有机化学基础知识

第三章有机化学基础知识本章知识点1.掌握链烃碳原子的杂化方式、结构特点及烷烃构象产生的原因2.掌握链烃、脂环烃、芳香烷的普通命名法、系统命名法及烯烃的顺反异构、次序规则3.掌握烷烃、烯烃、炔烃的化学性质，了解自由基反应机理、亲电加成反应机理4.了解二烯烃的分类和命名，掌握共轭二烯烃的结构特点、主要化学性质及应用5.理解诱导效应、共轭效应概念，了解概念的应用6.了解环己烷及取代环己烷的构象7.掌握苯的结构、命名、化学性质及应用，了解苯环亲电取代反应历程，掌握苯环取代定位规则及应用8.掌握卤代烃、醇、酚、醚的分类和命名及化学性质和应用9.了解亲核取代反应历程及SN1、SN2反应的特点10.了解醛、酮的结构，掌握醛、酮的系统命名法、主要化学性质及应用；了解羰基的亲核加成反应及反应机理11.了解萘、醌的结构、命名及化学性质12.掌握羧酸的分类、结构和命名；掌握羧酸及羧酸衍生物的主要化学性质及应用。了解羧酸及羧酸衍生物的相互转化关系及应用第一节烃一、脂肪烃（链烃）二、脂环烃三、芳香烃第二节烃的衍生物一、卤代烃二、醇、酚、醚三、醛、酮、醌四、羧酸及羧酸衍生物1.烷烃的命名、结构及烷烃的化学性质2.烯烃的命名,烯烃的结构特征及顺反异构；烯烃的化学性质3.炔烃、二烯烃的结构和共轭效应,炔烃和二烯烃的化学性4.脂环烃的命名及化学性质5.苯的结构及化学性质第一节烃重点：1.烷烃的结构、烷烃的构象2.烯烃的结构特征及顺反异构3.炔烃、二烯烃的结构和共轭效应4.环己烷的构象5.芳环上的亲电取代反应难点：烃：只由C、H两种元素组成的化合物，叫碳氢化合物，简称烃。烃脂肪烃（脂肪烃）脂环烃芳香烃饱和脂肪烃：烷烃不饱和脂肪烃烯烃炔烃只含有C—C单键和C—H键含有C==C双键含有C≡C叁键一、脂肪烃（链烃）分类：——（一）脂肪烃的结构（一）脂肪烃的结构1．烷烃的同系列及同分异构现象（1）烷烃的同系物、通式和结构烷烃的通式：CnH2n+2组成上相差CH2及其整数倍，同系列中的各化合物互为同系物。如乙烷、丙烷、丁烷……烷烃的结构：丁烷的结构sp3杂化烷烃分子中按照它们所连接的碳原子的数目不同，可分为四类：伯、仲、叔、季。它们分别用：1°、2°、3°、4°表示。（2）烷烃的同分异构现象分子式相同，而构造不同的异构体称为同分异构体。这种现象称为同分异构现象。例如:正丁烷（沸点0.5℃）异丁烷（沸点-10.2℃）烷烃同系列中从丁烷起才有同分异构现象。CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3HCHCHCCCH3HHCH3HCH3CH31234°°°°（1）烯烃的结构不饱和烃：有机物中含有碳碳双键或碳碳叁键的烃。分子中含有碳碳双键的烃为烯烃，通式：CnH2n。分子中含有碳碳叁键的烃为炔烃。通式：CnH2n-2。2.不饱和烃（烯烃、炔烃）的结构C==C是烯烃的官能团.—CC—是炔烃的官能团HHHHCCσσσσσπ烯烃的结构sp2杂化“头碰头”“肩并肩”CCHHσσππσ炔烃的结构（2）炔烃的结构sp杂化（3）共轭二烯烃的结构分子中含有两个碳碳双键的不饱和烃称为二烯烃。通式为:CnH2n-2共轭二烯烃：两个双键被一个单键隔开。如1,3-丁二烯试写出C4H6的同分异构体πP轨道HHP轨道πππ1,3—丁二烯分子结构•C1与C2和C3与C4之间各形成一个π键。而此时C2与C3两个碳原子p轨道的对称轴也相互平行，所以也可以侧面重叠，把两个π键连接起来，形成一个包含4个碳原子的大π键。但C2—C3键所具有的π键性质要比C1—C2键和C3—C4键所具有的π键性质少一些。CCCCHHHHHH0.133nm0.108nm0.148nm122.4°119.8°C1C2HHC3C4HHHH离域键(大π键):•共轭体系——具有离域键的体系。•共轭分子——含共轭π键的分子。•共轭效应——在共轭体系中，由于原子间的相互影响，使整个分子电子云的分布趋于平均化的倾向。•π-π共轭效应——由π电子离域而体现的共轭效应。π电子不是局限于2个碳原子之间，而是分布于4个（2个以上）碳原子的分子轨道，称为离域轨道，这样形成的键叫离域键（大π键）。（二）脂肪烃的立体异构立体异构：不饱和烃中的取代基（原子或基团）在空间的分布方式不同而产生的异构。(1)构型异构（烯烃的顺反异构）通式：顺式反式•当双键碳上有一个碳原子连有两个相同的原子或原子团时，则不存在顺反异构。立体异构构型异构构象异构顺反异构对映异构CCababCCaabb构象可以用纽曼（Newmen）投影式或透视式表示。60°HHHHHHHHHHHHHHHHHH乙烷的构象(2)构象异构纽曼投影式：透视式：重叠式交叉式重叠式交叉式HHHHHH0。（三）脂肪烃的命名1．烷烃的命名（1）普通（习惯）命名法·最早根据碳原子数命名：甲烷、乙烷、丙烷……·支链烷（异构体）例如：C5H12的三个同分异构体CH3CH2CH2CH2CH3正丁烷异丁烷新戊烷试写出C６H1４的同分异构体CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3H3CCCH3（2）系统命名法烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为—CnH2n+1，用R—表示。甲基CH3—(Me)乙基CH3CH2—(Et)正丙基CH3CH2CH2—(n-Pr)异丙基(CH3)2CH—(iso-Pr)正丁基CH3CH2CH2CH2—(n-Bu)异丁基(CH3)2CHCH2—(iso-Bu)仲丁基CH3CH2(CH3)CH—(sec-Bu)叔丁基(CH3)3C—(ter-Bu)常见的烷基有：①在系统命名法中，对于直链烷烃，与普通命名法相同。②带有支链的烷烃，先选择分子中最长的碳链作为主链，若有几条等长碳链时，选择支链较多的一条为主链。③从距支链较近的一端开始给主链上的碳原子编号。④将支链的位次及名称加在主链名称之前。若主链上连有多个相同的支链时，用二、三、四……数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字注明各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由简到繁的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。⑤如果支链上还有取代基时，则必须从与主链相连接的碳原子开始，给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次、名称及数目。命名原则：例12,3,4,5-四甲基-4-乙基己烷例2命名下列化合物2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷CH3CHCH3CHCH(CH3)2CH2CH3CH3CHCH3CHCH3CH2CH3CH3CHCH3CHCH2CH3CHCH2CH3CHCH3CH3123456CH3CHCH3CHCH3CCH2CH3CHCH3CH3CH31234561-丁烯2-乙基-1-戊烯3,4,5,5-四甲基-2-己烯①选择含碳碳双键的最长碳链为主链(母体);②碳链编号时,应从靠近双键的一端开始;③烯前要冠以官能团位置的数字(编号最小);④其他同烷烃的命名规则。（1）烯烃的命名法——系统命名法2．不饱和链烃的命名CH3CHCCHCH3CH3CCH3CH2CH3CH31234567CH2CHCH2CH3123412453CH2CCH2CH2CH3CH2CH3命名下列化合物：顺反异构现象(立体异构现象)•由于双键不能自由旋转,当双键的两个碳原子各连接不同的原子或基团时,可能产生不同的异构体。根据IUPAC命名法，顺反异构体的构型是用Z（德文Zusammen，同）表示顺式结构，E(德文Entgegen，对)表示反式结构。CH2C(CH2)2CH3CH3(C2H5)2CCHCH3在标记时，遵循次序规则：次序规则的要点为：①先比较直接与双键相连的原子，原子序数大的排在前面。②如果与双键碳原子直接相连的原子相同时，则比较与该原子相连的原子序数。不是计算原子序数之和，而是原子序数大的原子所在的基团在前。CCCH3CH3CH2CH3CH(CH3)2(Z)-2,3,4-三甲基-3-己烯CCCH3CH3CH2CH(CH3)2CH3(E)-2,3,4-三甲基-3-己烯③如果与双键碳原子直接相连的原子相同，而该原子又以重键与别的原子相连时，则按重键级别分别以两个或三个相同原子计算。④取代基游离价所在的原子，原子序数大的在前，小的在后：I—＞Br—＞Cl—＞S—＞P—＞O—＞N—＞C—＞H（同位素按相对原子质量大小次序排列如D—＞H—）⑤几种烃基的先后次序为：(CH3)3C—＞(CH3)2CH—＞CH3CH2—＞CH3—CCCHCNCHCH2＞＞＞OOH（2）二烯烃和炔烃的命名①二烯烃的命名与烯烃命名相似，不同的是要在“烯”字前加上双键的数目“二”字。例如：2-甲基-1,3-丁二烯2,3-二甲基-1,3-戊二烯②炔烃的命名原则与烯烃相似，即选择包含叁键的最长碳链作主链，碳原子的编号从距叁键最近的一端开始。3-甲基-4-庚烯-1-炔CH2CCH3CHCH2CH2CCH3CCHCH3CH3CHCCHCH3CHCHCH2CH3（四）脂肪烃的物理性质(1)状态C1～C4的为气态，C5～C16的为液态，C17以上的为固态。(2)沸点随着相对分子质量的增加，直链烷烃的沸点逐渐升高。碳原子数相同的烷烃，支链越多，沸点越低。(3)熔点固体分子的熔点也随相对分子质量的增加而增大。(4)相对密度烷烃的相对密度都小于1，随相对分子质量的增加而升高，最后接近于0.8（20℃）。(5)溶解度烷烃是非极性分子，又不具备形成氢键的结构条件，所以不溶于水，而易溶于非极性或弱极性的有机溶剂中。1．烷烃的物理性质2．不饱和烃的物理性质①状态在常温常压下，C2～C4的烯烃为气体，C5～C19的α-烯烃为液体，高级烯烃为固体。②熔点、沸点和相对密度都随相对分子质量的增加而升高。烯烃的密度小于1，不溶于水，溶于四氯化碳等有机溶剂。（1）烯烃的物理性质（2）炔烃的物理性质炔烃的物理性质与烯烃相似。乙炔、丙炔和丁炔为气体，戊炔以上的低级炔烃为液体，高级炔烃为固体。简单炔烃的沸点、熔点和相对密度比相应的烯烃、烷烃要高。炔烃不溶于水而易溶于石油醚、苯、乙醚和乙醇等有机溶剂。（五）脂肪烃的化学性质1.烷烃的化学性质CH4+O2燃烧CO2+H2O+890kJ/mol（1）氧化反应：烷烃容易燃烧，生成CO2和H2O，发出光并放出大量热。（2）取代反应：取代反应:有机物分子中的氢原子被其他的原子或原子团取代的反应。甲烷的氯代反应(自由基取代)CH4+Cl2CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4热裂解反应：烷烃在隔绝空气的条件下加强热，分子中的碳碳键或碳氢键发生断裂，生成较小分子的反应。。CH4高温H2+C(3)热裂解反应：烷烃分子中所含碳原子越多，产物越复杂2．不饱和烃的化学性质（1）烯烃的化学性质①烯烃的α-氢的反应卤代反应CH3CH2CH2CH3高温CH3CH3+CH2CH2CH3CH2CH2CH3高温CH4+CH2CHCH3CH2CHCH3低温CCl4CH2ClCHClCH3高温气相500～600℃CH2CHCH2Cl离子型亲电加成反应自由基型取代反应腈纶第一单体CH2CHCH3+NH3+H2O+O23催化剂32CH2CHCN470℃氨氧化反应氧化反应②烯烃的催化氧化CH2CH2+12O2Ag250℃CH2CH2O环氧乙烷③烯烃的高锰酸钾氧化反应烯烃分子中的不饱和键易被高锰酸钾等强氧化剂氧化，使高锰酸钾褪色。RCHCH2RCHCHRRCHCRR′[O]RCOOH+CO2RCOOH+RCOOH+RCOOHRCOR′CH2CHCH3+O2Cu2O350℃2..52×10+H2OCH2CHCHO5Pa过氧化物存在下，反马氏规则加成④烯烃的加成反应加成反应RCHCH2H2NiRCH2CH3X2RCHXCH2XRCHXCH3HXHBr过氧化物¯RCH2CH2BrHOCl(Cl+H2O)RCHCH2OHClH2SO4RCCH3OSO3HH2OH+RCOHCH3AgO2RCHCH2O2HH正碳离子的生成是决定反应速度的第一步，进攻试剂实际上是一个缺少电子的正溴离子，它从烯烃的π键接受电子，这种试剂叫亲电试剂。烯烃与溴的加成反应是亲电加成反应。正碳离子HHHHBrδ+B