有机物官能团结构与性质

有机物结构与性质云南农业大学热带作物学院一、重要的有机反应类型反应类型概念实例有机四大基本反应取代反应卤代反应有机物中的某些原子(或原子团)被卤素原子替代的反应①烷烃的卤代②苯及其同系物的卤代③苯酚与浓溴水的反应酯化反应羧酸与醇作用生成酯和水的反应①酸(含无机含氧酸)与醇的酯化②葡萄糖与乙酸的酯化有机四大基本反应取代反应水解反应有机物与水反应，分解成两种或多种物质①酯的水解②卤代烃的水解③二糖、多糖的水解④蛋白质的水解其他反应①苯的硝化②醇分子间脱水成醚加成反应有机物中不饱和碳原子跟其他原子(或原子团)直接结合生成新物质的反应①烯烃、炔烃与H2加成②苯及苯的同系物与H2加成③醛或酮与H2加成④油脂的氢化有机四大基本反应取代反应消去反应有机物从一个分子中脱去一个小分子(如H2O、HX)生成不饱和化合物的反应①醇分子内脱水生成烯烃②卤代烃消去加聚反应不饱和烃及其衍生物的单体通过加成反应生成高分子化合物乙烯、氯乙烯、苯乙烯的加聚等聚合反应缩聚反应单体间相互反应生成高分子，同时还生成小分子(如H2O、FX等)的反应①多元醇与多元羧酸反应生成聚酯②氨基酸反应生成多肽氧化反应有机物分子中加氧或去氢的反应①与O2反应②使KMnO4酸性溶液褪色的反应③R—CHO发生银镜反应或与新制Cu(OH)2悬浊液的反应氧化还原反应还原反应有机物分子中加氢或去氧的反应①烯、炔及其衍生物加氢②醛催化加氢生成醇③油脂的硬化碳碳单键、链状、饱和烷烃1、结构特点：2、特征反应：取代反应CH4+Cl2→CH3Cl+HCl光照CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl光照CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl光照CHCl3+Cl2→CCl4+HCl光照CnH2n+2氯仿四种氯代物均难溶于水常温下,CH3Cl是气体，其他三种卤代烃是液体。CCl4:正四面体，经常用作萃取剂，萃取溴，溶液为橙红色，萃取碘，溶液为紫红色，密度比水大。不易燃烧，可用作灭火剂。νh，400℃25℃或CH4+Cl2CH3Cl+HClCH4+Br2125℃CH3Br+HBrνh氯甲烷溴甲烷ClHνhHH+Cl225℃+HCl氯代环己烷在室温和大气压下，烷烃与氧不发生反应，如果点火引发，则烷烃可以燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。CH4+O2CO2+H2O2燃烧烯烃乙烯4、特征反应：加成反应：和卤素单质、卤化氢气体、氢气、水加成1,2二溴乙烷CnH2n碳碳双键、链状、不饱和1、结构特点：2、官能团：碳碳双键3、代表物：CH2BrCH2BrCH2=CH2+Br2溴水或溴的四氯化碳溶液溶液褪色（一）加成反应1．催化加氢（催化氢化）烯烃在铂、钯或镍等金属催化剂存在下，可以与氢加成而生成烷烃。+H2Pt/C+Pd/CCHCH+ReneyNiCH2CH2ReneyNiCH3CH3CH3CHCH2CH3CH2CH3H2H2H2烯烃的化学性质2．加卤素烯烃可与卤素在双键处发生加成反应。3．加卤化氢（1）与卤化氢反应。反应活性:HIHBrHCl烯烃和炔烃可以被高锰酸钾氧化，氧化产物视烃的结构和反应条件的差异而不同。（1）用稀、冷高锰酸钾氧化+3RCHCHR'2KMnO4+4H2O3RCHCHR'OHOH+2MnO2+2KOH反应后高锰酸钾溶液的紫色褪去，生成褐色二氧化锰沉淀。因此是鉴别碳碳双键的常用方法之一。1．高锰酸钾氧化氧化反应同乙烯炔烃1、结构特点：2、官能团：3、代表物：4、化学性质：特征反应：（一）加成反应：加氢、加卤素、加HX、加水（二）氧化反应（三）聚合反应CnH2n－2碳碳叁键、链状、不饱和碳碳叁键乙炔脂肪烃代表物的组成和结构名称分子式结构式结构简式电子式空间构型甲烷乙烯乙炔CH4CH4正四面体C2H4平面C2H2直线CH2=CH2脂肪烃的物理性质递变性规律1～4个碳原子的烃常温常压下为气态同类烃熔沸点、密度随碳原子数增多而升高烃都难溶于水，且密度比水小5～16个碳原子的烃常温常压下为液态17及以上碳原子的烃常温常压下为固态互为同分异构体的脂肪烃，支链越多，沸点越低。易取代，能加成（1）取代反应：苯的同系物1、结构特点：2、代表物：一个苯环，支链为烷烃基。苯环中不存在一般的碳碳双键，6个碳原子之间是一种介于单键和双键之间的特殊的键。3、化学性质：苯、甲苯纯液溴溴苯，难溶于水，密度大于水。CnH2n－6硝化反应:硝基苯，难溶于水，密度大于水。三硝基甲苯，TNT，烈性炸药。烷基苯比苯易磺化磺化反应+HOSO3HSO3H+H2O80℃SO3H+H2OSO3H+H2SO4(发烟)SO3H200~250℃CH3SO3HCH3+CH3SO3HCH3SO3H常温100~120℃+H2SO4（3）氧化反应反应机理：|—C—H|O||C—OH|酸性高锰酸钾溶液氧化烷基上与苯环直接相连的碳连有氢原子则可以使酸性高锰酸钾溶液褪色结论：KMnO4（H+）CH3|—C—CH3|CH3CH3|CH3—CH2—KMnO4/H+CH3|—C—CH3|CH3HOOC|HOOC—CH3CH3COOHCOOH练习6完成下列方程式1、烃类物质的燃烧——氧化反应CnH2n－2+O2nCO2+(n－1)H2O点燃CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O点燃CnH2n+O2nCO2+nH2O点燃CnH2n－6+O2nCO2+(n－3)H2O点燃烷烃：烯烃：炔烃：苯的同系物：含碳量越高，燃烧时火焰越明亮，黑烟越多。CxHy+()O2xCO2+H2O点燃2、高锰酸钾酸性溶液烷烃都不能使高锰酸钾酸性溶液褪色。烯烃、炔烃都能使高锰酸钾酸性溶液褪色。苯不能使高锰酸钾酸性溶液褪色，苯的一部分同系物能使其褪色。溴乙烷卤素原子，常用RX或ArX表示卤代烃1、官能团：2、代表物:3、化学性质：RCHCH2HX消除反应取代反应-+卤代烃的化学反应主要发生在官能团卤原子以及受卤原子影响而比较活泼的-氢原子上:（1）取代反应（水解反应）CH3CH2Br+NaOH→CH3CH2OH+NaBr（2）消去反应：强碱的水溶液中CH3CH2Br+NaOHCH2＝CH2↑+NaBr+H2O强碱的醇溶液中，加热。不是任何卤代烃都有的性质RX+HOHROHHXNaOH+++CH3CH2CHCH2CH3CH2CHHXKOH/C2H5OHCH2H2OKX能发生消去反应的卤代烃在结构上需具备的条件有：1.分子中碳原子数≥2，2.与卤原子相连的碳原子的相邻碳原子上必须有氢原子，3有两个相邻碳原子，且碳原子上均有氢原子时，发生消去反应时可生成不同的产物。AgNO3溶液NaOH溶液水解HNO3溶液酸化R-XAgCl白色AgBr浅黄色AgI黄色能否省？检验卤代烃分子中卤素的正确方法几种重要的卤代烃三氯甲烷又称氯仿，是比较重要的多卤代烃，为无色液体，沸点61.2℃，不易燃，不溶于水，能溶于多种有机物。它本身也是良好的溶剂,能溶解油脂、蜡和有机玻璃等。二、四氯化碳四氯化碳，为无色液体，沸点76.5℃，不溶于水，能溶多种有机物，它本身也是良好的溶剂。而且不燃烧，所以是常用的灭火剂，但金属钠着火时不能用它灭火。用其灭火时要注意通风，因高温下它与水也生成剧毒的光气。1、官能团：2、代表物：醇羟基乙醇俗称：酒精3、化学性质：βαHHδ-δ+δ+HHHOCCR氧化反应取代反应酸性（被金属取代）形成氢键形成盐脱水反应2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑1、与活泼金属反应：如钠H221RONa++NaOHR2、与氢卤酸的反应ROH+HXRX+H2O不同的氢卤酸与同一种醇反应的活性：HIHBrHCl不同的醇与同一种氢卤酸反应的活性：烯丙醇、苄醇叔醇仲醇伯醇甲醇卢卡斯（Lucas）试剂:无水氯化锌的浓盐酸溶液CH3CH3CH3CH3CCl+H2O20℃ZnCl2+HClCH3CH3COH立即混浊分层+H2OClCHCH2CH3CH320℃ZnCl2HCl+OHCHCH2CH3CH3放置片刻混浊分层2OCH3CH2CH2CH2Cl+H20℃ZnCl2HCl+OHCH3CH2CH2CH2常温无变化，加热后反应适用范围：只适于鉴别含6个碳以下的伯、仲、叔醇异构体（除甲醇、乙醇、异丙醇）。3.酯化反应+H2OCH3OSO3HOSO3H+HOHCH310~20℃H2SO4(浓）+3H2OONO2CH2ONO2CHONO2CH2ONO2+3HOHCH2OHCHOHCH2硫酸氢甲酯三硝酸甘油酯（硝化甘油）硝化甘油是一种烈性炸药；在医疗上可扩张血管，做心血管的急救药。有两种方式：较低温度下发生分子间脱水生成醚；较高温度下发生分子内脱水生成烯烃。常用的脱水剂有硫酸、氧化铝等。例如：脱水的活性：叔醇仲醇伯醇CH2CH2HOH浓H2SO4，170℃或Al2O3,360℃CH2=CH2+H2O分子内脱水CH3CH2OH+HOCH2CH3浓H2SO4，140或Al2O3,240℃CH3CH2OCH2CH3℃+H2O分子间脱水4．脱水反应（消去反应）5．氧化和脱氢（α-H被氧化）伯醇RCOOH[O]RCHO[O]RCH2OHK2Cr2O7+CH3CH2CH2CHOH2SO4CH2CH2OHCH3CH2CH3CH2CH2COOH[O]（1）氧化反应不是任何醇都有的性质仲醇OR'CR[O]OHR'CHRONa2Cr2O7+CH3CH2CCH2CH390℃H2SO4OHCH3CH2CHCH2CH3叔醇没有α-H，在通常情况下不被氧化。（2）脱氢反应（消去反应）250~350℃CH3CHO+H2CuCH3CH3OH伯醇OCH3CCH3+H20.3,MPa℃500CuOHCHCH3CH3仲醇叔醇分子中没有α－H，不发生脱氢反应。CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O不是任何醇都有的性质羟基与苯环直接相连1、结构特点：苯酚，又名石炭酸。C6H5OH或酚2、官能团：3、代表物：羟基4、化学性质：OH亲电取代反应亲核取代反应酸性（2）弱酸性:（1）与活泼金属反应：如钠4、化学性质：①电离方程式：②苯酚根离子的水解：③与碱反应+NaOH＋H2O④酸性比碳酸弱+H2O+CO2+NaHCO3与CO2的量无关（3）苯环上的取代反应（4）苯环上加成反应+3Br2环己醇三溴苯酚，白色沉淀检验酚羟基的存在+3H2催化剂△浓溴水（5）显色反应：（6）氧化反应：遇Fe3+呈紫色。检验酚羟基的存在苯酚常温下常呈粉红色,是被O2氧化的结果。H2O+OO[O]OH对苯醌(黄色)醛1、官能团：2、代表物：醛基3、化学性质：或加成甲醛、乙醛醛和酮可发生反应的部位为：醛的氧化反应羰基的还原反应羰基的亲核加成反应α-H的反应OCH()RH__CHR（1）加成反应（与氢气加成）3、化学性质：CH3CHO+H2CH3CH2OHNi△醛与H2加成醇还原反应（2）发生氧化反应（1）催化氧化:（Cu或Ag）2CH3CHO+O22CH3COOH催化剂醛被氧化羧酸（2）被弱氧化剂氧化：CH3CHO+Ag(NH3)2OHCH3COONH4+Ag↓+NH3↑+H2O223CH3CHO+Cu(OH)2+H2OCH3COOH+Cu2O↓22生成红色沉淀水浴△反应称为银镜反应。托伦试剂可氧化脂肪醛，又可氧化芳香醛，但不可氧化酮。几种重要的醛酮甲醛（）俗称蚁醛，在常温下是无色的有特殊刺激气味的气体，沸点-21℃,易燃，与空气混合后遇火爆炸，爆炸范围7%～77%（体积分数）。一、甲醛____OCHH二、丙酮丙酮（CH3COCH3）是无色、易燃、易挥发的具有清香气味的液体，沸点56℃，在空气中的爆炸极限为2.55%～12.80%（体积分数）。羧酸1、官能团：2、代表物：羧基3、化学性质：或甲酸、乙酸羧酸分子中易发生化学反应的主要部位如下图：HHOOCCHR羧基中氢原子的酸性①②③④①②③④羟基被取代的反应脱羧和羰基的还原反应H的取代反应α3、化学性质：（1）酸性：①电离方程式：CH3COOHCH3COO－+H+②醋酸根离子的水解：CH3COO－+H2OCH3COOH+OH－③与钠、氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠反应（2）酯化反应+C2H5-1