不飽和度在有機(jī)化學(xué)中的妙用(已經(jīng)通過三審)

1、不飽和度在有機(jī)化學(xué)解題中的妙用魏海霞陳迪妹(溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院浙江溫州325035化學(xué)新課程強(qiáng)調(diào)以人為本,充分體現(xiàn)“科學(xué)源于生活,服務(wù)生活,創(chuàng)造新生活”的理念,近年來高考化學(xué)試卷中對這一理念有充分體現(xiàn),出現(xiàn)了與日化產(chǎn)品、藥物、環(huán)境等的相關(guān)試題,如09年江蘇卷具有顯著抗癌活性的10-羥基喜樹堿、用于治療高血壓的藥物多沙唑嗪鹽酸鹽,浙江卷的可用于制作“香水”的天然化合物a-damascone等,其結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜,用常規(guī)思維來解決這類問題,十分繁瑣,而且難免會(huì)出現(xiàn)遺漏、差錯(cuò)。不飽和度揭示了有機(jī)物組成與結(jié)構(gòu)的隱性關(guān)系和各類有機(jī)物間的內(nèi)在聯(lián)系,是推斷有機(jī)物可能結(jié)構(gòu)的一種新思維,其優(yōu)點(diǎn)是推理嚴(yán)謹(jǐn),可

2、防遺漏。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)不飽和度概念易學(xué)易懂,在求較為復(fù)雜的分子式及分子結(jié)構(gòu)、同系物、同分異構(gòu)體的判斷等方面時(shí),若能運(yùn)用不飽和度將有事半功倍之功效,減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,中學(xué)對不飽和度的研究公式較多,推導(dǎo)復(fù)雜,本文將關(guān)于不飽和度的學(xué)習(xí)作一系統(tǒng)歸納,并推出一應(yīng)用十分廣泛的簡化公式,與大家分享。1 不飽和度的概念不飽和度又稱缺氫指數(shù)或者環(huán)加雙鍵指數(shù),是有機(jī)物分子不飽和程度的量化標(biāo)志,即有機(jī)物分子中與碳原子數(shù)相等的開鏈烷烴相比較,每減少2個(gè)氫原子,則有機(jī)物的不飽和度增加1,用希臘字母表示。2 不飽和度的計(jì)算2.1 根據(jù)有機(jī)物的化學(xué)式計(jì)算常用的計(jì)算公式: C C公式繁多,現(xiàn)簡化如下:將有機(jī)物

3、的化學(xué)式轉(zhuǎn)化為CxHyOa(NHb 則=x+1-y/2此公式使用范圍極廣,可囊括幾乎所有有機(jī)物,無需分類討論,硅與碳等效,鹵素與氫等效,硫與氧等效。通過轉(zhuǎn)化,O 、N 可視而不見,學(xué)生已學(xué)過元素周期律,同族元素性質(zhì)相似的概念已根深蒂固,價(jià)鍵規(guī)律也有一定了解,此公式使用簡便,利于學(xué)生掌握。 例子:C 10H 4Cl 2可轉(zhuǎn)化為C 10H 6,則=10+1-6/2=8C 20H 31O 2N 3可轉(zhuǎn)化為C 20H 28O 2(NH3,則=20+1-28/2=7C 60中y 、a 、b 均為0,=60+1=612.2 非立體平面有機(jī)物分子,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算=雙鍵數(shù)+叁鍵數(shù)×2+環(huán)數(shù)備注:雙

4、鍵包含碳碳、碳氮、氮氮、碳氧雙鍵;叁鍵包含碳碳、碳氮叁鍵;環(huán)數(shù)等于將環(huán)狀分子剪成開鏈分子時(shí),剪開碳碳鍵的次數(shù),環(huán)包含含N 、O 、S 等的雜環(huán)。如苯:=6+1-6/2=3+0×2+1=4 即苯可看成三個(gè)雙鍵和一個(gè)環(huán)的結(jié)構(gòu)形式。例子:=4+0×2+2=6 =6+1×2+2=10 =8+0×2+3=132.3 立體封閉有機(jī)物分子(多面體或籠狀結(jié)構(gòu)不飽和度的計(jì)算,其成環(huán)的不飽和度比面數(shù)少數(shù)1。例子:立方烷面數(shù)為6,=5 降冰片烷面數(shù)為3,=2 棱晶烷面數(shù)為5,=43 不飽和度的應(yīng)用3.1 分子的不飽和度(與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系:若=0,說明分子是飽和鏈狀結(jié)構(gòu) 若=1

5、,說明分子中有一個(gè)雙鍵或一個(gè)環(huán);若=2,說明分子中有兩個(gè)雙鍵或一個(gè)三鍵;或一個(gè)雙鍵和一個(gè)環(huán);或兩個(gè)環(huán);余類推; 若4,說明分子中很可能有苯環(huán)。3.2 輔助推導(dǎo)化學(xué)式,思路如下結(jié)構(gòu)簡式計(jì)算不飽和度計(jì)算H 原子數(shù)確定分子式例1:(2008海南201mo1X 能與足量碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出44.8LCO 2(標(biāo)準(zhǔn)狀況,則X 的分子式是:( A 、C 5H 10O 4B .C 4H 8O 4 C .C 3H 6O 4D .C 2H 2O 4答案:D解析:能與碳酸氫鈉反應(yīng)的有機(jī)物一般為羧基,1molX 放出CO 2為2mol,說明含2個(gè)羧基,其不飽和度至少為2,口算可得A 、B 、C 的不飽和度均為1,D

6、 為2,可快速求解選項(xiàng)為D 。 例2:(2009浙江11一種從植物中提取的天然化合物a-damascone ,可用于制作“香水”,其結(jié)構(gòu)如下圖,有關(guān)該化合物的下列說法不正確.的是( A .分子式為1320C H O B. 該化合物可發(fā)生聚合反應(yīng)C .1mol 該化合物完全燃燒消耗19mol 2OD .與溴的4CCl 溶液反應(yīng)生成的產(chǎn)物經(jīng)水解、稀硝酸化后可用3AgNO 溶液檢驗(yàn)答案:C解析:A 項(xiàng),可快速判斷出該分子為C 13HyO ,根據(jù)不飽和度公式,該分子含3個(gè)雙鍵一個(gè)環(huán),=4=13+1-y/2,y=20,正確;B 項(xiàng),由于分子可存在碳碳雙鍵,故可以發(fā)生加聚反應(yīng),正確;C 項(xiàng),根據(jù)A 項(xiàng)可轉(zhuǎn)

7、化為C 13H 18(H 2O 13個(gè)碳應(yīng)消耗13個(gè)O 2,18個(gè)H 消耗4.5個(gè)O 2,共為17.5,故錯(cuò);D 項(xiàng),碳碳雙鍵可以與Br 2發(fā)生加成發(fā)生,然后水解酸化,即可得Br -,再用AgNO 3可以檢驗(yàn),正確。例3:(09天津卷8請仔細(xì)閱讀以下轉(zhuǎn)化關(guān)系: A 是從蛇床子果實(shí)中提取的一種中草藥有效成分,是由碳、氫、氧元素組成的酯類化合物;B稱作冰片,可用于醫(yī)藥和制香精、樟腦等;C的核磁共振氫譜顯示其分子中含有4種氫原子;D中只含一個(gè)氧原子,與Na反應(yīng)放出H2;F為烴。請回答:(1B的分子式為_。(4F的分子式為_?；衔颒是F的同系物,相對分子質(zhì)量為56,寫出H所有可能的結(jié)構(gòu):_。(節(jié)選自

8、部分內(nèi)容,以下相同解析:(1從圖中可快速看出B中有10個(gè)C,一個(gè)O,為面數(shù)為3的閉合籠狀結(jié)構(gòu),故=2,分子式為C10HyO, =2=10+1-y/2=18,確定分子式為C10H18O(2F為烴,E-F為消去反應(yīng),70/14=5,F為戊烯,分子式為C5H10H是F的同系物,相對分子質(zhì)量為56,56/14=4,為丁烯,所有同分異構(gòu)體為1-丁烯,2-丁烯(存在順反異構(gòu)和甲基丙烯四種。3.3 輔助推斷有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),思路如下分子式計(jì)算不飽和度預(yù)測官能團(tuán)及數(shù)量確定結(jié)構(gòu)推測性質(zhì)例4:有一環(huán)狀化合物C8H8,它不能使溴的CCl4溶液褪色;它的分子中碳環(huán)上的1個(gè)氫原子被氯取代后的有機(jī)生成物只有一種。這種環(huán)

9、狀化合物可能是( 解析:不能使溴的CCl4溶液褪色,可排除AD;C8H8中=8+1-8/2=5,B中=4,排除,即得正確答案為C。例5:(2008四川卷29(3芳香化合物E的分子式是C8H8Cl2。E的苯環(huán)上的一溴取代物只有一種,則E的所有可能的結(jié)構(gòu)簡式是_。解析:根據(jù)公式CxHyOa(NHb則=x+1-y/2,鹵素原子與H等效,C8H8Cl2可轉(zhuǎn)化為C8H10,=8+1-10/2=4,又為芳香化合物,說明只含一個(gè)苯環(huán),其余均飽和,故結(jié)構(gòu)即可迎刃而解。答案如下: 例6:(09全國卷30化合物A相對分子質(zhì)量為86,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.8%,氫為7.0%,其余為氧。A的相關(guān)反應(yīng)如下圖所示: 已知R

10、-CH=CHOH(烯醇不穩(wěn)定,很快轉(zhuǎn)化為2R CH CHO 。根據(jù)以上信息回答下列問題:(1 A 的分子式為 ;(5 A 有多種同分異構(gòu)體,寫出四個(gè)同時(shí)滿足(i能發(fā)生水解反應(yīng)(ii能使溴的四氯化碳溶液褪色兩個(gè)條件的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式:、 、 、 ;(6A 的另一種同分異構(gòu)體,其分子中所有碳原子在一條直線上,它的結(jié)構(gòu)簡式為 。解析:(1(86×55.8%÷12:(86×7%÷1:(86×37.2%÷12=4:6:2A 的分子式為C 4H 6O 2(5(i能發(fā)生水解反應(yīng):只含C 、H 、O 元素,為酯類;(ii能使溴的四氯化碳溶液褪色:

11、含碳碳雙鍵或三鍵C 4H 6O 2中=4+1-6/2=2,則含一個(gè)碳碳雙鍵,一個(gè)酯鍵,答案如下: (6其分子中所有碳原子在一條直線上:含碳碳叁鍵C 4H 6O 2中=2,則只含一個(gè)碳碳叁鍵,答案為: 3.4 同分異構(gòu)體、同系物的判斷同系物結(jié)構(gòu)相似(同類物質(zhì),不飽和度相同;同分異構(gòu)體分子式相同,不飽和度相同,根據(jù)這條規(guī)律,可快速判斷,不必花大力氣數(shù)H 原子個(gè)數(shù),寫分子式。例7:下列各對物質(zhì)中,互為同系物的是 ( 答案：A 解析：同系物為同類物質(zhì)可排除BD；C中不飽和度分別為4和1，排除，可得A為正確答案。 例8：A、B、C、D、E 五種芳香化合物都是某些植物揮發(fā)油中的主要成分，有的是藥物， 有的

12、是香料。它們的結(jié)構(gòu)簡式如下所示： 請回答下列問題： （1）這五種化合物中，互為同分異構(gòu)體的是 答案：BC 解析：分子中均含苯環(huán)外，可看苯環(huán)外的結(jié)構(gòu)： A 中 5 個(gè) C， =1 B 中 4 個(gè) C， =1；C 中 4 個(gè) C， =1；BC 為同分異構(gòu)體； D 中 3 個(gè) C， =1；E 中 3 個(gè) C， =2；非同分異構(gòu)體。 例 9：人們使用四百萬只象鼻蟲和它們的 215 磅糞物，歷經(jīng) 30 年多時(shí)間弄清了棉子象鼻蟲 的四種信息素的組成，它們的結(jié)構(gòu)可表示如下（括號(hào)內(nèi)表示的結(jié)構(gòu)簡式） 。 以上四種信息素中互為同分異構(gòu)體的是 A和 答案：C B. 和 C. 和 D.和 6 解析：中 =2+1=3 中 =2+1=3；為同種物質(zhì)排除； 中 =1+1=2 =1+1=2，為同分異構(gòu)體，答案為 C 不飽和度還可運(yùn)用于有機(jī)反應(yīng)的判斷、 共用電子對的數(shù)目及有機(jī)物面數(shù)的確定等， 在這 些方面運(yùn)用不飽和度不甚簡便，本文不再贅述?？傊?，從近幾年高考中可以看出，不飽和度 發(fā)揮了重要作用，若在教學(xué)中運(yùn)用好不飽和度，定有成效。 參考文獻(xiàn)： 參考文獻(xiàn)： 1鄭大貴.利用不飽和度計(jì)算橋環(huán)化合物的環(huán)數(shù)J. 大學(xué)化學(xué) 1993，(6：4