大学有机化学1要点及反应总结.docx
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大学有机化学1要点及反应总结
Chap1绪论
一、构造、构型、构象
二、共价键
轨道杂化:
C:
sp、sp2、sp3杂化方式、空间构型(键角)、未参与杂化p轨道与杂化轨道位置、电负性比较
基本属性:
键长:
越短键越牢固 键能:
越大键越牢固σ键能大于п键能
键角:
取代基越大键角越大 极性与极化性:
偶极矩(会判断偶极矩大小:
矢量与)
键断裂方式与反应类型:
自由基反应、离子型(亲电、亲核)、周环反应
Lewis酸、碱
氢键、电负性
三、官能团、优先次序(ppt)
Chap2饱与烃——烷烃
一、烃分类
烃:
开链烃与环状烃
开链烃:
饱与烃与不饱与烃 环状烃:
脂环烃与芳香烃
二、烷烃通式与构造异构、构象异构(乙烷与丁烷构象)
烷烃通式:
CnH2n+2
构造异构体:
分子内原子链接顺序不同
σ键形成及特性:
电子云重叠程度大,键能大,不易断;可绕轴自由旋转;两核间不能有两个或以上σ键。
乙烷构象:
Newman投影式、重叠式(不稳定,因为非键张力大)、交叉式(稳定,各个氢距离远,非键张力小)
丁烷构象:
Newman投影式;稳定性(大到小):
对位交叉式、邻位交叉式、部分重叠式、全部重叠式
甲烷结构与sp3杂化构型:
正四面体型
三、命名
普通命名法(简单化合物):
正、异、新
衍生物命名法:
以甲烷为母体,选取取代基最多得C为母体C。
系统命名法:
①选取最长碳链为主链,主链C标号从距离取代基最近得一端开始标。
②多取代基时,合并相同取代基,尽量使取代基位次与最小。
书写时按照官能团大小(小在前)命名
③含多个相同长度碳链时,选取取代基最多得为主链
四、物理性质
沸点(b、p、):
直链烷烃随分子量增大而增大(分子间色散力与分子中原子大小与数目成正比,分子量增大,色散力增大,沸点增大)
支链越多,沸点越低(支链多,烷烃体积松散,分子间距离大,色散力小)
熔点(m、p、):
总趋势:
分子量增大,m、p、增大
m、p、曲线(书P48)
相对密度:
分子量增大,相对密度增大,接近于0、8
溶解度:
不溶于水,易溶于有机溶剂(相似相溶,烷烃极性小)
折射率(分子中电子被光极化得程度):
正构烷烃,碳链越长,折射率越大
五、化学性质(C-H键极性小,键能大,所以烷烃比较稳定)
卤化反应:
1、例子:
笔记与书 反应条件:
高温、光、催化剂等
2、反应机理:
自由基反应
反应阶段:
链引发只产生自由基不消耗
链增长消耗一个自由基同时产生另一个自由基
链终止只消耗不产生自由基
反应条件:
光、热、过氧化物(书P51);一般在气相与非极性溶剂中进行
3、反应取向:
烷烃中H活泼型顺序:
叔H〉仲H>伯H(C—H键离解能越小,均裂吸收能量越小,易取代)
形成自由基需能量:
CH3•>1°>2°>3°自由基
自由基稳定性:
CH3•<1°〈2°<3°自由基(自由基中间体越稳定,反应越容易发生)
4、卤素与烷烃卤化反应活性:
氟>氯>溴>碘
卤素与烷烃反应选择性:
氟〈氯〈溴<碘
氧化反应:
燃烧(完全氧化)、部分氧化反应(笔记、书P56)
异构化反应
裂化反应(自由基型反应):
分类、特性、用途
六、烷烃得主要来源与制法
来源:
石油、天然气
实验室制法:
烯烃加氢、Corey-House合成
Chap3脂环烃
一、命名
单环:
与烷烃类似;次序规则;环上C数小于与环相连碳链或碳链连有多个环时,常以碳链为母体,环作为取代基。
二环:
联环、螺环、稠环、桥环
桥环:
双环【a、b、c】某烃
螺环:
螺【a、b】某烃
二、构象
环稳定性:
三元<四元<五元、六元[环张力(可用每个亚表示甲基燃烧热)越大,分子能量越高,稳定性越差,越易开环]
环丙烷:
3个C共平面,易开环加成,性质活泼
环丁烷:
4个C不共平面,不稳定,易开环加成
环戊烷:
5个C不共平面,角张力较小,较稳定,性质与开链烷烃类似
环己烷:
6个C不共面,无张力
椅式构象:
a键、e键,构型翻转(a、e互换)
环上有取代基时,e键取代比a键取代稳定(会判断稳定构象)
三、反应
取代反应:
五元、六元环易取代(卤化反应)
氧化反应:
室温下环烷烃不能使高锰酸钾退色(用于鉴别烯烃或炔烃、环烷烃)
加热或催化剂,环烷烃被氧化
加成反应:
小环环烷烃(环张力答,易开环加成)
加H
加卤素(环丙烷与开链烷烃区别)
加卤化氢:
(环烷烃衍生物环断键发生在H最少C与H最多得C间)
四、脂环烃来源及制备
只要来源:
石油
制法:
芳香族化合物氢化、分子内关环、双烯合成
Chap 3不饱与烃
命名:
1、烯基与炔基:
2、衍生物命名:
烯烃以乙烯为母体;炔烃以乙炔为母体.
3、系统命名:
①含双键或三键碳链为主链
②从距离双键或三键最近一端编号
③同时含双键与三键时,先烯后炔.
④优先使双键与三键位次与最小;在处于相同位次编号时,使双键编号低
4、顺帆异构体命名:
相同原子或原子团在双键同侧为顺式;
5、Z,E-命名法:
①大基团在双键同侧为Z,不在同侧为E
②官能团大小次序规则:
按原子序数排序,同位素D〉H
(绪论时ppt或笔记)C(C,C,C)>C(C,C,H)>C(C,H,H)>C(H,H,H)
—C≡CH >—CH=CH2
Chap3
(1)烯烃
一、结构
乙烯中六个原子共平面;
π键特性:
不能自由旋转;键能小;电子云流动性大,受核束缚小,易极化。
二、同分异构体
C4以上得烯有碳链异构、官能团位置异构、顺反异构
三、物理性质
状态:
C4以下气体,C5-18液体,C19以上固体
沸点:
相对分子质量大,沸点大;正构〉异构;内端烯>末端烯>同碳数烷烃;顺式>反式
熔点:
分子对称性大,熔点大;内端烯>末端烯;反式烯>顺式烯
四、化学性质:
烯烃得反应都就是围绕着π键进行(π键电子云流动,可作为一电子源,起lewis碱得作用,亲电加成反应;α—H,受C=C影响,可发生取代反应。
)
催化加氢:
生成烷烃
催化剂:
Pt、Pd、Rh、Ni;RaneyNi
立体化学:
顺式加成
反应意义:
制备纯烷烃;据吸收氢气体积。
测定分子中双键或三键数目
氢化热与烯烃稳定性:
氢化热越大,稳定性越小(取代基越多,越稳定)
稳定性:
R2C=CR2〉R2C=CHR>RCH=CHR,R2C=CH2>RCH=CH2>CH2=CH2
反-RCH=CHR〉顺-RCH=CHR
五、化学性质:
亲电加成
(一)与卤素加成:
1、反应意义:
烯烃鉴别(反应前后溶液颜色得变化);制备连二卤化物常用方法
2、反应机理:
Br+首先进攻
离子型反应、需极性条件(微量水)
双键上电子云密度越大,反应速率越快(与双键上取代基吸电子或斥电子有关)
3、立体化学:
反式加成(负离子从背面进攻)
(二)与卤化氢加成:
有C+中间体生成,会出现重排
1、反应意义:
生成卤代烃
2、反应速度:
HI>HBr>HCl(因为酸性HI>HBr>HCl,酸性强易失去质子)
3、反应机理:
马氏规则:
因为C+中间体稳定性(烯丙型,苄基型>3>2>1〉甲基型)。
注意重排现象
4、过氧化物效应(自由基加成):
反马
只能与HBr反应
反应机理:
链引发、链增长、链终止(瞧笔记)
(三)与硫酸加成(再与水反应相当于间接水合)
1、硫酸构造:
有两个活泼氢
2、反应意义:
间接水合制备醇;分离、提纯、鉴别烯烃
3、遵循马氏规则
(四)与次卤酸加成(次卤酸酸性弱,不断氢,而就是HO-|X+)
1、反应意义:
生成β-卤代醇(X—C—C-OH)
2、实际操作:
烯烃与氯+水反应.
(五)与水加成
控制条件、改变催化剂(磷酸或硫酸),直接水合
直接水合意义:
制备醇
(六)硼氢化反应:
顺式加成、反马、不重排
1、反应机理:
BH3BH2+(亲电基团)+H-
2、简单记忆:
3、反应意义:
制备伯醇
(七)羟汞化—脱汞反应(ppt及笔记)
六、化学性质:
亲核加成
三键比双键易亲核加成,详见炔烃。
七、化学性质:
氧化反应
(一)环氧化
1、烯烃+有机过酸====环氧化合物(保持双键构型)
2、
3、可能用过氧化氢来代替过酸
(二)高锰酸钾氧化
1、反应意义:
烯烃鉴别(溶液颜色变化)与结构推导
2、碱性/中性高锰酸钾:
生成邻二醇,顺式
3、酸性:
(三)臭氧化
1、反应意义:
推导烯烃结构
2、
(四)催化氧化(书上反应:
制备环氧乙烷)
八、化学性质:
聚合反应(书上反应)
九、化学性质:
α—氢原子得反应
(一)卤化反应(自由基取代)
1、特别:
NBS(专门溴代α-氢原子)
烯丙位重排:
(二)氧化反应
十、烯烃制备:
β-消除反应
1、醇脱水
2、卤代烃脱卤化氢
Chap 3
(2)炔烃
一、结构
四个原子共直线;—C≡C-中有一个σ键、2个相互⊥得π键;
sp杂化轨道中得S成份多。
(S电子得特点就就是离核近):
比双键易发生亲核加成
二、同分异构
炔烃:
C4以上得炔烃只有碳链异构与位置异构,无顺反异构
三、物理性质
1、沸点:
相对分子质量大,沸点大;正构>异构;内端〉末端;
2、熔点:
分子对称性大,炔熔点大;内端>末端;
四、化学性质:
π键:
与烯烃类似得性质
2个相互⊥得π键:
有不同于烯烃得性质:
如炔氢酸性
(一)催化加氢:
与烯烃类似
1、使用特殊催化剂,使炔烃部分加氢得到烯烃
常用催化剂:
lindlar:
Pd-CaCO3/HOAc(Pd沉淀于CaCO3上,再经HOAc处理)
Cram催化剂:
Pd/BaSO4-喹啉 (Pd/BaSO4中加入喹啉);ﻫP—2催化剂:
Ni2B(乙醇溶液中,用硼氢化钠还原醋酸镍得到)。
P-2催化剂又称为Brown催化剂。
2、同时双键与三键,三键优先加氢(除杂烯烃中混有炔烃)
(二)还原加氢
得到反式烯烃
得到顺式烯烃
(三)氢化热与稳定性:
与烯烃类似,取代基越多,氢化热越低,稳定性越高
五、化学性质:
亲电加成
(一)与卤素加成:
与烯烃类似
1、检验三键(溶液颜色变化);制备连二卤代物
2、反应活性:
烯烃〉炔烃
(二)与卤化氢加成:
与烯烃类似
(三)与水加成:
出现烯醇式会重排成为醛或者酮
(四)硼氢化反应(瞧ppt,考前再瞧一下)
六、化学性质:
亲核加成
1、C≡C得电子云更靠近碳核,炔烃较易与ROH、RCOOH、HCN等进行亲核加成反应。
2、制备乙烯基醚:
七、氧化反应:
(一)高锰酸钾氧化:
生成羧酸或二氧化碳
1、
2、反应意义:
检验三键并推导结构
(二)臭氧化:
生成α-二酮与过氧化氢,随后过氧化氢将α-二酮氧化成羧酸
八、聚合反应(书上反应)
九、炔烃活泼氢
(一)炔氢酸性
1、酸性:
水>乙醇〉乙炔〉氨>乙烷
2、碱金属炔化物:
反应物:
钠、钾或氨基钠(不能用氢氧化钠)
3、反应意义:
生成炔钠,再与伯卤代烃制备延长碳链得炔烃。
(二)过渡金属炔化物
1、
2、反应意义:
鉴别炔烃【内端炔(不发生这个反应)与末端炔】
十、炔烃制备
1、二卤代烷脱卤化氢
常用试剂:
氨基钠、KOH-CH3CH2OH
2、伯卤代烷与炔钠亲核取代,形成延长碳链得炔烃.
Chap4二烯烃共轭体系共振论
一、二烯烃得分类与命名
1、通式:
CnH2n-2
2、据分子中两个双键相对位置分类
3、命名:
与烯烃类似;
用阿拉伯数字表明两个双键位次,用“Z/E”或“顺反"表明双键构型.
构象异构:
S—顺- 两个双键位于单键同侧
S—反- 两个双键位于单键异侧
二、结构
(一)丙二烯(书上P120):
线性非平面分子
(二)1,3—丁二烯:
所有原子共平面;键长平均化趋向;除去双键C得π键,还有离域得π键
三、电子离域与共轭体系
共轭体系:
三个会三个以上互相平行得p轨道形成大π键.
参与共轭体系得p轨道互相平行且垂直于分子所处σ平面;相邻p轨道之间从侧面肩并肩重叠,发生键得离域
电子离域:
共轭体系中,成键原子得电子云运动范围扩大现象。
也称为键得离域,就是共轭体系能量降低.
(一)π—π共轭(典型:
1,3-丁二烯)
1、共轭效应:
由于电子离域使体系能量降低、分子趋于稳定、键长区域平均化得现象
2、离域能:
由于共轭效应中键得离域而导致分子更稳定得能量。
离域能越大,体系越稳定。
3、π-π共轭体系特征:
单双键交替(或三键)
组成共轭原子不仅限于碳原子,O、N都可以。
共轭效应不随碳链增长而减弱
4、共轭体系表示方法:
ﻩ弯箭头表示由共轭效应引起得电子流动方向;
共轭碳链产生极性交替现象
(二)p-π共轭体系
1、p-π共轭:
双键(三键)直接相连得原子上有p轨道,且p轨道与π键p轨道平行,则从侧面重叠形成p-π共轭
2、p—π共轭体系特征:
能形成p—π共轭得除去具有未共用电子对得中性分子,还可以就是正、负离子、自由基
(三)超共轭(σ-π、σ—p)
1、通常表示方法:
2、用超共轭解释碳正离子稳定性(书上或ppt)
四、离域体系共振论表述法
(一)共振论基本概念
1、不能用经典结构式圆满表示得分子,其真实结构就是由多种可能得经典极限式叠加(共振杂化)而成得.
烯丙基正离子可表示为
(二)书写极限结构式遵循得基本原则
1、符合经典结构式得书写规则
2、各共振极限结构式中原子核得相对位置必须就是相同得
3、所有得极限结构式中,配对得或不配对得电子数目应保持一致。
(三)共振极限结构式能量标准
1、两个或两个以上能量最低而结构又相同或接近相同得式子,它们参与共振最多,对共振杂化体得贡献最大,真实分子得能量也更低,更稳定
2、各共振极限结构式中,共价键得数目越多,其能量越低
3、电荷没有分离得共振极限结构式稳定
4、电荷分布符合元素电负性预计得共振极限结构式更稳定
5、满足八隅体电子构型得要求者,能量低,稳定。
反之则能量高,不稳定
6、相邻原子带相同电荷得共振极限结构式不稳定
总结:
合理得结构就是稳定得;共价键多得结构就是稳定得;共振结构式越多,真实分子越稳定.
(四)共振论应用(ppt)
五、共轭二烯烃化学性质
(一)加成
一般以1,4-加成为主
1、反应条件影响产物:
高温有利于1,4-加成,低温有利于1,2—加成;
极性溶剂有利于1,4—加成,非极性溶剂有利于1,2-加成。
2、反应机理:
电子离域、共轭效应
(二)电环化反应:
开链共轭烯烃关环生成环烯烃及其逆反应
ﻩ
(三)双烯合成(D-A反应)
1、
2、反应机理:
旧键断裂与新键生成同时进行,途经一个环状过渡态
3、亲双烯体上有吸电子基团(-CHO、—COR、-CN、-NO2)时,反应更易进行。
双烯体上有供电子基团时,也有利于反应.
4、反应意义:
鉴别共轭二烯烃
5、周环反应特点:
一步完成,旧键得断裂与新键得生成同时进行,途经环状过渡态;
反应受光照或加热条件得影响,不受试剂得极性、酸碱性、催化剂与引发剂得影响;
反应具有高度得立体专一性,一定构型得反应物在光照或加热条件下只能得到特定构型得产物。
(四)聚合反应与合成橡胶(书或ppt上反应)
六、环戊二烯(书上反应)
Chap5芳烃与芳香性
芳香性:
环流效应、Hückel4n+2规则、易进行离子型取代反应,不易加成、氧化,并具有特殊得稳定性
一、分类
单环芳烃、多环芳烃、稠环芳烃(书P150)
二、构造异构
1、苯环上6个C与6个H都就是等同得,一元取代无异构
2、二、三、四元取代有三个异构体
三、命名(书P151)
1、单环芳烃:
以苯环为母体,当苯环上连有多个取代基时,用数字表明相对位次
2、①苯环上烃基较长、复杂②烃链上有多个苯环或不饱与烃基
此时以烃链为母体,苯环做取代基(有例外)
例外:
对二乙烯基苯
3、C6H5— 苯基(Ph—) C6H5CH2-苄基
Ar-芳基(芳环上去掉一个氢后,所剩下得原子团)
四、苯结构
1、12个原子共平面,各键角均为120°
五、单环芳烃物理性质(书P155)
1、无色、不溶于水,易溶于有机溶剂,有特殊气味,有毒。
2、沸点:
分子量增大,沸点增大
3、稳定性:
烷基取代时,烷基越多,稳定性越大。
对〉邻
4、熔点:
对>邻(对位对称性好)
5、红外谱图:
C—H:
3100—3010苯环:
1600,1580,1500,1450
核磁共振:
7、25
六、单环芳烃化学性质:
易亲电取代(F—C烷基化、酰基化)、侧链上得反应
(一)亲电取代反应(环上取代)
当苯环连有斥电子基团时,反应活性升高(活化);第二个取代基进入邻对位
连有吸电子基团,反应活性降低(钝化),第二个取代基进入间位
【亲电取代反应机理】
1、卤化:
卤素:
邻对位定位基
催化剂:
三卤化铁
反应物:
苯或烷基苯(比苯易发生)
反应机理:
2、硝化:
硝基:
吸电子基团,间位定位基
反应条件:
硝酸与硫酸(混酸),50-60℃
反应机理:
(书P162)
垟盐
3、磺化:
磺酸基:
吸电子基团,间位定位基
反应条件:
浓硫酸;发烟硫酸(H2SO4,SO3);氯磺酸ClSO3H,;SO3
磺化反应可逆,磺化反应应用:
合成中占位;除杂苯
占位举例:
反应机理:
进攻试剂:
三氧化硫
4、F-C烷基化
反应条件:
催化剂,常用:
无水AlCl3(Liews酸)或H2SO4(Brφsted酸),氯化铁,氯化锌,氯化硼
反应物:
烷基化试剂:
卤代烷、烯烃、醇、环醚
卤代烷反应活性:
当烷基相同:
RF>RCl>RBr〉RI;卤原子相同时,3°卤代烷>2°>1°
反应缺点:
重排(中间体C+);可以多取代
反应应用:
苯环上引入烷基
反应机理:
(异构化书P164)
5、F—C酰基化
反应条件:
同烷基化
反应物:
酰基化试剂:
酰卤,酸酐,酸(酰化能力:
酰卤>酸酐〉酸)
反应特点:
不异构、不多元取代
反应应用:
合成芳酮
得到正某苯:
【F-C反应讨论】:
①可由F-C反应制备芳酮与苯同系物
②当苯环上有吸电子基团-NO2、-SO3H、-COOH,不发生F—C反应
硝基苯做为F—C反应溶剂(不与试剂反应)
6、氯甲基化
反应条件:
无水氯化锌
反应物:
甲醛与氯化氢 生成:
苯环上加上氯甲基
反应意义:
有机合成上重要。
因为-CH2Cl(氯甲基)易于转化为
(二)加成反应:
加氢(Ni催化;制备环己烷),加氯(紫外线照射)
(三)氧化反应:
顺丁烯二酸酐(双烯合成中应用):
脱氢氧化:
(四)侧链反应
1、自由基取代:
主要发生α-取代,因为苄基型稳定
2、氧化:
无α-H不氧化。
两个烷基处于邻位,氧化得最后产物就是酸酐
七、苯环取代定位规则
1、第一类定位基:
邻对位定位基(负电荷、孤对电子、饱与键)
大多致活苯环(斥电子),但卤素例外(卤素吸电子)
- O-、—NR2、-NHR、-OH、-OCH3、-NHCOCH3、-OCOR、
-C6H5、—R[-CH3、-C2H5、]、—H、-X
第二类定位基:
间位定位基(正电荷、不饱与键)
致钝苯环(吸电子)
-N+R3、-NO2、-CN、-COOH、-SO3H、—CHO、—COR
2、定位规则理论解释(ppt)
3、空间效应:
已有一个邻对位定位基时,苯环上原有取代基体积越大,二取代产物对位异构体比例越大;新引入基团体积越大,对位异构体比例越大
4、二取代苯定位规则:
原有两个取代基
原有两个取代基定位方向一致,新引入基团位置在共同位置方向
原有两个取代基定位方向不一致时:
①两个取代基为同类,按照较强得基团定位
②不同类,以第一类为主(因为就是亲电取代)
5、在有机合成上应用:
书P178 、ppt上例子
八、稠环芳烃
(一)萘
1、结构:
18个原子共平面
α位:
与两个共用碳直接相连
2、性质:
白色结晶,易升华;萘比苯活泼,萘α位更活泼。
3、亲电取代:
(与苯类似)
卤化:
主要得到α-取代
硝化:
主要产物α-取代
磺化:
α-萘磺酸稳定性小(因为磺酸基体积大,位阻大)
高温时主要β—取代
F-C反应:
酰基化①极性溶剂:
β-取代②非极性溶剂:
主要α-取代,也有β—取代
烷基化:
4、氧化反应(书P184)
氧化反应总就是使电子云密度较大得环破裂(与取代基得吸电子、给电子有关)
5、还原反应(书P185)
Birch还原:
用Na在液氨与乙醇混合物中还原
6、二元取代定位规则:
首先瞧原有取代基将某一个环就是活化还就是钝化(吸或斥电子)
在瞧β、α位
考虑空间位阻
(二)其她稠环芳烃
1、蒽与菲
2、芳香性:
苯>萘〉菲>蒽
3、反应:
书P188;ppt
九、芳香性(书P191、ppt)
芳香性:
易亲电取代;不易加成、氧化;特殊稳定性;氢化热或燃烧热表明有离域能
核磁共振事环流效应
1、Hückel规则:
具有平面得离域体系得单环化合物,其π电子数若为4n+2(n=0,1,2,…整数),就具有芳香性。
十、多官能团化合