度高二化學(xué)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié) 例題解析

1、有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1通過有機(jī)物中碳原子的成鍵特點(diǎn)，了解有機(jī)物存在異構(gòu)現(xiàn)象是有機(jī)物種類繁多的原因之一；2掌握同分異構(gòu)現(xiàn)象的含義，能判斷簡單有機(jī)物的同分異構(gòu)體，初步學(xué)會(huì)同分異構(gòu)體的書寫?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、有機(jī)化合物中碳原子的成鍵特點(diǎn) 1碳元素位于第二周期A族，碳原子的最外層有4個(gè)電子，很難得到或失去電子，通常以共用電子對(duì)的形式與其他原子形成共價(jià)鍵，達(dá)到最外層8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 說明：根據(jù)成鍵兩原子間共用電子的對(duì)數(shù)，可將共價(jià)鍵分為單鍵、雙鍵和三鍵。即成鍵兩原子間共用一對(duì)電子的共價(jià)鍵稱為單鍵，共用兩對(duì)電子的共價(jià)鍵稱為雙鍵，共用三對(duì)電子的共價(jià)鍵稱為三鍵。 2由于碳原子的成鍵特點(diǎn)，在有

2、機(jī)物分子中，碳原子總是形成4個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子不僅能與氫原子或其他原子(如氧、氯、氮、硫等)形成4個(gè)共價(jià)鍵，而且碳原子之間可以形成單鍵(CC)、雙鍵(CC)、三鍵(CC)。多個(gè)碳原子可以相互結(jié)合成長短不一的碳鏈，碳鏈也可以帶有支鏈，還可以結(jié)合成碳環(huán)，碳鏈與碳環(huán)也可以相互結(jié)合，因此，含有原子種類相同，每種原子數(shù)目也相同的分子，其原子可能具有多種不同的結(jié)合方式，形成具有不同結(jié)構(gòu)的分子。說明：(1)在有機(jī)物分子中，碳原子僅以單鍵與其他原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，這樣的碳原子稱為飽和碳原子，當(dāng)碳原子以雙鍵或三鍵與其他原子成鍵時(shí)，這樣的碳原子稱為不飽和碳原子。 (2)同種元素的原子間形成的共價(jià)鍵稱為非極性鍵，

3、不同種元素的原子間形成的共價(jià)鍵稱為極性鍵。共價(jià)鍵的極性強(qiáng)弱與兩個(gè)成鍵原子所屬元素的電負(fù)性差值大小有關(guān)，電負(fù)性差值越大，鍵的極性就越強(qiáng)。 3表示有機(jī)物的組成與結(jié)構(gòu)的幾種圖式。種類實(shí)例含義應(yīng)用范圍化學(xué)式CH4 C2H2(甲烷) (乙炔)用元素符號(hào)表示物質(zhì)分子組成的式子?？煞从吵鲆粋€(gè)分子中原子的種類和數(shù)目多用于研究分子晶體最簡式(實(shí)驗(yàn)式)乙烷最簡式為CH3，C6H12O6的最簡式為CH2O表示物質(zhì)組成的各元素原子最簡整數(shù)比的式子由最簡式可求最簡式量有共同組成的物質(zhì)離子化合物、原子晶體常用它表示組成電子式用小黑點(diǎn)等記號(hào)代替電子，表示原子最外層電子成鍵情況的式子多用于表示離子型、共價(jià)型的物質(zhì)結(jié)構(gòu)式具有化

4、學(xué)式所能表示的意義，能反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)表示分子中原子的結(jié)合或排列順序的式子，但不表示空間構(gòu)型多用于研究有機(jī)物的性質(zhì)能反映有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，有機(jī)反應(yīng)常用結(jié)構(gòu)式表示結(jié)構(gòu)簡式(示性式)CH3CH3(乙烷)結(jié)構(gòu)式的簡便寫法，著重突出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(官能團(tuán))同“結(jié)構(gòu)式”球棍模型小球表示原子，短棍表示價(jià)鍵用于表示分子的空間結(jié)構(gòu)(立體形狀)比例模型用不同體積的小球表示不同原子的大小用于表示分子中各原子的相對(duì)大小和結(jié)合順序特別提示：(1)寫結(jié)構(gòu)簡式時(shí)，同一碳原子上的相同原子或原子團(tuán)可以合并，碳鏈上直接相鄰且相同的原子團(tuán)亦可以合并，如有機(jī)物也可寫成(CH3)3C(CH2)2CH3。 (2)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式只能表示有機(jī)物中各

5、原子的連接方式并不能反映有機(jī)物的真實(shí)結(jié)構(gòu)。其實(shí)有機(jī)物的碳鏈?zhǔn)卿忼X形而不是直線形的。要點(diǎn)二、有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象 1化合物具有相同的分子式，但具有不同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象叫同分異構(gòu)現(xiàn)象，具有同分異構(gòu)現(xiàn)象的化合物互為同分異構(gòu)體。 2兩化合物互為同分異構(gòu)體的必備條件有二： (1)兩化合物的分子式應(yīng)相同。 (2)兩化合物的結(jié)構(gòu)應(yīng)不同(如碳鏈骨架不同、官能團(tuán)的位置不同、官能團(tuán)的種類不同等)。 3中學(xué)階段必須掌握的異構(gòu)方式有三種，即碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)。常見同分異構(gòu)現(xiàn)象及形成途徑異構(gòu)方式形成途徑示例碳鏈異構(gòu)碳鏈骨架不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3與位置異構(gòu)官能團(tuán)位置不同

6、而產(chǎn)生的異構(gòu)CH2CHCH2CH3與CH3CH=CHCH3官能團(tuán)異構(gòu)官能團(tuán)種類不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CCH3OCH3CH2CHO與 4此外有機(jī)物還具有立體異構(gòu)現(xiàn)象。常見的立體異構(gòu)有順反異構(gòu)和對(duì)映異構(gòu)。 (1)順反異構(gòu)。 當(dāng)有機(jī)物分子中含有碳碳雙鍵且每個(gè)雙鍵碳原子所連的另外兩個(gè)原子或基團(tuán)不同時(shí)，就存在順反異構(gòu)現(xiàn)象。如2-丁烯存在順反異構(gòu)體。 (2)對(duì)映異構(gòu)。當(dāng)有機(jī)物分子中的飽和碳原子連接著4個(gè)不同的原子或原子團(tuán)時(shí)。就可能存在對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象。CH3CHCOOH OH如乳酸（ )有如下兩種對(duì)映異構(gòu)體： 5同分異構(gòu)體的書寫技巧。 (1)書寫同分異構(gòu)體時(shí)，必須遵循“價(jià)鍵數(shù)守恒”原則，即在有機(jī)物分子中，碳原

7、子的價(jià)鍵數(shù)為4，氫原子的價(jià)鍵數(shù)為1，氧原子的價(jià)鍵數(shù)為2，等等。 (2)熟練掌握碳原子數(shù)小于7的烷烴和碳原子數(shù)小于5的烷基的異構(gòu)體數(shù)目，這對(duì)同分異構(gòu)體的辨認(rèn)與書寫十分重要。 即CH4、C2H6、C3H8、CH3、C2H5僅有1種結(jié)構(gòu)；C4H10，C3H7有2種結(jié)構(gòu)；C4H9有4種結(jié)構(gòu)(這也是高考中的熱門烴基)；C5H12、C6H14、C7H16則依次有3種、5種、9種結(jié)構(gòu)。 (3)熟練掌握官能團(tuán)異構(gòu)的有機(jī)物的類別。 烯烴和環(huán)烷烴：通式CnH2n（n3） 二烯烴、炔烴、環(huán)烯烴：通式CnH2n2(n4) 苯及苯的同系物與多烯烴：通式CnH2n6(n6) 飽和一元醇與飽和一元醚：通式CnH2n+2O(

8、n2) 飽和一元醛、飽和一元酮、烯醇：通式CnH2nO(n3) 飽和一元羧酸、飽和一元酯、羥基醛：通式CnH2nO2(n2) 酚、芳香醇、芳香醚：通式CnH2n6O(n6) 葡萄糖與果糖；蔗糖與麥芽糖NH2 氨基酸RCHCOOH與硝基化合物RCH2CH2NO2 (4)烷烴的同分異構(gòu)體的書寫是其他有機(jī)物的同分異構(gòu)體書寫的基礎(chǔ)。選擇最長的碳鏈作主鏈找出中心對(duì)稱線對(duì)稱性原則有序性原則互補(bǔ)性原則主鏈由長到短支鏈由整到散位置由心到邊排布由鄰到間兩注意三原則 四順序減碳對(duì)稱法 烷烴的同分異構(gòu)體的書寫方法一般采用“減碳對(duì)稱法”，可概括為“兩注意、三原則、四順序”。圖示如下： (5)苯的同系物或苯的衍生物的同

9、分異構(gòu)體的書寫可綜合考慮苯環(huán)上基團(tuán)的類別和個(gè)數(shù)以及基團(tuán)在苯環(huán)上的位置，有序分析即可迅速寫出其含苯環(huán)的同分異構(gòu)體來。 (6)書寫有機(jī)物的同分異構(gòu)體的步驟是：首先考慮官能團(tuán)異構(gòu)，其次考慮碳鏈異構(gòu)，最后考慮位置異構(gòu)，同時(shí)遵循對(duì)稱性、互補(bǔ)性、有序性原則，即可以無重復(fù)、無遺漏地寫出所有的同分異構(gòu)體來。 (7)如無特別說明，中學(xué)階段不要求書寫有機(jī)物的立體異構(gòu)體。要點(diǎn)三、有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”，這是學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)時(shí)要特別關(guān)注的問題，根據(jù)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)推測它的性質(zhì)，一般來說，首先要找出官能團(tuán)，然后從鍵的極性、碳原子的飽和程度等進(jìn)一步分析并推測有機(jī)物的性質(zhì)。 1官能團(tuán)與有機(jī)物性質(zhì)的

10、關(guān)系。 有機(jī)物的性質(zhì)由其分子結(jié)構(gòu)來決定，而官能團(tuán)是決定有機(jī)物性質(zhì)的主要因素。一種官能團(tuán)決定了一類有機(jī)物的化學(xué)特性。一般地，具有相同的官能團(tuán)的有機(jī)物具有相似的化學(xué)性質(zhì)，有機(jī)物含有多個(gè)官能團(tuán)時(shí)，也應(yīng)具有多個(gè)官能團(tuán)的性質(zhì)。 2不同基團(tuán)間的相互影響與有機(jī)物性質(zhì)的關(guān)系。 有機(jī)化合物分子中的鄰近基團(tuán)間往往會(huì)相互影響，這種影響會(huì)使有機(jī)化合物表現(xiàn)出一些特性。例如，苯與硝酸發(fā)生取代反應(yīng)的溫度是5060，而甲苯在約30的溫度下就能與硝酸發(fā)生取代反應(yīng)。也就是說，與苯相比，甲苯較易發(fā)生取代反應(yīng)。這是由于甲基具有推電子作用，它對(duì)苯環(huán)的影響使得苯環(huán)上的某些氫原子更容易被取代。 再如，醇和酚的官能團(tuán)都是羥基，但由于分子中與

11、羥基相連的烴基不同，使得醇和酚的化學(xué)性質(zhì)也不同；醛和酮的官能團(tuán)均含羰基，醛羰基上連有氫原子、酮羰基上不連氫原子，使得醛、酮成為兩類不同的有機(jī)化合物。【典型例題】類型一：有機(jī)物碳原子的成鍵特點(diǎn) 例1 下列關(guān)于CH3CHCHCCCF3分子結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是( ) A6個(gè)碳原子有可能都在一條直線上 B6個(gè)碳原子不可能都在一條直線上 C6個(gè)碳原子一定都在同一平面上 D6個(gè)碳原子不可能都在同一平面上【答案】B、C 【解析】根據(jù)(1)乙烯分子中的6個(gè)原子共平面。鍵角120；(2)乙炔分子中的4個(gè)原子共直線，鍵角180，可推知題給有機(jī)物的碳鏈骨架結(jié)構(gòu)如下： 由上面的碳鏈骨架結(jié)構(gòu)很容易看出：題給有機(jī)物分子中

12、的6個(gè)碳原子不可能都在一條直線上，而是一定都在同一平面上?！究偨Y(jié)升華】應(yīng)以已知的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，從其氫原子被別的基團(tuán)取代后的伸展情況來分析。舉一反三：【變式1】某烴的結(jié)構(gòu)簡式為 分子中處于四面體結(jié)構(gòu)中心的碳原子數(shù)為a，一定在同一平面內(nèi)的碳原子數(shù)為b，一定在同一直線上的碳原子數(shù)為c，則a、b、c依次為( ) A4、5、3 B4、6、3 C2、4、5 D4、4、6【答案】B 例2 大多數(shù)有機(jī)物分子里的碳原子與碳原子之間或碳原子與其他原子之間相結(jié)合的化學(xué)鍵是( ) A只有極性鍵 B只有非極性鍵 C有極性鍵和非極性鍵 D只有離子鍵【答案】C 【解析】因碳原子最外層有4個(gè)電子，在有機(jī)物分子中，碳原子

13、與碳原子之間或碳原子與其他原子之間形成的都是共價(jià)鍵。其中碳原子與碳原子之間以非極性鍵相結(jié)合，碳原子與其他原子之間以極性鍵相結(jié)合?！究偨Y(jié)升華】在有機(jī)物中。碳原子與其他原子構(gòu)成的化學(xué)鍵均為共價(jià)鍵，是極性鍵。舉一反三：【變式1】某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡式為回答下列問題： (1)寫出其分子式：_。 (2)其中含有_個(gè)不飽和碳原子，分子中有_個(gè)雙鍵。 (3)分子中的極性鍵有_(寫出2種即可)。 (4)分子中的飽和碳原子有_個(gè)，一定與苯環(huán)處于同一平面的碳原子有_個(gè)。 (5)分子中CCO鍵角約為_，HCC鍵角約為_?！敬鸢浮?1)C16H16O5 (2)12 3 (3)碳氧鍵、碳?xì)滏I、氫氧鍵(任寫2種) (4)4

14、4 (5)120 180 類型二：同分異構(gòu)體的辨認(rèn)與書寫 例3 某單官能團(tuán)有機(jī)化合物，只含碳、氫、氧三種元素，相對(duì)分子質(zhì)量為58，完全燃燒時(shí)產(chǎn)生等物質(zhì)的量的CO2和H2O。它可能的結(jié)構(gòu)共有(不考慮立體異構(gòu))( )A4種B5種C6種D7種 【思路點(diǎn)撥】根據(jù)“完全燃燒產(chǎn)生等物質(zhì)的量的CO2和H2O”可確定該有機(jī)物中C和H的原子個(gè)數(shù)比為1:2，然后利用這個(gè)關(guān)系式對(duì)解決問題比較有利。【答案】B 【解析】設(shè)該有機(jī)物分子式為CnH2nOx，若只有1個(gè)氧原子，58-1642，剩下的為碳和氫，14n42，則碳只能為3個(gè)，即為C3H6O，1個(gè)不飽和度。若有2個(gè)O，那么58-3226，14n26，n不可能為分?jǐn)?shù)，

15、則不可能為2個(gè)氧原子，所以分子式為C3H6O，再根據(jù)官能團(tuán)異構(gòu)、碳鏈異構(gòu)確定同分異構(gòu)體的種類：醛一種，酮一種，烯醇一種，三元含氧雜環(huán)，三元碳環(huán)一種，四元雜環(huán)一種，共6種，而由題意可知有機(jī)物為單官能團(tuán)，烯醇應(yīng)舍去，故選B。 【總結(jié)升華】同分異構(gòu)體的書寫規(guī)律：（1）烷烴：烷烴只存在碳鏈異構(gòu)，書寫時(shí)要注意全面而不重復(fù)，具體規(guī)則如下：成直鏈，一條線。先將所有的碳原子連接成一條直鏈。摘一碳，掛中間。將主鏈上的碳原子取下一個(gè)作為支鏈，連接在剩余主鏈的中間碳上。往邊移，不到端。將甲基依次由內(nèi)向外與主鏈碳原子試接，但不可放在端點(diǎn)碳原子上。摘多碳，整到散。由少到多依次摘取不同數(shù)目的碳原子組成長短不同的支鏈。多支

16、鏈，同鄰間。當(dāng)有多個(gè)相同或不同的支鏈出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)按連在同一個(gè)碳原子、相鄰碳原子、相間碳原子的順序依次試接。（2）具有官能團(tuán)的有機(jī)物：一般按碳鏈異構(gòu)位置異構(gòu)官能團(tuán)異構(gòu)的順序書寫。（3）芳香族化合物：兩個(gè)取代基在苯環(huán)上的位置有鄰、間、對(duì)3種。 舉一反三：【變式1】分子式為C6H14O且含有“CH2OH”的同分異構(gòu)體有(不考慮立體異構(gòu))( )A7種 B8種 C9種 D10種【答案】B 【解析】先確定C6H14的同分異構(gòu)體，用OH取代C6H14中甲基上的氫原子，C6H14的同分異構(gòu)體有：CH3CH2CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH2CH(CH3)2、CH3CH2CH(CH3)CH2CH3、CH

17、3CH2C(CH3)3、CH(CH3)2CH(CH3)2。中甲基處于對(duì)稱位置，OH取代甲基上的氫原子有1種結(jié)構(gòu)；中甲基有2種，OH取代甲基上的氫原子有2種結(jié)構(gòu)；中甲基有2種，OH取代甲基上的氫原子有2種結(jié)構(gòu)；中甲基有2種，OH取代甲基上的氫原子有2種結(jié)構(gòu)；中甲基有1種，OH取代甲基上的氫原子有1種結(jié)構(gòu)，故符合條件的C6H14O的同分異構(gòu)體有8種。 例4 人們使用四百萬只象鼻蟲和它們的215磅糞物，歷經(jīng)30多年時(shí)間弄清了象鼻蟲的四種信息素的組成，它們的結(jié)構(gòu)可表示如下(括號(hào)內(nèi)表示的結(jié)構(gòu)簡式)：以上四種信息素中互為同分異構(gòu)體的是( ) A和 B和 C和 D和【答案】C 【解析】由所給結(jié)構(gòu)可知中含11

18、個(gè)碳原子，一個(gè)CC鍵，一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)和一個(gè)CO鍵；中含10個(gè)碳原子，一個(gè)CC鍵，一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)和一個(gè)CO鍵；中含11個(gè)碳原子，一個(gè)C鍵和一個(gè)OH及一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)；中含11個(gè)碳原子，其中一個(gè)CC鍵，一個(gè)OH和一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。可見和、和因碳原子數(shù)不等而不是同分異構(gòu)體；和相差2個(gè)氫原子，也不是同分異構(gòu)體；和組成相同，但結(jié)構(gòu)不同，故為同分異構(gòu)體。 【總結(jié)升華】本題提供的4種有機(jī)物的結(jié)構(gòu)均不同，要判斷其是否互為同分異構(gòu)體，實(shí)際只需判定其分子式是否相同，方法有：(1)既可以判斷其分子中某種原子數(shù)是否相等，(2)也可以將鍵線式換成結(jié)構(gòu)簡式后再分析。舉一反三：【變式1】無機(jī)物之間、無機(jī)物與有機(jī)物之間也存在著同分異構(gòu)體，下列各組物質(zhì)中。兩者互為同分異構(gòu)體的是( )CuSO45H2O和CuSO43H2O NH4CNO和CO(NH2)2CH3CHCH2CH2CH3和CH3CHCH2CH2CH3CH3CH2COOHNH2 CH3CH2NO2和 A B