有机物的基本概念

有机物的基本概念 第四章 有机化学 第一节 官能团与有机物类别、性质的关系 【知识网络】 烷烃(CnH2n):取代、裂解 +2 烯烃(CnH2n):加成、加聚、氧化 链状 二烯烃(CnH2n):加成、加聚、氧化 -2 碳原子连接方式 炔烃(CnH2n):加成、氧化 -2 环烷烃(CnH2n):取代、加成 环状 环烯烃(CnH2n):加成、氧化 -2烃 苯及同系物(CnH2n):取代、加成、氧芳香烃 -6 化 稠环芳香烃 饱和烃 碳键是否饱和 不饱和烃 醇,醚(CnH2nO):取代、氧化、消去 +2 醛,酮(CnH2nO):加成、氧化 有烃衍生物 官能团 机羧酸,酯(CnH2nO):酸性、酯化、水2物 解 酚,芳香醚,芳香醇:(CnH2nO):取代 -6 氨基酸,硝基化合物:(CnH2n NO) +12单糖(C6H12O):不水解、氧化、加成 6 蔗糖:水解、无还原性 二糖(C12H2糖 麦芽糖:水解、还原性 O) 211 淀粉:水解、无还原性 多糖[(C6H10 纤维素:水解、无还原性 O)] 5n 蛋白质:水解、变性、灼烧、颜色 反应 高分子 三羟基对比 羟基种类 代表物 酸性 Na NaOH NaHCO Na2CO -OH活泼性 33醇羟基 ? × × × 增 中性 C2H5OH ? ? × ? C6H5OH H2CO羧羟基 3 【易错指津】 1 1(注意有机物的水溶性:相对分子质量小的含-OH的有机物可溶于水。 2(对化学反应一抓住官能团的性质，二要注意断键部位。 3(分子空间构型: H H RR2 C==C C==C 1 H H RR3 4 6个原子共面 6个碳原子共面 H—C C—CH=CH H—C C—H H—C C—CH32 (四个原子共线) (四个原子共线) (四个原子共面不共线) 苯 环已烷 六碳环结(在同一平面(不在同一平面上) 构 上) 【典型例题评析】 例1下列叙述正确的是 (1999年广东高考题) A.牛油是纯净物 B.牛油是高级脂肪酸的高级醇酯 C.牛油可以在碱性条件下加热水解 D.工业上将牛油加氢制硬化油 思路分析:牛油是一种天然油脂，而天然油脂大都是由多种高级脂肪酸的甘油酯组成的混合物，A、B均错;酯当然可以在碱性条件下水解，C对;至于D项中的“加氢制造硬化油”，在工业上主要是为了便于运输和保存一些植物油等不饱和程度大的油脂而进行的工作，牛油本身饱和度较大，不需要再加氢硬化，D错。 答案:C 方法要领:掌握油脂的组成和性质，了解其氢化的原因。 例2 某种解热镇痛药的结构简式为(右图)。 当它完全水解时，可得到的产物有(2000年广东高考题 ) A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 思路分析:分子结构中含2个-COO-、1个-HN-，水解反应后生成4种物质。 答案:C 方法要领:从有机物所含基或官能团中的键断键部位，在断键处分别补上-H和-OH即得产物。 OH 例3 白藜芦醇(右图)广泛存在于食物(例如桑HO CH=CH 椹，花生，尤其是葡萄)中，它可能具有抗癌性.能够跟OH 1mol该化合物起反应的Br2或H量分别是(1998年全国高考题的最大用2 ) A.1mol、1mol B.3.5mol、7mol C.3.5mo、6mol D.6mol、7mol 思路分析:与Br2反应有取代和加成，与H2只能发生加成反应，分析白藜芦醇的分子结构，其中有两个苯环和一个烯键。共有七个不饱和度。与H2充分发生加成反应，1mol该化合物最多消耗7molH。联系苯酚与Br2水2Br Br OH 2 HO CH--CH OH Br Br Br Br 能发生邻、对位上的取代反应，且同时发生烯键上的加成反应，推知该化合物与Br2完全反应后的产物为: 答案:D 方法要领:要弄清，白藜芦醇名称为“醇”，实则为酚，它与Br2的，既有“C=C”结构部位的加成，又有酚中苯环的取代，酚的溴代特点是邻、对位取代。 本题看似简单，但容易犯两个错误，一是将该化合物跟、跟BrH2反应等同起2 来，以为都属加成反应;二忽略了酚基取代发生在邻、对位的规律，或者以为Br每取代1个H原子，只需要0.5mol的，结果错选了BrB项。 2 例4 化合物的-CO-OH中的-OH被卤原子取代所得的化合物称为酰卤,下列化合物中可以看作酰卤的是(1999年全国高考题) A.HCOF B.CCl C.COCl2 D.CH2ClCOOH 4 思路分析:阅读题干，读懂何种结构的有机物为酰卤，即只要含有: —C—X(X代表卤原子)就可称为酰卤。对照选项进行分析，即得答案。 O 答案:A、C 方法要领:分析A?D，可以发现A原为HCOOH，-OH被F取代，C原为HO-COOH，两个-OH分别被-Cl取代。所以可称为酰卤。 例5 某期刊封面上有如下一个分子的球棍模型图。图中“棍”代 表单键或双键或三健。不同颜色的球代表不同元素的原子，该模型图可代表一种(2000年全国高考题) A.卤代羧酸 B.酯 C.氨基酸 D.醇钠 思路分析:本题旨在考查考生获取信息的能力和空间想像能力。“题眼”在其中一个“绿球”代表的原子显然呈四价，必为碳原子，且有“白球”一价，“红球”二价，“蓝球”三价。故“白球”代表H原子，“红球”代表O原子，“蓝球”代表N原子，该模型代表甘氨酸(N-CHH-COOH)。 22 答案:C 方法要领:共价键的一个重要性质是具有饱和性。如H、C、N、O它们的最外电子上分别有1、4、5、6个电子，当与其他非金属原子组成共价化合物(或单质)时，可分别形成1、4、3、2个共价键而使其最外层达到2电子(H)、8电子稳定结构。根据图中白、绿、蓝、红四种原子的连接情况，便可确定其元素种类和分子结构。 例6 将苯分子中的一碳原子换成氮原子,得到一种稳定的有机化合物,其相对分子质量为 。(1995年上海高考题) 思路分析:苯(CH)中一个H原子换为一个N原子后，由于N为三价(C为四66 价)，因此新得到的一种稳定的有机化合物为C5HN，其相对分子‎‎质量为79。 5 答案:79 方法要领:不能机械地把C6H6变为C5HN，要注意不同的原子其价态是不同的6 。当年很多考生想当然，简单地把C式量调换成N式量，而没有从化合价上考虑，还应减少一个H。即碳有四个共价键，氮有三个共价键，据有机物成键规律它们有如 3 CH,,N下变换关系:CH,N，即有C6HN。 ,,,,,6C5H5 例7 请阅读下列短文:(2001年上海高考题) 在含羰基的化合物中，羰基碳原子与两个烃基直接相连时，叫做酮。当两个 烃基都是脂肪烃基时，叫脂肪酮，如甲基酮;都是芳香烃基时，叫芳香酮;如两个烃基是相互连接的闭合环状结构时，叫环酮，如环己酮。 像醛一样，酮也是一类化学性质活泼的化合物，如羰基也能进行加成反应。加成时试剂的带负电部分先进攻羰基中带正电的碳，而后试剂中带正电部分加到羰基带负电的氧上，这类加成反应叫亲核加成。 但酮羰基的活泼性比醛羰基稍差，不能被弱氧化剂氧化。 许多酮都是重要的化工原料和优良溶剂，一些脂环酮还是名贵香料。 试回答: (1)写出甲基酮与氢氰酸(HCN)反应的化学方程式 (2)下列化合物中不能和银氨溶液发生反应的是。(多选扣分) (a)HCHO (b)HCOOH (c) (d)HCOOCH 3 (3)有一种名贵香料—一灵猫香酮是属于 (多选扣分) )脂肪酮 (b)脂环酮 (c)芳香酮 (a (4)樟脑也是一种重要的酮，它不仅是一种家用杀虫剂，且是香料、塑料、医药工业重要原料，它的分子式为 。 思路分析:(1)C=O中O原子带负电，HCN中带负电的-CN加成到C=O中C上，带正电的-H加成到O上;(2)酮羰基的活泼性比-CHO差，不能被弱氧化剂氧化;(3) ,C=O所连的是烃基为脂肪基(不含苯环);(4)该物质的=3，由分子中C原子数为10，求得H原子数为:(2×10+2)-2×3=16。 答案:(l)，HCN? (2)c (3)b (4)C10H1O 6 方法要领:此题较为简单，自学后理清:酮的分类、C=O性质(不发生银镜反应、加成时价键连接部位)即可。 例8 某有机物A(C4H6O)广泛存在于许多水果内，尤以苹果、葡萄、西瓜、山5 楂内为多。该化合物具有如下性质:(2001年上海高考题) ,4,6 ?在25?时，电离常数K,3.99×10，K,5.5×1012 ?A，RCOOH(或ROH)有香味的产物 足量的钠,,,,,?1molA慢慢产生l.5mol气体 ?A在一定温度下的脱水产物(不是环状化合物)可和溴水发生加成反应 试回答:(l)根据以上信息，对A的结构可作出的判断是 (多选扣分) (a)肯定有碳碳双键 (b)有两个羧基 (c)肯定有羟基 (d)有,COOR官能团 4 (2)有机物A的结构简式(不含,CH)为 3 (3)A在一定温度下的脱水产物和溴水反应的化学方程式: (4)A的一个同类别的同分异构体是 思路分析:由?知:A为二元酸;?得:含-OH;?说明:A分子中有3个H可被取代;?说明A分子中含有结构:-C-CH-(羟基邻C上有H)。综合得A结构为: OH CH2OH OH HOOCCHCH2COOH或HOOCCHCOOH。 答案:(1)b c(多选扣分) (2)( 同样给分) (3)HOCC,CH,CH,COOH，Br? 2 (，Br? 也给分) 2 (4)(其它合理答案也给分) 方法要领:本题要求用电离常数、酯化反应、与金属反应产生氢气的量、消去反应等多个信息，以综合分析得出原化合物C4H6O5的结构。在由性质推理物质的结构，分析时把有关性质及时导出相应的官能团或原子(找出分子中存在的各种“片断”)，再综合得出有机物的结构，最后带回题中验证。 例9 有以下一系列反应,终产物为草酸。(2000年全国高考题) 光 NaOH,醇 BrO NaOH,H22O,催化剂 2O,催化剂 2A B F C D E HOOC-COOH Br2 Δ Δ Δ 水 已知B的相对分子质量比A的大79,请推测用字母代表的化合物的结构简式。 C是 ，F是 。 思路分析:先正向思考:由A?B知，B中含有Br原子;再逆向思考:由F?HOOC-COOH，则F为OHC-CHO，E为HOCH-CH2OH，D为CH2Br-CH2Br，C为CH2=CH，B22为CH3CH2Br，A为CH3CH。 3 答案:CH=CH、OHC-CHO 22 方法要领:此题为一简单推断题，关键是掌握烃及其衍生物的相互转化关系。 例10 下列有机分子中,所有原子不可能处于同一平面的是(1999年全国高考题) A.CH=CH-CN B.CH=CH-CH=CH 222 C.CH-CH=CH D.CH=C(CH)-CH=CH 652232 思路分析:根据双键和苯环的结构特点可知:A中除N原子以外的所有原子肯定处于同一平面内，而N原子也有可能跟其他原子处于同一平面内;B的情况与A相似，其实B是典型的共轭双键结构且没有任何支链，所有原子都处于同一平面内;C中的苯环是平面结构，碳碳双键也是平面结构，思路与A、B相同，其实这也是一种共轭结构;只有D中有一个甲基，甲基是非平面结构。 5 答案:D 方法要领:考纲要求“对原子、分子、化学键等微观结构有一定的三维的想像能力”。解此类试题，一是掌握CH、CH=CH、CH?CH、C6H6的空间结构(所有原422 子共线和共面情况)，二是结合数学上的几何思想，发挥空间想像力，建立立体构型的观念，三是依据键角画出分子的碳架构型，就易看出原子排布特点。注意:由 有的可能共面。 于单键可旋转，故原子有的一定共面， 例11 2000年，国家药品监督管理局发布通告，暂停使用和销售含苯丙醇胺的药制剂。苯丙醇胺(英文缩写为PPA)结构简式如下:(2001年全国高考题) Ф-CH-CH-CH3其中-Ф代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是-CH-CH-CH 3 OH NH OH NH 22 (1)PPA的分子式是 。 (2)它的取代基中有两个官能团，写出其中一种的名称 。(请填写汉字) (3)将Ф-、HN-、HO-在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中2 5种的结构简式是: Ф-CH-CH-CH、Ф-CH-CH-CH-NH、Ф-CH-CH-CH、Ф-CH-CH-CH、 3222223 OH NH OH OH NH NHOH 2 22 Ф-CH-CH-CH-OH 请写出另外4种同分异构体的结构简式(不要写出-OH和-NH 222 NH连在同一碳原子上的异构体;写出多于4种的要扣分): 2 、 、 、 。 思路分析:(1)将苯基代和入PPA后数C、H、O、N原子数，便得PPA的分子式为C9H13NO。 (2)从PPA的结构简式可知，其中的官能团为羟基和氨基。 (3)采用先定后移法，先固定官能团-NH2、-OH，再移动苯基(Ф-): Ф Ф Ф Ф Ф Ф C—C—C 得:C--C-C C--C-C C--C-C C-C-C得:C-C-C C-C-C C-C-C NH2OH NH2OH NH2OH NH2OH NHOH NHOH NHOH NHOH 2 2 2 2 Ф Ф Ф C-C—C得:C-C—C C-C—C C-C--C NH2OH NH2OH NHOH NHOH 2 2 册去题给的五种同分异构体，再补H可得另四种。 CH CH 3 3 答案:(1)C9H13NO (2)羟基 氨基 (3)Ф-CH-CH-CH、Ф-C-CH、Ф-C- 222CH、 2 NH OH OHNH2 NH2OH 2 Ф-CH-CH2NH 2 CHOH 2 方法要领:对教材未出现的同分异构体书写，同样注意有序性:先定官能团，再确定支链位置。 例12 紫杉醇是一种新型抗癌药，其分子式为C47H5，它是由如下‎‎的A酸和1NO14 B醇生成的一种酯。 A.CH—CH—NH—CO—CH(CH—是苯基) 656565 HO—CH—COOH B.R—OH(R是一个含C、H、O的基团) (1)A可在无机酸催化下水解，其反应方程式是 6 (2)A水解所得的氨基酸不是天然蛋白质水解产物，因为氨基不位 在 (3)写出ROH的分子式: 。 思路分析:(1)A水解的实质是酰胺键“-NH-CO-”的水解，应当生成相应的胺“-NH”羧酸“-COOH”;(2)天然蛋白质水解所得产物均为-氨基酸;(3)首先由A,2 的结构简式确定A的分子式为C16H15O4N，再椐酸、醇、酯间的关系“酸+醇?酸|水”可知:C16H1ON+HO-C16H1ON=C31H3O，醇ROH的分子式为CO。 115425481131H38，H答案:(1)C6H5CHNHCOCH+H2OC6H—CH—NH+C6H5COOH ,,,6552 HO—CH—COOH HO—CH—COOH (2)位 (3)C31H3O ,811 方法要领:题当前医疗难题—治疗癌症提出问题，实际考查学生对天然蛋白质的组成和结构特点认识，及从酯化反应特点判断醇的分子式(通过质量守恒)，要求考生具备认真细致的思维品质。 例13 下面是一个四肽，它可以看作是四个氨基酸缩合脱掉三个水分子而得:(1999年高考化学试测题) HN-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-OH 式中-NH-C-称为肽键，R、R、R、R 2 RO R’O R O R O 可能是相同或不同的差基或有取代基的烃基，今有一个“多肽”其分子式为 C55H70O19N，已知将它彻底水解后只得四种氨基酸:-COOHCH甘氨酸(C2H4NO);1032 -COOH丙氨酸(C3H6NO); HC-CH223 CH-CH-CHCOOH 22-CH-COOH CH2NH 2苯丙氨酸(C9H11NO);COOH NH 谷氨酸(C5H9NO)。 224 (1)该多肽是 肽(填汉字)，含 个肽键(填汉字); (2)该多肽水解后得到 个谷氨酸分子， 个苯丙氨酸分子(填数字)。其理由是(简要用文字叙述或列了方程式)。 思路分析:仔细观察四种氨基酸的分子式:它们都各含一个N原子，除谷氨酸外，又是各含有2个O原子，只有谷氨酸含4个O原子。它们的C、H原子比最大的是基丙氨酸，9:11。 由题设知该多肽有10个N原子，所以是十肽，即10氨基酸脱9个水分子形成九个肽键(注意题目要求填汉字)，此为答案(1)。 形成十肽时曾消去了9个水分子，因此这个十肽彻底水解所得到的10个氨基酸的总和应是C55H7+9HO。即C55HN，O原子数折半后减去N原子数，即为谷氨酸0O19N10288O2810 个数4[答案(2)]。 将分子式总和减去这4个谷氨酸，C55H8-4C5H9NO=C35H5。可见还有六个8O28N1042O12N6 氨基酸，而且碳氢比很高，推测这是由于苯丙氨酸的存在而引起。最多含苯丙酸(C9H11NO)的个数求法为:将35除以9得3余8，可见有3个苯丙氨酸[答案(3)]，2 此外还有2个丙氨酸、1个甘氨酸。 本题求各氨基酸的数目还可用列方程式的方法:设甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸分子个数分别为a、b、c、d，根据C、H、O、N原子个数守恒，得: 2a+3b+9c+5d=55 5a+7b+11c+9d=88 7 2(a+b+c+2d)=28 a+b+c+d=10 解得:a=1 b=2 c=3 d=4 答案:(1)九，十 (2)4，3 方法要领:本题可通过观察与思考求解。巧解要求的技巧很高。也可用C、H、O、 列出四元一次方程组求解。N原子总数守恒和假设四种氨基酸的个数分别为abcd， 关键在于必须将题设的十肽分子加上9分子水，才是十个氨基酸的分子之和。 解题中一是搞清氨基酸个数、多肽及其中所含肽键数之间的关系，不要认为10个氨基酸形成的是九肽或十个氨基酸形成的多肽中含有十个肽键。二是必须将题设的十肽分子加上9分子水，才是十个氨基酸的分子式之和，如果不加9个水，则不会解出正确答案。 8