1、乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海1高中化学选修五（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乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海2三、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“CH 3”叫做甲基，乙烷(CH 3CH3)分子失去一个氢原子后剩余的原子团“CH 2
2、CH3”叫做乙基。烷烃可以根据分子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，CH 4 叫甲烷，C 5H12 叫戊烷。碳原子数在十以上的用数字来表示。例如，C 17H36 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
3、离支链最近的一端为起点，用 l，2，3 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
4、的命名是有机化合物命名的基础，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。(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“等乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海3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
5、取代后，则生成的是二甲苯。由于取代基位置不同，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：1、分离、提纯（1） 蒸馏蒸馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。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(
6、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
7、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。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乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海42、元素分析与相对分子质量的测定（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 三种元素的未知物
8、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，其结果被记录为质谱图。右图中最右边的分子离子
9、峰(CH 3CH2OH)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，可以初步推测该未知物 A 是含羟基的化合物，结
10、构简式可写为 C2 H5OH。乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海5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(CH 3OCH3)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 乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海6二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)主要化学性质光照下的卤代；裂化；不使酸性KMnO
12、4 溶液褪色跟X2、H 2、HX、H2O、HCN 加成，易被氧化；可加聚跟X2、H 2、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XC2H5Br（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 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OHCH3OH（
13、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，叔醇不能被催化氧化。1.跟活泼金属反应产生 H22.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乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海7醚 ROR醚键 C2H5O C2H5（Mr：74） CO 键有极性性质稳定，一般不与酸、碱、氧化剂反应酚 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
14、。1.弱酸性2.与浓溴水发生取代反应生成沉淀3.遇 FeCl3 呈紫色4.易被氧化醛醛基HCHO（Mr：30）（Mr：44）HCHO 相当于两个CHO有极性、能加成。1.与 H2、HCN 等加成为醇2.被氧化剂(O 2、多伦试剂、斐林试剂、酸性高锰酸钾等)氧化为羧酸酮羰基（Mr：58）有极性、能加成与 H2、HCN 加成为醇不能被氧化剂氧化为羧酸羧酸羧基（Mr：60）受羰基影响，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NH 2 物质缩去水生成酰胺(肽键)酯酯基HCOOCH3（Mr：60）（Mr：88）酯基中
15、的碳氧单键易断裂1.发生水解反应生成羧酸和醇2.也可发生醇解反应生成新酯和新醇硝酸酯RONO2硝酸酯基ONO2不稳定 易爆炸硝基化合物RNO2硝基NO 2 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)COOH氨基NH 2羧基COOHH2NCH2COOH（Mr：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白质结构复杂不可用通式表示肽键氨基NH 2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.灼烧分解糖多数可用下列通式表示：Cn(H2O)m羟基OH醛基CHO羰基葡萄糖CH2O
16、H(CHOH)4CHO淀粉(C 6H10O5) n纤维素C6H7O2(OH)3 n多羟基醛或多羟基酮或它们的缩合物1.氧化反应(还原性糖)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乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海8油脂酯基可能有碳碳双键酯基中的碳氧单键易断裂烃基中碳碳双键能加成1.水解反应（皂化反应）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
17、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，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
18、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。 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
19、）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(CH 3)4亦为气态 衍生物类：一氯甲烷（CH 3Cl，沸点为-24.2） 氟里昂（CCl 2F2，沸点为-29.8）氯乙烯（CH 2=CHCl，沸点为-13.9） 甲醛（HCHO，沸点为-21）氯乙烷（CH 3CH2Cl，沸点为 12.3） 一溴甲烷（CH 3Br，沸点为 3.6）四氟乙烯（CF 2=CF2，沸点为-76.3） 甲醚（CH 3OCH3，沸点为-23）甲乙醚（CH 3OC2H5，沸点为 10.8） 环氧乙烷（ ，
20、沸点为 13.5）（2）液态：一般 N(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 以上的烃乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海9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（C 6H5OH） 、苯甲酸（C 6H5COOH） 、氨基酸等在常温下亦为固态六、重要的反应1能使溴
21、水（Br 2/H2O）褪色的物质（1）有机物 通过加成反应使之褪色：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、S 2-、
22、SO 2、SO 32-、I -、Fe 2+2能使酸性高锰酸钾溶液 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、S 2-、SO 2、SO 32-、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；含有COOH 的有
23、机物反应生成羧酸钠，并放出 CO2 气体；含有SO 3H 的有机物反应生成磺酸钠并放出 CO2 气体。与 NaHCO3 反应的有机物：含有COOH 、SO 3H 的有机物反应生成羧酸钠、磺酸钠并放出等物质量的 CO2 气体。4既能与强酸，又能与强碱反应的物质（1）2Al + 6H + = 2 Al3+ + 3H2 2Al + 2OH- + 2H2O = 2 AlO2- + 3H2（2）Al 2O3 + 6H+ = 2 Al3+ + 3H2O Al2O3 + 2OH- = 2 AlO2- + H2O（3）Al(OH) 3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + OH- = A
24、lO2- + 2H2O（4）弱酸的酸式盐，如 NaHCO3、NaHS 等等NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2ONaHS + HCl = NaCl + H2S NaHS + NaOH = Na2S + H2O（5）弱酸弱碱盐，如 CH3COONH4、(NH 4)2S 等等2CH3COONH4 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2CH3COOHCH3COONH4 + NaOH = CH3COONa + NH3+ H2O(NH4)2S + H2SO4 = (NH4)2SO4 + H2S(NH4)2S +2N
25、aOH = Na2S + 2NH3+ 2H2O（6）氨基酸，如甘氨酸等H2NCH2COOH + HCl HOOCCH 2NH3Cl H2NCH2COOH + NaOH H 2NCH2COONa + H2O（7）蛋白质 蛋白质分子中的肽链的链端或支链上仍有呈酸性的COOH 和呈碱性的NH 2，故蛋白质仍能与碱和酸反应。5银镜反应的有机物（1）发生银镜反应的有机物：含有CHO 的物质：醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、还原性糖（葡萄糖、麦芽糖等）乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海10（2）银氨溶液Ag(NH 3)2OH（多伦试剂）的配制：向一定量 2%的 AgNO3 溶液中逐滴加入 2%的稀氨水至刚刚产生的沉
26、淀恰好完全溶解消失。（3）反应条件：碱性、水浴加热若在酸性条件下，则有 Ag(NH3)2+ + OH - + 3H+ = Ag+ + 2NH4+ + H2O 而被破坏。（4）实验现象：反应液由澄清变成灰黑色浑浊；试管内壁有银白色金属析出（5）有关反应方程式：AgNO 3 + NH3H2O = AgOH + NH4NO3AgOH + 2NH3H2O = Ag(NH3)2OH + 2H2O银镜反应的一般通式：RCHO + 2Ag(NH3)2OH 2 Ag+ RCOONH 4 + 3NH3 + H2O【记忆诀窍】： 1水（盐） 、2银、3氨甲醛（相当于两个醛基）：HCHO + 4Ag(NH3)2OH
27、 4Ag+ (NH4)2CO3 + 6NH3 + 2H2O乙二醛： OHC-CHO + 4Ag(NH3)2OH 4Ag+ (NH4)2C2O4 + 6NH3 + 2H2O甲酸： HCOOH + 2 Ag(NH3)2OH 2 Ag+ (NH 4)2CO3 + 2NH3 + H2O葡萄糖:(过量) CH2OH(CHOH)4CHO +2Ag(NH3)2OH 2Ag+CH 2OH(CHOH)4COONH4+3NH3 + H2O（6）定量关系：CHO2Ag(NH) 2OH2 Ag HCHO4Ag(NH) 2OH4 Ag6与新制 Cu(OH)2 悬浊液（斐林试剂）的反应（1）有机物：羧酸（中和） 、甲酸（
28、先中和，但 NaOH 仍过量，后氧化） 、醛、还原性糖（葡萄糖、麦芽糖） 、甘油等多羟基化合物。（2）斐林试剂的配制：向一定量 10%的 NaOH 溶液中，滴加几滴 2%的 CuSO4 溶液，得到蓝色絮状悬浊液（即斐林试剂） 。（3）反应条件：碱过量、加热煮沸（4）实验现象： 若有机物只有官能团醛基（ CHO） ，则滴入新制的氢氧化铜悬浊液中，常温时无变化，加热煮沸后有（砖）红色沉淀生成； 若有机物为多羟基醛（如葡萄糖） ，则滴入新制的氢氧化铜悬浊液中，常温时溶解变成绛蓝色溶液，加热煮沸后有（砖）红色沉淀生成；（5）有关反应方程式：2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH)2+ Na 2S
29、O4RCHO + 2Cu(OH)2 RCOOH + Cu2O+ 2H2OHCHO + 4Cu(OH)2 CO2 + 2Cu2O+ 5H2OOHC-CHO + 4Cu(OH)2 HOOC-COOH + 2Cu2O+ 4H2OHCOOH + 2Cu(OH)2 CO2 + Cu2O+ 3H2OCH2OH(CHOH)4CHO + 2Cu(OH)2 CH2OH(CHOH)4COOH + Cu2O+ 2H2O（6）定量关系：COOH Cu(OH) 2 Cu 2+ （酸使不溶性的碱溶解）CHO2Cu(OH) 2Cu 2O HCHO4Cu(OH) 22Cu 2O7能发生水解反应的有机物是：卤代烃、酯、糖类（单糖除外） 、肽类（包括蛋白质） 。HX + NaOH = NaX + H2O(H)RCOOH + NaOH = (H)RCOONa + H2O
