(3)当亲水基团与憎水基团对溶解性的影响大致相同时,物质微溶于水;例如,常见的微溶于水的物质有:
苯酚 C6H5—OH、苯胺 C6H5—NH2、苯甲酸 C6H5—COOH、正戊醇CH3CH2CH2CH2CH2—OH(上述物质的结构简式中“—”左边的为憎水基团,右边的为亲水基团);乙酸乙酯CH3COOCH2CH3(其中—CH3和—CH2CH3为憎水基团,—COO—为亲水基团)。
(4)由两种憎水基团组成的物质,一定难溶于水。
例如,卤代烃R-X、硝基化合物R-NO2,由于其中的烃基R—、卤原子—X和硝基—NO2均为憎水基团,故均难溶于水。
三、液态有机物的密度
1.难溶于水,且密度小于水的有机物例如,液态烃(乙烷、乙烯、苯、苯的同系物……),液态酯(乙酸乙酯、硬脂酸甘油酯……),一氯卤代烷烃(1-氯乙烷……),石油产品(汽油、煤油、油脂……)注:
汽油产品分为直馏汽油和裂化汽油(含不饱和烃)。
2..难溶于水,且密度大于水的有机物例如:
四氯化碳、氯仿、溴苯、二硫化碳
有关羧酸的一些小规律
(1)有机反应中用浓硫酸的主要反应有:
磺化反应,硝化反应,醇的脱水,酯化反应等。
在上述反应中浓硫酸的作用体现在:
[]
A.反应物(如磺化反应)
B.催化剂;
C.脱水剂或吸水剂。
(2)低碳羧酸的酸性一般比碳酸酸性强,羧酸随碳数增加酸性逐渐减弱:
甲酸>乙酸>碳酸>苯酚
(3)乙酸乙酯实验:
酯化反应是可逆的,逆反应是酯的水解。
酯化反应进行的很慢,硫酸主要起催化剂作用;也能除去生成物中的水,使反应向生成物方向移动。
接收生成乙酸乙酯试管中盛放饱和碳酸钠溶液,导气管口接近碳酸钠溶液的液面,但不能插入液面下。
(4)酯化反应的本质是脱水(羧酸脱-OH,醇脱H),能发生酯化反应的物质:
羧酸和醇,无机含氧酸和醇,糖和酸等。
(5)酯化反应是羧酸的一类主要反应。
要较好地掌握这类反应首先把握好基本原理,即脱水的实质是羧酸脱羟基、醇脱氢,同时还应注意抓住反应特征是脱一水还是脱二水,是分子内脱水还是分子间脱水,是所有官能团脱水还是部分官能团脱水。
特征不同则生成物各异,有小分子酯也有高分子酯,有成环酯也有成链酯,还可能生成内酯等多种形式。
因此,要很好地把握各类型的特点,才能使知识迁移,得心应手解决信息题。
(6)有机物中的氢原子与不同原子相连时,显示出的性质是不同的,即使氢原子相连的原子相同,如羟基均为氢氧键相连,而相邻的原子或原子团不同,则性质差异也很大。
例如醇羟基、酚羟基、羧羟基均含-OH,但氢原子的活泼性不同。
学习中应注意它在不同官能团中的活泼性,依据性质确定分子结构。
“氨”、“铵”、“胺”有什么区别
1.读音不同、字形不同
“氨”读音
;“铵”读音
;“胺”读音
。
2.概念不同
氨是氮和氢的一种化合物,分子式为NH3,分子结构呈三角锥形,电子式为
,其中氮原子有一对孤对电子,结构式为
。
铵是从氨衍生所得的带一个单位正电荷的离子,化学式为NH4+,电子式为
,其中氮氢原子间形成了一条配位键,结构式为
。
但四个N-H键的键长、键能、键角完全相同,离子的空间构型为正四面体型。
胺是氨的氢原子被烃基代替后的有机化合物。
氨分子中的一个、两个或三个氢原子被烃基取代而生成的化合物,分别称为第一胺(伯胺)、第二胺(仲胺)和第三胺(叔胺)。
它们的通式为:
RNH2——伯胺、R2NH——仲胺、R3N——叔胺。
3.性质不同
氨是一种无色、有臭味的气体,易溶于水。
氨能够单独存在。
铵相当于正一价金属阳离子,凡是含NH4+的盐叫铵盐。
NH4+不能单独存在,只能在铵盐或氨水中与阴离子共存。
胺类广泛存在于生物界,具有极重要的生理作用。
因此,绝大多数药物都含有胺的官能团——氨基。
蛋白质、核酸、许多激素、抗生素和生物碱,都含有氨基,是胺的复杂衍生物。
浅谈价键知识在解有机试题中的应用
1.“价数”守恒原则:
在有机分子中C原子的价数为4,每个C形成4个共价键,N原子价数为3,每个N形成3个共价键,O和S原子的价数为2,每个原子形成2个共价键,H和X(卤原子)原子的价数为1,每个原子形成1个共价键。
2.每个碳原子最多可结合4个氢原子,每个氮原子最多结合3个氢原子,每个氧原子最多结合2个氢原子,,当除氢原子外的其它原子间都以单键结合时,形成的化合物中氢原子数最多,且n个原子间可形成n-1个单键。
每减少2个氢原子,相应地其它原子间增加一个共价键。
当碳原子个数为n时,氢原子的个数的最大上限值为2n+2个。
在此基础之下,如果在分子结构中多一个C=C键,或多一个环状结构时,在分子组成中都要减少2个氢原子,而增加一个C≡C键就要减少4个氢原子。
3.每个原子的价数就是这个原子的成键电子数,每两个电子形成一对共用电子对(即一个共价键)因此,存在:
由这些原子形成的分子中共价键数(共用电子对总数)=
对于
,价键总数即共用电子对总数=
,非H原子间形成的价键总数=
。
对于
,价键总数即共用电子对总数=
,碳原子间形成的价键总数=
。
若只含C=C,双键数=
,若C≡C,叁键数
,其余类推。
二、应用
题型1计算共价键数和分子式
例1、
(1)相邻同系物,当组成相差—CH2—原子团时共价键数相差3。
参看下表烷烃同系物碳原子数与共价键数关系。
分子式
CH4
C2H6
C3H8
C11H24
共价键数
4
7
10
34
从表中数据分析,当烷烃碳原子数为n时,共价键数为。
(2)碳原子相同的不同类有机物,当组成上相差2个氢原子或1个氧原子时,共价键数均相差1,参看下表:
结构简式
CH3CH3
CH2=CH2
CH3CH2OH
共价键数
7
6
8
从表中数据分析,当单烯烃碳原子数为m时,共价键数为。
某饱和一元醛碳原子数为x时,其共价键数为。
解析:
(1)烷烃通式为
,共价键数=
。
当然,此小题可用数列知识求解,
,则,
。
(2)单烯烃通式为
,共价键数为=
=3m。
饱和一一元醛通式为
,共价键数=
。
此小题还可利用题给信息求解:
相对烷烃,组成上每减少2个H,共价键数少1;相对于烃,组成上每增加一个O,共价键数多1。
当单烯烃碳原子数为m时,共价键数=(3m+1)-1=3m。
饱和一元醛碳原子数为x时,相对单烯烃,其共价键数=3x+1。
例2在烃分子结构中,若每减少中2个氢原子,则相当于碳碳间增加一对共用电子对。
试回答下列问题:
(1)分子结构为CnH2n+2烃分子中碳碳间共用电子对数为。
(2)分子结构为CnH2n+6烃分子中碳碳间共用电子对数为。
(3)Cx可以看作是烃减氢后的产物,若某物质分子中碳碳间的共用电子对数为160,则符合条件的碳单质的分子式为;符合条件的单烯烃的分子为。
解析:
(1)烷烃通式为
,碳碳间共用电子对数
=
。
(2)解答过程同
(1),答案为n+3。
(3)
可以为是
,160=
,x=80。
符合该条件的碳单质的分子式为C80,若为单烯烃
,碳碳间共价键数为=
=160。
m=160。
符合该条件的单烯烃为
。
题型2求分子组成中原子数或原子团数及其相互关系
例3
(1)由两个C原子、1个O原子、1个氮原子和若干个H原子组成的共价化合物,H的数目最多是个,试写出其中一例的结构简式。
(2)若共价化合物只含C、N、H四种元素,且以n(C)、n(N)分别表示C和N的原子数目,则氢原子数目最多等于。
(3)若共价化合物只含C、N、O、H四种元素,且以n(C)、n(N)、n(O)分别表示C、N和O的原子数目,则氢原子数目最多等于。
解析:
(1)C、O、N相互之间未成键时,两个C原子最多可结合8个H原子,1个O原子最多可结合2个H原子,1个氮原子最多可结合3个H原子。
C、O、N相互之间成键形成化合物时,要使H原子数最多,则它们之间必须以单键结合,且单键数为(2+1+1-1)=3,则H原子数目最多=8+2+3-3×2=7,其中一例的结构简式为:
HO-CH2-CH2-NH2
(2)C、N相互之间未成键时,n(C)个C原子最多可结合4n(C)个H原子,n(N)个N原子最多可结合3n(N)个H原子,C、N相互之间成键形成化合物时,要使H原子数最多,则它们之间必须以单键结合,且单键数为n(C)+n(N)-1,则H原子数目最多=4n(C)+3n(N)-[n(C)+n(N)-1]×2=2n(C)+n(N)+2
(3)C、N、O相互之间未成键时,n(C)个C原子最多可结合4n(C)个H原子,n(N)个N原子最多可结合3n(N)个H原子,n(O)个O原子最多可结合2n(O)个H原子,C、N、O相互之间成键形成化合物时,要使H原子数最多,则它们之间必须以单键结合,且单键数为n(C)+n(N)+n(O)-1,则H原子数目最多为:
4n(C)+3n(N)+2n(O)-[n(C)+n(N)+n(O)-1]×2=2n(C)+n(N)+2
当然,此题也可先解出(3)小题,把相关数据代入即可解出
(1)和
(2)两问,这样解更快捷。
例4某有机物分子中含n个—CH2—,m个
,a个—CH3,其余为羟基,则羟基个数为。
解析:
设羟基个数为x,题中C原子个数为n+m+a,由于所有原子均以单键结合,而1个羟基中O原子数与H原子数相等,显然羟基个数x等于(n+m+a)个C原子形成的烷烃中的所有H原子数减去已知的H原子数。
(n+m+a)个C原子形成的烷烃中的所有H原子数=2(n+m+a)+2
已知的H原子数=2n+m+3a
x=[2(n+m+a)+2]–(2n+m+3a)
=m+2-a
例5在烷烃分子中的基团:
—CH3、—CH2—、
、
中的碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子,数目分别用n1、n2、n3、n4表示.如
,分子中n1=6,n2=1,n3=2,n4=1.试根据不同烷烃的组成和结构,分析出烷烃(除甲烷外)中各原子数的关系.
(1)烷烃分子中氢原子数为A,A与n1、n2、n3、n4的关系是:
A=_______或A=_______
(2)四种碳原子数之间的关系为n1=_______.
(3)若某分子中n2=n3=n4=1,则该分子的结构简式可能是:
____________________.
解析:
(1)烷烃中碳氢原子数应符合其通式
,其中n=n1+n2+n3+n4,故A=
2n+2=2(n1+n2+n3+n4)+2;同时,把伯、仲、叔、季碳原子上的H相加,也得氢原子数。
即A=3n1+2n2+n3。
(2)可用价键知识求解:
碳碳间共用电子对总数=n-1=n1+n2+n3+n4-1,伯、仲、叔、季碳原子未成对电子数分别为1、2、3、4,碳碳间能形成的共用电子总数=
,两者相等,整理得n1=n3+2n4+2。
此小题亦可利用
(1)建立的两个式子求解。
例6喹啉是一种杂环化合物,它存在于多种药物的结构中。
将萘(相对分子质量为128)分子一个碳原子换成氮原子,即可得到喹啉,推测其相对分子质量为
解析:
根据有机物成键规律,有如下关系式:
CH∽N,故可等量代换:
,所以喹啉的分子量为129。
可见,适时运用价键知识来解题是非常方便、快速、准确的。
(1)有机物推断的一般方法:
①找已知条件最多的,信息量最大的。
这些信息可以是化学反应、有机物性质(包括物理性质)、反应条件、实验现象、官能团的结构特征、变化前后的碳链或官能团间的差异、数据上的变化等等。
②寻找特殊的或唯一的。
包括具有特殊性质的物质(如常温下处于气态的含氧衍生物--甲醛)、特殊的分子式(这种分子式只能有一种结构)、特殊的反应、特殊的颜色等等。
③根据数据进行推断。
数据往往起突破口的作用,常用来确定某种官能团的数目。
④根据加成所需
的量,确定分子中不饱和键的类型及数目;由加成产物的结构,结合碳的四价确定不饱和键的位置。
⑤如果不能直接推断某物质,可以假设几种可能,结合题给信息进行顺推或逆推,猜测可能,再验证可能,看是否完全符合题意,从而得出正确答案。
推断有机物,通常是先通过相对分子质量,确定可能的分子式。
再通过试题中提供的信息,判断有机物可能存在的官能团和性质。
最后综合各种信息,确定有机物的结构简式。
其中,最关键的是找准突破口。
(2)根据反应现象推知官能团
①能使溴水褪色,可推知该物质分子中可能含有碳碳双键、三键或醛基。
②能使酸性高锰酸钾溶液褪色,可推知该物质分子中可能含有碳碳双键、三键、醛基或为苯的同系物。
③遇三氯化铁溶液显紫色,可推知该物质分子含有酚羟基。
④遇浓硝酸变黄,可推知该物质是含有苯环结构的蛋白质。
⑤遇I2水变蓝,可推知该物质为淀粉。
⑥加入新制氢氧化铜悬浊液,加热,有红色沉淀生成;或加入银氨溶液有银镜生成,可推知该分子结构有-CHO即醛基。
则该物质可能为醛类、甲酸和甲酸某酯。
⑦加入金属Na放出H2,可推知该物质分子结构中含有-OH或-COOH。
⑧加入NaHCO3溶液产生气体,可推知该物质分子结构中含有-COOH或-SO3H。
⑨加入溴水,出现白色沉淀,可推知该物质为苯酚或其衍生物。
(3)根据物质的性质推断官能团
能使溴水褪色的物质,含有C=C或C
C或-CHO;能发生银镜反应的物质,含有-CHO;能与金属钠发生置换反应的物质,含有-OH、-COOH;能与碳酸钠作用的物质,含有羧基或酚羟基;能与碳酸氢钠反应的物质,含有羧基;能水解的物质,应为卤代烃和酯,其中能水解生成醇和羧酸的物质是酯。
但如果只谈与氢氧化钠反应,则酚、羧酸、卤代烃、苯磺酸和酯都有可能。
能在稀硫酸存在的条件下水解,则为酯、二糖或淀粉;但若是在较浓的硫酸存在的条件下水解,则为纤维素。
(4)根据特征数字推断官能团
①某有机物与醋酸反应,相对分子质量增加42,则分子中含有一个-OH;增加84,则含有两个-OH。
缘由-OH转变为
-OOCCH3。
②某有机物在催化剂作用下被氧气氧化,若相对分子质量增加16,则表明有机物分子内有一个-CHO(变为-COOH);若增加32,则表明有机物分子内有两个-CHO(变为-COOH)。
③若有机物与Cl2反应,若有机物的相对分子质量增加71,则说明有机物分子内含有一个碳碳双键;若增加142,则说明有机物分子内含有二个碳碳双键或一个碳碳叁键。
(5)根据反应产物推知官能团位置
①若由醇氧化得醛或羧酸,可推知-OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上,即存在-CH2OH;由醇氧化为酮,推知-OH一定连在有1个氢原子的碳原子上,即存在
;
若醇不能在催化剂作用下被氧化,则-OH所连的碳原子上无氢原子。
②由消去反应的产物,可确定-OH或-X的位置
③由取代反应产物的种数,可确定碳链结构。
如烷烃,已知其分子式和一氯代物的种数时,可推断其可能的结构。
有时甚至可以在不知其分子式的情况下,判断其可能的结构简式。
④由加氢后碳链的结构,可确定原物质分子C=C或C
C的位置。
(6)根据反应产物推知官能团的个数
①与银氨溶液反应,若1mol有机物生成2mol银,则该有机物分子中含有一个醛基;若生成4mol银,则含有二个醛基或该物质为甲醛。
②与金属钠反应,若1mol有机物生成0.5molH2,则其分子中含有一个活泼氢原子,或为一个醇羟基,或酚羟基,也可能为一个羧基。
③与碳酸钠反应,若1mol有机物生成0.5molCO2,则说明其分子中含有一个羧基。
④与碳酸氢钠反应,若1mol有机物生成1molCO2,则说明其分子中含有一个羧基。
(7)根据反应条件推断反应类型
①在NaOH水溶液中发生水解反应,则反应可能为卤代烃的水解反应或酯的水解反应。
②在氢氧化钠的醇溶液中,加热条件下发生反应,则一定是卤代烃发生了消去反应。
③在浓硫酸存在并加热至170℃时发生反应,则该反应为乙醇的消去反应。
④能与氢气在镍催化条件下起反应,则为烯、炔、苯及其同系物、醛的加成反应(或还原反应)。
⑤能在稀硫酸作用下发生反应,则为酯、二糖、淀粉等的水解反应。
⑥能与溴水反应,可能为烯烃、炔烃的加成反应。
考点名称:
有机物的合成
有机合成过程主要包括两个方面,其一是碳原子骨
架的变化,例如碳链的增长和缩短、链状和环状的互相转化;其二是官能团的引入和消除、官能团的衍变等变
化。
考查有机合成实质是根据有机物的性质,进行必要的官能团反应,从而达到考查官能团性质的目的。
因此,要想熟练解答此类问题,须掌握如下知识:
(1)官能团的引入:
在有机化学中,卤代烃可谓烃及烃的衍生物的桥梁,只要能得到卤代烃,就可能得到诸如含有羟基、醛
基、羧基、酯基等官能团的物质。
此外,由于卤代烃可以和醇类相互转化,因此在有机合成中,如果能引入羟
基,也和引入卤原子的效果一样,其他有机物都可以信手拈来。
同时引入羟基和引入双键往往是改变碳原子骨
架的终南捷径,因此官能团的引入着重总结羟基、卤原子、双键的引入。
①引入羟基(-OH)
A.醇羟基的引入:
烯烃与水加成、卤代烃水解、醛(酮)与氢气的加成、酯的水解等。
B.酚羟基的引入:
酚钠盐过渡中通入CO2,
的碱性水解等。
C.羧羟基的引入:
醛氧化为酸(被新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液氧化)、酯的水解等。
②引入卤原子:
烃与卤素取代、不饱和烃与HX或X2加成、醇与HX取代等。
③引入双键:
某些醇或卤代烃的消去引入C=C键、醇的氧化引入C=O键等。
(2)官能团的消除:
①通过加成消除不饱和键。
②通过消去、氧化或酯化等消除羟基(-OH)
③通过加成或氧化等消除醛基(-CHO)
(3)官能团间的衍变:
可根据合成需要(或题目中所给衍变途径的信息),进行有机物官能团的衍变,以使中间物向产物递进。
常见方式有以下三种:
①利用官能团的衍生关系进行衍变:
如以丙烯为例,看官能团之间的转化:
上述转化中,包含了双键、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯高分子化合物等形式的关系,领会这些关系,基本可
以把常见的有机合成问题解决。
②通过某种化学途径使一个官能团变为两个,如
③通过某种手段,改变官能团的位置:
如:
(4)碳骨架的变化:
①碳链增长:
若题目中碳链增长,课本中目前的知识有:
酯化反应、氨基缩合反应、不饱和结构与HCN的加
成反应、不饱和化合物间的聚合,此外常由信息形式给出,例如羟醛缩合反应