《有機化合物中的共價鍵同分異構(gòu)現(xiàn)象》自主預習一、有機化合物中的共價鍵1.共價鍵的類型。(1)σ鍵。①特點:原子軌道以“

頭碰頭

”的形式相互重疊形成。通過σ鍵連接的原子或原子團可以繞鍵軸

旋轉(zhuǎn)

而不會導致化學鍵的破壞。

②存在:一般情況下,有機化合物中的單鍵都是

σ鍵

。如甲烷分子中的

C—H

和乙烷分子中的

C—C

都是σ鍵。(2)π鍵。①特點:原子軌道以“

肩并肩

”的形式相互重疊而形成的共價鍵。π鍵不如σ鍵牢固,比較

容易斷裂

而發(fā)生化學反應。通過π鍵連接的原子或原子團

不能

繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。

②存在:雙鍵中含有1個

σ

鍵和1個

π

鍵,三鍵中含有

1個

σ鍵和

2個

π鍵。如乙炔(H—C≡C—H)中有2個C—Hσ鍵,C≡C中有1個σ鍵、2個π鍵。

微思考1有機化合物中共價鍵只能是典型的σ鍵和π鍵嗎?提示:不是。苯中不存在單鍵和雙鍵,而是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊的化學鍵,所以苯中不存在典型的σ鍵和π鍵,而是形成大π鍵。2.共價鍵的極性與有機反應。(1)鍵的極性與有機反應。不同成鍵原子的

電負性

不同,共用電子對會發(fā)生偏移。偏移的程度越大,共價鍵

極性

越強,在化學反應中越容易

斷裂

。有機化合物的

官能團

及其鄰近的化學鍵往往是發(fā)生化學反應的活性部位。

(2)實例:乙醇的化學鍵與化學性質(zhì)。①乙醇與金屬鈉反應的化學方程式為乙醇與金屬鈉反應時乙醇分子中斷裂的是

氫氧鍵

。乙醇與金屬鈉反應放出氫氣不如水與鈉反應劇烈的原因是乙醇分子中氫氧鍵的極性比水分子中氫氧鍵的極性

弱

。

②乙醇與濃氫溴酸反應的化學方程式為

乙醇與濃氫溴酸反應時乙醇分子中斷裂的是

碳氧鍵

。因為乙醇分子羥基中氧原子的

電負性

較大,所以乙醇分子中氫氧鍵和碳氧鍵的

極性

較強,容易斷裂。

二、有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象1.特點:同分異構(gòu)體的特點是分子式相同,結(jié)構(gòu)不同,性質(zhì)不同。2.類別。3.構(gòu)造異構(gòu)的類型。

微思考2生活或工作中可以用75%的乙醇(CH3CH2OH)作消毒劑。二甲醚又稱甲醚,常用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等,用途比較廣泛。乙醇與二甲醚互為同分異構(gòu)體。你能寫出二甲醚的結(jié)構(gòu)簡式嗎?它們屬于哪種異構(gòu)類型?提示:二甲醚的結(jié)構(gòu)簡式為CH3—O—CH3。它們屬于官能團異構(gòu)。預習檢測1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)甲烷的結(jié)構(gòu)式為,只含有σ鍵,空間構(gòu)型為正方形。(

)(2)金剛石、石墨和石墨烯互為同分異構(gòu)體。(

)(3)同分異構(gòu)體具有相同的組成元素。(

)(4)相對分子質(zhì)量相同的化合物互為同分異構(gòu)體。(

)(5)乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH2═CH2。一個分子中含有4個σ鍵和2個π鍵。(

)××√××(6)乙烯使溴水褪色說明乙烯分子的碳碳雙鍵中含有一個π鍵。(

)(7)乙醇可以看作是乙基(—CH2CH3)與羥基(—OH)相互結(jié)合形成的,故它的官能團是羥基或乙基。(

)(8)乙醇分子中的共價鍵全部是極性共價鍵。(

)√××√2.下列原子與氫原子形成的共價鍵中,極性最強的是(

)。A.F B.Cl

C.N

D.O答案:A3.下列關于σ鍵和π鍵的理解不正確的是(

)。A.含有π鍵的分子在進行化學反應時,分子中的π鍵比σ鍵活潑B.在有些分子中,共價鍵可能只含有π鍵而沒有σ鍵C.有些原子在與其他原子形成分子時只能形成σ鍵,不能形成π鍵D.當原子形成分子時,首先形成σ鍵,可能形成π鍵答案:B4.乙烯分子中含有碳碳雙鍵和碳氫單鍵,它們分別是(

)。A.C—H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵,C—C之間未參加雜化的2p軌道形成的是π鍵B.C—C之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵,C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵C.sp2雜化軌道都形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵D.sp2雜化軌道都形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵答案:C5.下列各對物質(zhì)中,屬于同分異構(gòu)體的是(

)。

答案:D一

有機化合物中的共價鍵重難歸納1.有機化合物中的σ鍵和π鍵。(1)從σ鍵的存在情況看,無論單鍵、雙鍵還是三鍵中一定有σ鍵。雙鍵或三鍵中還有π鍵。一般規(guī)律是共價單鍵是σ鍵;雙鍵由一個σ鍵和一個π鍵組成;三鍵由一個σ鍵和兩個π鍵組成。(2)一般s軌道與其他原子軌道形成的是σ鍵,p軌道之間可形成π鍵。2.σ鍵、π鍵的判斷方法。根據(jù)成鍵原子的價電子數(shù)來判斷能形成幾個共用電子對。如果只有一個共用電子對,則該共價鍵是σ鍵;如果形成多個共用電子對,則先形成一個σ鍵,另外的原子軌道形成π鍵。已知反應CH2═CH2+Br2→CH2Br—CH2Br。該反應涉及的三種物質(zhì)中,含有的化學鍵都是非極性共價鍵嗎?一個乙烯分子中含有多少個σ鍵和π鍵?提示:不是。乙烯分子中的碳氫鍵和CH2Br—CH2Br中的C—Br都是極性共價鍵。乙烯分子中,C—H是σ鍵,碳碳雙鍵中有1個σ鍵和1個π鍵,所以1個乙烯分子中含有5個σ鍵和1個π鍵。3.碳原子的sp3雜化。在有機化合物分子中碳原子都是以雜化軌道參與成鍵的,在烷烴分子中碳原子是以sp3雜化軌道成鍵的。雜化后形成四個能量相等的sp3軌道,四個sp3軌道對稱地分布在碳原子的四周,對稱軸之間的夾角為109°28',這樣可使價電子彼此盡可能離得最遠,相互間的斥力最小,有利于成鍵。如甲烷分子中的共價鍵;再如乙烯分子中的σ鍵和π鍵可以表示為典例剖析科學家最近在-100℃的低溫下合成了一種烴X,該分子的球棍模型如圖所示,下列說法中不正確的是(

)。A.該分子的分子式為C5H4B.該分子中每個碳原子均形成4個化學鍵C.該分子在一定條件下可與H2發(fā)生反應D.該分子中一定沒有π鍵答案:D解析:該物質(zhì)1個分子由5個碳原子和4個氫原子構(gòu)成,分子式為C5H4;該分子中間的C形成的是單鍵,剩余4個碳原子形成了碳碳雙鍵(),碳碳雙鍵中含有π鍵,每個碳原子均形成了4個化學鍵;碳碳雙鍵可與氫氣發(fā)生加成反應。特別提醒碳原子的結(jié)構(gòu)及成鍵特點。學以致用下列理解不正確的是(

)。A.σ鍵一般能單獨形成,而π鍵不能單獨形成B.σ鍵可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn),π鍵不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)C.碳碳雙鍵由一個σ鍵和一個π鍵組成,碳碳三鍵由一個σ鍵和兩個π鍵組成D.CH3—CH3、CH2═CH2、CH≡CH中σ鍵鍵能相等,π鍵鍵能也相等答案:D解析:三種分子中分別含C—C、C═C、C≡C,則碳碳鍵的鍵長、鍵能均不相同,故D項錯誤。二

烷烴等簡單有機化合物的同分異構(gòu)體的書寫重難歸納1.烷烴同分異構(gòu)體的書寫。烷烴只存在碳架異構(gòu),書寫烷烴同分異構(gòu)體時一般采用“減碳對稱法”,具體步驟為:實例解析:以C7H16為例(為了簡便,在所寫結(jié)構(gòu)式中省略了氫原子):(1)將分子中全部碳原子連成直鏈作為母鏈。C—C—C—C—C—C—C(2)從母鏈的一端取下一個碳原子,依次連接在母鏈中心對稱線一側(cè)的各個碳原子上,即得到多個帶有甲基、主鏈比母鏈少一個碳原子的異構(gòu)體骨架。注意:防止支鏈重新變?yōu)橹麈溕系奶荚印?3)從母鏈的一端取下兩個碳原子,使這兩個碳原子相連(整連)或分開(散連),依次連在母鏈所剩下的各個碳原子上,得到多個帶一個乙基或帶兩個甲基、主鏈比母鏈少兩個碳原子的異構(gòu)體骨架。(4)從母鏈的一端取下三個碳原子,得到一個帶有三個甲基、主鏈比母鏈少三個碳原子的異構(gòu)體骨架。(5)所以C7H16的同分異構(gòu)體有九種。2.官能團的位置異構(gòu)的書寫——先鏈后位:含有官能團的同分異構(gòu)體的書寫順序一般為碳架異構(gòu)→位置異構(gòu)→官能團異構(gòu)。以C5H10為例,寫出烯烴范圍內(nèi)的同分異構(gòu)體。書寫方法:先寫出可能的碳鏈方式(只寫碳骨架),再加上含有的官能團位置。(1)碳架異構(gòu):(2)位置異構(gòu):用箭頭表示雙鍵的位置,即

整理后得C5H10烯烴范圍內(nèi)的同分異構(gòu)體有CH3CH2CH2CH═CH2、CH3CH2CH═CHCH3、3.等效氫法的規(guī)則和應用。(1)等效氫的判斷規(guī)則。①同一甲基上的氫原子是等效的。②同一碳原子上所連甲基上的氫原子是等效的。如新戊烷()的4個甲基是等效的,所有的氫原子都是等效的。③處于對稱位置上的氫原子是等效的。如

的6個甲基是等效的,18個氫原子都是等效的。(2)應用。判斷一鹵代物的同分異構(gòu)體的數(shù)目。若某烴中有幾種氫原子,則其一鹵代物就有幾種。判斷幾種常見烴基的種類(見下表)。烴基種類甲基(—CH3)1乙基(—C2H5)1丙基(—C3H7)2丁基(—C4H9)44.同分異構(gòu)體數(shù)目的其他判斷方法。(1)基元法。(2)替代法。如二氯苯(C6H4Cl2)有3種同分異構(gòu)體,則四氯苯(C6H2Cl4)也有3種同分異構(gòu)體。1.結(jié)合官能團位置異構(gòu)的書寫思路,請你判斷分子式為C5H12O的屬于醇的同分異構(gòu)體有多少種。提示:8種。書寫分子式為C5H12O的醇的同分異構(gòu)體,如圖(圖中數(shù)字即為—OH接入后的位置,即這樣的醇合計為8種):2.丙基結(jié)構(gòu)有兩種,那么丙烯的結(jié)構(gòu)也有兩種嗎?提示:只有一種。典例剖析【例1】

分子式為C5H11Cl的同分異構(gòu)體共有(不考慮立體異構(gòu))(

)。A.6種 B.7種

C.8種 D.9種答案:C解析:先寫出C5H12碳架異構(gòu)有3種,再用等效氫原子法,即可求出C5H11Cl的同分異構(gòu)體數(shù)目。①中—Cl可取代的氫原子有1、2、3,共3種同分異構(gòu)體;②中左右不對稱,—Cl可取代的氫原子有4、5、6、7,共4種同分異構(gòu)體;③只有1種氫原子,故只有1種同分異構(gòu)體,所以C5H11Cl的同分異構(gòu)體共有8種。方法歸納烷烴同分異構(gòu)體的寫法可概括為“兩注意、三原則、四順序”?！纠?】

下列關于同分異構(gòu)體中異構(gòu)方式的說法,不正確的是(

)。A.CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2屬于碳架異構(gòu)B.CH3C≡CCH3和CH2═CHCH═CH2屬于官能團異構(gòu)C.CH2═C(CH3)2和CH3CH═CHCH3屬于官能團異構(gòu)答案:C解析:A項,CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2碳的骨架不同,前者沒有支鏈,后者有支鏈,屬于碳架異構(gòu);B項,兩物質(zhì)官能團不同,屬于官能團異構(gòu);C項,CH2═C(CH3)2和CH3CH═CHCH3的官能團相同,屬于碳架異構(gòu)、位置異構(gòu);

D項,—CH3與—OH在苯環(huán)上的位置不同,屬于位置異構(gòu)。學以致用1.下列各組物質(zhì)中,屬于同分異構(gòu)體的是(

)。C.H3C—CH2—CH2—COOH和H3C—CH2—CH2—CH2—COOHD.H3C—CH2—O—CH2—CH3和B解析:碳原子數(shù)不同,結(jié)構(gòu)相似,因此這兩種烴不屬于同分異構(gòu)體,屬于同系物,故A項錯誤;兩種有機化合物分子式為C2H5NO2,結(jié)構(gòu)不同,因此互為同分異構(gòu)體,故B項正確;碳原子數(shù)不同,結(jié)構(gòu)相似,不互為同分異構(gòu)體,應是同系物,故C項錯誤;分子式不同,前者為C4H10O,后者為C4H10,不屬于同分異構(gòu)體,故D項錯誤。2.某烴的一種同分異構(gòu)體只能生成一種一氯代物,該烴的分子式可以是(

)。A.C3H8

B.C4H10

C.C5H12

D.C6H14答案:C解析:烴的一氯代物只有一種,H原子分布必須完全對稱。1.下列分子式及結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)簡式中,從成鍵情況看不合理的是(

)。答案:B解析:根據(jù)原子結(jié)構(gòu)特點,C、Si能形成4個共價鍵,N能形成3個共價鍵,而O、S能形成2個共價鍵,Cl能形成1個共價鍵,故B項中物質(zhì)C、Si成鍵不合理。2.下列物質(zhì)一定表示一種純凈物的是(

)。A.CHCl3

B.C4H10C.

CH2—CH2

D.C5H12答案:A解析:CHCl3只能是三氯甲烷,是純凈物,A項正確;C4H10可能是正丁烷,也可能是異丁烷,B項錯誤;

CH2—CH2

是高分子化合物,屬于混合物,C項錯誤;C5H12可以是正戊烷、異戊烷和新戊烷,不一定是純凈物,D項錯誤。3.下列說法正確的是(

)。A.π鍵是由兩個p軌道“頭碰頭”重疊形成的B.σ鍵就是單鍵,π鍵就是雙鍵C.乙烷分子中的鍵全為σ鍵,而乙烯分子中含σ鍵和π鍵D.H2分子中含σ鍵,而Cl2分子中含π鍵答案:C解析:π鍵是由兩個p軌道“肩并肩”重疊形成的,A項錯誤;σ鍵就是單鍵,雙鍵由一個σ鍵和一個π鍵形成,B項錯誤;乙烷分子中的鍵全為σ鍵,而乙烯分子中含有單鍵和雙鍵,因此含σ鍵和π鍵,C項正確;H2分子、Cl2分子中均含σ鍵,都不含π鍵,D項錯誤。4.下列選項中的物質(zhì)屬于官能團異構(gòu)的是(

)。A.CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2B.CH2═C(CH3)2和CH3CH═CHCH3C.CH3CH2OH和CH3OCH3D.CH3CH2CH2COOH和(CH3)2CHCOOH答案:C解析:有機化合物分子式相同,但具有不同官能團的同分異構(gòu)體屬于官能團異構(gòu)。A項,兩種物質(zhì)屬于碳架異構(gòu);B項,兩種屬于官能團異構(gòu);D項,兩種物質(zhì)的官能團均為—COOH,屬于碳架異構(gòu)。5.下列烷烴中,進行一氯取代后,只能生成三種沸點不同的有機化合物的是(

)。A.(CH3)2CHCH2CH2CH3 B.(CH3CH2)2CHCH3C.(CH3)2CHCH(CH3)2 D.(CH3)3CCH2CH3答案:D解析:生成三種沸點不同的有機化合物,說明此烷烴一氯取代后生成三種同分異構(gòu)體,可根據(jù)選項物質(zhì)中等效氫原子種數(shù)進行判斷。A項為5種,B項為4種,C項為2種,D項為3種,故D項正確。6.按要求回答下列問題:(1)乙酸乙酯的鍵線式為

;的分子式為

。

(2)戊烷(C5H12)的某種同分異構(gòu)體只有一種一氯代物,該烴的結(jié)構(gòu)簡式為

。

(3)分子式為C4H9Cl的物質(zhì),有4種同分異構(gòu)體,請寫出這4種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式:

,

,

,

。

解析:(2)戊烷有3種同分異構(gòu)體,其中

的一氯代物只有一種。探究一有機化合物分子結(jié)構(gòu)的表示方法【問題探究】

提示

不正確。乙烯的結(jié)構(gòu)簡式為CH2=CH2,不是CH2CH2。結(jié)構(gòu)簡式與結(jié)構(gòu)式相比較,結(jié)構(gòu)簡式可以將表示單鍵的“—”省略,但是不能將表示碳碳雙鍵的“=”或表示碳碳三鍵的“≡”省略。提示

可以。寫結(jié)構(gòu)簡式時,同一碳原子上的相同原子或原子團可以合并書寫,直接相鄰且相同的原子團也可以合并書寫。3.如圖表示頁巖氣中某些烴類的結(jié)構(gòu)模型:甲、乙兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式分別是什么?有機化合物甲與乙互為什么關系?提示

根據(jù)有機化合物甲的球棍模型,可知其結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2CH2CH3,其化學名稱為正丁烷。根據(jù)有機化合物乙的空間充填模型,可知其結(jié)構(gòu)簡式為

。有機化合物甲和乙的分子式相同而結(jié)構(gòu)不同,所以二者互為同分異構(gòu)體?！旧罨卣埂?.表示有機化合物結(jié)構(gòu)的五種式子名稱含義或表示方法示例分子式用元素符號表示物質(zhì)分子組成的式子,可反映出一個分子中原子的種類和數(shù)目C2H4、C2H6實驗式(最簡式)用元素符號表示化合物分子中各元素原子最簡整數(shù)比的式子乙烯的實驗式是CH2結(jié)構(gòu)式用短線“—”來表示一對共用電子對,用“—”(單鍵)、“=”(雙鍵)或“≡”(三鍵)將原子連接起來形成的式子

2.表示有機化合物結(jié)構(gòu)的兩種模型

易錯警示

結(jié)構(gòu)簡式不能表示有機化合物的真實空間結(jié)構(gòu),如從結(jié)構(gòu)簡式看,CH3CH2CH2CH3中的碳鏈是直線形的,而實際上是鋸齒形的?！舅啬軕谩康淅?下列有機化合物的結(jié)構(gòu)表示不正確的是(

)答案

A【變式設問】(1)乙醇分子還有一種同分異構(gòu)體,試寫出該異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式。提示

CH3OCH3。(2)寫出葡萄糖分子的結(jié)構(gòu)簡式和分子中所含有的官能團名稱。提示

CH2OH(CHOH)4CHO,官能團有醛基和羥基。變式訓練1有機化合物的表示方法多種多樣,下面是常用的幾種表示方法:(1)上述表示方法中,屬于結(jié)構(gòu)式的為

(填序號,下同),屬于鍵線式的為

,屬于空間充填模型的為

,屬于球棍模型的為

。

(2)寫出⑨的分子式:

。

(3)寫出⑩中官能團的結(jié)構(gòu)簡式:

、

。

(4)②的分子式為

,最簡式為

。

答案

(1)⑩

②⑥⑨

⑤

⑧(2)C11H18O2

(3)—OH

—CHO

(4)C6H12

CH2解析

②⑥⑨是鍵線式,所有拐點和端點都各表示一個碳原子,碳原子不滿足四個價鍵的由氫原子補足;⑤是CH4的空間充填模型;⑧是正戊烷的球棍模型;⑩是葡萄糖的結(jié)構(gòu)式,其官能團有—OH和—CHO;②的分子式為C6H12,所以最簡式為CH2。規(guī)律方法

判斷化學用語正誤的“三步法”探究二同分異構(gòu)體的書寫與數(shù)目的判斷【問題探究】

提示

5種。該物質(zhì)高度對稱,其對稱中心為下圖兩直線交點。

2.分子式為C5H10的烴中,能使溴水褪色的物質(zhì)有幾種?提示

5種。分子式為C5H10的烴中,能使溴水褪色的屬于烯烴,存在碳架異構(gòu)和碳碳雙鍵位置異構(gòu)。主鏈含5個碳原子時有2種結(jié)構(gòu),主鏈含4個碳原子時有3種結(jié)構(gòu),共5種同分異構(gòu)體。3.立方烷(C8H8)為人工合成的烴,又稱為五環(huán)辛烷,外觀為有光澤的晶體。結(jié)構(gòu)上八個碳原子對稱地排列在立方體的八個角上。(1)立方烷的一氯代物有幾種?提示

1種。立方烷分子中只有一種氫原子。(2)立方烷的二氯代物有幾種?提示

3種。分別是同一條棱、面對角線、體對角線上的兩個氫原子被氯原子代替,所以二氯代物有3種。(3)立方烷的六氯代物有幾種?提示

3種。1個立方烷分子有8個氫原子,依據(jù)(2)得知其中2個氫原子被氯原子取代形成的二氯代物有3種,則六氯代物也有3種?！旧罨卣埂?.基元法2.換元法

3.等效氫法

分子中所處化學環(huán)境相同的氫原子4.結(jié)合法例如:苯環(huán)上兩個支鏈的位置