有机化学复习概述概要

有机化学（OrganicChemistry）——研究有机化合物的结构和性质的科学有机化合物——含碳的化合物HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素有机化合物的特点：1.对热不稳定，易燃烧（极少数例外）2.熔点较低（一般在250oC以下）3.易溶解于有机溶剂中，难溶于水。4.同分异构体较多C2H6OHCHHOCHHHHCHHCHHOH甲醚乙醇CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC链状环状单键——由一对共享电子形成的键双键——由两对共享电子形成的键叁键——由三对共享电子形成的键碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物五.有机化合物分类按碳架分类链状化合物环状化合物直链支链碳环杂环芳环不饱和饱和NO按有机官能团分类还原硝基苯C6H5NO2硝基化合物亲核加成乙腈CH3CN腈化物碱或亲核试剂乙胺CH3CH2NH2胺含氮有机物亲核取代、消除氯乙烷CH3CH2Cl卤代物芳香亲电取代苯芳烃亲电加成丁二烯CH2=CHCH=CH2二烯亲电加成乙炔HCCH炔烃亲电加成乙烯CH2=CH2烯烃自由基取代乙烷CH3CH3烷烃碳氢化合物典型反应类型名称举例开环环氧乙烷环氧化合物乙醚CH3CH2OCH2CH3醚芳香亲电取代苯酚C6H5OH酚亲核取代N-甲基乙酰胺CH3CONH(CH3)酰胺亲核取代乙酸乙酯CH3COOCH2CH3酯亲核取代乙酸酐(CH3CO)2O酸酐亲核取代乙酰氯CH3COCl酰卤羧酸衍生物亲核加成、取代乙酸CH3COOH羧酸亲核加成丙酮CH3COCH3酮亲核加成乙醛CH3CHO醛亲核取代、消除乙醇CH3CH2OH醇含氧有机物典型反应类型名称举例O分类（续）亲核取代、消除有机化合物的研究顺序分离提纯元素分析和实验式确定相对分子质量的确定及分子式的确定有机化合物结构测定[化学方法]官能团分析、化学降解及合成[物理方法]红外(IR)、紫外(UV)、核磁(NMR)、质谱(MS)、气液色谱和X衍射等。碳氢碳氢化合物一.烷烃（Alkanes,Paraffins）烃（hydrocarbons）完全烷饱和烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）同系列：有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物为同系物。烷烃的通式：CnH2n+2（例：CH4,C2H6,C3H8,C4H10,……）同系列（同系物,Homologs）碳原子的四种类型1C（伯碳，一级碳）primarycarbon2C（仲碳，二级碳）secondarycarbontertiarycarbon3C（叔碳，三级碳）4C（季碳，四级碳）quaternarycarbonH3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3H3CCCH3CH3CH31H（伯氢）2H（仲氢）3H（叔氢）碳原子种类的扩展H3CCH2CH2H3CCCH3CH3H3CCHCH31自由基（伯自由基）2自由基（仲自由基）3自由基（叔自由基）1碳负离子（伯碳负离子）3碳正离子（伯碳正离子）H3CCH2CH2CH2H3CCCH3CH3PrimaryradicalSecondaryradicalTertiaryradicalPrimarycarbanionTertiarycarbocation普通命名法用于简单化合物的命名IUPAC命名法（系统命名法）（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会，InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）二.烷烃的命名基础：普通命名法060120degreesofrotation36030024018014.63.822.614.63.8potentialenergy(KJ/mol)CH3HHHCH3HCH3HHHCH3HCH3HHHHH3CCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHHHH3CCH3HHHCH3H丁烷构象转换与势能关系图CH电负性2.52.2烷烃的结构一．烷烃的化学性质一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应）sp3杂化已饱和不能加成低极性共价键H酸性小不易被置换CCH甲烷的氯代反应机理的表达自由基型链反应（chainreaction）自由基中间体ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第(2),(3)步反应重复进行链引发链转移（链传递,链增长）链终止chaininitiationchainpropagationchainterminationhvorBrCH3H+BrBrBrBr+CH3BrBr++BrBrBr+BrBrBrCH3+CH3BrCH3CH3+CH3CH3BrH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第(2),(3)步反应重复进行链引发链转移（链传递,链增长）链终止chaininitiationchainpropagationchainterminationCH3Brhvor甲烷的溴代反应机理氯代反应的选择性只考虑氢原子的类型,忽略烷烃结构的影响CH3CH2CH3Cl2hv,25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl45%55%CH3CHCH3Cl2hv,25oCCH3CHCH2ClCH3CCH3+Cl64%36%CH3CH3CH3氯代选择性（25oC）：3oH:2oH:1oH=5.0:3.7:1选择性：2oH:1oH=3.7:1选择性：3oH:1oH=5:1问题：如何解释上述反应的选择性？总结：烷烃卤代反应的选择性b)不同卤素的反应选择性:溴代氯代c)合成上的应用价值：溴代氯代（反应的选择性好，可得到较高纯度的产物）3oH2oH1oHCH4(温度升高，选择性变差)a)卤代反应中不同类型氢的反应活性烯烃的类型、结构和命名单烯：通式：CnH2n二烯：多烯：烯烃：含C＝C的碳氢化合物类型：共轭二烯孤立二烯(CH2)nCCH2n1连二烯累积二烯H3CCH3CH3CH3CH2OH维生素A烯烃烯烃的异构构造异构碳链异构CH3CH2CH=CH2(CH3)2C=CH2位置异构CH3CH2CH=CH2CH3CH=CHCH3官能团异构CH3CH2CH=CH2立体异构——双键不能旋转:构型异构-顺反异构RHR'HRHR'Htranscis命名普通命名系统命名H2CCH2H2CCCH3CH3乙烯异丁烯异戊二烯ethyleneisobuteneisopreneH2CCCH2CH3CH2CH2CH3123451123CHCHCH3H3C(H2C)82-乙基-1-戊烯3-甲基环戊烯1-甲基环戊烯2-十二碳烯3-methylcyclopent-1-ene2-ethyl-1-pentenedodec-2-ene选取含双键的最长链为主链，双键以最小编号双取代烯烃异构体用“顺”、“反”标记多取代烯烃，用Z或E型标记Z型：两个双键碳上的优先基团（或原子）在同一侧。E型：两个双键碳上的优先基团（或原子）不在同一侧。请复习：基团的优先顺序排列规则顺-2,2,5-三甲基-3-己烯cis-2,2,5-trimethyl-3-hexene(H3C)2HCHC(CH3)3H取代基在双键的同侧烯烃的化学性质1.双键的结构与性质分析CCCC键能:s键~347kJ/molp键~263kJ/molp键活性比s键大不饱和，可加成至饱和p电子结合较松散，易参与反应。是电子供体，有亲核性。与亲电试剂结合与氧化剂反应2.烯烃加成的三种主要类型亲电加成CCAB+CCAB加成ABAB+-ABAB+ABH2自由基加成催化加氢（异裂）（均裂）重点3.烯烃的亲电加成反应（Electrophilicaddition）一些常见的烯烃亲电加成CC+HXCCHX(X＝Cl,Br,I)HOSO3HCCHOSO3H0oCHCCHOHXXCCXX(X＝Cl,Br)CCl4CCXOHHOHXOH--亲电试剂卤代烷硫酸氢酯醇邻二卤代烷b-卤代醇次卤酸烯烃亲电加成反应小结卤代烷硫酸氢酯邻二卤代烷b-卤代醇醇醚酯取代环氧乙烷CHCH2RHXHOSO3HHHHOR'HR'COOHCHCH3RXCHCH3ROSO3HCHCH3ROR'CHCH3ROCOR'CHCH3ROHH2OCHCH2RXXCHCH2ROHXH2OX2X2H2OCHCH2RO碳正离子的稳定性R3C+R2C+HRC+H2C+H3解释：电学规律：带电体的稳定性是随着电荷的分散程度增大而增大的。+GC给电子C+稳定+GC吸电子C+不稳定产生碳正离子所需能量势能C+H3CH3C+H2(CH3)2C+H(CH3)3C+烯烃的自由基加成——过氧化效应提示：加HCl和HI无过氧化效应CCH2CH3H3CHBrCCH2CH3H3CHBrCCH2CH3H3CBrH＋反Markovnikov规则符合Markovnikov规则Kharasch发现过氧化效应（1933年）无过氧化物有过氧化物过氧化效应ROOR[O]烯烃的氧化烯烃氧化的主要类型CCRR'RHCORR'OCROH+CCRR'RHOHOHCORR'OCRH+CCRR'RHOKMnO4(浓，热),OHK2Cr2O7,H或(1)O3(2)H2O,ZnKMnO4(稀，冷),OH或(1)OsO4,(2)H2ORCOOH（过氧酸）O酮、酸酮、醛邻二醇环氧化物注意双键和H的变化①烯烃氧化成酮或酸（强氧化剂氧化）CCH2RR'CCH2RHCORR'CORHO+CO2+H2OKMnO4(浓，热),OHK2Cr2O7,H或同上条件+CO2+H2OCORR'OCROH+KMnO4(浓，热),OHK2Cr2O7,H或CCRR'RH这一反应常用以鉴定碳碳双键;还可根据产物推断原来烯烃的结构。②烯烃氧化成酮或醛（臭氧氧化）CCRR'RHCORR'OCRH+(1)O3(2)H2O,ZnC=C+O3COOOCCOOOC+H2OZnC=OO=C+臭氧氧化烯烃的应用a.合成上用于制备醛b.有机分析上用于分析烯烃的结构CCH2RHCORH(1)O3(2)H2O,Zn+OCH2COH3CC2H5OCCH3H+(2)H2O,ZnCH3CC2H5CCH3H(1)O3通过产物猜测烯烃结构CCRR'RHCORR'OCROH+CORR'OCRH+KMnO4(浓，热),OHK2Cr2O7,H或(1)O3(2)H2O,Zn烯烃的氧化炔烃一．炔烃的通式、结构和命名炔烃：含CC的碳氢化合物单炔烃的通式：CnH2n-2结构：直线型分子,无顺反异构CCRR'1根s键(sp－sp)2根p键(p－p)末端炔相连的4个原子呈直线型CCR'RCCHR系统命名法选含叁键的最长链为主链使叁键的编号最小按编号规则编号同时有叁键和双键，并可以选择时，使双键的编号最小4,8-壬二烯-1-炔1-戊烯-4-炔H2CCHCH2CH2CHCHCH2CCHCH2CHCH2CCH123456789123456789123451-penten-4-yne1-戊炔HCH3CH21-pentyne4,8-nonadien-1-yne三．炔烃的化学性质总结：炔烃的性质与烯烃相似问题：两者有何不同之处?炔烃有何特殊性质?CCHCH2R炔烃的性质分析不饱和，可加成亲电加成自由基加成还原加氢炔丙位活泼可卤代p键可被氧化末端氢有弱酸性可与强碱反应炔烃与卤化氢的加成分步加成，可控制在第一步。合成上应用:（1）制烯基卤代物（2）制偕二卤代物CCHRHXCCH2RXCCH3RXXHX烯基卤代物偕二卤代物催化剂（Hg盐或Cu盐）存在时，叁键比双键易加成CCHH2CCHHClCuClCCH2H2CCHCl为什么不生成邻二卤代物？炔烃与与H2O的加成（炔烃的水合反应）遵守Markovnikov规则末端炔总是生成甲基酮。甲基乙烯基酮CCHRH2O,HgSO4CCH2RHOCCH3R