选修《有机化学基础》 专题1 认识有机化学 第一单元 有机化学的发展与应用 学习目标 1．了解有机化学的发展简史，知道人类对客观事物的认识是循序渐进、螺旋上升的过程。 2．知道如何确定有机化合物的最简式，了解元素分析仪的工作原理。 3．了解李比希提出的基团理论，体会其对有机化合物结构研究的影响。 4．能用1H核磁共振波谱图分析简单的同分异构体，知道核磁共振波谱法、红外光谱法、质谱法和紫外光谱法等用来研究有机化合物结构的方法。 5．认识反应机理在有机化学反应研究中的重要性，能用同位素示踪法解释简单的化学反应。 【阅读思考】 经过初中化学和高中化学基础模块的学习之后，相信大家对于有机化学已经不再陌生了。有一个问题不知道同学们想过没有，化学家最初把化合物区分为有机化合物和无机化合物，是从它们来源的不同出发的。18世纪初，瑞典化学家贝采利乌斯提出有机化学概念。曾经认为，有机化合物只能来自有生命的动植物(这种看法被称为“生命力论”)。1828年，德国化学家维勒偶然发现由典型的无机化合物氰酸铵(NH4CNO)通过加热可以直接转变为动物排泄物－尿素(NH2CONH2)的实验事实，促使人们把原来按照“生命力论”对化合物进行分类的方法，改变为按照元素组成为基础的分类方法。既然如此，在元素周期表的百余种元素中，为什么只有碳元素会独领风骚，它的化合物和其他元素的化合物在化学中“平分天下”独成一类呢? 也许有同学会从有机化合物数目多、用途广泛来解释这个问题。这种分类方法存在着很大的随意性和不确定性，在科学上很少用作分类的依据。化学是一门主要从组成、结构、性质和变化的角度来研究物质的科学，化合物之所以被区分为无机化合物和有机化合物，只有从这个角度来理解才是合理的。也只有这样，我们才能学好有机化学。 在元素大家族中，碳是一个非常奇特的元素。在无机化合物中，它有着像金刚石、石墨和富勒烯(如C60)这样性质和结构截然不同的单质，这种情况在周期表的其他元素中是很少见的。在生命领域中，有机物不仅数量多，而且在生命过程中起着关键作用。此外在人工合成的新化合物中(2004年的化合物总数已经超过2 000万种)，有机化合物所占比例更是远远地超过了无机化合物。对于有机物和无机物之间的这种差别，只有从化学的角度，并通过与我们比较熟悉的无机化合物的对比，才能够对此有一个比较清晰的认识。什么是化学的角度?那就是依据近代原子分子结构和化学键理论，从组成、结构、性质和变化来研究和认识物质的角度。此外，虽然研究化学物质和现象的理论方法已经取得很大的进步(有多项诺贝尔化学奖与此有关)，但是以实验为主并要求实证，仍然是研究和学习化学的最重要的方法。近年来，有机化学研究中理论方法和实验方法相结合所取得的成绩非常突出。例如，有机化学家可以根据需求设计药物分子及功能材料等。这与碳元素的成键特性比较简单，以及人们对于有机分子结构与功能的关系有了比较深刻的认识有一定的关系。 最简单的分子设计，可以通过选取某个碳链和碳环作为基体，然后把碳链或碳环上原来由氢原子所占据的位置，换成具有所期望的某种性质的官能团的方法来实现。在这里官能团就像积木中的“功能”模块一样。这种思路可以用于新分子合成路线的拟定。合成出来的分子的组成、相对分子质量和分子结构，可以很方便地利用现代分析仪器及技术迅速地加以测定。对于一些组成比较简单、有官能团特征性检出反应的分子，化学分析方法仍然是一种常用的方法。例如，利用溴的四氯化碳溶液或KMnO4酸性溶液的褪色反应检验分子中是否存在不饱和键；利用醛基的还原性反应来测定尿样中是否含有葡萄糖等。 合成有机高分子化合物的发明，开创了一个以组成和结构都非常简单的有机化合物为原料，制备性能相仿，甚至超过天然纤维、橡胶和其他材料的新时代，而且已经发展成为巨大的石油化工工业。高分子材料的改性可以在原料阶段进行，也可以在生成高分子的同时进行，还可以在生成高分子化合物之后再进行修饰。从而使得高分子材料可以具有一般有机化合物所没有的性能。例如，导电高分子、高吸水性树脂、能够发射激光的高分子、具有生物活性的高分子、能够抗辐射的高分子和具有形状记忆功能的高分子等。 当你学习了“有机化学基础”之后，就能体会到，神奇出自平凡，创新源自思考和需求，化学的魅力也就在其中。 1．可以从不同角度对物质进行分类研究，一般从什么角度对物质进行分类研究？为什么？ ________________________________________________________________________________________________ 2．为什么把化合物是否含碳把所有物质分为有机物和无机物的标志？ ________________________________________________________________________________________________ 3．请设计具有下列性质的分子且具有最小的相对分子质量：①能发生银镜反应；②1 mol 该物质能与2 mol H2发生加成反应；③能与乙酸发生酯化反应。 _______________________________________________________________________________________________ 【课堂练习】 1．人们一向将碳的氧化物、碳酸盐看作无机物的原因是 A．都是碳的简单化合物 B．不是从“有机体”中提取的 C．不是共价化合物 D．不具有有机物的结构特点 2．下列物质作为单体能发生缩聚反应，生成高分子化合物的是 A．乙烯 B．乙醇 C．葡萄糖 D．氨基酸 3．历史上最早应用的还原性染料是靛蓝，其结构简式如下图所示。下列关于靛蓝的叙述错误的是 A．靛蓝由碳、氢、氧、氮四种元素组成 B．它的分子式是C16H10N2O2 C．该物质是高分子化合物 D．它是不饱和的有机物 4．化学工作者从反应R－H＋Cl2(g)
R－Cl(l)＋HCl(g)(－R为烃基)受到启发，提出在农药和有机合成工业中可获得副产品盐酸，这一设想已成为现实，试指出分离上述反应产物所得盐酸可能用到的最佳方法是 A．蒸馏 B．升华 C．水洗分液法 D．有机溶剂萃取法 5．国际奥委会公布的违禁药物目前有138种。某种兴奋剂的结构如右图。关于它的说法中正确的是 A．从结构上看，它属于芳香烃 B．它的分子中所有的碳原子共平面 C．该物质的分子式为C14H22O2ClN D．1 mol该物质最多能与2 mol氢氧化钠反应 6．在防治禽流感疫情中大量使用的氯胺是一种长效缓释有机氯消毒剂，具有强氧化性，其杀菌能力是一般含氯消毒剂的4～5倍。下列有关氯胺(NH2C1)的说法中一定不正确的是 A．氯胺的电子式为
B．氯胺晶体属于分子晶体，氯化铵晶体属于离子晶体 C．氯胺水解产物为NH2OH(羟氨)和HCl D．氯胺的消毒原理与漂白粉相似 7．维生素C的结构简式如右式。有关它的叙述错误的是 A．是一个环状的酯类化合物 B．易起氧化及加成反应 C．可以溶解于水 D．在碱性溶液中能稳定地存在 8．在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静置分层后，如果不知道哪一层是水层。试设计一个简便的判断方法。 9．标准状况下1.68 L无色可燃气体在足量氧气中完全燃烧。若将产物通入足量澄清石灰水，得到的白色沉淀质量为15.0 g；若用足量碱石灰吸收燃烧产物，增重9.3 g。 (1)计算燃烧产物中水的质量。 - (2)若原气体是一种烃，通过计算推断它的分子式。 (3)若原气体是两种等物质的量的气体混合物，其中只有一种是烃，请写出它们的分子式(只要求写出一组)。 第二单元 科学家怎样研究有机物 【问题探究】 1．可以从不同角度对有机化合物进行研究，如对有机物组成的研究、结构的研究、性质的研究等。通过分离提纯得到纯净的有机物以后，如何用实验的方法测出有机物的实验式（最简式）？请阅读课本p.6信息提示，写出下面的化学方程式： (1)乙醇与灼热的氧化铜反应，生成CO2和H2O的化学方程式： ________________________________________________________________________________________________ (2)如何检出CH3CH2SH(乙硫醇)与金属钠熔融反应后生成的硫化钠？ ________________________________________________________________________________________________ 2．有机物的分类有两个主要角度，一是按碳链骨架分类，例如把有机物分为链状化合物和环状化合物；二是按官能团分类，这是最重要的分类方法，这种分类方法起始于德国化学家李比希创建的“基团”概念。请阅读p.7《化学史话》。 (1)请填写下面表格： 物质类别 官能团 代表物  烯烃    炔烃    卤代烃    醇    *酚    醚    醛    *酮    羧酸    酯     (2)指出下列有机物的名称和类别： 有机物 名 称 类 别  
   
   
   
   
    【知识介绍】 现代测定有机化合物的方法较多，通常有核磁共振(NMR)、红外光谱(IR)和质谱(MS)等。 1．质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。它用高能电子流轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。分子离子、碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在磁场的作用下到达监测器的时间将因质量的不同而先后到达，结果被记录为质谱图。 2．1H核磁共振谱(1H－NMR)——氢原子核具有磁性，如用电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中（分子结构中的不同地位）的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称为化学位移δ；而且吸收峰的强度与氢原子数成正比。因此，从核磁共振氢谱图上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目。例如CH4或CH3－CH3分子中只有一种氢原子，因而在核磁共振图谱中只出现一个吸收峰，CH3－CH2－CH3分子中有两种不同（地位）的氢原子，原子个数比3×2∶2＝3∶1，因而在核磁共振图谱中出现两个吸收峰，强度之比为3∶1。 【问题探究】 (1)思考课本p.8《观察与思考》提出的问题，并解决之。 (2)通过测定，某有机物分子式为C2H4O2，它的1H－NMR谱图中有2个吸收峰，强度比为3∶1，写出这种有机物可能的结构简式______________________________________________，若要进一步确定结构，你认为应该如何做？_______________________________________________________________________________________。若它的1H－NMR谱图中有3个吸收峰，强度比为2∶1∶1，则其名称是_________________________________。 3．在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，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。 有机物结构式确定的一般过程：
4．有机物的结构决定有机物在发生化学变化的时候的条件和历程，中学阶段主要关注有机反应的结果，很少知道反应是如何进行的。有机反应历程的研究对进一步认识物质结构与性质的关系以及合成新有机物有着很大的意义。 【知识介绍】 1．自由基的概念：含有未成对电子的原子或原子团，具有配对倾向，具有很高的反应活性，只能在反应过程中短时间存在。如Cl2在光照射时吸收光子离解成2个氯自由基(即氯原子·Cl)，尚未连接成分子的－CH3就是甲基自由基(·CH3)。 2．一些常见元素的某种同位素具有放射性，很容易被仪器检测到，并能测出其含量，例如14C、18O等。若反应物用这些同位素制成，就可以随时跟踪到这些元素，从而确定反应的机理。这种方法叫做“同位素示踪法”。用相同的原理还广泛地应用于生物学、医学、考古学等等许多领域。 【问题探究】 1．(1)请观察课本p.12图1－16，说说反应原理。写出CH3Cl生成CH2Cl2反应历程的化学方程式： __________________________________________________________________________________________ (2)在大气平流层中有臭氧层，臭氧层中建立了一种稳定的平衡状态： O3
O2＋·O，O3维持一定的浓度，阻止大部分紫外线达到地面。致冷剂氟里昂进入大气平流层，受紫外线的照射会释放出氯自由基。请试着解释氟里昂破坏臭氧层的机理：___________________________________________________________________ 2．(1)完成p.13《解决问题》。 (2)你知道绿色植物光合作用的机理吗？写出含18O示踪原子的物质光合作用的化学方程式： ____________________________________________________________________________________________ (3)用CH3COOH与CH3CH218OH进行酯化反应，18O在产物的CH3CO18OCH2CH3中，不在水分子中，说明__________________________________________________________。如果用CH3CO18OH与CH3CH2OH进行酯化反应，生成的酯和水中都含有18O，说明反应并不是一步进行的。**试解释反应机理____________________________ _______________________________________________________________________________________________。 【课堂练习】 1．下列物质中，不属于合成高分子有机物的是 A．保鲜膜 B．乙酸乙酯 C．有机玻璃 D．尼龙 2．用元素分析仪分析6.4 mg某有机化合物，测得生成8.8 mg CO2和7.2 mg H2O，无其他物质生成。下列说法中，正确的是 A．该化合物的分子式为C2H8O2 B．该化合物中碳、氢原子个数比为1：4 C．无法确定该化合物中是否含有氧元素 D．该化合物中一定含有氧元素 3．设NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 A．1 mol CH3+含有6NA个电子 B．31 g 白磷中含有NA个P－P键 C．18 g D2O中含有10NA个电子 D．1 mol Na2O2与足量H2O反应，转移电子数为NA 4．具有手性碳原子的物质常具有光学活性。有机物A(
)具有光学活性。但当A发 生了下列一系列变化后，可能会失去光学活性：①与金属钠反应；②在稀硫酸作用下水解；③在铜作催化剂的条件下与氧气催化氧化；④与乙酸发生酯化反应；⑤与浓硫酸共热发生消去反应。你认为能使A失去光学活性的一组是 A．①③④ B．①②③④ C．②③④⑤ D．①③④⑤ 5．实验室用燃烧法测定某种氨基酸(CxHyOzNm)的分子组成。取w g该种氨基酸放在纯氧中充分燃烧，生成二氧化碳、水和氮气。按下图所示装置进行实验。
回答下列问题： (1)实验开始时，首先通入一段时间的氧气，其理由是___________________________________________； (2)以上装置中需要加热的仪器有____________(填写字母)，操作时应先点燃____________处的酒精灯。 (3)A装置中发生反应的化学方程式是__________________________________________________________。 (4)D装置的作用是__________________________________________________________________________。 (5)读取氮气的体积时，应注意①______________________________________________________________； ②_______________________________________________________________________________________。 (6)实验中测得氮气的体积为V mL(标准状况)，为确定此氨基酸的分子式，还需要的有关数据有________。 A．生成二氧化碳气体的质量 B．生成水的质量 C．通入氧气的体积 D．氨基酸的相对分子质量 【课外练习】 1．生物体中的催化剂是 A．糖类 B．脂肪 C．核酸 D．酶蛋白 2．乙酸乙酯分子内处于不同化学环境的氢原子种数(即核磁共振谱的蜂数)为 A．1 B．2 C．3 D．4 3．在丙氨酸分子中，与手性碳原子直接相连的基团是 A．乙基 B．羟基 C．氨基 D．羰基 4．氯气在光照或加热条件下形成的氯自由基就是 A．氯原子 B．氯分子 C．氯离子 D．次氯酸 5．约翰·芬恩等三位科学家因在蛋白质等大分子研究领域的杰出贡献获得了2002年的诺贝尔化学奖。已知蛋白质溶液属于胶体，下列有关说法正确的是 A．酶是具有催化作用的蛋白质，温度越高，酶的催化作用越好 B．蛋白质溶液不能产生丁达尔效应 C．蛋白质溶液中加入CuSO4溶液会产生盐析现象 D．蛋白质在紫外线的照射下将会失去生理活性 6．下列化合物的1H－NMR谱图中吸收峰的数目正确的是 A．
(3组) B．
(4组) C．
(3组) D．
(4组) 7．两种分子式不同的有机化合物，不论它们以何种体积比混合，只要混合物的物质的量一定，则在完全燃烧时，消耗的O2和生成的CO2的物质的量均为一恒量。不符合这一条件的组合气体可能为 A．CH≡CH和苯 B．CH3COOH和HCOOCH3 C．CH≡CH和CH3CHO D．苯和己烯酸 8．取m g某物质在氧气中完全燃烧，将其产物与足量的过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量恰好也增加了m g。下列物质中，能满足上述结果的是 A．酚醛树脂[(C7H7O)n] B．灭脂灵(C31H34O6) C．葡萄糖(C6H2O6) D．蔗糖(C12H22O11) 9．碳正离子[如CH3+、CH5+、(CH3)3C+等]是有机反应中重要的中间体。欧拉因在此领域研究中的卓越成就而荣获1994年诺贝尔化学奖。碳正离子CH5+可以通过CH4在“超强酸”中再获得一个H+而得到，而CH5+失去H2可得CH3+。 (1) CH3+是反应性很强的正离子，是缺电子的，其电子式是_________________。 (2) CH3+中4个原子是共平面的，三个键角相等，键角应是_________(填角度)，C原子采取______杂化轨道。 (3)(CH3)2CH+在NaOH的水溶液中反应将得到电中性的有机分子，其结构简式是_________________。 (4)(CH3)3C+去掉H+后将生成电中性的有机分子，其结构简式是________________。 10．已知烯烃在臭氧作用下，双键断裂如下：
(1)判断下列有机物经臭氧化分解的产物： ①
___________________________________________________________________； ②
________________________________________________________________________________； ③
____________________________________________________________。 (2)如果二甲苯也能发生臭氧化分解，则邻二甲苯的臭氧化分解产物是______________________________。 (3)若烯烃A(C8H16)经臭氧化分解后仅得一种化合物B，B经催化氢化后生成醇C(C4H10O)，C用浓H2SO4处理后只生成一种无侧链的烯烃D(C4H8)，则A的结构简式为____________________________________。 11．15 g某饱和一元醇和足量金属钠反应，生成0.25 g氢气，此醇的结构简式可能是_____________________和__________________________________。用含同位素18O的甲醇与浓硫酸和冰醋酸混合加热，其化学方程式为_____________________________________________________。生成有机物的名称为___________________，在反应中甲醇提供羟基上的氢原子，醋酸提供_____________，从而结合生成水。 12．分子式为C3H6O2的二元混合物，如果在1H－NMR谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况：第一种情况的强度之比是3：3，第二种情况的强度之比是3：2：1。由此可推断混合物的组成可能是__________________、________________________(写结构简式)。 13．有机化合物A、B分子式不同，它们只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混合，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量也不变。那么，A、B组成必须满足的条件是_____________________________________________________________________。 若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，分子量最小的是____________________(写出分子式)，写出分子量最小且含有甲基(－CH3)的B的两种同分异构体的结构简式。______________________________、_____________________________________。 25．现有一些只含C、H、O三种元素的有机物，它们燃烧时消耗的O2和生成的CO2的体积比是3：4。 (1)这些有机物中，相对分子质量最小的化合物的分子式是________________________。 (2)某两种碳原子数相同的上述有机物，若它们的相对分子质量分别为a和b(a＜b)，则b－a必定是______(填入一个数字)的整数倍。 (3)这些有机物中，有一种化合物含有两个羧基。0.2625 g该化合物恰好能跟25.00 mL 0.1000 mol·L－1 NaOH溶液完全中和。由此可以得知，该化合物的相对分子质量应是___________，并可推导出它的分子式应是_________________。

---

【点此下载】