依

6、次诱导传递的效应 称为诱导效应 Inductiveeffects 通常用 I 表示 从下面几组数据中找找规律 I效应 CH3 3C CH3 2CH CH3CH2 CH3 I效应 F Cl Br I 取代羧酸的酸性与在烃基同一位置上引入 I基团的数目有关 数目越多 酸性越强 取代羧酸的酸性与 I基团离羧基的距离有关 距离越远 影响越小 吸电子诱导效应 I 供电子诱导效应 I 原子或基团的吸电子能力顺序如下 有机化学反应的类型和试剂的分类 一 共价键的断裂方式 1 均裂 成键的一对电子平均分给两个原子或原子团 均裂生成的带单电子的原子或原子团称为自由基 或游离基 自由基不带电荷 呈电中性 有很高的

7、化学活性 自由基反应 通过共价键的均裂而进行的反应 自由基反应一般在光或热的作用下进行 2 异裂 成键的一对电子保留在一个原子或原子团上 异裂生成了正离子或负离子 有机化合物异裂生成碳正离子 R 或碳负离子 R 离子型反应 通过共价键的异裂而进行的反应 离子型反应一般在酸 碱等极性试剂的作用下进行 它又分为亲核反应和亲电反应 二 有机中间体 自由基 碳正离子 R 碳负离子 R 三 有机试剂的类型 试剂可分为自由基试剂 离子试剂 离子试剂又分为亲核试剂和亲电试剂 1 亲电试剂 在反应过程中接受电子或共用电子 这些电子原属于另一反应物分子的 的试剂 2 亲核试剂 在反应过程中供给电子的试剂 四 有

8、机反应的基本类型 1 按共价键断裂的方式分类 1 自由基反应 通过共价键的均裂而进行的反应 自由基反应一般在光或热的作用下进行 2 离子型反应 通过共价键的异裂而进行的反应 离子型反应一般在酸 碱等极性试剂的作用下进行 它又分为亲核反应和亲电反应 3 周环反应 通过环状过度态而进行的反应 亲电反应和亲核反应 由亲电试剂进攻而发生的反应为亲电反应 由亲核试剂进攻而发生的反应为亲核反应 有机化合物的结构 分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的构造 表示分子构造的化学式叫做构造式 无机化合物 一个分子式只代表一个化合物 如 H2SO4只代表硫酸 有机化合物 一个分子式可代表多个化合物 如 C2H5O

9、H即代表乙醇又代表甲醚 有机化合物构造式的表示方法通常有 较常用的为构造简式和键线式 如 有机化合物的分类及命名 一 按碳架分类1 开链化合物 碳原子相互结合形成链状2 碳环化合物 含有碳原子组成的碳环1 脂环化合物2 芳香族化合物3 杂环化合物 是环状化合物 这种环是由碳原子和其他元素的原子共同组成二 按官能团分类官能团 是指有机化合物分子中特别能起化学反应的一些原子或原子团 它常常可以决定化合物的主要性质 研究有机化合物的一般步骤1 分离提纯 重结晶 升华法 蒸馏法 色层分析法以及离子交换法等2 纯度的检定 测定熔点 沸点 相对密度和折射率等3 实验式和分子式的确定 元素定性分析和定量分析

10、 测其分子量 确定实验式和分子式 4 结构式的确定 化学方法 官能团分析 化学降解及合成 物理方法 红外 IR 紫外 UV 核磁 NMR 质谱 MS 气液色谱和X衍射等 键矩 极性共价键正或负电荷中心的电荷 q 与两个电荷中心之间的距离 d 的乘积叫键矩 u 化学键的极性 以键矩又称偶极矩 来量度 偶极矩是向量 带有方向性 一般以 来表示 箭头表示从正电荷到负电荷的方向 多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和 非极性共价键 两个相同原子组成的共价键 成键电子云均匀分布在两核周围 Cl2 H2极性共价键 不同原子组成的共价键 成键电子云均偏向电负性大的原子一边 HCl H2O 键的极性

11、 键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值 与外界条件无关 是永久的性质 键的极化性 键的极化性是共价键在外电场的作用下 使键的极性发生变化 键的极化性用键的极化度来度量 其大小除与成键原子的体积 电负性和键的种类有关外 还与外电场强度有关 是暂时的性质 小结 键长与键能反映了键的强度 即分子的热稳定性 键角反映了分子的空间形象 键矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性 并影响它们的物理性质 键的极性影响化学反应 分子的极性影响物性常数 如 沸点 熔点 溶解度 键能 气态时原子A和原子B结合成1molA B双原子分子 气态 所放出的能量 通常键能愈大 键愈牢固 键的离解能 要使1molA B双

12、原子分子 气态 共价键解离为原子 气态 时所需的能量 H 0 吸热 常用符号D A B 表示 H H H H H 436kJ mol D 436kJ mol A 气 B 气 A B 气 Cl Cl Cl ClD 242kJ mol Cl Cl Cl2 H 242kJ mol 键能与键的离解能的差异 双原子分子 键能即是键的离解能 多原子分子 键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值 第二章有机化合物的分类及命名 有机化合物的分类 官能团 决定一类有机化合物共同性质的原子或原子团称为官能团 烯 炔 卤代烃 醇 酚 醚 醛 羧酸 胺 酮 练习 下列化合物中有2个官能团的是 A CH3CH2ClB

13、 C CH2 CHClD CD 同系物 结构相似 分子组成相差一个或若干个 CH2 原子团的有机化合物互相称为同系物 结构相似 相同的通式 相同的官能团 相似的化学性质 注意 判断 它们是否属于同系物 不是 是 不是 A CH3CH2CH2CH2CH3和CH3CH CH3 2B CH3CH2CH2OH和CH2CH2C D CH2 CH CH CH2和CH CH OHOH 1 下列互为同系物的一组是 A 2 下列说法正确的是 相邻的两互为同系物的物质间在相对分子质量上相差14 分子组成相差若干个CH2的有机物一定互称为同系物 同系物间具有相同的通式 具有相同分子通式的化合物间一定互为同系物 具有

14、相同的官能团的有机物一定互称为同系物 同系物间具有相似的化学性质 同系物间具有相同的物理性质 1 根据组成元素的不同 烃 烃的衍生物 只含碳氢元素的有机物 烃分子中的氢原子被其它原子或原子团取代后得到的物质 常含C H O N P X等元素 一 有机化合物的分类 2 按官能团分 卤代烃醇醛羧酸醚 3 按碳的骨架分 链状化合物 环状化合物 脂环化合物 芳香族化合物 脂肪烃 链状烃 脂环烃 又称脂肪族化合物 课堂练习 下列各对物质中 按官能团进行分类 属于同一类物质的是 A 3 指出下列有机化合物的所属类别 烯 卤代烃 酚 醛 醇 羧酸 有机物 烃 烃的衍生物 链烃 环烃 饱和烃 不饱和烃 脂环烃

15、 芳香烃 卤代烃 含氧衍生物 醇 醛 羧酸 CH3 CH3 CH3 Br CH3 OH CH3 O CH3 CH3 CHO CH3 COOH CH2 CH2 CH CH 酮 酚 醚 酯 CH3 COOCH2CH3 小结 链状化合物这类化合物分子中的碳原子相互连接成链状 因其最初是在脂肪中发现的 所以又叫脂肪族化合物 如 正丁烷正丁醇 环状化合物这类化合物分子中含有由碳原子组成的环状结构 它又可分为两类 1 脂环化合物 是一类性质和脂肪族化合物相似的碳环化合物 如 环戊烷环己醇 2 芳香族化合物 是分子中含有苯环的有机化合物 如 苯 萘 醇 OH羟基 连接在脂肪烃基上 CH3CH2OHCH3 O

16、HHO CH2 CH2 OH 酚 OH羟基 连接苯环上 第三章有机化合物的同分异构现象 学习要求 1 掌握立体异构 光学异构 对称因素 主要指对称面 对称中心 手性碳原子 手性分子 对映体 非对映体 外消旋体 内消旋体等基本概念 2 掌握书写费歇尔投影式的方法 3 掌握构型的D L和R S标记法 4 掌握判断分子手性的方法 5 初步掌握亲电加成反应的立体化学 异构现象是有机化学中存在着的极为普遍的现象 其异构现象可归纳如下 立体异构构造相同 分子中原子或基团在空间的排列方式不同 同分异构是多层次性 构造异构 构型异构和构象异构是不同层次上的异构 其中构造异构属较低层次的异构形式 其次为构型异构 而构象异构是较高层次的异构形式 其中低层次异构形式通常包含有较高层次的异构形式 对映异构是指分子式 构造式相同 构型不同 互呈镜像对映关系的立体异构现象 为什么要研究对映异构呢 因 1 天然有机化合物大多有旋光现象 2 物质的旋光性与药物的疗效有关 如左旋维生素C可治抗坏血病 而右旋的不行 3 用于研究有机反应机理 1848年Pasteur 巴斯德法国化学家 在显微镜下用镊子将外消旋酒石酸拆分成