1、高中化学奥林匹克竞赛系列讲座（四）,有机化学,福清一中化学组,1.1、有机化学历史和展望,1828年德国化学家武勒从典型的无机化合物氰酸钾与氯化 铵，合成了有机物尿素。,KOCN + NH4Cl CO(NH2)2 + KCl,我国科学家在20世纪60年代首次合成具有生物活性的蛋白质-结晶牛胰岛素,1、有机化学概述,1.2、碳原子的成键特征,1.2.1、共价数,根据共价键理论，某原子有几个未成对电子，就可以形成几个共价键，而价电子中的孤对电子，则可以形成配位键。,C原子可形成4个共价键； N、P原子可形成3个共价键，1个配位键 S、O原子可形成2个共价键，2个配位键 Cl、Br原子可形成1个共价
2、键，3个配位键 H原子可形成1个共价键,碳元素的成键时电子云的重叠方式（头碰头键、肩并肩键）（1）键电子云头碰头重叠，重叠程度大可绕键轴旋转。稳定，能发生取代。（2）键电子云肩并肩重叠，重叠程度小不能旋转。易断裂，易发生加成反应。,1.2.2、碳原子的成键特征,C原子的价电子：2S1、2Px1、2Py1、2Pz1,（1）、成键时轨道的重叠要尽可能采取电子云密度最大的方向，要尽可能使生成物能量更低、更稳定。因此碳原子在成键时可能4个价电子轨道完全杂化（SP3杂化）、可能部分杂化（SP2杂化、SP杂化）,（2）、碳原子在形成4个共价单键时，采用等性SP3杂化形式。并且，为使成键电子对间的相互排斥力
3、最小，这四个共价键构成一种“立体”的结构。例如CH4：形成4个共价键键能、键长完全相等，夹角为109。28。,（3）、在C2H4分子中，C原子为达到最外层8电子的稳定结构，形成了2个共价单键（键），和一个双键（键和键）。这时碳原子采用了SP2杂化形式形成了三个键。乙烯分子中6个原子位于同一平面上。,在C2H2分子中，碳原子形成了一个单键一个叁键，这时碳原子采用了SP杂化形式形成了两个键，另外两个P电子分别与另外一个碳原子的两个P电子形成了两个键，乙炔分子中4个原子位于同一直线上。,（4）、在CH2=CHCH=CH2分子中，两个键的电子 云为4个碳原子共用，该分子更加稳定。“共轭” 键又叫离域大
4、键。例如苯分子：3个键的电子云为6个C原子共用。,1.3、碳原子的杂化轨道与结构特点,1、sp3杂化轨道及其代表物和结构特点、碳原子的基态、激发态 、碳原子的sp3杂化的优点：大头更大、成键能力更强 、碳原子的sp3杂化轨道的电子云的模型：正四面体 、碳原子的sp3杂化轨道的成键的特点：全部是单键即形成4个键 、代表物：CH4、CCl4,2、sp2杂化轨道及其代表物和结构特点 碳原子的sp2杂化的优点：大头更大、成键能力更强 、碳原子的sp2杂化轨道的电子云的模型：平面正三角形 、碳原子的sp2杂化轨道的成键的特点：形成3个单键即3个键的同时又形成了1个键 、代表物：乙烯、苯,3、 sp杂化轨
5、道及其代表物和结构特点 碳原子的sp杂化的优点：大头更大、成键能力更强 、碳原子的sp杂化轨道的电子云的模型：直线型 、碳原子的sp杂化轨道的成键的特点：形成2个单键即2个键的同时又形成了2个键 代表物：乙炔,1.4、高中有机化学中的常用概念或化学用语,1.4.1.分子式、最简式、通式介绍各类烃的通式1.4.2.结构式、结构简式 （省单键、碳架结构、折线式） （1）以C5H12为例介绍结构式和一般结构简式（2）以C6H14为例介绍结构简式中的碳架结构和折线式1.4.3.同分异构体、同分异构现象 (1)同分异构体和同分异构现象的概念 (2)举例说明,1.4.4、有机物的官能团,决定化合物化学特性
6、的原子或原子团。,常见的官能团有：,C=C双键、CC叁键、卤素原子（X）、羟基（OH）,羧基（COOH）,硝基（ NO2）、磺酸基（ SO3H）、氨基（ NH2）,1.4.5.同系物（概念、判断）（1）同系物的概念（2）根据同系物的概念判断,2、有机物系统命名法,2.1带支链烷烃,主链 选碳链最长、带支链最多者。,编号 按最低系列规则。从靠侧链最近端编号，如两端号码相同时，则依次比较下一取代基位次，最先遇到最小位次定为最低系统（不管取代基性质如何）。,取代基次序IUPAC规定依英文名第一字母次序排列。我国规定采用立体化学中“次序规则”：优先基团放在后面，如第一原子相同则比较下一原子。,2-甲基
7、-3-乙基戊烷,2.2单官能团化合物,主链 选含官能团的最长碳链、带侧链最多者，称为某烯（或炔、醇、醛、酮、酸、酯、）。卤代烃、硝基化合物、醚则以烃为母体，以卤素、硝基、烃氧基为取代基，并标明取代基位置。,编号 从靠近官能团（或上述取代基）端开始，按次序规则优先基团列在后面。,2.3多官能团化合物,（1）脂肪族,选含官能团最多（尽量包括重键）的最长碳链为主链。官能团词尾取法习惯上按下列次序：,OHNH2（=NH）CCC=C,（2）脂环族、芳香族,如侧链简单，选环作母体；如取代基复杂，取碳链作主链。,（3）杂环,从杂原子开始编号，有多种杂原子时，按O、S、N、P顺序编号。,2.4顺反异构体,（1
8、）顺反命名法,环状化合物用顺、反表示。相同或相似的原子或基因处于同侧称为顺式，处于异侧称为反式。,3. 异构现象和立体化学,3.1构造异构,分子式相同而构造式不同，即分子中原子互相连接的方式和次序不同，称构造异构。有碳架异构、位置异构、官能团异构、互变异构。,3.2立体异构,构造式相同但原子或基团在空间的排列不同（即构型不同）产生的异构现象叫立体异构。如顺反异构、对映异构。,一、 甲烷的组成、结构和性质 1.甲烷的组成： （1）元素组成 （2）质量组成 （3）分子组成 （4）通过质量组成推断分子组成的方法 2.甲烷的结构： （1）分子结构CH4分子中的碳原子是以sp3杂化轨道成键的CH4分子是
9、以碳原子为中心的正四面体，键角为109028CH4分子的结构式CH4分子的电子式下列事实中能证明甲烷分子为正四面体而非正方形结构的是（ ） A.CH3Cl无同分异构体 B.CH2Cl2无同分异构体 C.CHCl3无同分异构体 D.CH键的键参数相同 （2）晶体结构,3.甲烷的性质： （1）取代反应 取代反应的概念 甲烷的卤代：A.甲烷氯代的化学反应方程式：B.甲烷发生卤代反应的条件：光照且卤素单质为气体 甲烷氯代反应的分析A.反应的机理：B.有机产物的特点：a.是否为混合物？ b.各种有机产物的名称和状态、颜色C.各种产物的物质的量之间的关系：a. n(HCl)最大，且 n(HCl)= n(C
10、l2) b.n(CH4)= n(CH3Cl)+ n(CH2Cl2)+ n(CHCl3)+ n(CCl4) C、n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4 n(CCl4),甲烷氯代反应实验的现象A.混合气体的颜色：B.产物的状态：C.产物HCl的水溶性： （2）裂解反应 甲烷常温时很稳定，高温时可断键 甲烷的高温裂解反应方程式： 以上反应的温度高低比较： （3）燃烧 反应方程式： 点燃甲烷时的注意事项： 甲烷燃烧的现象： A.火焰颜色淡蓝色、烟无烟或很淡的烟 B.分析原因,4.甲烷的制备： （1）工业制备 （2）实验室制备药品：无水CH3COONa和碱石灰 反应
11、原理：（主反应、副反应以及反应的类型）A.主反应方程式：B.副反应方程式：C.是否为取代反应？ 碱石灰中的CaO的作用：A.提供反应物 B.疏松导气 气体发生装置：同于O2、NH3,气体收集方法：同H2、O2、NH3比较性质验证实验：A.不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色B.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.点燃燃烧：通过对产物的定性分析验证甲烷的元素组成尾气处理：点燃燃烧实验室制甲烷反应原理的应用： 5.甲烷的用途：,一、 烷烃的组成、结构和性质 1.烷烃的组成： （1）元素组成 （2）分子组成（通式）（3）质量组成2.烷烃的结构特点： （1）分子结构 （2）晶体结构3.烷烃的性质特点： （1）取
12、代反应 一元取代产物的判断与书写 二元取代产物的判断与书写 气态烷烃不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色 液态烷烃不能因反应使溴水褪色，但能因萃取而使溴水褪色,（2）裂解反应 C8H18的均裂 C4H10的裂解 C4H10裂解后所得混合气体平均分子量的计算 （3）氧化反应 烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C4H10催化氧化制CH3COOH 烷烃的燃烧：用通式书写,烃CxHy燃烧的相关计算A.燃烧后生成的CO2和H2O（g）的体积比为ab最简式为：CaH2b 分子式为：(CaH2b)nB.燃烧前后混合气体的体积不变分子式为：CxH4 具体为：CH4、C2H4、C3H4 C.燃烧后生成的CO2和H2O
13、（g）被NaOH溶液或Na2O2固体充分吸收 讨论计算 4.常见的气态烷烃：CH4、C2H6、C3H8、CH3CH2CH2CH3、CH(CH3)3、C(CH3)4 5.烷烃的物理性质：熔点、沸点的递变规律,三、烷烃的命名系统命名法1.取代基：（1）烃基 （2）烃名 （3）甲基、乙基的电子式2.烷烃的命名原则：（1）选主链：选取最长的碳链为主链保证取代基最小。（2）给主链命名： 碳原子数少于10：称某烷甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 碳原子数多于10：称某某烷（3）给主链编号： 先保证第一个烃基的位置最小 再依次保证甲基、乙基的位置最小 类推（4）指出烃基的位置和名称： 烃基先小后大 合
14、并同类项（5）烃基位置、烃基名和主链名之间用短线连接。,四、烷烃的同分异构体的书写 1.烷烃的同分异构体的书写方法：2.书写烷烃的同分异构体时的注意事项： 注意碳元素的四价规则 注意烃基连接的位置 注意检查是否有重复的书写3.检查书写的烷烃的同分异构体是否正确的方法： 牢记上述注意事项 命名检查4.写出C5H12、C6H14、C7H16可能的结构简式并命名 C5H12有3种 C6H14有4种 C7H16有9种,五、环烷烃1.环烷烃的概念2.常见的环烷烃3.环烷烃与烷烃化学性质的比较 六、几个重要的概念 1.取代反应、卤代反应、氯代反应、溴代反应2.同分异构体、同分异构现象、同系物（列）、同素异形体、同位素3.烃4.链烃、环烃5.饱和烃、不饱和烃6.烷烃、环烷烃7.烃基,
