化學選修五新突破講義第1章第2節(jié)第2課時有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系

第2課時有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系目標與素養(yǎng)：1.理解同分異構(gòu)現(xiàn)象與同分異構(gòu)體。(宏觀辨識與微觀探析)2.掌握有機化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系。(證據(jù)推理)一、有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象1．同分異構(gòu)體分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的有機化合物，互為同分異構(gòu)體。2．同分異構(gòu)體的類型異構(gòu)方式形成途徑示例碳骨架異構(gòu)碳骨架不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CH2CH2CH3和(CH3)2CHCH3官能團異構(gòu)位置異構(gòu)官能團位置不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH2=CH—CH2—CH3和CH3—CH=CH—CH3類型異構(gòu)官能團種類不同而產(chǎn)生的異構(gòu)CH3CH2OH和CH3—O—CH3具有相同相對分子質(zhì)量的兩種化合物一定是同分異構(gòu)體嗎？提示：不一定。因為相對分子質(zhì)量相同的兩種化合物，分子式不一定相同(如CO和C2H4)。判斷是否為同分異構(gòu)體的關鍵是看是不是具有相同的分子式和不同的結(jié)構(gòu)。二、有機化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系1．官能團與有機化合物性質(zhì)的關系(1)關系一種官能團決定一類有機化合物的化學特性。(2)原因①有些官能團中含有極性較強的共價鍵，易發(fā)生相關的化學反應，如乙醇中的羥基。②有些官能團中含有不飽和碳原子，易發(fā)生相關的化學反應，如雙鍵和叁鍵易發(fā)生加成反應。(3)應用可以根據(jù)有機化合物的官能團中碳原子的飽和程度、鍵的極性強弱來推測該物質(zhì)可能發(fā)生的化學反應。2．不同基團間的相互影響與有機化合物性質(zhì)的關系(1)由于甲基的影響，甲苯比苯更易發(fā)生取代反應。(2)酸和醇、醇和酚、醛和酮之所以化學性質(zhì)不同，主要是因為相同官能團連接的其他基團不同引起的。乙烷(CH3—CH3)與甲苯()分子中都存在甲基，但CH3CH3與酸性KMnO4溶液不反應，卻可被酸性KMnO4溶液氧化為，這是為什么？提示：雖然乙烷與甲苯分子中有相同的原子團——甲基，但乙烷中甲基與另一甲基相連，甲苯中甲基與苯基相連，由于二者對甲基影響不同，甲苯中甲基更活潑，易被氧化。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)H2O和H2O2互為同分異構(gòu)體。 ()(2)同分異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化屬于化學變化。 ()(3)同系物之間可以互為同分異構(gòu)體。 ()(4)具有相同官能團的有機物一定屬于同一類物質(zhì)。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．下列各組有機物中，互為同分異構(gòu)體的是()B[苯分子中的碳碳鍵都是相同的獨特的鍵，因此選項A中兩結(jié)構(gòu)表達式表示的是同一種物質(zhì)；對于選項D，由于甲烷分子是正四面體形結(jié)構(gòu)，因此兩結(jié)構(gòu)表達式同樣表示的是同一種物質(zhì)；對于選項C易判斷是同一種物質(zhì)。]同分異構(gòu)體的書寫及其數(shù)目的判斷方法1.同分異構(gòu)體的書寫(1)以C7H16為例書寫烷烴同分異構(gòu)體此書寫同分異構(gòu)體的方法為減碳鏈法，適用于碳骨架異構(gòu)。(2)C5H10同分異構(gòu)體的書寫①先寫碳骨架異構(gòu)：②再寫官能團位置異構(gòu)：根據(jù)碳4價的原則，在碳鏈異構(gòu)中找出可能加入雙鍵的位置(箭頭所指位置)。③最后寫官能團類型異構(gòu)：分子式為C5H10的環(huán)烷烴：、、、、。2．同分異構(gòu)體數(shù)目的判斷方法(1)基元法記住常見烴基的異構(gòu)體種數(shù)，可快速判斷含官能團有機化合物同分異構(gòu)體的數(shù)目?！狢3H7有兩種，—C4H9有4種，—C5H11有8種，如C4H9Cl、C4H9OH、C4H9—CHO等各有4種同分異構(gòu)體。(2)換元法如：若C3H8的二氯代物有四種同分異構(gòu)體，則其六氯代物的同分異構(gòu)體也為四種(H和Cl相互替代)。(3)定一(或二)移一法對于二元取代物的同分異構(gòu)體的判定，可固定一個取代基位置，再移動另一取代基，以確定同分異構(gòu)體數(shù)目。如：書寫C3H6ClF的同分異構(gòu)體：(先把氯原子固定在一個碳原子上，用*標記)(4)對稱法(又稱等效氫法)等效氫法的判斷可按下列三點進行：①同一甲基上的氫原子是等效的。②同一碳原子上所連甲基上的氫原子是等效的。③處于鏡面對稱位置上的氫原子是等效的(相當于平面成像時，物與像的關系)如的一氯代物只有一種，的一氯代物只有一種?！镜淅?】主鏈上有6個碳原子，有甲基、乙基兩個支鏈的烷烴有()A．2種 B．3種C．4種 D．5種C[主鏈6個C，則乙基只能在3號C上，甲基可以在中間所有的C上，該分子不對稱，甲基分別在中間四個碳原子上，共有4種。](1)若將題意中的甲基、乙基兩個支鏈改為兩個乙基支鏈，同分異構(gòu)體有________種。(2)若將題意中主鏈上6個碳原子改為5個，其余不變，則同分異構(gòu)體種類有________種。[答案](1)2(2)2(2019·全國Ⅱ卷)分子式為C4H8BrCl的有機物共有(不含立體異構(gòu))()A．8種B．10種C．12種D．14種[答案]C2．下列化合物中同分異構(gòu)體數(shù)目最少的是()A．戊烷 B．戊醇C．戊烯 D．乙酸乙酯A[A.戊烷有3種同分異構(gòu)體：CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3和(CH3)4C。B.戊醇可看作C5H11—OH，而戊基(—C5H11)有8種結(jié)構(gòu)，則戊醇也有8種結(jié)構(gòu)，屬于醚的還有6種。C.戊烯的分子式為C5H10CH2=CHCH2CH2CH3、CH3CH=CHCH2CH3、CH2=C(CH3)CH2CH3、CH2=CHCH(CH3)2、，屬于環(huán)烷烴的同分異構(gòu)體有5種：、、、、。D.乙酸乙酯的分子式為C4H8O2，其同分異構(gòu)體有6種：HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3、CH3CH2CH2COOH、(CH3)2CHCOOH。]有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關系1.官能團與有機化合物性質(zhì)的關系(1)官能團中鍵的極性與有機化合物性質(zhì)的關系一般來說，官能團所含鍵的極性越強，鍵的活潑性也越強。例如：①醇分子羥基中的H—O鍵的極性明顯比其他化學鍵強，因此羥基成為醇分子中最活潑的基團，從而決定了醇的化學特性。②乙酸分子羧基中的H—O鍵、C—O鍵的極性都比較強，因此它們比較活潑，在乙酸與活潑金屬的反應中，是H—O鍵斷裂，而在乙酸與乙醇的酯化反應中，是C—O鍵斷裂。③在乙酸乙酯水解時，酯基中的C—O鍵斷裂，也與其極性較強有關。(2)碳原子的飽和程度與有機化合物性質(zhì)的關系①飽和碳原子相對穩(wěn)定：烷烴中的化學鍵相對牢固，不太容易斷裂。因此，烷烴性質(zhì)相對穩(wěn)定，不能發(fā)生加成反應，也不能被酸性高錳酸鉀溶液氧化。②不飽和碳原子相對活潑：烯烴、炔烴中的碳碳雙鍵和碳碳叁鍵比較活潑，既容易發(fā)生加成反應，也容易被酸性高錳酸鉀溶液氧化。(3)如果有機化合物中有多種基團，它們之間存在著相互影響，會使有機化合物表現(xiàn)出一些其他特性。2．不同基團間的相互影響與有機化合物性質(zhì)的關系實例原因甲苯比苯容易發(fā)生取代反應甲基對苯環(huán)的影響，使苯環(huán)上某些氫原子易被取代醇、酚化學性質(zhì)不同與羥基相連的烴基不同醛和酮化學性質(zhì)不同醛中羰基連有氫原子，酮中羰基不連氫原子【典例2】分枝酸可用于生化研究，其結(jié)構(gòu)簡式如圖。下列關于分枝酸的敘述正確的是()A．分子中含有2種官能團B．可與乙醇、乙酸反應，且反應類型相同C．1mol分枝酸最多可與3molNaOH發(fā)生中和反應D．可使溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液退色，且原理相同B[A.分子中含有4種官能團：羧基、羥基、碳碳雙鍵、醚鍵。B.可與乙醇、乙酸發(fā)生取代反應。C.1mol分枝酸最多可與2molNaOH發(fā)生中和反應，因為分子中只有2個羧基。D.可使溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液退色，但反應原理不相同，使溴的四氯化碳溶液退色是加成反應，使酸性高錳酸鉀溶液退色是氧化反應。]已知有機物，要推測它的一些性質(zhì)，一般來說，首先要找出它的官能團，因為官能團決定一類有機物的化學性質(zhì)，并且官能團之間也相互影響。(2019·全國Ⅰ卷)關于化合物2-苯基丙烯()，下列說法正確的是()A.不能使稀高錳酸鉀溶液褪色B.可以發(fā)生加成聚合反應C.分子中所有原子共平面D.易溶于水及甲苯[答案]B1．下列各組物質(zhì)不屬于同分異構(gòu)體的是()A．2,2-二甲基丙醇()和2-甲基丁醇()B．鄰氯甲苯和對氯甲苯C．2-甲基丁烷()和戊烷D．甲基丙烯酸()和甲酸丙酯D[甲基丙烯酸的分子式為C4H6O2，甲酸丙酯(HCOOC3H7)的分子式為C4H8O2，故二者不屬于同分異構(gòu)體。]2．用相對分子質(zhì)量為43的烷基取代甲苯苯環(huán)上的一個氫原子，所得的芳香烴產(chǎn)物數(shù)目為()A．3種 B．4種C．5種 D．6種D[烷基的通式為—CnH2n＋1，Mr＝43，由12n＋2n＋1＝43，解得n＝3，C3H7—可能有兩種：CH3CH2CH2和，它們可分別取代苯環(huán)上甲基的鄰、間、對位上的氫原子：，故兩種不同的烷基取代苯環(huán)上的一個氫原子，得到的同分異構(gòu)體數(shù)目為2×3＝6(種)。]3.2015年10月，中國藥學家屠呦呦獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，獲獎理由是“因為發(fā)現(xiàn)青蒿素——一種用于治療瘧疾的藥物，挽救了全球特別是發(fā)展中國家的數(shù)百萬人的生命”。如圖是青蒿素的結(jié)構(gòu)簡式，下列有關青蒿素的說法中不正確的是()A．青蒿素的分子式為C15H22O5B．青蒿素有—O—O—鍵，具有較強的氧化性C．青蒿素易溶于水、乙醇、苯D．青蒿素在堿性條件下易發(fā)生水解C[A項，根據(jù)青蒿素的結(jié)構(gòu)簡式判斷其分子式為C15H22O5，正確；B項，青蒿素分子中含有—O—O—鍵，具有較強的氧化性，正確；C項，該有機物含有較多憎水基，難溶于水，錯誤；D項，青蒿素分子中含有—COO—，可在堿性條件下發(fā)生水解，正確。]4．下列說法正確的是()A．甲醇與乙醇的官能團都是羥基，它們具有完全相同的性質(zhì)B．甲苯與苯互為同分異構(gòu)體，它們具有相似的性質(zhì)C．烯烴的官能團是碳碳雙鍵，任何烯烴在一定條件下都能發(fā)生加成反應D．乙醛、丙酮、乙酸中都含有羰基，它們具有相似的化學性質(zhì)C[官能團決定有機化合物的性質(zhì)，烯烴因為含有碳碳雙鍵而能發(fā)生加成反應，C正確；甲醇與乙醇都含有羥基，也具有相似的化學性質(zhì)，但由于與羥基相連的基團不同，對羥基的影響不同，它們的性質(zhì)也不是絕對相同的，如：乙醇是酒的主要成分之一，而如果其中混有甲醇，就會發(fā)生中毒事件，A錯誤；甲苯與苯都含有苯環(huán)，受甲基的影響，二者的性質(zhì)不完全相同，但可認為具有相似的化學性質(zhì)，但是二者的關系是互為同系物，B錯誤；乙醛、丙酮、乙酸中雖然都含有羰基，但其中的羰基連有的原子或原子團不相同，性質(zhì)也有很大差別，D錯誤。]5．分子式為C5H12的結(jié)構(gòu)簡式可能為________________、________________、________________，它們之間的關系為________。分子式為C2H4O2的同分異構(gòu)體常見的有________、________