有机化学竞赛辅导教案

有机化学竞赛辅导教案第一章绪论一.有机化合物和有机化学有机化合物是指碳氢化合物及其衍生物。有机化学是研究有机合物的结构特征.合成方法和理化性质等的化学。二.有机化合物的特点碳原子的价电子层1S22S22P2因此，有机物分子是共价键结合。1.可燃性：绝大多数有机物都是可燃的。2.耐热性、熔点、沸点低：3.水溶性：小，原理依据，相似相溶原理、与水形成氢键的能力。4.导电性能：差。5.反应速度：慢。6.反应产物：常有副产物，副反应。7.普遍在同分异构体同分异构体是指分子式相同结构式不同，理化性质不同的化分物。三.有机化合物的结构理论1858年凯库勒和古柏尔提出有机化合物分子中碳原子是四价及碳原子之间相互连接成碳链的概念，成为有机化合物分子结构的，最原始和最基础的理论。1861年布特列洛夫对有机化合物的结构提出了较完整的的概念，提出原子之间存在着相互的影响。1874年范荷夫和勒贝尔建立分子的立体概念，说明了对映异构和顺反异构现象。*碳原子总是四价的，碳原子自相结合成键，构造和构造式分子中原子的连接顺序和方式称为分子的构造.表示分子中各原子的连接顺序和方式的化学式叫构造式(结构式).用两小点表示一对共用电子对的构造式叫电子式,用短横线(-)表示共价键的构造式叫价键式.有时可用只表达官能团结构特点的化学式,既结构简式.四.共价键的性质1.键长：形成共价键的两个原子核间距离。2.键角：两个共价键之间的夹角。3.键能：指断单个特定共价键所吸收的能量,也称为该键的离解能。共价键的键能是断裂分子中全部同类共价键所需离解能的平均值。4.键的极性：键的极性与键合原子的电负性有关,一些元素电负性数值大的原子具有强的吸电子能力。常见元素电负性为：HCNOFSiPSClBrI2.12.53.03.54.01.82.12.53.02.52.0对于两个相同原子形成的共价键来说，可以认为成键电子云是均匀的分布在两2核之间，这样的共价键没有极性，为非极性共价键。但当两个不同原子形成共价键时，由于原子的电负性不同，成键电子云偏向电负性大的原子一边，这样一个原子带有部分正电荷。电子云不完全对称而呈现极性共价键叫做极性共价键。键的极性大小，通常用偶极矩表示：.5.分子的偶极五.有机化合物的分类1.按基本骨架分类(1)脂肪族化合物：分子中碳原子相互结合成碳链或碳环。(2)芳香族化合物：碳原子连接成特殊的芳香环。(3)杂环化合物：这类化合物具有环状结构，但是组成环的原子除碳外，还有氧.硫.氮等其他元素的原子。2.按官能团分类官能团是决定某类化合物的主要性质的原子、原子团或特殊结构。显然，含有相同官能团的有机化合物具有相似的化学性质。常见的官能团及相应化合物的类别碳碳双键烯烃碳碳叁键炔烃卤素原子—X卤代烃羟基—OH醇、酚醚基醚醛基醛羰基酮等羧基羧酸酰基酰基化合物氨基—NH2胺硝基—NO2硝基化合物磺酸基—SO3H磺酸巯基—SH硫醇、硫酚氰基—CN腈CCCCCOCCHOCOCOOHCOR3第二章链烃由碳氢两种元素组成的有机化合物叫作碳氢化合物，简称为烃。分子中碳原子连接成链状的烃，称为链烃。根据分子中所含碳和氢两种原子比例的不同，链烃可分为烷烃.烯烃和炔烃。其中烷烃是饱和烃，烯烃和炔烃为不饱和烃。第一节烷烃一．定义、通式和同系列定义：由碳和氢两种元素组成的饱和烃称为烷烃。通式：CnH2n+2同系列：相邻的两种烷烃分子组成相差一个碳原子和两个氢原子，像这样结构相似，而在组成上相差一个或几个CH2的一系列化合物称为同系列。二．同分异构体甲烷、乙烷和丙烷没有同分异构体，从丁烷开始产生同分异构体。碳链异构体：因为碳原子的连接顺序不同而产生的同分异构体。随着分子中碳原子数目的增加，碳链异构体的数目迅速增多。三．烷烃的结构碳原子的最外层上有4个电子，电子排布为1S22S22P2，碳原子通过SP3杂化形成四个完全相同的SP3杂化轨道，所谓杂化就是由若干个不同类型的原子轨道混合起来，重新组合成数目相等的.能量相同的新轨道的过程。由1个S轨道与3个P轨道通过杂化后形成的4个能量相等的新轨道叫做SP3杂化轨道，这种杂化方式叫做SP3杂化。在形成甲烷分子时，4个氢原子的S轨道分别沿着碳原子的SP3杂化轨道的对称轴靠近，当它们之间的吸引力与斥力达到平衡时，形成了4个等同的碳氢σ键。实验证明甲烷分子是正四面体型的。4个氢原子占据正四面体的四个顶点，碳原子核处在正四面体的中心，四个碳氢键的键长完全相等，所有键角均为109.5。σ键的特点：（1）重叠程度大，不容易断裂，性质不活泼。（2）能围绕其对称轴进行自由旋转。四．烷烃的命名碳原子的类型：伯碳原子：（一级）跟另外一个碳原子相连接的碳原子。仲碳原子：（二级）跟另外二个碳原子相连接的碳原子。叔碳原子：（三级）跟另外三个碳原子相连接的碳原子。季碳原子：（四级）跟另外四个碳原子相连接的碳原子。1．普通命名法其基本原则是：（1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、4戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。例如：CH3CH2CH2CH3命名为正丁烷。（2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。如：正戊烷异戊烷新戊烷2．系统命名法系统命名法是我国根据1892年曰内瓦国际化学会议首次拟定的系统命名原则。国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC法）几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法，又称曰内瓦命名法或国际命名法。烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为CnH2n+1-，常用R-表示。常见的烷基有：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（sec-Bu）叔丁基（CH3）3C—（ter-Bu）在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。对于结构复杂的烷烃，则按以下步骤命名：（1）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。根据主链所含碳原子的数目定为某烷，再将支链作为取代基。此处的取代基都是烷基。（2）从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子编号。若主链上有2个或者个以上的取代基时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能低。（3）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CH3CH2CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH3CH35时，用小写中文数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字表示各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开，最后一个阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由小到大的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。（4）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。五．物理性质1．状态：在常温常压下，1至4个碳原子的直链烷烃是气体，5至16个碳原子的是液体，17个以上的是固体。2．沸点：直链烷烃的沸点随分子量的增加而有规律地升高。而低级烷烃的沸点相差较大，随着碳原子的增加，沸点升高的幅度逐渐变小。沸点的高低取决于分子间作用力的大小。烷烃是非极性分子，分子间的作用力（即范德华力）主要是色散力，这种力是很微弱的。色散力与分子中原子数目及分子的大小成正比，这是由于分子量大的分子运动需要的能量也大。多一个亚甲基时，原子数目和分子体积都增大了，色散力也增大，沸点即随之升高。色散力是一种近程力，它只有在近距离内才能有效地发挥作用，随着分子间距离的增大而迅速减弱。带着支链的烷烃分子，由于支链的阻碍，分子间不能像直链烷烃那样紧密地靠在一起，分子间距离增大了，分子间的色散力减弱，所以支链烷烃的沸点比直链烷烃要低。支链越多，沸点越低。3．熔点：直链烷烃的熔点，其本上也是随分子量的增加而逐渐升高。但偶数碳原子的烷烃熔点增高的幅度比奇数碳原子的要大一些。形成一条锯齿形的曲线。烷烃的熔点也主要是由分子间的色散力所决定的。固体分子的排列很有秩序，分子排列紧密，色散力强。固体分子间的色散力，不仅取决于分子中原子的数目和大小，而且也取决于它们在晶体中的排列状况。X-光结构分析证明：固体直链烷烃的晶体中，碳链为锯齿形的，由奇数碳原子组成的锯齿状链中，两端的甲基处在一边，由偶数碳原子组成的锯齿状链中，两端的甲基处在相反的位置。即偶数碳原子的烷烃有较大的对称性，因而使偶数碳原子链比奇数碳原子更为紧密，链间的作用力增大，所以偶数碳原子的直链烷烃的熔点要高一些。4．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，而易溶于非极性的或弱极性的有机溶剂中。5．密度：烷烃是在所有有机化合物中密度最小的一类化合物。无论是液体还是固体，烷烃的密度均比水小。随着分子量的增大，烷烃的密度也逐渐增大。六．化学性质烷烃是非极性分子，分子中的碳碳键或碳氢键是非极性或弱极性的σ键，因此在常温下烷烃是不活泼的，它们与强酸.强碱.强氧化剂.强还原剂及活泼金属都不发生反应。1．氧化反应：烷烃很容易燃烧，燃烧时发出光并放出大量的热，生成CO2和H2O。CH4+2O2CO2+2H2O+热量点燃6在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含20—40个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。RCH2CH2R+O2RCOOH+RCOOH2、裂化：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，生成较小的分子，这种反应叫做热裂化。如：CH3CH2CH2CH3CH4+CH2=CHCH3CH3CH3+CH2=CH2CH2=CHCH2CH3+H23、取代反应：卤代反应是烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代。将甲烷与氯气混合，在漫射光或适当加热的条件下，甲烷分子中的氢原子能逐个被氯原子取代，得到多种氯代甲烷和氯化氢的混合物。CH4+Cl2CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2CHCl3+HClCHCl3+Cl2CCl4+HCl卤素反应的活性次序为：F2Cl2Br2I2对于同一烷烃,不同级别的氢原子被取代的难易程度也不是相同的。大量的实验证明叔氢原子最容易被取代，伯氢原子最难被取代。卤代反应机理：实验证明，甲烷的卤代反应机理为游离基链反应，这种反应的特点是反应过程中形成一个活泼的原子或游离基。其反应过程如下：（1）链引发:在光照或加热至250—400度时，氯分子吸收光能而发生共价键的均裂，产生两个氯原子游离基，使反应引发。Cl22Cl•（2）链增长：氯原子游离基能量高，反应性能活泼。当它与体系中浓度很高的甲烷分子碰撞时，从甲烷分子中夺取一个氢原子，结果生成了氯化氢分子和一个新的游离基——甲基游离基。Cl•+CH4HCl+CH3•甲基游离基与体系中的氯分子碰撞,生成一氯甲烷和氯原子游离基.CH3•+Cl2CH3Cl+Cl•反应一步又一步地传递下去，所以称为链反应。CH3Cl+Cl•CH2Cl•+HCl3CH2Cl•+Cl2CH2Cl2+Cl•（3）链终止：随着反应的进行，甲烷迅速消耗，游离基的浓度不断增加，游离基与游离基之间发生碰撞结合生成分子的机会就会增加。Cl•+Cl•Cl2CH3•+CH3•CH3CH3CH3•+Cl•CH3Cl七．重要的烷烃MnO2500℃hυhυhυhυhυ7第二节烯烃一、定义、通式和同分异构体定义：分子中含有碳碳双键的不饱和烃。通式：CnH2n同分异构体：（1）碳链异构体。（2）位置异构体。二．结构乙烯分子中的碳碳双键的键能为610KJ•mol-1，键长为134pm，而乙烷分子中碳碳单键的键能为345KJ•mol-1，，键