有机化学-高鸿宾-第四版-课后习题答案

第一章习题(一)用简单的文字解释下列术语：（1）有机化合物：碳氢化合物及其衍生物。（2）键能：形成共价鍵时体系所放出的能量。（3）极性键：成鍵原子的电负性相差为0.5~1.6时所形成的共价鍵。（4）官能团：决定有机化合物的主要性质的原子或原子团。（5）实验式：能够反映有机化合物元素组成的相对比例的化学式。（6）构造式：能够反映有机化合物中原子或原子团相互连接顺序的化学式。（7）均裂：共价鍵断裂时，两个成鍵电子均匀地分配给两个成鍵原子或原子团，形成两个自由基。（8）异裂：共价鍵断裂时，两个成鍵电子完成被某一个成鍵原子或原子团占有，形成正、负离子。（9）sp2杂化：由1个s轨道和2个p轨道进行线性组合，形成的3个能量介于s轨道和p轨道之间的、能量完全相同的新的原子轨道。sp2杂化轨道的形状也不同于s轨道或p轨道，而是“一头大，一头小”的形状，这种形状更有利于形成σ键。（10）诱导效应：由于成键原子的电负性不同而引起的电子云的转移。诱导效应只能通过σ键传递，并且随着碳链增长，诱导效应迅速减弱。（11）氢键：由氢原子在两个电负性很强的原子之间形成“桥梁”而导致的类似化学键的分子间或分子内作用力。氢键具有饱和性和方向性，但作用力比化学键小得多，一般为20~30kJ/mol。（12）Lewis酸：能够接受的电子的分子或离子。(二)下列化合物的化学键如果都为共价键，而且外层价电子都达到稳定的电子层结构，同时原子之间可以共用一对以上的电子，试写出化合物可能的Lewis结构式。(1)CH3NH2(2)CH3OCH3(3)CH3COHO(4)CH3CH=CH2(5)CH3CCH(6)CH2O解：分别以“○”表示氢原子核外电子，以“●”表示碳原子核外电子，以“★”表示氧原子核外电子，以“△”表示氮原子核外电子，题给各化合物的Lewis结构式如下：(1)CHHHHH。。。。N。(2)OCHHH。。。。CHHH。。。(3)COHOCHHH。。。。(4)CHHHHHH。。。。CC。。(5)CHHHH。。。CC。(6)HH。。CO(三)试判断下列化合物是否为极性分子。(1)HBr是(2)I2否(3)CCl4否(4)CH2Cl2是(5)CH3OH是(6)CH3OCH是(四)根据键能数据，乙烷分子(CH3CH3)在受热裂解时，哪种键首先断裂？为什么？这个过程是吸热还是放热？解：乙烷分子受热裂解时，首先断CC鍵；因为鍵能：CH(414kJ/mol)＞C(347kJ/mol)C。这个过程是一个吸热过程。(五)H2O的键角为105°，试问水分子的氧原子用什么类型的原子轨道与氢原子形成等价的单键？解：105°与109.5°比较接近，说明水分子中的氧原子采取不等性sp3杂化。所以氧采用sp3杂化轨道与氢原子成键。(六)正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)的沸点(117℃)比它的同分异构体乙醚(CH3CH2OCH2CH3)的沸点(34.5℃)高得多，但两者在水中的溶解度均为8g/100g水，试解释之。解：正丁醇分子之间可以形成分子间氢键，而乙醚分子之间不能形成氢键，所以正丁醇的的沸点远高于乙醚。但二者均可水分子形成氢键，所以它们在水中都有一定的溶解度(8g/100g水)。(七)矿物油(相对分子质量较大的烃的混合物)能溶于正己烷，但不溶于乙酸或水。试解释之。解：矿物油是非极性分子，而水和乙醇都是极性分子。根据“相似相溶”的原则，非极性的矿物油在极性溶剂中不可能有好的溶解度。(八)下列各反应均可看成是酸碱的反应，试注明哪些化合物是酸？哪些化合物是碱？(1)CH3COOH+H2OH3O++CH3COO-酸碱酸碱(2)CH3COO-+HClCH3COOH+Cl-酸碱酸碱(3)H2O+CH3NH2CH3NH3+OH-酸碱酸碱(4)H2O+CH3NH2CH3NH3+OH-酸碱酸碱(九)按照不同的碳架和官能团，分别指出下列化合物是属于哪一族、哪一类化合物。(1)CH3CCClCH3CH3CH3CH3(2)CH3CCCCH3CH3CH3CH3OHO(3)CH2CH2CH2CH2CO脂肪族卤代烷烃脂肪族羧酸、开链羧酸脂环(族)酮(4)HCHCCHCCHCHOCH3(5)HCHCCHCCHCHCHO(6)CHCHHCHCNH芳香(族)醚芳香(族)醛杂环类化合物(吡咯)(7)CH3CNH2CH3CH3(8)CH3CCHCH3CH(9)CH2CH2CHCH2OH脂肪族伯胺脂肪族炔烃、开链炔烃脂环(族)醇(十)根据官能团区分下列化合物，哪些属于同一类化合物？称为什么化合物？如按碳架分，哪些同属一族？属于什么族？(1)CH2OH(2)COOH(3)OH(4)OH(5)COOH(6)COOH(7)NCOOH(8)OH(9)COOH解：按官能团分：⑴、⑶、⑷、⑻属于醇类化合物；⑵、⑸、⑹、⑺、⑼属于羧酸类化合物。按碳架分：⑴、⑵属于芳香族；⑷、⑸属于脂环族；⑶、⑹、⑻、⑼属于脂肪族；⑺属于杂环类化合物。(十一)一种醇经元素定量分析，得知C=70.4%,H=13.9%，试计算并写出实验式。解：碳和氢的含量加起来只有84.3%，说明该化合物含氧，即O=15.7%。687.5124.70Cn1419.13Hn1167.15On∴该化合物的实验式为C6H14O。(十二)某碳氢化合物元素定量分析的数据为：C=92.1%,H=7.9%；经测定相对分子质量为78。试写出该化合物的分子式。解：687.5127892.0Cn616.617879.0Hn∴该化合物的分子式为C6H6。第二章饱和烃习题(一)用系统命名法命名下列各化合物，并指出这些化合物中的伯、仲、叔、季碳原子。(1)1234567(2)123453-甲基-3-乙基庚烷2,3-二甲基-3-乙基戊烷(3)123456(4)101234567892,5-二甲基-3,4-二乙基己烷1,1-二甲基-4-异丙基环癸烷(5)(6)1234乙基环丙烷2-环丙基丁烷(7)12345678910(8)123456789CH31,7-二甲基-4-异丙基双环[4.4.0]癸烷2-甲基螺[3.5]壬烷(9)1234567(10)(CH3)3CCH25-异丁基螺[2.4]庚烷新戊基(11)H3C(12)CH3CH2CH2CH2CHCH32-甲基环丙基2-己基or(1-甲基)戊基(二)写出相当于下列名称的各化合物的构造式，如其名称与系统命名原则不符，予以改正。(1)2,3-二甲基-2-乙基丁烷(2)1,5,5-三甲基-3-乙基己烷(3)2-叔丁基-4,5-二甲基己烷CH3CCHCH3CH3CH3CH2CH3CH2CH2CHCH2CCH3CH3CH3CH3C2H5CH3CCH2CHC(CH3)3CH3CHCH3CH32,3,3-三甲基2,2-二甲基-4-乙基2,2,3,5,6-五甲戊烷庚烷基庚烷(4)甲基乙基异丙基甲烷(5)丁基环丙烷(6)1-丁基-3-甲基环己烷CHCH3CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH32,3-二甲基戊烷1-环丙基丁烷1-甲基-3-丁基环己烷(三)以C2与C3的σ键为旋转轴，试分别画出2,3-二甲基丁烷和2,2,3,3-四甲基丁烷的典型构象式，并指出哪一个为其最稳定的构象式。解：2,3-二甲基丁烷的典型构象式共有四种：(I)(II)(III)HCH3CH3CH3HCH3HCH3CH3CH3CHH3HCH3CH3CH3CH3H(最稳定构象)(IV)(最不稳定构象)(III)(II)HCH3CH3CH3HH3CHCH3CH3HCCH3H3HCH3CH3HCH3CH32,2,3,3-四甲基丁烷的典型构象式共有两种：CH3H3CCH3CH3H3CCH3CH3CH3CH3CH3CCH3H3(最稳定构象)(I)(II)(四)将下列的投影式改为透视式，透视式改为投影式。(1)HClCH3ClHCH3ClCH3HH3CClH(2)ClHCH3HCH3ClHClCH3CH3HCl(3)ClCH3HClHCH3ClClH3CHHH3C(4)BrBrCH3HHCH3BrHCBrCH3HH3(5)BrHCH3HBrCH3HBrCH3BrHCH3(五)用透视式可以画出三种CH3-CFCl2的交叉式构象：HHHFClClHHHClFClHHHClClF它们是不是CH3-CFCl2的三种不同的构象式？用Newman投影式表示并验证所得结论是否正确。解：它们是CH3-CFCl2的同一种构象——交叉式构象!从下列Newman投影式可以看出：HHHClClFHHHFClClHHHClFCl(I)(II)(II)将(I)整体按顺时针方向旋转60º可得到(II)，旋转120º可得到(III)。同理，将(II)整体旋转也可得到(I)、(III)，将(III)整体旋转也可得到(I)、(II)。(六)试指出下列化合物中，哪些所代表的是相同的化合物而只是构象表示式之不同，哪些是不同的化合物。(1)CH3CClCH3CHCH3CH3(2)ClCH3CH(CH3)2HHH(3)CH3CH3HClCH3CH3(4)CH3HCH3H3CClCH3(5)HHHHCCl(CH3)2CH3(6)CH3CH3CH3HClCH3解：⑴、⑵、⑶、⑷、⑸是同一化合物：2,3-二甲基-2-氯丁烷；⑹是另一种化合物：2,2-二甲基-3-氯丁烷。(七)如果将船型和椅型均考虑在环己烷的构象中，试问甲基环己烷有几个构象异构体？其中哪一个最稳定？哪一个最不稳定？为什么？解：按照题意，甲基环己烷共有6个构象异构体：CH3CH3CH3HH(A)(B)(C)HCH3CH3HCH3H(D)(E)(F)其中最稳定的是(A)。因为(A)为椅式构象，且甲基在e键取代，使所有原子或原子团都处于交叉式构象；最不稳定的是(C)。除了船底碳之间具有重叠式构象外，两个船头碳上的甲基与氢也具有较大的非键张力。(八)不参阅物理常数表，试推测下列化合物沸点高低的一般顺序。(1)(A)正庚烷(B)正己烷(C)2-甲基戊烷(D)2,2-二甲基丁烷(E)正癸烷解：沸点由高到低的顺序是：正癸烷＞正庚烷＞正己烷＞2-甲基戊烷＞2,2-二甲基丁烷(2)(A)丙烷(B)环丙烷(C)正丁烷(D)环丁烷(E)环戊烷(F)环己烷(G)正己烷(H)正戊烷解：沸点由高到低的顺序是：F＞G＞E＞H＞D＞C＞B＞A(3)(A)甲基环戊烷(B)甲基环己烷(C)环己烷(D)环庚烷解：沸点由高到低的顺序是：D＞B＞C＞A(九)已知烷烃的分子式为C5H12，根据氯化反应产物的不同，试推测各烷烃的构造，并写出其构造式。(1)一元氯代产物只能有一种(2)一元氯代产物可以有三种(3)一元氯代产物可以有四种(4)二元氯代产物只可能有两种解：(1)CH3CCH3CH3CH3(2)CH3CH2CH2CH2CH3(3)CH3CHCH2CH3CH3(4)CH3CCH3CH3CH3(十)已知环烷烃的分子式为C5H10，根据氯化反应产物的不同，试推测各环烷烃的构造式。(1)一元氯代产物只有一种(2)一元氯代产物可以有三种解：(1)(2)CH3CH3(十一)等物质的量的乙烷和新戊烷的混合物与少量的氯反应，得到的乙基氯和新戊基氯的摩尔比是1∶2.3。试比较乙烷和新戊烷中伯氢的相当活性。解：设乙烷中伯氢的活性为1，新戊烷中伯氢的活性为x，则有：x123.26115.1x∴新戊烷中伯氢的活性是乙烷中伯氢活性的1.15倍。(十二)在光照下，2,2,4-三甲基戊烷分别与氯和溴进行一取代反应，其最多的一取代物分别是哪一种？通过这一结果说明什么问题？并根据这一结果预测异丁烷一氟代的主要产物。解：2,2,4-三甲基戊烷的构造式为：CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3氯代时最多的一氯代物为BrCH2CCH2CHCH3CH3CH3CH3；溴代时最多的一溴代物为CH3CCH2CCH3CH3CH3CH3Br这一结果说明自由基溴代的选择性高于氯代。即溴代时，产物主要取决于氢原子的活性；而氯代时，既与氢原子的活性有关，也与各种氢原子的个数有关。根据这一结果预