2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第11章第1节　有机物的结构、分类与命名

第1节　有机物的结构、分类与命名

有机物的分类与基本结构

1．有机物的分类

(1)根据官能团分类

有机化合物

(2)根据碳骨架分类

(3)根据官能团分类

①烃的衍生物：烃分子里的氢原子被有关原子或原子团取代后的产物。

②官能团：有机化合物分子中，比较活泼、容易发生反应并反映着某类有机化合物共同特性的原子或原子团。

③有机物的主要类别、官能团和典型代表物

2.有机物的基本结构

(1)有机化合物中碳原子的成键特点

→

|

→

|

→

(2)有机物的同分异构现象

a．同分异构现象：化合物具有相同的分子式，但结构不同，因而产生了性质上的差异的现象。

b．同分异构体：具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。

(3)同系物

◎命题点1　有机物的分类

1．(2019·成都模拟)下列对有机化合物的分类结果正确的是(　　)

D　[烷、烯、炔都属于脂肪烃，而苯、环己烷、环戊烷都属于环烃，而苯属于环烃中的芳香烃。环戊烷、环丁烷及乙基环己烷均属于环烃中的环烷烃。]

2．下列物质的类别与所含官能团都正确的是(　　)

A．①②③④⑤　  B．②③④  C．②④⑤  D．仅②④

C　[①为醇类，③为酯类。]

3．有机物中官能团的识别

(1) 中含氧官能团名称是________。

(2)中含氧官能团的名称是________。

(3)HCCl3的类别是________，中的官能团是________。

(4) 中显酸性的官能团是______(填名称)。

(5) 中含有的官能团名称是________。

(6)中含有的官能团名称是______。

[答案]　(1)(醇)羟基　(2)(酚)羟基、酯基　(3)卤代烃　醛基　(4)羧基　(5)碳碳双键、酯基、羰基　(6)碳碳双键、羟基、羰基、羧基

◎命题点2　同系物、同分异构体的判断

4．(2019·松原模拟)下列物质一定属于同系物的是(　　)

①　②

③　④C2H4

⑤CH2===CH—CH===CH2　⑥C3H6

A．⑦⑧　　 B．⑤⑦    C．①②③    D．④⑥⑧

B　[A项，官能团个数不同，不相差一个或若干个CH2原子团；C项，结构不相似，不相差一个或若干个CH2原子团；D项，⑥可能为环烷烃，不一定与④⑧互为同系物。]

5．(2019·唐山模拟)烃 (甲)、(乙)、(丙)，下列说法正确的是(　　)

A．甲、乙均为芳香烃

B．甲、乙、丙互为同分异构体

C．甲与甲苯互为同系物

D．甲、乙、丙中甲、乙的所有原子可能处于同一平面

B　[乙不含苯环，不是芳香烃，A错误；甲、乙、丙的分子式均为C8H8，互为同分异构体，B正确；甲为烯烃含，甲苯中不含，二者结构不相似，C错误；乙中含有饱和碳原子，所有原子不可能共面，D错误。]

有机物的命名

1．烷烃的习惯命名法

2．烷烃系统命名三步骤

(1)—

(2)—

(3)—

如命名为2,3,4,5­四甲基­3­乙基己烷。

3．含官能团的链状有机物命名

(1)选主链——选择含有官能团在内(或连接官能团)的最长的碳链为主链。

(2)编序号——从距离官能团最近的一端开始编号。

(3)写名称——把取代基、官能团和支链位置用阿拉伯数字标明，写出有机物的名称。

如：①　命名为4­甲基­1­戊炔。

②　命名为3­甲基­3­_戊醇。

4．苯的同系物的命名

(1)以苯环作为母体，其他基团作为取代基。如果苯分子中两个氢原子被两个甲基取代后生成二甲苯，有三种同分异构体，可分别用邻、间、对表示。

(2)系统命名时，将某个最简侧链所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给其基团编号即侧链编号之和最小原则。如

5．酯的命名

合成酯时需要羧酸和醇发生酯化反应，命名酯时“先读酸的名称，再读醇的名称，后将‘醇’改‘酯’即可”。如：可命名为异丁酸乙酯或2­甲基丙酸乙酯。

◎命题点　有机物的命名和根据名称写结构简式

1．下列有机物的命名错误的是(　　)

①1,2,4­三甲苯　 　　②3­甲基戊烯

③2­甲基­1­丙醇　　　④1,3­二溴丙烷

A．①②　 B．②③  C．①④  D．③④

B　[根据有机物的命名原则判断②的名称应为3­甲基­1­戊烯，③的名称应为2­丁醇。]

2．用系统命名法命名下列有机物。

(1) ，命名为________________；

(2)，命名为________________；

(3) ，命名为________________；

(4) ，命名为____________；

(5) ，命名为_____________________。

[答案]　(1)3,3,4三甲基己烷

(2)5,5二甲基3乙基1己炔

(3)2乙基1,3丁二烯

(4)3,3­二甲基丁酸甲酯

(5)2,4二甲基3,4己二醇

3．写出下列各种有机物的结构简式和名称。

(1)2,3­二甲基­4­乙基己烷：_____________________________。

(2)支链只有一个乙基且式量最小的烷烃：_________________，名称为________。

(3)核磁共振氢谱只有一个峰的烃C8H18的结构简式为________________，名称为________。

[答案]　

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)蒸馏和重结晶

(2)萃取分液

①常用的萃取剂：苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。

②液­液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。

③固­液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。

提醒：常见有机物的几种分离提纯方法

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。

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，再制备它的衍生物进一步确认。

(2)物理方法

①红外光谱

分子中的化学键或官能团可对红外线发生振动吸收，不同的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。

②核磁共振氢谱

(3)有机物分子不饱和度的确定

◎命题点1　常见有机物的分离提纯

1．(2019·专家原创)实验室可以用甲醇和叔丁醇为原料制备甲基叔丁基醚：(CH3)3COH＋CH3OH(CH3)3COCH3＋H2O。实验装置如图所示。

实验步骤：

在装有分馏柱、温度计的100 mL烧瓶中，加入45 mL 10%的H2SO4、10 mL(0.25 mol)甲醇和12 mL(0.125 mol)叔丁醇，混合均匀。投入几粒碎瓷片，加热至烧瓶中的温度达到75～80 ℃时，产物便慢慢被分馏出来。调整热源，控制分馏柱柱顶温度为(51±2) ℃，分馏，收集产物。分馏时间约为1小时，当顶端温度明显波动时停止加热。

将馏出物移入分液漏斗中，用水多次洗涤，每次3 mL水，直到醚层清澈透明。分出醚层，用少量无水碳酸钠干燥，滤去固体，将醚转移到干燥的回流装置中，加入0.2～0.4 g 金属钠，加热回流20分钟后，改成蒸馏装置，蒸馏收集54～56 ℃的馏分。称重、计算产率。

参考数据如下表：

注：甲基叔丁基醚与水形成的共沸物的沸点约为51 ℃。

回答下列问题：

(1)制备过程中加入碎瓷片的作用为________________，硫酸的作用为________________。

(2)图中E的位置应安装下列仪器中的________(填“A”“B”或“C”)，该仪器的名称为________。

A　　　　　　B　　　　　　C

(3)本实验中，分馏柱的使用可以达到___________________的目的，而馏出物水洗后，可用____________操作将醚水混合物分离。

(4)本实验中先用无水碳酸钠干燥，再加入金属钠回流的目的是

___________________________________________________________。

(5)若称重后得到产品9.35 g，则此次实验的产率为________%。

(6)本实验中使用的硫酸若改为70%的浓硫酸，则产率会________(填“降低”或“升高”)，原因可能是_______________。

[解析]　(1)制备过程中加入碎瓷片的作用是防暴沸，硫酸在甲基叔丁基醚的制备中作催化剂。(2)结合实验步骤知，图中E位置的仪器起冷凝的作用，应用直形冷凝管。(3)本实验中，分馏柱的作用是提高产品的纯度，同时使反应物冷凝回流，提高转化率。馏出物水洗后，用分液的方法将醚水混合物分离。(5)实验的产率＝×100%＝×100%＝85%。(6)本实验中用10%的硫酸作催化剂，若改为70%的浓硫酸，则叔丁醇在浓硫酸作用下会发生消去反应，甲醇也会被浓硫酸氧化，这些副反应都会使产率降低。

[答案]　(1)防暴沸　催化剂　(2)A　直形冷凝管　(3)提高产品的纯度，同时使反应物冷凝回流，提高转化率　分液　(4)逐级干燥，深度除水，同时避免金属钠与水反应过于剧烈引燃产物　(5)85　(6)降低　发生叔丁醇消去或者甲醇氧化等副反应，损耗原料

◎命题点2　有机物分子式和结构式的确定

2．下列说法中正确的是(　　)

A．在核磁共振氢谱中有5个吸收峰

B．红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目

C．质谱法不能用于相对分子质量的测定

D．核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构

[答案]　D

3．下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为2∶1的有(　　)

A．乙酸甲酯　　　　　 B．对苯二酚

C．2­甲基丙烷 D．对二甲苯

B　[A.乙酸甲酯(CH3COOCH3)中含有2种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为1∶1，错误；B.对苯二酚中含有2种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为2∶1，正确；C.2­甲基丙烷含有2种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为9∶1，错误；D.对二甲苯含有2种氢原子，核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为3∶2，错误。]

4．有机物A只含有C、H、O三种元素，常用作有机合成的中间体。16.8 g该有机物燃烧生成44.0 g CO2和14.4 g H2O；质谱图表明其相对分子质量为84，红外光谱分析表明A分子中含有—OH键和位于分子端的—C≡C—键，核磁共振氢谱上有三个峰，峰面积之比为6∶1∶1。

(1)A的分子式是________。

(2)A的结构简式是_____________________________。

[解析]　(1)n(有机物)＝＝0.2 mol，

n(C)＝＝1 mol，n(H)＝×2＝1.6 mol，

n(O)＝＝0.2 mol。

又因为其相对分子质量为84，故A的分子式为C5H8O。

(2)分子中含—OH、—C≡CH，且含三种氢原子的个数比为6∶1∶1，故结构简式为。

[答案]　(1)C5H8O　(2)

同分异构体的书写与数目的确定

——证据推理与模型认知

同分异构体的书写或数目的确定，在选做大题中，每年必考。题型主要是限定条件下的异构体的书写或数目的确定。此类题难度较大，易失分。复习时要强化各类条件下的练习，并及时归纳方法。体现了“证据推理与模型认知”的核心素养。

1．同分异构体的书写

(1)同分异构体的分类与书写顺序

(2)几种异类异构体

①CnH2n(n≥3)：烯烃和环烷烃。

②CnH2n－2(n≥4)：二烯烃和炔烃。

③CnH2n＋2O(n≥2)：饱和一元醇和饱和一元醚。

④CnH2nO(n≥3)：饱和一元醛、烯醇和环氧烷、饱和一元酮。

⑤CnH2nO2(n≥2)：饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。

⑥CnH2n＋1O2N(n≥2)：氨基酸、硝基烷。

(3)芳香化合物异构体书写

①若苯环上连有2个取代基，其结构有邻、间、对3种。

②若苯环上连有3个相同的取代基，其结构有3种。

③若苯环上连有—X、—X、—Y 3个取代基，其结构有6种。

④若苯环上连有—X、—Y、—Z 3个不同的取代基，其结构有10种。

2．同分异构体数目的确定

(1)一元取代产物数目的判断

①等效氢原子法：连在同一碳原子上的氢原子等效；连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效；处于对称位置的氢原子等效。

如：的一氯代烷有3种。

②烷基种数法：烷基有几种，一元取代产物就有几种。如：—CH3、—C2H5各有一种，—C3H7有两种，—C4H9有四种。

如：C4H10O的醇有4种，C5H10O2的羧酸有4种。

(2)替代法：如二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种(将Cl替代H)。

(3)二元取代或多元取代产物数目的判断

定一移一或定二移一法：对于二元取代物同分异构体数目的判断，可固定一个取代基的位置，再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。

如：的二氯代物有12种。

(4)叠加相乘法

先考虑取代基的种数，后考虑位置异构的种数，相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时，各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。

如：的苯环上氢原子被—C4H9取代所形成的结构有12种。

(5)组合法

A—(m种)与B—(n种)连接形成A—B结构有m×n种

如：C5H10O2的酯：HCOO—与C4H9—形成的酯有1×4＝4种；CH3COO—与C3H7—形成的酯有1×2＝2种；

C2H5COO—与C2H5—形成的酯有1×1＝1种；

C3H7COO—与CH3—形成的酯有2×1＝2种， 共9种。

[典例导航]

(2018·全国卷Ⅲ，节选)已知D(C6H8O2)结构简式为CH≡C—CH2COOC2H5，X与D互为同分异构体，且具有完全相同的官能团。X的核磁共振氢谱显示三种不同化学环境的氢，其峰面积之比为3∶3∶2。写出3种符合上述条件的X的结构简式

___________________________________________________________。

[思路点拨]　X分子中有2个—CH3,1个,1个—C≡C—，1个—CH2—⇒符合条件的X的结构简式为、、、、、。

[答案]　

1．已知G的结构简式为，同时满足下列条件的G的同分异构体数目为________种(不考虑立体异构)，写出其中的一种结构简式________________。

①核磁共振氢谱为3组峰；

②能使溴的四氯化碳溶液退色；

③1 mol该同分异构体与足量饱和NaHCO3溶液反应产生88 g气体。

[解析]　①说明满足条件的同分异构体的结构具有高度对称性；②说明含有碳碳双键；③说明分子结构中含有2个羧基，则满足条件的G的所有同分异构体为和

。

[答案]　2　、

(任写一种)

2．C9H10O2的有机物有多种同分异构体，满足下列条件的同分异构体有________种，写出其中任意一种同分异构体的结构简式：________________________。

①含有苯环且苯环上只有一个取代基；

②分子结构中含有甲基；

③能发生水解反应。

[答案]　5　、、、、 (写出一种即可)

3．对于分子式为C4H8O2的有机物：

(1)属于酯类的有________种；

(2)属于羧酸类的有________种；

(3)既含有羟基又含有醛基的有________种。

[答案]　(1)4　(2)2　(3)5

4．根据要求完成以下反应。

(1)写出符合下列条件的的所有同分异构体的结构简式：___________________________________________________________。

a．苯环上只有两个取代基且互为邻位

b．既能发生银镜反应又能发生水解反应

(2)芳香化合物F是C()的同分异构体，其分子中只有两种不同化学环境的氢原子，数目比为3∶1，写出其中3种的结构简式：________________。

[解析]　(1) 同分异构体中，苯环上只含两个取代基且互为邻位，能发生银镜反应和水解反应的是、。

(2)芳香化合物F是C()的同分异构体，F需满足条件：ⅰ.与C具有相同的分子构成，含有1个苯环和2个氯原子；ⅱ.分子中只有两种不同化学环境的氢原子，且数目比为3∶1，说明分子结构存在对称性，分子中含有2个—CH3，考虑苯环上取代基的结构及相对位置关系，符合条件的F的结构简式有、、等。

[答案]　(1)

(2)

(任选三种)

1．(2018·全国卷Ⅱ，节选)F是B()的同分异构体。7.30 g的F与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2.24 L二氧化碳(标准状况)，F的可能结构共有________种(不考虑立体异构)；其中核磁共振氢谱为三组峰，峰面积比为3∶1∶1 的结构简式为_________。

[解析]　由B的键线式可得B的分子式为C6H10O4，即F的分子式也为C6H10O4，其摩尔质量为146 g·mol－1，7.30 g F的物质的量为＝0.05 mol，结合0.05 mol F与饱和NaHCO3溶液反应生成2.24 L(0.1 mol)CO2可知1 mol F中含2 mol —COOH，则F的结构中，主链上含有4个碳原子时有6种情况，即 (数字表示另一个—COOH的位置，下同)和；主链含3个碳原子时有3种情况，即，则符合条件的F有9种可能结构。其中核磁共振氢谱中吸收峰的峰面积之比为3∶1∶1的结构简式为。

[答案]　9　

2．(2017·全国卷Ⅱ，节选)L是D()的同分异构体，可与FeCl3溶液发生显色反应，1 mol的L可与2 mol的Na2CO3反应，L共有________种；其中核磁共振氢谱为四组峰，峰面积比为3∶2∶2∶1的结构简式为____________、____________。

[解析]　L可与FeCl3溶液发生显色反应，说明L的结构中含有酚羟基；1 mol L可与2 mol Na2CO3反应，说明L含有2个酚羟基，另外苯环上还有一个甲基，由“定二移一”法可知，L共有6种结构；满足峰面积比为3∶2∶2∶1的结构简式为。

[答案]　6　

3．(2016·全国卷Ⅱ，节选)氰基丙烯酸酯在碱性条件下能快速聚合为，从而具有胶黏性。某种氰基丙烯酸酯(G)的合成路线如下：

已知：

①A的相对分子质量为58，氧元素质量分数为0.276，核磁共振氢谱显示为单峰

回答下列问题：

B的结构简式为________，其核磁共振氢谱显示为______组峰，峰面积比为________。

[解析]　N(O)＝≈1，A的分子式应为C3H6O，又因为核磁共振氢谱显示为单峰，可知A的结构式为，故B为。

[答案]　 　2　6∶1(或1∶6)