2022届高三高考化学复习专项训练十三 有机化合物结构

专题十三有机化合物结构一、有机物分子中原子共线、共面问题的判断1．判断有机物分子中原子共线、共面的基准点①甲烷型a.甲烷分子中所有原子一定不共平面，最多有3个原子处在一个平面上b.若用其他原子代替其中的任何氢原子，所有原子一定不能共平面，如CH3Cl分子中所有原子不在一个平面上②乙烯型a.乙烯分子中所有原子一定共平面b.若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物分子中所有原子仍然共平面，如CH2===CHCl分子中所有原子共平面③苯型a.苯分子中所有原子一定共平面b.若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中的所有原子仍然共平面，如溴苯()分子中所有原子共平面④乙炔型a.乙炔分子中所有原子一定在一条直线上b.若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中的所有原子仍然共线，如CH≡CCl分子中所有原子共线⑤甲醛型a.甲醛分子中所有原子一定共平面b.若用其他原子代替其中的任何氢原子，所得有机物中的所有原子仍然共平面，如分子中所有原子共平面【点拨】　①C—C键可以旋转，而C=C键、C≡C键不能旋转。②共线的原子一定共面，共面的原子不一定共线。 ③分子中出现—CH3、—CH2—或—CH2CH3原子团时，所有原子不可能都在同一平面内。2．结构不同的基团连接后原子共面分析①直线与平面连接直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面②平面与平面连接如果两个平面结构通过单键相连，两个平面可以重合，但不一定重合。如苯乙烯：，分子中共平面原子至少12个，最多16个③平面与立体连接如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的旋转性，甲基的一个氢原子可能处于这个平面上【延伸】突破有机物分子中原子共线、共面问题的方法(1)单键旋转思想：有机物分子中的单键(碳碳单键、碳氧单键等)均可旋转，但形成双键、三键的原子不能绕轴旋转，对原子的空间结构具有“定格”的作用，如：，因①键可以旋转，故所在的平面可能和所在的平面重合，也可能不重合。因而分子中的所有原子可能共平面，也可能不完全共平面。(2)定平面规律：共平面的不在同一直线上的3个原子处于另一平面时，两平面必然重叠，两平面内所有原子必定共平面。(3)定直线规律：直线形分子中有2个原子处于某一平面内时，该分子中的所有原子也必落在此平面内。(4)展开空间构型：其他有机物可看作甲烷、乙烯、苯三种典型分子中的氢原子被其他原子或原子团代替后的产物，但这三种分子的空间结构基本不变，如CH3CH===CH—C≡CH，可以将该分子展开为，此分子包含一个乙烯型结构、一个乙炔型结构，其中①C、②C、③C、④H4个原子一定在同一条直线上，该分子中至少有8个原子在同一平面内。 (5)注意题目要求：题目中常有“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件，解题时要注意。如分子中所有原子可能共平面，分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。二、同分异构体的书写与判断1.同分异构体数目的判断方法常用方法思路基团连接法将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构体数目可推断有机物同分异构体数目。其中，丙基(—C3H7)有2种结构，丁基(—C4H9)有4种结构，戊基(—C5H11)有8种结构。如C4H9Cl有4种同分异构体换位思考法将有机物分子中的不同原子或基团进行换位思考。如乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代，所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种结构(假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看作Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同)等效氢法分子中等效氢原子有如下情况：1、分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效；2、同一个碳原子上所连接的甲基中的氢原子等效；3、分子中处于对称位置上的氢原子等效定一移一法分析二元取代产物的方法。如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子的位置，然后移动另一个氯原子组合法确定酯的同分异构体的方法。饱和一元酯，若R1有m种，R2有n种，共有m×n种。如丁酸戊酯的结构有2×8＝16种2.含苯环结构同分异构体数目的判断 (1)苯环上连有一个取代基(，—R为烃基)，烃基(—R)的结构有m种，则的结构就有m种；如的结构有4种。(2)苯环上连有两个取代基()若x、y均为官能团(如—Cl、—Br、—OH、—CHO、—COOH等)，则其结构有邻、间、对三种。若：x为烃基(其结构设为m种)，y为官能团，则其结构有3×m种，如的结构有3×4＝12种。(3)苯环上连有三个取代基()。若：x＝y＝z(三个取代基相同)则有3种结构。若：x＝y≠z(两个取代基相同)，则有6种结构。若：x≠y≠z(三个取代基各不相同)，则有10种结构。1.限定条件下同分异构体的书写与判断(1)结构限定条件结构特点属于芳香化合物(或含有苯环)含属于α氨基酸含分子中含有几种不同化学环境的氢(或核磁共振氢谱中有几组峰，峰面积比值为……)确定官能团的位置和数目(氢原子种类越少，则结构越对称)(2)性质限定 条件有机物中可能含有的官能团①与Na反应生成H2含—OH、—COOH②与Na2CO3或NaHCO3反应生成CO2含—COOH③与NaOH溶液反应含酚—OH、—COOH、—COO—、—X等④与FeCl3溶液发生显色反应含酚—OH⑤能发生银镜反应含—CHO、HCOO—⑥能发生水解反应含—X、—COO—等⑦水解后的产物能与FeCl3溶液发生显色反应含(3)不同化学环境下的氢原子及个数比(等效氢种类数及比值)。例如：分子式为C2H6O的有机物的核磁共振氢谱：三、研究有机化合物的一般步骤和方法1．研究有机化合物的基本步骤2．分离、提纯有机化合物的常用方法(1)萃取、分液类型原理液液萃取利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将有机物从一种溶剂中转移到另一种溶剂中的过程固液萃取用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程(2)蒸馏和重结晶 适用现象要求蒸馏常用于分离、提纯液态有机物①该有机物热稳定性较强②该有机物与杂质的沸点相差较大重结晶常用于分离、提纯固态有机物①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大②被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温度影响较大3．有机物分子式的确定(1)元素分析(2)相对分子质量的测定——质谱法质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。(3)有机物分子式确定的常用方法——商余法①先求算有机物的相对分子质量a．M＝22.4L·mol－1·ρg·L－1(标准状况下)b．M＝D·M′c．M＝M1a1%＋M2a2%＋……②再利用“商余法”求分子式设烃的相对分子质量为M，则＝商………………余数　　 的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。4．分子结构的鉴定(1)化学方法利用特征反应鉴定出官能团，再进一步确认分子结构。常见官能团的特征反应：官能团种类试剂判断依据碳碳双键或碳碳三键溴的CCl4溶液红棕色褪去酸性KMnO4溶液紫色褪去卤素原子NaOH溶液，AgNO3和稀硝酸的混合液有沉淀产生醇羟基钠有氢气放出酚羟基FeCl3溶液显紫色浓溴水有白色沉淀产生醛基银氨溶液有银镜生成新制Cu(OH)2悬浊液有砖红色沉淀产生羧基NaHCO3溶液有CO2气体放出(2)物理方法①红外光谱分子中化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。[提醒]　红外光谱几乎可以测量出所有化学键的种类，但不能测出化学键的个数。②核磁共振氢谱③不饱和度不饱和度又称缺氢指数，即有机物分子中的氢原子与和它碳原子数相等的链状烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用Ω表示。[提醒]　多一个双键，Ω增加1；多一个环，Ω增加1；多一个三键，Ω增加2；多一个苯环，Ω增加4。例题1：关于化合物2−苯基丙烯（），下列说法正确的是(　　)A.不能使稀高锰酸钾溶液褪色 B.可以发生加成聚合反应C.分子中所有原子共平面D.易溶于水及甲苯答案：B解析：A项、2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键，能够与高锰酸钾溶液发生氧化反应，使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；B项、2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键，一定条件下能够发生加聚反应生成聚2-苯基丙烯，故B正确；C项、有机物分子中含有饱和碳原子，所有原子不可能在同一平面。2-苯基丙烯中含有甲基，所有原子不可能在同一平面上，故C错误；D项、2-苯基丙烯为烃类，分子中不含羟基、羧基等亲水基团，，难溶于水，易溶于有机溶剂，则2-苯基丙烯难溶于水，易溶于有机溶剂甲苯，故D错误。例题2：(1)化合物B[CH3C≡CCOOC(CH3)3]的核磁共振氢谱中有_____个吸收峰；其满足以下条件的同分异构体(不考虑手性异构)数目为______。①分子中含有碳碳三键和乙酯基(—COOCH2CH3)②分子中有连续四个碳原子在一条直线上写出其中碳碳三键和乙酯基直接相连的同分异构体的结构简式________。(2)M是J(分子式为C9H8O2)的同分异构体，符合下列条件的M的结构简式是________。①包含2个六元环　②M可水解，与NaOH溶液共热时，1molM最多消耗2molNaOH(3)有机物C()的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：________。①能与FeCl3溶液发生显色反应；②碱性水解后酸化，含苯环的产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1。 (4)有机物W是水杨酸()的同分异构体，可以发生银镜反应；W经碱催化水解后再酸化可以得到对苯二酚。W的结构简式为_____。答案：解析：(1)CH3C≡CCOOC(CH3)3中有2种等效H原子，所以其核磁共振氢谱中有2个吸收峰；符合条件①②的同分异构体有：、，共5种；其中碳碳三键与乙酯基直接相连的同分异构体的结构简式为(2)由包含两个六元环和M水解最多能消耗2molNaOH可知，M为酚形成的环状酯，结构简式为。(3)因为C() 的同分异构体与三氯化铁溶液能发生显色反应，因此其应含有酚羟基；又因为碱性水解后酸化，含苯环的产物分子中不同化学环境的氢原子数目比为1∶1，则可判断该同分异构体中含有酯基；同时根据氧原子数目可知水解后的产物必须含三个酚羟基，且三个酚羟基处于间位。由此可得其结构简式为。(4)W是水杨酸的同分异构体，可以发生银镜反应，说明含有醛基；W经碱催化水解后再酸化可以得到对苯二酚，W中含有1个酚羟基和1个酯基且两个取代基为对位，W的结构简式为。