选修5-有机化学基础

选修5有机化学基础云南师范大学实验中学张逸鹏有机合成，化学方程式1.烷烃的燃烧反应、取代反应2.烯烃的加成反应、加聚反应、氧化反应（燃烧、强氧化剂）共轭烯烃的加成反应（1,2-加成、1,4-加成）、加聚反应3.炔烃的加成反应、加聚反应、氧化反应4.苯的取代反应、加成反应5.苯的同系物的取代反应（苯环、侧链）、加成反应、氧化反应6.醇与活泼金属反应、取代反应（酯化、醚化、HX）、消去反应、氧化反应、偕二醇重排7.酚的酸性、取代反应、显色反应、氧化反应、加成反应8.醛的氧化反应（银镜、Cu(OH)2、催化氧化、强氧化剂氧化）、还原反应9.酮的还原反应10.羧酸的酸性、取代反应（酯化）、酯的水解反应（酸性、碱性）11.卤代烃的水解、消去反应（注意与醇区别）12.二元羧酸和二元醇的缩聚，以及分子的成环，腈(-CN)的水解，硝基的还原。烷烃完全燃烧的通式：链状烷烃：CnH2n+2+（）O2nCO2+（n+1）H2O213n点燃单环环烷烃：CnH2n+（）O2nCO2+nH2O23n点燃烷烃的燃烧配平规律：有机物中的元素在氧气中燃烧前后的变化：C→CO2、H→H2O、O→H2O、S→SO2、N→N2、X（Cl、Br、I）燃烧后存在多种化合态，一般无明确计量关系。配平的关键在于原子守恒与耗氧量的计算。①原子守恒：分子式为CxHyOZ的有机物在燃烧后一定产生x个CO2，y/2个H2O（先不管分子本身的O，通过C、H的数目确定产物中CO2、H2O的个数）②耗氧量计算：消耗氧原子的数目：2x+y/2-Z（产物中总的O数目减去分子本身所含的O数目）消耗O2的数目：（2x+y/2-Z）/2(O2是双原子分子）推广：从分子式看有机物燃烧的耗氧量从之前的分析中可以看出以下规律：在燃烧时①有机物出现1个C原子，消耗2个O原子②有机物出现2个H原子，消耗1个O原子③有机物出现1个N原子，不消耗O原子④有机物出现1个S原子，消耗2个O原子⑤有机物出现1个O原子，减少消耗1个O原子因此对于任何有机物，只要确定了分子式，就可以计算耗氧量，计算耗氧量一般先计算消耗的氧原子个数，最后再计算消耗的氧气分子个数例题分析例1.计算1mol分子式为C3H6O3的有机物在足量氧气中燃烧的耗氧量。解析：一个分子消耗的氧原子数目：3×2+（6÷2）－3=6个因此一个分子燃烧消耗氧气：3个1mol分子消耗氧气：3mol例2.等物质的量的C5H8O4与C6H6S（苯硫酚）完全燃烧，谁的耗氧量大？若等质量呢？解析：1个C5H8O4分子消耗的氧原子数目：5×2+（8÷2）-4=10个1个苯硫酚分子消耗的氧原子数目：6×2+（6÷2）+2=17个因此：等物质的量时苯硫酚耗氧量大。在等质量时，设二者的质量都是m(g),M(C5H8O4)=132g/mol,M(C6H6S)=110g/moln(C5H8O4)=(m/132)mol,n(C6H6S)=(m/110)mol因此：对于C5H8O4，消耗氧原子的量：（m/132）×10=（5m/66)mol对于苯硫酚，消耗氧原子的量：（m/110）×17=(17m/110)mol,因此苯硫酚耗氧量大。解析：从题目中应该看出几个隐藏条件：在高温下，烃的状态为气态，生成物水的状态也为气态。要使燃烧前后压强不变，说明燃烧前后没有气体的增加也无气体的减少。将反应方程式写出：1CxHy(g)+(x+y/4)O2→xCO2+(y/2)H2O(g)因此可以列出等式：1+（x+y/4)=x+(y/2)解得y=4例3.某烃CxHy在高温下与氧气混合用电火花点燃，完全燃烧后，保持温度不变，测得反应前后压强不变，y的值为？（注意条件中隐藏的信息，这题可以得出一个规律）规律：烃在高温下燃烧，要使燃烧前后压强不变，则烃的氢原子个数为4。例4.任意比例混合的下列物质，在高温下燃烧，燃烧前后压强不变，则混合气体可能为（）A.乙烷与苯B.环丙烯与甲烷C.丁炔与乙炔D.1，3-丁二烯与乙烯B烷烃燃烧练习写出下列烷烃燃烧的方程式：（1）甲烷（2）乙烷（3）环己烷（4）2-甲基丁烷快速配平的方法：先根据烷烃的C原子数配出产物中CO2的个数，再根据H原子数配出产物中H2O的个数，最后根据产物中O的个数来配平O2烷烃的取代反应烷烃可以在光照的条件下与卤素单质（Cl2、Br2）反应，生成卤代烃。反应结果：烷烃分子中的氢原子被卤素原子所替代，氢原子与另一个卤素原形成HX为什么仅限于氯气和溴？（了解）①F2太过于活泼，会破坏生成的氟代烷。例如：CH4+2F2→C+4HF要制备氟代烷，需在惰性气体稀释下进行反应。②I2的反应活性太低，其逆反应更容易进行：CH3I+HI→CH4+I2取代反应的书写原则：一上一下因此：可以看出取代反应的计量关系：取代1个氢原子，需要2个卤素原子，1个卤素分子取代反应是一个连续进行的反应有机产物往往是混合物以甲烷为例，4个氢原子逐一被取代：甲烷的四个氢原子被完全取代，需要4个Cl2分子产物中最多的是HCl产物的状态：CH3Cl(g)、CH2Cl2(l)、CHCl3(l)、CCl4(l)取代产物的用途CH3Cl：制备甲醇CH2Cl2:溶剂。CHCl3（氯仿）：溶剂CCl4(四氯化碳）：溶剂、灭火剂。乙烷的取代产物及其同分异构体数目一取代产物：（1种同分异构体）二取代产物：（2种同分异构体）三取代产物：（2种同分异构体）四取代产物：（2种同分异构体）五取代产物：（1种同分异构体）完全取代产物：（1种同分异构体）可以看出：一氯代物与五氯代物二氯代物与四氯代物具有相同数目的同分异构体规律：某有机物一共有A个氢原子，取代其中x个氢原子的产物有a种，则取代（A-x）个氢原子的产物也有a种例题：（2014全国卷二）立方烷（C8H8）的六硝基取代产物有多少种同分异构体？分析：立方烷有8个氢原子，直接画六硝基取代的立方烷的同分异构体不容易，根据之前所讲规律，六硝基取代的同分异构体数目应该与二硝基取代的同分异构体数目相同，因此画二硝基取代产物。因此有三种同分异构体邻边取代面对角线取代体对角线取代例2:丙烷的六溴代物有多少种同分异构体？4种烷烃取代反应方程式练习1.请写出环己烷与溴蒸气光照取代生成一溴代物的方程式2.请写出甲基环己烷生成如图所示的产物时的化学方程式这个位置有一个氢原子3.分子式为C5H12，核磁共振氢谱只显示出一种峰的气态有机物与Cl2反应生成一氯代物的反应方程式4.分子式为C8H18，核磁共振氢谱只显示出一种峰的有机物与Cl2反应生成一氯代物的反应方程式核磁共振氢谱只有一个峰的高度对称烷烃：烯烃的反应性质官能团:碳碳双键σ键，和普通的碳碳单键键能一样，较稳定π键，键能比碳碳单键低，不稳定，易断裂。双键的作用力比单键强，拉近了原子核的距离，因此键长：碳碳单键碳碳双键双键的键能比单键键能的二倍略低由于π键的影响，双键不能自由旋转，因此会产生顺反异构碳碳双键的化学性质分析π键电子易给出，可以被强氧化剂氧化（氧化剂得电子）不饱和，可加成至饱和（π键的断裂）不饱和，可以相互连接为长链（加聚反应）分子由平面型转为四面体烯烃的氧化反应1.燃烧燃烧是一类完全氧化，分子中所有化学键均会发生断裂。单烯烃的通式：CnH2n（n≥2）从通式中可以看出：由于碳碳双键的形成，使烯烃比相同碳原子数的链烷烃少两个氢，不饱合度增加。氢的含量降低，碳的含量升高，不易充分燃烧，在空气中燃烧有黑烟。链状单烯烃完全燃烧的通式与单环环烷烃相同CnH2n+（）O2nCO2+nH2O点燃23n练习：请写出乙烯，环己烯，2-甲基-1-丙烯完全燃烧的方程式烯烃被强氧化剂氧化强氧化剂：酸性KMnO4溶液（KMnO4/H+)、酸性重铬酸钾溶液(K2Cr2O7/H+)、硝酸(稀、浓）例如：乙烯通入酸性高锰酸钾溶液中：5C2H4+12KMnO4+18H2SO4=10CO2+6K2SO4+12MnSO4+28H2O氧化还原得失电子配平一个乙烯分子反应失去12个电子，一个高锰酸钾反应得到5个电子思考：若甲烷中混有乙烯能否通过将混合气体通入酸性高锰酸钾溶液除去乙烯？烯烃加成反应碳碳双键由σ键和π键构成，π键易断裂，因此加成反应即π键断裂、要加成的分子的化学键断裂，然后断裂的π键与要加成的分子的原子相连。一、烯烃与卤素单质的加成卤素单质的反应活性较高，与烯烃接触后便可发生反应，不需要加热或者催化剂发生加成的卤素形式：1.Cl2:氯气，氯水2.Br2：溴水，液溴，溴的四氯化碳溶液加成反应的一般形式：练习：请写出环己烯与氯气、1，4-戊二烯与足量溴水、苯乙烯与溴的四氯化碳2-丁烯与溴的四氯化碳溶液反应、1，4-环己二烯与足量液溴反应的方程式规律：一根双键消耗一分子溴或氯烯烃与氢卤酸（HX）的加成烯烃与HX的加成与烯烃和X2的加成类似，但氢卤酸活性较低，需要催化剂并加热1.对称烯烃的加成2.不对称烯烃的加成——马氏加成与反马氏加成不对称烯烃在与HX加成时，通常条件下符合马氏加成规则：马氏加成：大部分产物是马氏加成产物，但也有少部分反马氏加成产物！氢少的碳氢多的碳马氏加成产物反马氏加成产物马氏加成规则：不对称烯烃与含有活泼氢的物质（HX,H2O）加成时，氢原子优先加在原来氢原子多的碳上。马氏加成规则可以概括为：穷的更穷，富的更富！过氧化效应：当不对称烯烃与HBr加成时，如果向体系中加入过氧化物（过氧化氢，过氧乙酸等），则最后得到的产物以反马氏加成产物为主。注意：只有溴化氢有过氧化效应，氯化氢、碘化氢没有！！过氧化效应与反马氏加成练习：完成下列方程式：（补充缺少的条件，别被复杂的分子结构黑着！）催化剂，△催化剂，△催化剂，△催化剂，△催化剂，△烯烃的催化氢化反应烯烃和氢气在催化剂（Ni、Pd、Pt等）的催化下，并且加热，发生加成反应，形成相同碳链的烷烃1.请写出下列化合物与足量H2发生加成的化学方程式加成规律：加成前后碳骨架不变，一根双键消耗1个氢气分子（1）乙烯（2）环己烯（3）1，3-丁二烯（4）1，4-环己二烯烯烃的加聚反应含有碳碳双键的有机物在催化剂存在的条件下能够发生分子间加成反应，最后形成高分子聚合物，这类反应成为加聚反应。聚合物的表示：以聚乙烯为例：链节：最小的重复单元。单体：聚合成高分子的小分子。聚合度：最小重复单元的重复次数，n。由于在聚合物的形成过程中，聚合度在一定范围内变化，因此所得的聚合物是混合物！加聚反应的书写通式：加聚反应练习请写出下列单体发生加聚反应的方程式：（1）丙烯、（2）2-氯-1-丁烯，（3）苯乙烯，（4）甲基丙烯酸甲酯（），（5）全氟乙烯。共轭二烯烃：1，2-加成，1，4-加成共轭二烯烃：分子中两个碳碳双键之间以一根碳碳单键相连的烯烃称为共轭二烯烃。最简单的共轭二烯烃为：1，3—丁二烯·一些共轭二烯烃的例子2-甲基-1，3-丁二烯1，3-环己二烯1，4-己二烯不是共轭二烯烃，是孤立二烯烃共轭二烯烃共轭二烯烃由于碳碳双键之间存在共轭作用，加成的性质与单烯烃有所不同，存在1，2-加成、1，4-加成两种加成形式1，2-加成：在单个碳碳双键上发生加成反应，另一个碳碳双键不发生变化。与单烯烃的加成情况相同。1，4-加成：两个碳碳双键的π键均完全断裂，但加成的分子加在最末端的位置，原来连接两个碳碳双键的碳碳单键上形成双键。1，4-加成通式：练习：请写出下列反应的化学方程式：(1)1,3-丁二烯与少量溴水发生1,2-加成、1,4-加成(2)1mol2-甲基-1,3-丁二烯与1molH2催化氢化，发生1,4-加成(3)完成下列转化：(4)1mol1,3-丁二烯与1molHBr发生1,4-加成。共轭二烯烃的加聚反应共轭二烯烃的加聚反应主要是1,4-加聚反应，和1,4-加成类似。练习1.请写出2，3-二甲基-1,3-丁二烯发生加聚反应的方程式练习2.1,3-丁二烯与苯乙烯共聚可以得到丁苯橡胶，请写出该反应方程式丁苯橡胶，Ph为苯基的缩写炔烃的制备1.由碳化钙水解制备CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑(乙炔）放热反应，碳化钙固体中往往CaS/Ca3P2等含低价S,P的化合物，在遇水时放出H2S/PH3。