专题2 有机物的结构与分类

考点1 有机物中碳原子的成键特点

1．碳原子的结构及成键特点

(1)结构：碳原子最外层有4个电子，很难得到电子，易与碳原子或其他原子形成共价键。

(2)成键特点：

①每个碳原子能与H、C、N、O、S等非金属元素的原子形成4个共价键；

②碳原子之间可以形成碳碳单键（C-C）、碳碳双键（C=C）、碳碳三键（C≡C），与氢原子只能形成碳氢单键（C-H），与氧原子可以形成碳氧单键（C-O）或碳氧双键（C=O）。

③碳原子之间通过共价键形成碳链或碳环。

2．碳的成键方式与分子的空间结构

(1)单键：碳原子能与其他四个原子形成四面体结构。

(2)双键：形成该双键的原子以及与之直接相连的原子处于同一个平面上。

(3)三键：形成该三键的原子以及与之直接相连的原子处于同一条直线上。

(4)饱和碳原子与不饱和碳原子：仅以单键方式成键的碳原子称为饱和碳原子，以双键或三键方式成键的碳原子称为不饱和碳原子。

考点2 杂化轨道理论与有机化合物空间结构

1．甲烷分子中碳原子的杂化方式

甲烷分子中，碳原子2s轨道的一个电子跃迁到2p轨道中，并与2p轨道混杂形成4个sp3杂化轨道。为了使杂化轨道相互间的排斥最小，4个sp3杂化轨道彼此尽可能远离，分别指向正四面体的四个顶点。每个sp3杂化轨道上有一个未成对的电子，与氢原子1s轨道沿轨道对称轴方向重叠成键，形成四个等同的C—H共价键。

2．σ键与π键

(1) σ键与π键的形成

σ键：我们把甲烷中这种沿轨道对称轴方向重叠形成的共价键叫σ键，形成σ键时电子云达到了最大的重叠程度，σ键比较牢固并且能围绕对称轴自由旋转。

π键：我们把p轨道沿对称轴平行的方向重叠形成的共价键叫π键，形成π键时，电子云重叠程度比σ键小,故π键的稳定性比σ键差。

(2)σ键与π键判断方法

3．几种简单有机分子中碳原子轨道的杂化方式

考点3 有机物结构的表示方法

1．根据表中有机物结构表示方法比较不同方法的特点

(1)结构式：与有机化合物的分子式相比，结构式能完整地表示出有机化合物分子中每个原子的成键情况。

(2)结构简式：对于结构比较复杂的分子而言，采用结构简式或键线式表示更为方便。

(3)键线式：键线式无须标出碳原子和氢原子，只要求表示出碳碳键以及与碳原子相连的除氢以外的其他原子或基团，图式中的每个拐点和端点均表示一个碳原子。

2．书写结构简式的注意点

(1)表示原子间形成单键的“—”可以省略。如乙烷结构式中C—H、C—C中的“—”均可省略，其结构简式可写为CH3CH3。

(2)“C==C”和“C≡C”中的“==”和“≡”不能省略。如乙烯的结构简式可写为CH2==CH2，而不能写为CH2CH2。醛基()、羧基()则可进一步简写为—CHO、—COOH。

(3)准确表示分子中原子的成键情况。如乙醇的结构简式可写为CH3CH2OH或HO—CH2CH3等。

考点4 有机物的空间结构分析

 1．认识五种基本结构

2．有机物共线（面）问题分析

(1)碳原子以4个单键与相同(或不同)的原子或基团连接时，所有原子肯定不共面。

例如丙烯分子的甲基中4个原子不共面，因此丙烯分子中所有的原子不可能同处于一个平面。

(2)CH2==CH2、分子中所有原子共面，CH≡CH分子中所有原子在同一条直线上，则可以得出、CH2==CH—CH==CH2分子中所有原子可能共面。CH2==CH—CN中的氰基结构可写作—C≡N，有同样的三键结构，可推知CH2==CH—CN分子中有两个碳原子与氮原子在同一直线上。

(3)由苯、HCHO的结构可知、分子中所有的原子可能处于同一平面。

考点5 同分异构体

1．同分异构现象与同分异构体

(1)同分异构现象：有机化合物分子中的原子在成键方式、连接顺序等方面，如果存在差异，就会出现分子式相同而结构不同的同分异构现象。

(2)同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物互为同分异构体。

(3)特点：分子式相同，性质存在差异，其本质原因是同分异构体具有不同的结构。

2．有机化合物同分异构体的种类

3．构造异构及其类型

(1)构造异构：分子式相同而分子中原子或基团连接方式不同的异构现象。

(2)构造异构类型

考点6 立体异构

1．立体异构

分子式相同，原子或基团连接的顺序相同，但分子中所含原子或基团在空间的排布方式不同产生的异构现象。

立体异构可分为顺反异构和对映异构。

2．顺反异构

(1)条件：双键两端的每个碳原子上都连有两个不同的原子或原子团。

(2)反式：相同基团在双键两侧。

(3)顺式：相同基团在双键同侧。

如顺-2-丁烯的结构简式为，反-2-丁烯的结构简式为。

3．对映异构

(1)定义：某些有机化合物组成相同，分子中原子连接顺序也相同，但两者像人的左手和右手的关系一样,互为镜像，彼此不重合，称为对映异构，也叫旋光异构。

例如，乳酸的对映异构体可表示如图：

(2)手性分子与手性碳原子

①手性分子：分子不能与其镜像重叠者，称为手性分子。

②手性碳原子：与4个不同的原子或原子团相连的碳原子。

考点7 同分异构体的书写

1．同分异构体的书写方法

(1)减碳法(碳链异构)

书写要点：主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边，排布同邻间。

以C7H16为例：

①将分子写成直链形式：CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。

②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在2,3号碳原子上：，根据碳链中心对称，将—CH3连在对称轴的右侧就会与左侧连接方式重复。

③再从主链上去掉一个碳原子，可形成一个—CH2CH3或两个—CH3，即主链变为。

当取代基为—CH2CH3时，由对称关系只能连接在3号碳原子上。当取代基为两个甲基时，在主链上先定一个甲基，按照位置由近至远的顺序依次移动另外一个甲基，注意不要重复。即两个甲基可分别连接的碳原子号码是：2和2、2和3、2和4、3和3。

(2)取代法(适用于醇、卤代烃异构)

先碳链异构，后位置异构。

如书写分子式为C5H12O的醇的同分异构体。如下数字即为—OH接入后的位置，即这样的醇合计为8种：

、、。

(3)插入法(适用于烯烃、炔烃、酯等)

先根据给定的碳原子数写出烷烃的同分异构体的碳链骨架，再将官能团插入碳链中。

如书写分子式为C4H8的烯烃的同分异构体(插入双键)，双键可分别在①、②、③号位置:、。

2．同分异构体数目的确定

(1)烃基数确定一取代产物数目

—CH3、—C2H5各1种；—C3H7：2种；—C4H9：4种；—C5H11：8种。

(2)替代法

如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体，则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H替代Cl)。

(3)等效氢法

①同一甲基上的氢原子是等效的。

②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。如新戊烷()的四个甲基是等效的，所有的氢原子都是等效的，故新戊烷的一氯代物只有一种。

③处于对称位置上的氢原子是等效的。如的六个甲基是等效的，18个氢原子都是等效的，因此该物质的一氯代物也只有一种。

(4)组合法：的苯环上的一氯代物的种类：—C4H9有4种，苯环上的取代基有3个氢原子能被Cl原子取代，故苯环上的一氯代物有3×4=12种。

考点8 有机化合物中的官能团

1．官能团概念

反映一类有机化合物共同特性的原子或原子团叫做官能团。

官能团决定有机物的化学性质，具有相同官能团的有机物化学性质相似。官能团是有机化合物的重要分类依据之一。

2．有机化合物中常见的官能团

考点9 有机化合物的分类

1．按所含官能团分类

(1)烃：烷、烯、炔、芳香烃。

(2)烃的衍生物：卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等。

2．按碳的骨架分类

(1)按是否含苯环分类

①脂肪族化合物：不含苯环

②芳香族化合物：含苯环

(2)按是否含碳环分类

①链状化合物：不含碳环

②环状化合物：含碳环

3．同系物

(1)概念

结构相似，分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互相称为同系物。

(2)特点

①具有相同的官能团，如羧酸都含有—COOH，醛类都含有—CHO。

②具有相同的通式，如烷烃的通式为CnH2n+2，链状饱和一元羧酸的分子通式为CnH2n+1COOH。

考点10 有机化合物的命名

1．习惯命名法

(1)烷烃可以根据分子里所含碳原子数目来命名。碳原子数在10以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。例如，CH4叫做甲烷，C5H12叫做戊烷。

碳原子数在10以上的用中文数字来表示。例如,C17H36叫做十七烷。

(2)“正”“异”“新”的含义

为了区分同分异构体，“正”表示直链烃，“异”表示具有结构的异构体，“新”表示具有结构的异构体。

2．烷烃的系统命名

(1)选母体(选主链)：选取分子中最长的碳链为主链，按主链中碳原子数目称作“某烷”。

(2)编序号：选主链中离支链最近的一端为起点，用阿拉伯数字依次给主链上的各个碳原子编号定位，以确定支链在主链中的位置。

(3)写名称：

①将支链的名称写在主链名称的前面，在支链的名称前面用阿拉伯数字注明其在主链位置，并在数字与名称之间用短线隔开；

②如果主链上有相同的支链，可以将支链合并，用中文数字表示支链的个数；两个表示支链位置的阿拉伯数字之间用逗号隔开。

如的名称为2,3-二甲基己烷。

2. 烯烃、炔烃和其他衍生物的命名方法步骤

(1)选主链，定名称：将含官能团的最长碳链作为主链，称为“某烯”或“某炔”或“某醇”或“某醛”等。

(2)近官能团，定号位：从距离官能团最近的一端给主链上的碳原子依次编号定位。

(3)官能团，合并算：用阿拉伯数字标明官能团的位置（如是双键或三键，只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字）。用“二”、“三”等表示官能团的数目。如：

3. 环状化合物的命名

(1)以环作为母体，环的侧链作为取代基。

(2)若有多个取代基，可对环编号或用邻、间、对来表示。

(3)从官能团连接的碳原子开始编号。

例如：命名为环戊烷，命名为甲基环己烷，命名为邻二甲苯（1,2-二甲苯），命名为间二甲苯（1,3-二甲苯），命名为对苯二酚（1,4-苯二酚）