高中化學：有機化合物的結構和性質

一、碳原子的成鍵方式

1、單鍵、雙鍵、叁鍵

依據成鍵兩原子間共用電子的對數，可以將共價鍵分為單鍵、雙鍵和叁鍵。

兩原子間共用一對電子的共價鍵稱為單鍵，如C—C、C—O、C—H；兩個原子間共用兩對電子的共價鍵稱為雙鍵，如C＝C、C＝O；兩原子間共用三對電子的共價鍵稱為叁鍵，如C≡C、C≡N。

甲烷分子為正四面體構型，中心碳原子與4個氫原子形成4個C—H單鍵，任意兩個鍵之間的夾角都是109.5°。烷烴分子中的碳原子與其它原子形成4個單鍵，鍵角接近109.5^o，所以烷烴分子中的碳鏈是折線型的結構。

乙烯是平面型分子，分子中存在C＝C雙鍵，2個碳原子和4個氫原子共平面。雙鍵不能轉動，雙鍵碳上連接的原子始終與雙鍵共平面，也與碳碳雙鍵周圍的氫原子共平面，相鄰兩個鍵的鍵角約為120°。

乙炔是直線型分子，分子中2個碳原子和2個氫原子處于同一條直線上，分子中存在C≡C叁鍵，相鄰鍵的鍵角為180°。形成叁鍵的碳原子以及與之直接相連的原子共線。

鍵參數——表征化學鍵性質的物理量，如鍵能、鍵角、鍵長、鍵的極性等

鍵長：成鍵兩原子的原子核間的距離。

鍵角：分子中一個原子與另外兩個原子形成的兩個共價鍵之間的夾角。

鍵能：以共價鍵結合的氣態下的分子，斷開單位物質的量的某鍵時所吸收的能量。

一般鍵長越短，鍵能越大，化學鍵越穩定。

比較各鍵鍵能，雙鍵與叁鍵鍵能是單鍵鍵能的二倍和三倍嗎？ 為什么呢？

乙烯和乙炔化學性質活潑，是因為只需要較小的能量就能使雙鍵中的一對共用電子或叁鍵中的兩對共用電子斷裂。雙鍵和叁鍵中存在容易斷裂的不穩定的——π鍵。

認識σ鍵、π鍵和大π鍵

原子軌道重疊形成共價鍵，“頭碰頭”式重疊形成σ鍵，“肩并肩”式重疊形成π鍵。σ鍵比ｓ鍵比π鍵重疊程度大，鍵能高，更穩定。

兩個碳原子間形成單鍵時，總是形成較穩定的σ鍵，當兩個碳原子形成雙鍵或叁鍵時，受軌道在空間的延展方向的影響，只能有一對成鍵軌道以“頭碰頭”式重疊形成σ鍵，其他軌道只能以“肩并肩”式重疊形成π鍵。雙鍵中只有一個σ鍵和一個π鍵，叁鍵中有一個σ鍵和二個π鍵。

苯分子中的碳原子的三個原子軌道采取SP²方式雜化，6個碳原子形成平面正六邊形結構，分子中的12個原子共平面。每個碳原子中都有一個垂直于苯環的未參與雜化的原子軌道，其中各有一個電子，這6個軌道以“肩并肩”的方式形成一個特殊的共價鍵，6個電子被6個碳原子共用，形成特殊的大π鍵。

2、極性鍵和非極性鍵

（1）非極性共價鍵（簡稱非極性鍵）

成鍵兩原子相同，共用電子不偏向任何一方，因此參與成鍵的兩個原子不顯電性。非極性共價鍵可存在于單質、無機化合物、有機物中。

（2）極性共價鍵（簡稱極性鍵）

成鍵的兩原子不同，它們吸引電子的能力不同，共用電子對因一方吸引電子的能力較強（電負性大）而偏向該方，使該方的原子帶部分負電荷，另一方原子帶部分正電荷。兩原子吸引電子的能力相差越大（即電負性差值越大），該共價鍵的極性越強。

電負性——元素的原子成鍵時吸引電子能力的相對強弱。元素的電負性越大，相應的原子成鍵時吸引電子的能力越強。F元素的電負性最大。

二、有機化合物的同分異構現象

同分異構現象：我們把分子式相同，結構不同的現象稱為同分異構現象。

同分異構體：具有同分異構現象的化合物稱為同分異構體。

思考：

1、同分異構體具有相同的分子式，必然具有相同的相對分子質量。是否具有相同分子質量的化合物一定是同分異構體？

2、最簡式相同的物質是否為同分異構體？

（解答：1、不一定，例如C₉H₂₀和C₁₀H₈；2、不是，如苯和乙炔最簡式均為“CH”，但二者分子式不同，不是同分異構體。）

同分異構體的類型：

1、碳骨架異構：碳原子之間連接成不同的骨架結構而造成的異構。

 與 

2、官能團位置異構：官能團在碳鏈上位置不同而造成的異構。

 與   

3、官能團類型異構：官能團的種類不同，或有機物類別不同而造成的異構。

例如：

書寫有機物的同分異構體時，一般情況下按照：

官能團位置異構→碳骨架異構→官能團類別異構

注意：芳香族化合物的同分異構體，取代基在苯環上的位置具有鄰、間、對三種。

*立體異構：組成相同、結構相同，原子在分子中的排列狀況不同而產生的異構體。

順反異構：單鍵可以沿著碳碳鍵軸旋轉，而雙鍵不能沿著雙鍵旋轉。但是含雙鍵的有機化合物不一定存在著順反異構。

例如：CH₂=CHCH₃ 無順反異構，而  和   則是順反異構。

對映異構：有機物分子中的飽和碳原子上連接4個不同的原子或原子團時，可以有兩種互為鏡像，但不能彼此重合的四面體空間結構，這兩種構型互為同分異構體。

這兩種結構呈鏡像關系，就仿佛人的左右手，看似相同，實則不能重合，我們把連有四個不同基團的碳原子形象地稱為手性碳原子。

辨析比較：

同位素  同素異形體 同系物 同分異構體 四個概念之間的關系

三、有機化合物結構與性質的關系

1、官能團與有機物性質的關系

一些官能團含有極性較強的鍵，如－OH，或者官能團中含有不飽和的碳原子，易發生相關的化學反應。

官能團與有機物性質的關系

2、不同基團的相互影響與有機化合物性質的關系

由于推電基的推電作用或吸電基的吸電作用，使有機物分子中的鄰近基團往往存在著相互影響，從而導致有機物表現一些特性。例如：

典型例題

例1. 描述H₃C－CH＝CH－C≡C－CF₃分子結構的下列敘述中，正確的是（    ）

A. 6個碳原子有可能都在一條直線上

B. 6個碳原子不可能都在一條直線上

C. 6個碳原子有可能都在同一平面上

D. 6個碳原子不可能都在同一平面上

解析：由乙烯分子的構型可知原子團的結構為：

 或 

它的4個碳原子一定不在同一條直線上，而是在同一個平面上。是直線型構型，2個碳原子與2個氫原子都在同一條直線上，所以中4個碳原子也在一條直線上。

答案：BC

依據乙烯、乙炔分子的構型進行聯想、遷移、歸納、綜合就可得出結論。

例2. 已知和互為同分異構體（稱作“順反異構體”），則化學式為C₃H₅Cl鏈狀的同分異構體共有（    ）

A. 3種 B. 4種 C. 5種 D. 6種

解析：①H₃C－CH＝CH－Cl ②    ③ 

其中①又存在和順反異構體

答案：B

注意不是所有的含雙鍵物質都有順反異構現象。

例3. 已知二甲苯有3種同分異構體，則四氯苯有________種同分異構體。

解析：四氯苯的苯環上有兩個H,二甲苯的苯環上有兩個甲基，則H和甲基的異構種類完全相同，又因二甲苯有3種同分異構體，故四氯苯也有3種同分異構體。

答案：3

熟悉由于苯環上位置不同帶來的異構方式，同時要注意靈活遷移。

例4. 寫出C₆H₁₄所有同分異構體的結構簡式，寫出分子式為C₆H₁₂的所有環烷烴的結構簡式。

解答：烷烴：沒有支鏈的： H₃C－CH₂－CH-₂－CH₂―CH₂－CH₃

主鏈上少2個碳原子，支鏈上有2個甲基的：

和 

環烷烴：6個碳的環烷烴：           5個碳的環烷烴：

4個碳的環烷烴： 

3個碳的環烷烴：     

同分異構體的書寫是一項重要技能，應該反復訓練。