有机化学-高中化学奥林匹克竞赛系列讲座

高中化学奥林匹克竞赛系列讲座（四）有机化学429572439gao第一页，共三十三页。1.1、有机化学历史和展望1828年德国化学家武勒从典型的无机化合物氰酸钾与氯化铵，合成了有机物尿素。KOCN+NH4Cl→CO(NH2)2+KCl我国科学家在20世纪60年代首次合成具有生物活性的蛋白质

-----结晶牛胰岛素1、有机化学概述429572439gao第二页，共三十三页。1.2、碳原子的成键特征、共价数根据共价键理论，某原子有几个未成对电子，就可以形成几个共价键，而价电子中的孤对电子，则可以形成配位键。C原子可形成4个共价键；N、P原子可形成3个共价键，1个配位键S、O原子可形成2个共价键，2个配位键Cl、Br原子可形成1个共价键，3个配位键H原子可形成1个共价键429572439gao第三页，共三十三页。碳元素的成键时电子云的重叠方式

（头碰头—σ键、肩并肩—π键）（1）σ键——电子云头碰头重叠，重叠程度大可绕键轴旋转。稳定，能发生取代。（2）л键——电子云肩并肩重叠，重叠程度小不能旋转。易断裂，易发生加成反应。、碳原子的成键特征429572439gao第四页，共三十三页。C原子的价电子：2S1、2Px1、2Py1、2Pz1（1）、成键时轨道的重叠要尽可能采取电子云密度最大的方向，要尽可能使生成物能量更低、更稳定。因此碳原子在成键时可能4个价电子轨道完全杂化（SP3杂化）、可能部分杂化（SP2杂化、SP杂化）（2）、碳原子在形成4个共价单键时，采用等性SP3杂化形式。并且，为使成键电子对间的相互排斥力最小，这四个共价键构成一种“立体”的结构。例如CH4：形成4个共价键键能、键长完全相等，夹角为109。28‘。429572439gao第五页，共三十三页。（3）、在C2H4分子中，C原子为达到最外层8电子的稳定结构，形成了2个共价单键（σ键），和一个双键（π键和σ键）。这时碳原子采用了SP2杂化形式形成了三个σ键。乙烯分子中6个原子位于同一平面上。在C2H2分子中，碳原子形成了一个单键一个叁键，这时碳原子采用了SP杂化形式形成了两个σ键，另外两个P电子分别与另外一个碳原子的两个P电子形成了两个π键，乙炔分子中4个原子位于同一直线上。（4）、在CH2=CH—CH=CH2分子中，两个π键的电子云为4个碳原子共用，该分子更加稳定。“共轭”π键又叫离域大π键。例如苯分子：3个π键的电子云为6个C原子共用。429572439gao第六页，共三十三页。1.3、碳原子的杂化轨道与结构特点1、sp3杂化轨道及其代表物和结构特点①、碳原子的基态、激发态②、碳原子的sp3杂化的优点：大头更大、成键能力更强③、碳原子的sp3杂化轨道的电子云的模型：正四面体④、碳原子的sp3杂化轨道的成键的特点：全部是单键即形成4个σ键⑤、代表物：CH4、CCl4429572439gao第七页，共三十三页。2、sp2杂化轨道及其代表物和结构特点①碳原子的sp2杂化的优点：大头更大、成键能力更强②、碳原子的sp2杂化轨道的电子云的模型：平面正三角形③、碳原子的sp2杂化轨道的成键的特点：形成3个单键即3个σ键的同时又形成了1个π键④、代表物：乙烯、苯3、sp杂化轨道及其代表物和结构特点①碳原子的sp杂化的优点：大头更大、成键能力更强②、碳原子的sp杂化轨道的电子云的模型：直线型③、碳原子的sp杂化轨道的成键的特点：形成2个单键即2个σ键的同时又形成了2个π键④代表物：乙炔429572439gao第八页，共三十三页。σ键π键由原子轨道轴向交叠而成，交叠程度大侧面交叠，交叠程度较小电子云对键轴呈圆柱形对称分布，核对其束缚力较大π电子云分布在分子平面上下，流动性较大，极化性也大绕键轴旋转不破坏交叠不能自由旋转，C—C原子相对旋转会减少甚至破坏交叠，造成键的断裂，因此有顺反异构现象。键能大、稳定键能较小，易破裂，易起化学反应429572439gao第九页，共三十三页。1.4、高中有机化学中的常用概念或化学用语

1.4.1.分子式、最简式、通式介绍各类烃的通式1.4.2.结构式、结构简式（①省单键、②碳架结构、③折线式）

（1）以C5H12为例介绍结构式和一般结构简式（2）以C6H14为例介绍结构简式中的碳架结构和折线式

1.4.3.同分异构体、同分异构现象(1)同分异构体和同分异构现象的概念(2)举例说明429572439gao第十页，共三十三页。、有机物的官能团决定化合物化学特性的原子或原子团。常见的官能团有：C=C双键、C≡C叁键、卤素原子（―X）、羟基（―OH）醛基（―C―H）O羧基（―COOH）硝基（―NO2）、磺酸基（―SO3H）、氨基（―NH2）1.4.5.同系物（①概念、②判断）

（1）同系物的概念（2）根据同系物的概念判断429572439gao第十一页，共三十三页。2、有机物系统命名法

2.1．带支链烷烃

主链

选碳链最长、带支链最多者。

编号

按最低系列规则。从靠侧链最近端编号，如两端号码相同时，则依次比较下一取代基位次，最先遇到最小位次定为最低系统（不管取代基性质如何）。

429572439gao第十二页，共三十三页。取代基次序IUPAC规定依英文名第一字母次序排列。我国规定采用立体化学中“次序规则”：优先基团放在后面，如第一原子相同则比较下一原子。

2-甲基-3-乙基戊烷

429572439gao第十三页，共三十三页。2.2．单官能团化合物

主链

选含官能团的最长碳链、带侧链最多者，称为某烯（或炔、醇、醛、酮、酸、酯、……）。卤代烃、硝基化合物、醚则以烃为母体，以卤素、硝基、烃氧基为取代基，并标明取代基位置。

编号

从靠近官能团（或上述取代基）端开始，按次序规则优先基团列在后面。

429572439gao第十四页，共三十三页。429572439gao第十五页，共三十三页。2.3．多官能团化合物

（1）脂肪族

选含官能团最多（尽量包括重键）的最长碳链为主链。官能团词尾取法习惯上按下列次序：

—OH＞—NH2（=NH）＞C≡C＞C=C429572439gao第十六页，共三十三页。429572439gao第十七页，共三十三页。（2）脂环族、芳香族

如侧链简单，选环作母体；如取代基复杂，取碳链作主链。

429572439gao第十八页，共三十三页。（3）杂环

从杂原子开始编号，有多种杂原子时，按O、S、N、P顺序编号。

429572439gao第十九页，共三十三页。2.4．顺反异构体

（1）顺反命名法

环状化合物用顺、反表示。相同或相似的原子或基因处于同侧称为顺式，处于异侧称为反式。

429572439gao第二十页，共三十三页。3.异构现象和立体化学

3.1．构造异构

分子式相同而构造式不同，即分子中原子互相连接的方式和次序不同，称构造异构。有碳架异构、位置异构、官能团异构、互变异构。

3.2．立体异构

构造式相同但原子或基团在空间的排列不同（即构型不同）产生的异构现象叫立体异构。如顺反异构、对映异构。

429572439gao第二十一页，共三十三页。一、

甲烷的组成、结构和性质1.甲烷的组成：（1）元素组成（2）质量组成（3）分子组成（4）通过质量组成推断分子组成的方法2.甲烷的结构：（1）分子结构①CH4分子中的碳原子是以sp3杂化轨道成键的②CH4分子是以碳原子为中心的正四面体，键角为109028′③CH4分子的结构式④CH4分子的电子式⑤下列事实中能证明甲烷分子为正四面体而非正方形结构的是（）A.CH3Cl无同分异构体B.CH2Cl2无同分异构体C.CHCl3无同分异构体D.C—H键的键参数相同（2）晶体结构429572439gao第二十二页，共三十三页。3.甲烷的性质：（1）取代反应①取代反应的概念②甲烷的卤代：A.甲烷氯代的化学反应方程式：B.甲烷发生卤代反应的条件：光照且卤素单质为气体③甲烷氯代反应的分析A.反应的机理：B.有机产物的特点：a.是否为混合物？b.各种有机产物的名称和状态、颜色C.各种产物的物质的量之间的关系：a.n(HCl)最大，且n(HCl)=n(Cl2)b.n(CH4)=n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)C、n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)429572439gao第二十三页，共三十三页。④甲烷氯代反应实验的现象A.混合气体的颜色：B.产物的状态：C.产物HCl的水溶性：（2）裂解反应①甲烷常温时很稳定，高温时可断键②甲烷的高温裂解反应方程式：③以上反应的温度高低比较：（3）燃烧①反应方程式：②点燃甲烷时的注意事项：③甲烷燃烧的现象：A.火焰颜色——淡蓝色、烟——无烟或很淡的烟B.分析原因429572439gao第二十四页，共三十三页。4.甲烷的制备：（1）工业制备（2）实验室制备①药品：无水CH3COONa和碱石灰②反应原理：（主反应、副反应以及反应的类型）A.主反应方程式：B.副反应方程式：C.是否为取代反应？③碱石灰中的CaO的作用：A.提供反应物B.疏松导气④气体发生装置：同于O2、NH3

429572439gao第二十五页，共三十三页。⑤气体收集方法：同H2、O2、NH3比较⑥性质验证实验：A.不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色B.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.点燃燃烧：通过对产物的定性分析验证甲烷的元素组成⑦尾气处理：点燃燃烧⑧实验室制甲烷反应原理的应用：5.甲烷的用途：429572439gao第二十六页，共三十三页。一、

烷烃的组成、结构和性质1.烷烃的组成：（1）元素组成（2）分子组成（通式）（3）质量组成

2.烷烃的结构特点：（1）分子结构（2）晶体结构

3.烷烃的性质特点：（1）取代反应 ①一元取代产物的判断与书写②二元取代产物的判断与书写③气态烷烃不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色④液态烷烃不能因反应使溴水褪色，但能因萃取而使溴水褪色

429572439gao第二十七页，共三十三页。（2）裂解反应①C8H18的均裂②C4H10的裂解③C4H10裂解后所得混合气体平均分子量的计算（3）氧化反应①烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色②C4H10催化氧化制CH3COOH③烷烃的燃烧：用通式书写429572439gao第二十八页，共三十三页。④烃CxHy燃烧的相关计算A.燃烧后生成的CO2和H2O（g）的体积比为a∶b最简式为：CaH2b分子式为：(CaH2b)nB.燃烧前后混合气体的体积不变分子式为：CxH4具体为：CH4、C2H4、C3H4

C.燃烧后生成的CO2和H2O（g）被NaOH溶液或Na2O2固体充分吸收讨论计算4.常见的气态烷烃：CH4、C2H6、C3H8、CH3CH2CH2CH3、CH(CH3)3、C(CH3)45.烷烃的物理性质：熔点、沸点的递变规律429572439gao第二十九页，共三十三页。三、烷烃的命名——系统命名法

1.取代基：（1）烃基（2）烃名（3）甲基、乙基的电子式

2.烷烃的命名原则：

（1）选主链：选取最长的碳链为主链—保证取代基最小。

（2）给主链命名：①碳原子数少于10：称某烷——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸②碳原子数多于10：称某某烷

（3）给主链编号：①先保证第一个烃基的位置最小②再依次保证甲基、乙基的位置最小③类推

（4）指出烃基的位置和名称：①烃基先小后大②合并同类项

（5）烃基位置、烃基名和主链名之间用短线连接。

429572439gao第三十页，共三十三页。四、烷烃的同分异构体的书写1.烷烃的同分异构体的书写方法：

2.书写烷烃的同分异构体时的注意事项：①注意碳元素的四价规则②注意烃基连接的位置③注意检查是否有重复的书写

3.检查书写的烷烃的同分异构体是否正确的方法：①牢记上述注意事项②命名检查

4.写出C5H12、C6H14、C7H16可能的结构简式并命名C5H12——有3种C6H14——有4种C7H16——有9种429572439gao第三十一页，共三十三页。五、环烷烃

1.环烷烃的概念2.常见的环烷烃3.环烷烃与烷烃化学性质的比较六、几个重要的概念1.取代反应、卤代反应、氯代反应、溴代反