高中化学竞赛有机专题一---有机化合物的结构、分类和命名

奥林匹克化学竞赛辅导讲座---有机化学部分专题一有机化合物的结构、分类和命名一、有机化合物的结构1.共价键的一些基本概念(1)碳原子的轨道杂化：sp3、sp2、sp杂化(2)σ键与π键(3)电子的离域碳原子的价电子层结构2s2pE碳原子的价电子层结构杂化sp3sp杂化杂化sp2碳原子的杂化sp3杂化轨道电子云分布示意图sp2杂化示意图乙烯中键的形成键和键键可以绕键的对称轴旋转，其键不会发生断裂，旋转时所需的能量很少，故烷烃的构象丰富多彩。π键的特点1）π键没有轴对称，因此以双键相连的两个原子之间不能再以C-Cσ键为轴自由旋转，如果吸收一定的能量，克服p轨道的结合力，才能围绕碳碳σ键旋转，结果使π键破坏。2）π键由两个p轨道侧面重叠而成，重叠程度比一般σ键小，键能小，容易断裂发生化学反应。3）π键电子云不是集中在两个原子核之间，而是分布在上下两侧，原子核对π电子的束缚力较小，因此π电子有较大的流动性，在外界试剂电场的诱导下，电子云易变形，导致π键被破坏而发生化学反应。乙炔的结构PzPysp杂化，直线型结构苯分子中六个碳原子都以sp2杂化相互成键(1)键长(2)键角(3)键能(4)偶极矩键的参数键的类型键长(pm)键能(kJ/mol)碳-碳单键150347.3碳-碳双键134601.9碳-碳三键120836.8碳-氢键110104键的极性---偶极矩例：CH3δ+Clδ-键距μ=ede:中心电荷d：正负电荷中心的距离Cl-Cl(键距为零)分子的偶极距是各键的键距向量和:μ=0μ=0μ=1.94DCClClClClCHClHHCHHHH2.有机化合物分子结构表示法•路易斯电子式:•结构式:•结构简式:•键线式:CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH(CH3)2CH3CHCH2CH2CCH3ClOCH3CH2CH2OH二、有机化合物的分类1.按碳架2.按官能团•化合物类别官能团名称（结构）举例•烯烃碳碳双键C=C•炔烃碳碳三键•卤代烃卤素F,Cl,Br,I•醇及酚羟基-OH•硫醇及硫酚巯基-SH•醚键-O-•硫醚键-S-•醛基-CHO•酮基（羰基）-CO-•羧酸基-COOH•羧酸衍生物:酯、酰卤、酸酐、酰胺•氨基-NH2•硝基化合物-NO2•磺酸基-SO3H3.两种分类法结合运用环己醇苯甲醇-呋喃甲醛三、有机化合物的命名1.开链烃及其衍生物（含氧、氮、卤素）的命名2.环状化合物（包括单环脂烃、芳香烃，几个杂环化合物的母核）及其衍生物的命名3.顺反异构体及光学异构体的构型标记和命名1、按官能团的优先次序来确定分子所属的主官能团类－COOH、－SO3H、－COOR、－COX、－CONH2、－CN、－CHO、－COR、－OH、－SH、－NH2、－OR、C≡C、C=C、R、2、选取含有主官能团在内的碳链最长的取代基最多的侧链位次最小的主链作为母体3、将母体化合物进行编号，使主官能团位次尽量小4、确定取代基位次及名称，按次序规则*给取代基列出次序，较优基团后列出5、按系统命名的基本格式写出化合物名称系统命名法*次序规则：a.原子按原子序数的大小排列，同位数按原子量大小次序排列I,Br,Cl,S,P,O,N,C,D,Hb.对原子团来说，首先比较第一个原子的原子序数，如相同时则再比较第二、第三，以此类推。CCCCHHHHHHHHHHCCCCClHOc.如果基团含有双键或三键时，则当作两个或三个单键看待，认为连有两个或三个相同原子。CH3CCH3CH3CH3CHCH3CH3CHCH3CHHCH3CHHCHHCH3CHHCHHH•在系统命名法中，取代基的排列顺序、顺反构型的确定、手性化合物的绝对构型都根据这个次序规则•双键化合物的Z/E命名法•单脂环化合物的顺反(cis/trans)命名法•旋光化合物（含1个、2个手性碳化合物）的R/S标记及其命名有机化合物系统命名的基本格式构型+取代基+母体R,S;D,L;Z,E;顺反取代基位置号+个数+名称（有多个取代基时，中文按顺序规则确定次序，小的在前；英文按英文字母顺序排列）官能团位置号+名称（没有官能团时不涉及位置号）CH3CH2CCHCH3HCH3CH2CH3(3R,4S)3,4二甲基己烷构型取代基位置号取代基个数取代基名称母体名称2，3，5−三甲基−4−丙基辛烷CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH3CH2CH3CHCHCH3CH3876543212,3,4,5*123456784,5,6,7678CH3CH2CHCHCH2CH2CH3CH3CH3H3CCH2CHCHCHCHCH3CH3CH2CH2CH3CH3CH376545'6'3212'7'Cl3,4-二甲基庚烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷2-甲基-6-氯庚烷顺-1，3-二甲基环己烷3-氯-4-溴己烷CH3CH2CH2CH2CH2CCH2CH2CHCH3CCH3CH3CH3CH2CCH3CH3CH3CH2CH32-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷OHCH3OHOHCH2CH2CH2OHCHO4-羟基丁醛（1R，2R）-2-甲基环戊醇（1R，2R）-1，2-环己二醇CCCH2OHCH32-丁炔-1-醇烷烃命名1.烷基的概念1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o3o2o1oC3o2o1oH(季)(叔)(仲)(伯)2）烷基R-CH3Me甲基CH3CH2Et乙基CH3CH2CH2n-Pr正丙基———CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3异丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基2.命名1）普通命名法（适用于简单化合物）1~10个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。•碳架异构体用正、异、新等词头区分。CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3正己烷异己烷新己烷正：异新直链烷烃CH3CH-CH3CH3CCH2-CH3CH32）系统命名法（IUPAC命名法）a.选最长碳链作主链，支链作取代基。遇多个等长碳链，则取代基多的为主链。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCCC123b.近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号2，3，5取代基位号2，4，5c.取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端开始。顺序：-C-C-C-C-CCC-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C1098765432111C-C-CC-C-C•顺序规则①单原子取代基,按原子序数大小排列。原子序数大,顺序大；原子次序小,顺序小；同位素中质量高的,顺序大。IBrClFONCDH②多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。CH2CH2CH3C（C、H、H、）C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H）C（F、F、H）③含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。CCHC(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)顺序大的基团称较优基团。d.支链上连有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH3123456789102'3'1'2-甲基-5-（1，1-二甲基丙基）癸烷e.名称的排列顺序中文名称按基团顺序规则，较小的基团列在前；英文名称按基团首字母的字顺先后列出。CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2HC3[注意]1）相同取代基数目用汉文数字二、三...表示；2）取代基位号用阿拉伯数字表示；3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。5-丙基-4-异丙基壬烷环烷烃的命名甲基环己烷二环[2．2．1]庚烷烯烃的命名和异构1.IUPAC命名法1）选择含双键最长的碳链为主链；2）近双键端开始编号：3）将双键位号写在母体名称之前。CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3CHCH23-乙基-1-己烯4-乙基环己烯CH2=CHCH2=CHCH2CH3CH=CH乙烯基烯丙基丙烯基2.顺反异构体的命名和Z、E标记法顺式：双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键同侧。反式：双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键反侧。CCCH3CH2CH3HHCCHCH2CH3CH3H反-2-戊烯顺-2-戊烯Z式：双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键同侧。E式：双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键异侧。CC(优)CH3HCH2CH3(优)CH3CCCH3(优)CH3CH2CH(CH3)2(优)CH2CH2CH3(Z)-3-甲基-2-戊烯(E)-3-甲基-4-异丙基-3-庚烯CH3CH2CCCHCH2CH3CH35-甲基-3-庚炔CH3CCCHCH2CH=CH2C2H5CH3CCCHCH2CH=CHCH3CH=CH24-乙基-1-庚烯-5-炔5-乙烯基-2-辛烯-6-炔炔烃的命名共轭双烯的异构与命名CCCCCH3HHCH3HH1.顺反异构(2E,4E)-2,4-己二烯或(E,E)-2,4-己二烯2.构象异构CH2CCCH2HHCH2CCCH2HHS-顺-1，3-丁二烯S-反-1，3-丁二烯S-顺-两个双键位于单键同侧。S-反-两个双键位于单键异侧。芳香烃的分类和命名1.单环芳烃一取代苯1)苯为母体2)苯为取代基CH3NO2CH(CH3)2甲苯硝基苯异丙苯苯甲酸苯胺苯酚NH2COOHOH二取代苯1)两基团相同有三种异构体：邻(o)、间(m)、对(p)2)两基团不同主官能团与苯环一起作母体，另一个作取代基。OHClCH3SO3HCHONH2间氯苯酚对甲苯磺酸邻氨基苯甲醛三取代苯1)三基团相同1,2,3-(连)1,2,4-(偏)1,3,5-(均)2)三基团不同①先定主官能团并编号为1；②取代基位号尽可能小；CHONH2HO2-氨基-5-羟基苯甲醛NO2ClSO3H3-硝基-2-氯苯磺酸苯基:C6H5-ph-苄基或苯甲基:CH2-2.多环芳烃1）多苯代脂肪烃CHCH=CH三苯甲烷1,2-二苯乙烯③写名称,次序规则小的基团优先。NO2CH31654321234562-甲基-4'-硝基联苯1'2'3'4'5'6'1,3-联三苯3)稠环芳烃12345678123456789101234567891012345678910萘蒽菲位：1,4,5,8位：2,3,6,7位：9,102)联苯3、杂环芳烃ONHS吡咯呋喃噻吩NNNNHNN吡啶喹啉嘌呤a.从杂原子开始，以O,S,N为序，使杂原子编号最小。含取代基杂环的命名（1）编号原则NSCH31325b.使取代基编号最小d.环上只有一个杂原子时，可用α，β，γ等标记NNNHNN1234567813456789c.特殊编号（2）母体选择a.一般以杂环为母体b.当环上有-COOH,-COOR,-SO3H时，以羧酸、酯、磺酸为母体。6-氨基嘌呤(腺嘌呤)3COCHO3CHHN2CHCOOHCOOHONH2NHNNNHN3SOHN卤代烃烃基卤卤某烃ClClCH2=CH—CH2Br烯丙基溴α—溴丙烯叔丁基氯2—甲基—2—氯丙烷氯苯醇、酚、醚1、醇CCH3CH3CH3OH2—甲基—2—丙醇叔丁醇CH2=CH—CH2OH2—丙烯—1—醇α—烯丙醇CH2OH苯甲醇苄醇系统命名法普通命名法2、酚3、醚醛和酮的命名1）普通命名法CH3CHCH2CHOCH3OCH2CH2CH2CHOCH=CHCHOCH3γ-甲基戊醛γ-甲氧基丁醛-苯基丙烯醛CH3CHCCH3CH3O甲基异丙基酮甲基乙烯基酮CH2CHCCH3O[醛][酮]CCH3O乙酰苯(苯乙酮)αβγδ…标记取代基位置。醛基作取代基时，用词头“甲酰基”。2）IUPAC