1.1.2有机化合物中的共价键和同分异构现象

1.1.2有机化合物中的共价键和同分异构现象【学习目标】1、了解有机化合物中共价键的类型，理解键的极性与有机反应的关系2、理解有机化合物的同分异构现象，学会同分异构体的书写方法，能判断有机物的同分异构体【主干知识梳理】一、有机化合物中的共价键1、共价键的类型 (1)共价键的分类=1\*GB3①从原子轨道重叠方式分为σ键和π键=2\*GB3②从共价键的极性分为极性键和非极性键=3\*GB3③从共价键的个数分为单键、双键和三键(2)有机化合物中的σ键(以甲烷分子中C—H为例)①形成：氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴，以“头碰头”的形式相互重叠②特点：通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏(3)有机化合物中的π键(以乙烯分子中为例)①形成：在乙烯分子中，两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠，形成4个C—Hσ键与一个C—Cσ键；两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键②特点：π键的轨道重叠程度比σ键的小，所以不如σ键牢固，比较容易断裂而发生化学反应。通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转(4)有机物分子中σ、π键个数的计算一般情况下，有机化合物中的单键是σ键，双键中含有一个σ键和一个π键，三键中含有一个σ键和两个π键(5)共价键的类型与有机反应类型的关系：一般σ键比π键稳定，含π键的有机物易发生加成反应①含有C—Hσ键，能发生取代反应；如：甲烷分子中含有C—Hσ键，可发生取代反应②含有π键，能发生加成反应；如：乙烯和乙炔分子的双键和三键中含有π键，都可以发生加成反应2、共价键的极性与有机反应(1)共价键的极性对有机化合物性质的影响：共价键的极性越强，在反应中越容易发生断裂，因此有机化合物的官能团及其邻近的化学键往往是发生化学反应的活性部位(2)乙醇、H2O与Na反应实验过程向两只分别盛有蒸馏水和无水乙醇的烧杯中各加入同样大小的钠(绿豆粒大)，观察现象实验现象两只烧杯中均有气泡产生，乙醇与钠反应缓慢，蒸馏水与钠反应剧烈解释乙醇可以与钠反应产生氢气，是因为乙醇分子中的氢氧键极性较强，能够发生断裂。相同条件下，乙醇与钠反应没有水与钠反应的剧烈，是由于乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱化学方程式实验结论基团之间的相互影响使得官能团中化学键的极性发生变化，从而影响官能团和物质的性质(3)乙醇与HBr反应①反应机理：②原因：羟基中氧原子的电负性较大，乙醇分子中的碳氧键极性也较强，C—O键断裂(4)共价键断裂需要吸收能量，而且有机化合物分子中共价键断裂位置存在多种可能。有机反应相对无机反应，有机反应一般反应速率较小，副反应较多，产物比较复杂二、有机化合物的同分异构现象1、同分异构体、同分异构现象(1)同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象(2)同分异构体：具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体①特点：分子式相同，结构不同，性质可能相似也可能不同②转化：同分异构体之间的转化是化学变化2、同分异构体的类型3、构造异构现象异构类别定义实例碳架异构由碳链骨架不同而产生的异构现象C4H10：CH3—CH2—CH2—CH3正丁烷异丁烷位置异构由官能团在碳链中位置不同而产生的同分异构现象C4H8：eq\o(C,\s\up6(1))H2=eq\o(C,\s\up6(2))H—eq\o(C,\s\up6(3))H2—eq\o(C,\s\up6(4))H3eq\o(C,\s\up6(1))H3—eq\o(C,\s\up6(2))H=eq\o(C,\s\up6(3))H—eq\o(C,\s\up6(4))H31丁烯2丁烯C6H4Cl2：邻二氯苯间二氯苯对二氯苯官能团异构由官能团类别不同而产生的同分异构现象C2H6O：乙醇二甲醚4、同分异构体的书写方法(1)减碳法(碳链异构)：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布对邻间。书写的步骤碳架式注意①将分子中所有碳原子连成直链作为主链C—C—C—C—C—C(a)②从主链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链对称轴一侧的各个碳原子上，此时碳骨架有两种(b)(c)甲基不能连在①位和⑤位碳原子上，否则与原直链时相同；对于(b)中②位和④位碳原子等效，只能用一个，否则重复③从主链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即两个甲基)依次连在主链对称轴一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种(d)(e)②位或③位碳原子上不能连乙基，否则主链上会有5个碳原子，则与(b)中结构重复(2)取代法：采用等效氢、对称的方法，适用于一卤代物、醇的找法①一卤代烃：看作是氯原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H11Cl”为例②醇：看作是—OH原子取代烃分子中的氢原子，以“C5H12O”为例(3)变建法：即将有机物中某个位置化学键进行变化得到新的有机物，适用于烯烃、炔烃、醛和羧酸①烯烃：单键变双键，要求相邻的两个碳上至少各有1个氢原子，以“C5H10”为例箭头指的是将单键变成双键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成双键②炔烃：单键变三键，要求相邻的两个碳上至少各有2个氢原子，以“C5H8”为例箭头指的是将单键变成三键异戊烷第2个碳原子只有1个氢原子，两边单键不能变成三键新戊烷中间碳原子上无氢原子，不能变成三键=3\*GB3③醛：醛基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成醛基，以“C5H10O”为例箭头指向是指将链端甲基变成醛基，数甲基个数即可=4\*GB3④羧酸：羧基属于端位基，将烃分子中链端的甲基变成羧基，以“C5H10O2”为例箭头指向是指将链端甲基变成羧基，数甲基个数即可(4)插入法：在有机物结构式中的某个化学键的位置插入原子而得到新的有机物的结构，适用于醚和酯①醚：醚键可以理解为在C—C单键之间插入氧原子，以“C5H12O”为例箭头指向是指在C—C单键之间插入氧原子②酯：酯可以理解在左、右两边插入氧原子，可以先找出酮，再插入氧，以“C5H10O2”为例若在链端，注意只能在一边插入氧原子，另外要注意对称性，此法对含苯环类的非常有效5、常用的几个技巧(1)常见的烷烃的同分异构体的数目烷烃甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷个数1112359(2)常见的烷基的同分异构体的数目烷基甲基乙基丙基丁基戊基个数11248(3)等效氢原子法(对称法)①同一个碳原子上连接的氢原子等效，如：甲烷(CH4)分子中4个氢原子是等效的②同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效，如：新戊烷()分子中四个甲基等效，各甲基上的氢原子完全等效，也就是说新戊烷分子中的12个H原子是等效的③分子中处于对称位置上的氢原子是等效的，如：正丁烷(CH3CH2CH2CH3)分子中两端的甲基6个氢原子等效，中间的两个亚甲基的4个氢原子也是等效的(4)等同转换法：乙烷分子中共有6个H原子，若有一个H原子被Cl原子取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷有多少种？假设把五氯乙烷分子中的Cl原子转换为H原子，而H原子转换为Cl原子，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同样，二氯乙烷有两种结构，四氯乙烷也有两种结构【结论】对于烃(CxHy)，它的a取代物与(ya)取代物个数相等(5)组合法：的苯环的一氯代物有3×4＝12种(6)基团连接法：将有机物看成由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目如：丁基有四种，一氯丁烷(看作丁基与氯原子连接而成)也有四种三、有机物分子结构的表示方法种类含义或表示方法实例分子式用元素符号表示物质分子组成的式子，可反映出一个分子中原子的种类和数目CH4、C2H4、C2H6实验式(最简式)①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简相对分子质量乙烯的实验式是CH2；葡萄糖(C6H12O6)的实验式是CH2O电子式用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子结构式①用一根短线“—”来表示一对共用电子对，用“—”(单键)、“”(双键)或“≡”(三键)将原子连接起来②具有化学式所能表示的意义，能反映物质的结构=3\*GB3③表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型乙烷的结构式结构简式①将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后，与碳原子相连的其他原子写在其旁边，并在右下角注明其个数得到的式子即为结构简式，它比结构式书写简单，比较常用。结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)②“”(双键)或“≡”(三键)不能省略；醛基()、羧基()可分别简化成—CHO、—COOH乙烷的结构简式：CH3CH3乙醇的结构简式：CH3CH2OH丙烯的结构简式：CH2CHCH3键线式①将结构式中碳、氢元素符号省略，只表示分子中键的连接情况，每个拐点或终点均表示一个碳原子，即为键线式②每个碳原子都形成四个共价键，不足的用氢原子补足键线式：键线式：球棍模型小球表示原子，短棍表示价键，用于表示分子的空间结构(立体形状)CH4的球棍模型：比例模型①用不同体积的小球表示不同大小的原子②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序CH4的球棍模型：【微点拨】有机物键线式书写时的注意事项=1\*GB3①一般表示含有3个及3个以上碳原子的有机物，只忽略C—H键，其余的化学键不能忽略=2\*GB3②碳、氢原子不标注，其余原子必须标注(含羟基、醛基和羧基中的氢原子)=3\*GB3③由键线式写分子式时不能忘记两端的碳原子【课堂练习】1、下列分子中，既有非极性键又含有π键的分子是()A．C2H4Cl2B．HCHOC．H2O D．CH2=CH—CH32、下列物质既能发生加成反应又可以和钠反应的是()A．CH3—O—CH3B．CH2=CHCH3C． D．3、下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是()A．CH3CH3B．CH2=CH2C．CH≡CHD．CH44、下列属于官能团异构的是()A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2B．CH2=C(CH3)2和CH3CH=CHCH3C．CH3CH2OH和CH3OCH3D．CH3CH2CH2COOH和CH3COOCH2CH2CH35、下列各组物质中，互为同分异构体的是()A．与B．HC≡C—(CH2)3CH3与C．CH3CH2OCH2CH3与D．与6、下列各组物质属于同分异构体且为位置异构的是()A．CH3CH2OH和CH3CHOB．和C．和D．CH3CH(OH)CH2CH2CH3和7、某烯烃与氢气发生加成反应后得到的饱和烃的结构简式是，该烯烃可能的结构有()A．1种B．2种C．3种D．4种8、在欧洲一些国家曾发现饲料被污染，导致畜禽类制品及乳制品不能食用，经测定饲料中含有剧毒物质二英，其结构为，已知它的二氯代物有10种，则其六氯代物有()A．15种B．11种C．10种D．5种9、已知丁基有4种结构，则分子式为C5H10O且属于醛类的有机物有()A．3种B．4种C．5种 D．6种10、下列关于同分异构体异构方式的说法中，不正确的是()A．CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于碳架异构B．H3CC≡CCH3和CH2=CHCH=CH2属于官能团异构C．CH2=C(CH3)2和CH3CH=CHCH3属于官能团异构D．和属于位置异构11、已知下列有机化合物：①CH3—CH2—CH2—CH3和②CH2=CH—CH2—CH3和CH3—CH=CH—CH3③CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3④和⑤CH3—CH2—CH=CH—CH3和⑥CH2=CH—CH=CH2和CH3—CH2—C≡CH(1)其中属于同分异构体的是____________(2)其中属于碳架异构体的是____________(3)其中属于位置异构的是____________(4)其中属于官能团异构的是____________(5)其中属于同一种物质的是___________(6)②中1丁烯的键线式为____________12、下列有关化学用语能确定为丙烯的是()A.B．C3H613、下列说法正确的是()A．碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2CCH2B．有机物分子里一定既有非极性键也有极性键C．有的烃分子中，一个碳原子形成3个共价键D．乙醇的键线式为14、键线式可以简明扼要地表示有机化合物，键线式为的物质是()A．丁烷B．丙烷C．丁烯D．丙烯【有机化合物中的共价键和同分异构现象】答案【课堂练习】1、D。解析：CH2=CH—CH3中存在C=C、C—C非极性键，C=C中含有π键。2、C。解析：A中C—O极性较弱，不易断裂，B中碳碳双键中含有一个π键，可以发生加成反应，C中H—O极性强，可以和钠反应，同时含有碳碳双键，可以发生加成反应，D中无π键，不能发生加成反应。3、C4、C。解析：A中两种分子不含官能团，为碳架异构；B中两种分子都含有，双键位置不同、碳架不同；C中两种分子，前者的官能团为羟基，后者的官能团为醚键，二者为官能团异构；D中两种分子的分子式不相同，不互为同分异构体。5、B。解析：从分子式上看，A项和C项中物质分子式不同，不是同分异构体；B项中两种物质分子式相同，但是结构不同，二者互为同分异构体；D项中两种物质结构相同，属于同种物质。6、B。解析：B、C中物质的分子式相同、结构不同，是同分异构体