有机化学习题指南(1)

第1章绪论1.1知识要点1.有机化合物的特点有机化合物可燃烧、熔点低、难溶于水、有机反应速度慢、反应复杂、副产物多。2.现代化学键理论1)原子轨道一个电子在原子核外空间最可能出现的区域被称为原子轨道。核外电子的分布遵循能量最低原理、保理不相容原理和洪特规则。2)分子轨道原子轨道的线性组合称为分子轨道。分子轨道的数目等于组成分子轨道的原子轨道数，比原子轨道能量低的叫做成键轨道，反之为反键轨道。3）共价键的基本性质通过电子的共享而形成的化学键被称为共价键。（1)共价键的极性由于形成共价键的原子它们对电子的吸引力不同，所以电子云在两个原子之间不对称分布，就会使共价键有极性，这样的共价键称为极性共价键。若原子对电子的吸引力相同，就会形成非极性共价键。（2)共价键的键长、键角和键能键长：是指原子核之间的平均距离。键长受多种因素的影响，因此即使是同一种共价键在不同的化合物中也会有差别。键角：每两个共价键之间的夹角被称为键角。甲烷的每个C-H键之间的夹角是109º28′。键能：共价键断裂过程中吸收的能量。键能大，键越牢固不容易断裂；键能月小，键越容易断裂。（3）共价键的类型共价键分为单键、双键等。按成键轨道方向的不同有可分为σ键和π键。4)杂化轨道理论杂化是指原子成键时，参与原子成键的若干个能级相近的电子轨道相互“混杂”，组成一个新的轨道。理论要点：只有能量相近的原子轨道才能进行杂化，且只有在形成分子的过程中才能进行杂化，杂化轨道的成键能力比原来未杂化的轨道的成键能力强，形成的化学键键能大。杂化轨道的数目是参加杂化轨道的原子轨道的总数。杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥力原理。杂化轨道的类型与空间构型有关。3.共价键的断裂和有机反应类型共价键的断裂分为均列和异裂。均列：共用电子对平均分配给两个成键原子或者原子团。生成游离基。游离基反应一般在光和热的条件下发生。异裂：成键电子完全转移给成键的某一方。异裂的产物：正离子，负离子，一般在酸碱或极性物质的催化下进行。4.有机化合物酸碱理论酸碱质子理论：酸是能释放质子的物质，碱是能接受质子的物质。酸碱电子理论：酸是在反过程中能接受电子对的物质，碱是在反应过程中能够给出电子的物质。1.2单元练习1．价键理论和分子轨道理论的主要区别是什么?2．元素定量分析表明某有机化合物的分子量为78，实验式CH,它的分子式是什么？3．共价键有哪几种断裂方式？各发生什么样的反应？4．根据生活实际，简述有机化学的作用与用途？1.3典型题精解1．某化合物元素分析值为C(70.4％),H(13.9%)，请写出实验式。解：由化合物元素分析值可知氧的质量分数为（100－70.4-13.9）%=15.7%则C:H:O=（70.4/12）:（13.9/1）:（15.7/16）=6:14:1故该化合物的实验式为C6H14O2．预测下列各对物质的酸性相对强弱。(1)H3O+和NH+4(2)H3O+和H2O(3)NH+4和NH3(4)H2S和HS-(5)H2O和OH-解：(1)H3O+NH+4(2)H3O+H2O(3)NH+4NH3(4)H2SHS-(5)H2OOH-3.下列物种哪些是亲电试剂？哪些是亲核试剂？H+,Cl+,H2O,CN-,RCH2-,RNH3+,NO2+,RCO+,OH-,NH2-,NH3,RO-解：根据酸碱理论，能接受电子的为酸，是亲电试剂，所以H+,Cl+,RNH3+,NO2+,R―C=O+是亲电试剂；能给出电子的为碱，是亲核试剂，所以H2O,CN-,RCH2-,OH-,NH2-,NH3,RO-为亲核试剂。4．碳原子核外及氢原子核外各有几个电子？它们是怎样分布的？画出它们的轨道形状。当四个氢原子与一个碳原子结合成甲烷（CH4）时，碳原子核外有几个电子是用来与氢原子成键的？画出它们的轨道形状及甲烷分子的形状。解：碳原子核外有六个电子，氢原子核外有一个电子，碳原子以核外2s22p2上的四个电子与氢原子1s轨道成键，其中s轨道的形状为圆球形，平轨道的形状为哑铃形，分别画出如下+624H+11Cyzx1Sxyzzzxxyy2PX2Py2Pz第2章烷烃2.1知识要点1．烷烃的结构1）烷烃碳原子的杂化：SP32）构造异构分子式相同而结构式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构。同分异构是有机化合物中一种普遍现象。3）碳氢的类型：直接与一个、两个、三个、或四个碳原子相连的碳原子分别称为伯、仲、叔和季碳原子，用1оC、2оC、3оC、4оC表示；同样，把伯、仲、叔碳原子连接的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子，也可用1оH、2оH、3оH表示氢。2．烷烃的系统命名规则关键是如何确定主链和处理取代基的位置。分为三步：一选二编三配基。（1）选母体：碳链最长，取代最多（2）编号：位次最低(最低系列原则)（3）配基：先小后大(优先基团后列出)，同基合并。3．烷烃的构象1）构象构象是指在一定构造的分子中的原子或原子团通过单键旋转而产生的不同空间排列形式。2）烷烃的构象以C-C单键自由旋转可以产生无数种构象。交叉式构象和重叠式构象为乙烷的两种典型构象。交叉式构象为优势构像。4．烷烃的化学性质1）卤代反应和烷烃的自由基取代机理烷烃的卤代反应是按游离基历程（自由基取代机理）进行的。以甲烷为例，烷烃的氯代反应历程经历了以下三个阶段：①链的引发在光照或加热情况下，氯分子吸收能量均裂成高能量的氯游离基，引发反应。Cl:Clhv2Cl.②链的增长产生的氯游离基立即从甲烷分子中夺取一个氢原子，生成一个新的甲基游离基和氯化氢。生成的甲基游离基也非常活泼，可和氯分子及其它分子碰撞，生成新的游离基，就这样周而复始，使反应不断地进行下去，理论上可把甲烷分子中的氢全部夺取。这种反应称为链反应。链反应的特点是一旦引发，就会迅速的反应下去，并且反应速度很快。③链的终止使用阻化剂或产生的游离基相互结合，可使链反应终止。此时活性中间体消失了，反应也就停止了。2）烷基游离基的稳定性（不同H原子的活泼性）烷基游离基的稳定性的次序为：3º2º1ºCH3·，所以卤代时，烷基氢的活性为3ºH＞2ºH＞1ºH＞CH4。2.2单元练习1．用系统命名法命名下列化合物2．写出相对分子质量为114，同时含有1°、2°、3°、4°碳的烷烃的构造式。3．写出下列化合物的结构式，如其名称与系统命名原则不符，请予以改正。(1)3，3-二甲基丁烷(2)3，4-二甲基-3-乙基戊烷(3)2-叔丁基-4，5-二甲基己烷（1）(CH3CH2)2CHCH3（2）CH3CCH2CH3C2H5CH2CH2CH34．相对分子质量为72的烷烃进行高温氯代反应，根据氯代产物的不同，推测各种烷烃的结构式。(1)只生成1种一氯代产物(2)可生成3种不同的一氯代产物(3)生成4种不同的一氯代产物(4)只生成2种二氯代产物5．写出BrCH2CH2Cl的优势构象2.3典型题精解1．(a)为什么烷烃不活泼?(b)为什么在烷烃高温热解过程中，断裂的是C-C键而不是C-H键?(c)虽然烷烃的燃烧是一个强烈的放热反应过程，但是这个反应并不在室温下发生。请解释。解：(a)分子中的反应活性部位通常有一对或者两对未共用电子、一个极性键、一个缺电子原子或者有一个可扩张的八隅体的原子，而烷烃没有这些，所以不活泼。(b)C—C键的能量(△H=+347kJ/mol)比C—H键的能量(△H＝+414kJ/mol)低。(c)由于反应的△H非常高，所以在室温下该反应非常慢。2．写出分子中仅含有1个季碳原子、1个叔碳原子、1个仲碳原子及多个伯碳原子的最简单的烷烃的可能异构体。解：根据季碳、叔碳、仲碳原子的定义，必须具有如下的状态季碳C叔碳CH仲碳CHH其中游离价表示必须与其它碳原子相连，要符合最简单烷烃的要求，首先他们之间必须互相连接，剩余的游离价再用最小的烷基（甲基）饱和，因此其相应的烷烃为CCH3CH3CH3CHCH3CHCH3H2，2，3-三甲基戊烷CCH3CH3CH3CHHCHCH3CH32，2，4-三甲基戊烷CHCH3CH3CCH3CH3CHCH3H2，3，3-三甲基戊烷3．(1)列出由(i)CH3CH2CH2CH3和(ⅱ)(CH3)2CHCH3得到的一溴取代物。(2)判断每种情况下组成占主要数量的异构体。解：(1)分子中有两种H原于，因而每一种化合物都可能有两种异构体(i)CH3CH2CH2CH2Br和CH3CHBrCH2CH3；(ⅱ)(CH3)2CHCH2Br和(CH3)2CBrCH3。(2)一般来说，溴取代的H原子的反应活性顺序为：3о(1600)＞2о(82)＞1о(1)。所以，在决定溴代产物的产率中，反应活性不同的影响可以完全掩盖概率因素的影响。(i)中CH3CHBrCH2CH3是通过取代2о级H原子形成的；(ⅱ)中(CH3)2CBrCH3是通过取代3о级H原子形成的，故它们为主要异构体。第3章烯烃和红外光谱3.1知识要点1．烯烃的结构与命名1)烯烃碳原子的杂化与烯烃的结构烯烃这一类化合物的结构特点是，分子中含有sp2杂化的碳原子，这样的两个碳原子各用一个sp2轨道相互结合形成一个碳碳σ键，而每个碳原子的其余两个sp2轨道分别与原子（或基团）A和B结合形成C－A、C－Bσ键。但两个碳原子上仍各保留一个电子在p轨道中。由于碳原子的三个sp2杂化轨道同处在一个平面上，而其p轨道与次平面垂直，两个p轨道相互平行时，体系的能量较低，只有在这种情形下两个p轨道才能最大限度地重叠，形成π键，产生含有碳碳双键的稳定分子。2）烯烃的系统命名、顺反异构、ZE标记法与次序规则（1）烯烃的系统命名。①先找出含双键的最长碳链，把它作为主链，并按主链中所含碳原子数把该化合物命名为某烯。②主链编号时需从离双键近的一端开始，使双键碳原子编号较小。③要用阿拉伯数标明双键的位置，并写在烯的名称前面；取代基所在碳原子的编号写在取代基之前，取代基也写在某烯之前。④超过十个碳原子时，烯前要加碳字。⑤顺反异构的顺、反字样写在全名的最前边。顺反异构指的是若两个双键碳原子所连原子或基团彼此有相同者，在双键同一侧称为顺式构型，在相反的一侧为反式构型。顺反异构体特别对于双键的两个碳上没有相同的原子或基团的可用Z、E的方法表示，即按顺序规则，两个双键碳原子上的两个原子序数大的原子（或基团）同在双键一侧的叫做Z型（德文，Zusammen，在一起之意）；在两侧的，叫做E型（德文，Entgegen，相反之意）。2．烯烃的主要化学性质1)加成反应加成反应是一种有机化学反应，它发生在有双键或叁键的物质中。加成反应进行后，重键打开，原来重键两端的原子各连接上一个新的基团。加成反应一般是两分子反应生成一分子，相当于无机化学的化合反应。根据机理，加成反应可分为亲核加成反应，亲电加成反应，自由基加成，和环加成。亲电加成反应是烯烃的加成反应，又叫马氏加成，由马可尼科夫规则而得名：“烯烃与氢卤酸的加成，氢加在氢多的碳上”。2)氧化反应烯烃的氧化反应主要有①高锰酸钾氧化。用稀KMnO4的中性或碱性溶液，在较低温度下氧化烯烃，产物是邻二醇；如果用浓度较大的KMnO4的酸性溶液，结果是得到双健断裂产物。KMnO4氧化烯烃的简单记忆法：②臭氧氧化。将含有O3的空气通入烯烃的溶液(如CCl4溶液)中：产物中有醛又有H2O2，所以醛可能被氧化，使产物复杂化。加入Zn粉可防止醛被H2O2氧化。烯烃臭氧化反应的意义：从产物推出原来的烯烃的结构。RR'HRC=O+O=C醛酮+H2O2+O3C=CRR'HRRR'HROOCOCH2OC=CRR'HHKMnO4RR'C=O+O=C酮甲醛HH碳酸CO2+H2OKMnO4O=COHOHKMnO4C=CRR'HR酸RR'HRC=O+O=C醛酮KMnO4O=CROH③环氧化反应。④催化氧化。催化氧化是工业上最常用的氧化方法，产物大都是重要的化工原料。3）α-氢的反应α－氢受双键的影响，有特殊的活泼性。高温或光照下，烯烃的α-H可被卤素原子取代。烯烃的α-卤代反应为自由基反应，因为在光和热的情况下，有利于自由基的产生。如：3．常见官能团的红外光谱波数详见书本