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第1页共5页高中有机物分子中原子的共面、共线专题一、知识归纳有机分子结构中由于碳原子形成不同价键，造成空间构型存在差异，成为高考命题的采分点之一，也是同学们的“难以捉摸”的点，掌握有机物分子的空间构型的基准点和判断技巧会使问题迎刃而解。一.有机分子中原子的共面、共线基准点1．甲烷的正四面体结构如图1所示，在甲烷分子中，一个碳原子和任意两个氢原子可确定一个平面，其余两个氢原子分别位于平面的两侧，即甲烷分子中有且只有三个原子共面(称为三角形规则)。当甲烷分子中某个氢原于被其他原子取代时，讨论取代该氢原子的其他原子的共面问题时，可将与甲基碳原子直接相连的原子看做代替了原来的氢原子。CH3CH2CH3的结构如图2所示，左侧甲基和②C构成“甲烷”分子，此分子中⑤H、①C、②C构成三角形。中间亚甲基和①C、③C构成“甲烷”分子，此分子中①C、②C、③C构成三角形。同理②C、③C、④H构成三角形，即丙烷分子中最多有三个碳原子(①C、②C、③C)和两个氢原子(④H、⑤H)可能共面。2．乙烯的平面结构乙烯分子中的所有原子都在同一平面内，键角为120°(如图3所示)。当乙烯分子中某个氢原子被其他原子取代时，则代替该氢原子的原子一定在乙烯的平面内。如图4所示是CH3CH=CH2的分子结构。由图可知，三个氢原子(①②③)和三个碳原子(④⑤⑥)一定共面。根据三角形规则(⑤C、⑥C、⑦H构成三角形)，⑦H也可能在这个平面上。同理(CH3)2C=C(CH3)2中至少有6个原子(6个碳原子)共平面，至多有10个原子共平面：6个碳原子和4个氢原子(每个甲基可提供一个氢原子)共平面。提示：羰基碳原子也是平面形碳原子，如图5甲醛即为平面型结构：第2页共5页图5图63．苯的平面结构苯分子的所有原子在同一平面内，键角为120°，结构式如图6，当苯分子中的一个氢原子被其他原子取代时，代替该氢原子的原子一定在苯环所在平面内。如甲苯中的7个碳原子(苯环上的6个碳原子和甲基上的1个碳原子)和苯环上的5个氢原子一定共面，此外甲基上的1个氢原子也可以转到这个平面上，其余两个氢原子分布在平面两侧。故甲苯分子中最多有13个原子共面。同理可分析萘如图7中10个碳原子、8个氢原子均共面，蒽分子如图8中14个碳原子、10个氢原子共面。图7图8图94．乙炔的直线结构乙炔分子中的2个碳原子和2个氢原子一定在一条直线上。键角为180°，结构式为：H—C≡C—H。当乙炔分子中的一个氢原子被其他原子取代时，代替该氢原子的原子一定和乙炔分子中的其他原子共线。如图9中，①H、②C、③C、④C4个原子共线，而甲基中的3个氢原子一定不在这条直线上。二．判断有机分子中原子共面、共线原理1.单键旋转思想：有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键等可旋转。但是形成双键和叁键的原子不能绕轴旋转，对原子的空间结构具有“定格”作用。如：(CH3)2C=C(CH3)C(CH3)=C(CH3)2，其结构简式也可写成如图10，该分子中至少6个碳原子(因连接两个平面的碳碳单键旋转，两平面不重合)、最多有10个碳原子共面(因连接两个平面的碳碳单键旋转，两平面重合)。图10图112．定平面规律：共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时，两平面必然重叠，两平面内的所有原子必定共平面。3.定直线规律：直线形分子中有2个原子处于某一平面内时，该分子中的所有原子也必落在此平面内。4.展开空间构型法：如CH3CH=CH—C≡CH，可以将该分子展开为如图11，此分子包含一个乙烯型结构、一个乙炔型结构，其中①C、②C、③C、④H4个原子一定在一条直线上。该分子中至少8个原子在同一平面上。第3页共5页二、题型训练1.某有机物分子结构如下：关于该分子结构的说法正确的是：（）A.除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上B.除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上C.12个碳原子不可能都在同一平面上D.12个碳原子一定都在同一平面上2.下列有机分子中，所有的原子不可能．．．处于同一平面的是()3.已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，结构简式为如下图所示的烃，下列说法中正确的是（）（A）分子中至少有9个碳原子处于同一平面上。（B）分子中至少有10个碳原子处于同一平面上。（C）分子中至少有11个碳原子处于同一平面上。（D）该烃属于苯的同系物。4.香兰素是重要的香料之一，它可由丁香酚经多步反应合成。有关上述两种化合物的说法正确的是（）A．常温下，1mol丁香酚只能与1molBr2反应。B．丁香酚不能FeCl3溶液发生显色反应。C．1mol香兰素最多能与3mol氢气发生加成反应。D．香兰素分子中至少有12个原子共平面。5.在分子中处于同一平面上的原子数最多可能是（）。A.18B.20C.21D.236.在①丙烯②氯乙烯③苯④甲苯四种有机化合物中，分子内所有原子均在同一平面的是（)。A．①②B．②③C．③④D．②④7.下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是（）。第4页共5页A．甲苯B．硝基苯C．2-甲基丙烯D．2-甲基丙烷8．(1)下列有机分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是()A.CH2＝CHCNB.CH2=CH—CH=CH2C.苯乙烯D.异戊二烯(2)上述分子中所有原子一定不处于同一平面的是()9.下列有机物分子中所有原子一定有6个原子在同一直线的是()10.如图所示分子中14个碳原子不可能处在同一平面上的是()11．对于CH3—CH=CH—C≡C—CF3分子结构的描述(1)下列叙述中,正确的是().(A)6个碳原子有可能都在一条直线上(B)6个碳原子不可能都在一条直线上(C)6个碳原子有可能都在同一平面上(D)6个碳原子不可能都在同一平面上(2)一定在同一直线上的碳原子个数为______。(3)位于同一平面内的原子数最多有______个。12.化学式为C6H12的某烯烃的所有碳原子都在同一平面上，则该烯烃的结构简式为___________________，其名称为___________________；若分子式为C10H18的链烃分子中所有的碳原子也有可能在同一平面上，它的结构简式为________________。13.在下列分子中，至少有多少原子一定共面？最多有多少个原子共面？（1）（2）14.某有机分子结构如下：该分子中最多有____________个C原子共处同一平面。15.某分子具有如下结构：C6H5—CO—C≡C—CH3试回答下列问题：(1)在同一直线上的原子最多有_______个；(2)一定在同一平面上的原子最多有_______个；第5页共5页(3)可能在同一平面上的原子最多有_______个。参考答案：1.B2.D3.C4.D5.C6.B7.D8.（1）D(2)D9.D10.BD11.⑴BC，⑵4，1012.CH3CH3CCCH3CH3，2,3－二甲基－2－丁烯，CH3CCCH3CH3CH3CCCH3CH313.⑴最少有6个原子共面，最多有10个原子共面⑵最少有6个原子共面，最多有16个原子共面14.1315.⑴4⑵12⑶17