高三下册化学 有机物的结构与性质 逐字稿-4,981字
师:同学们,大家好,今天我们来学习有机物的结构与性质。首先,我们来看两条消息。8月3日,河北石药集团向新疆紧急发送了21万盒阿比多尔。时间往前推移大概半年,2月4日,李兰娟院士通过实验表明,阿比多尔能够有效抑制冠状病毒。这两则消息都提到了阿比多尔,它是一种广谱抗病毒药,能够抑制多种流感病毒。此外,阿比多尔还具有抗炎、抗氧化等作用。
我们知道,性质由结构决定。现在,我们一起来看看阿比多尔的分子结构,从分子结构研究为什么阿比多尔具有抗药性。再看右图,这是阿比多尔的合成工艺。大家可以发现,该工艺的初始原料为对硝基苯酚,上面有一个酚羟基,而最终的阿比多尔结构中同样具有酚羟基。那么,为什么在第一个步骤里要将酚羟基进行转化呢?带着这些疑问,今天我们以阿比多尔为载体,研究有机物的结构与性质。内容一共分为7块,我们挑几个核心内容讲解。
首先看第一个小专题:有机物分子中原子的共面共线问题。我们先来看两道高考真题。第一题,某分子中的碳原子一定处于同一平面。我们看到,苯环6个碳原子以及与之相连的这个碳原子一定处于同一平面。而通过旋转苯环左侧的碳氧单键,可以将这个甲基旋转到与苯环不在同一平面,因此这句话是错误的。
再看第二题,a和c分子中所有碳原子均处于同一平面上。这里研究对象仍然是碳原子。先看a分子,大家可以发现,这里面有个碳原子通过单键与另外三个碳原子和一个氢原子相连,形成空间立体结构,所以这四个碳原子肯定不共面。同样道理,c分子中这五个碳原子形成类似于甲烷的空间四面体构型,这五个碳原子也肯定不共面。所以这句话错误。
通过这两道题的分析,要研究分子中原子的共线问题,首先要了解几种基本的典型模型。比如说甲烷,甲烷分子中一个碳和4个氢共5个原子,构成空间正四面体,这五个原子肯定不共面,而且其中任意四个原子也一定不共面。
再看乙烯,乙烯中有碳双键,两个碳原子和4个氢原子共6个原子共平面,由此衍生出碳氧双键四个原子共平面。苯环中,6个碳原子和6个氢原子共12个原子形成一个平面六边形。乙炔中形成碳碳三键,两个碳和两个氢共四个原子共直线,碳氮三键则三个原子共直线。除此之外,我们还要了解单键可以旋转,而双键和三键不可旋转。
下面,我们通过两道题巩固一下。第一题,x中所有原子可能在同一平面内。同学们注意,这里研究对象是所有原子,包括碳原子、氢原子等。我们发现在这个分子右端有一个甲基,甲烷中的碳原子周围形成四个单键,是类似于甲烷的空间四面体型构型,所以所有原子不可能在同一平面内。
再看第二题,每个x分子中最多有8个碳原子处于同一平面。这里要注意两个关键词,研究对象是碳原子,还有“最多”。我们来看,这边有一个碳碳双键,所以这五个碳原子是共面的。苯环上的六个碳原子以及对位两个取代基的碳原子,这六个碳原子一定共面。然后我们发现这两个面交于两点,是一个碳碳单键。刚才提到单键可以旋转,所以可以通过碳碳单键旋转将这两个面旋转到同一平面上。显然,这个面上碳原子不止8个,所以这个选项错误。
接下来看第二个小专题:有机物分子中手性碳原子的识别问题。我们先看今年江苏的一道高考题,x分子中不含手性碳原子。什么是手性碳原子呢?教材里定义,与4个不同的原子或原子团相连的碳原子为手性碳原子。观察x的分子结构可知,有个碳原子连有4个不同的原子或原子团,所以该原子是手性碳,这句话错误。
第二题,烷烃与溴的加成产物分子中含有手性碳原子,这里研究对象不是某分子,而是y与x的加成产物分子。所以首先要弄清楚y分子中哪里可以和溴发生加成。观察发现这里有个碳碳双键可以和溴发生加成,碳碳双键两个碳原子上分别加上一个溴原子后,这个碳原子就成为手性碳原子,因此该选项正确。
做这类题目时,如何判断是否为手性碳原子呢?首先从概念出发,了解手性碳原子的特征。第一,这个碳原子必须连有四个单键,这是前提,如果连双键或三键,肯定不是手性碳。另外,苯环上的碳原子不可能是手性碳。判断环状结构上的碳原子是否为手性碳时,要重点看环状结构是否关于该碳原子对称,如果对称,这个碳原子也不是手性碳原子。
下面来看两道习题。第一题,克里贝特分子中含三个手性碳原子。同学们看这个分子结构,它是对称结构。先看左边这个碳,它分别连有乙基、甲基、羧基和氧原子,注意这里还有个氮原子,别漏掉。显然这个碳原子是手性碳原子,同样与之对称的这个碳也是手性碳。同学们注意,中间这个碳是不是手性碳呢?刚才提到这个分子是对称结构,关于这个碳原子对称,所以这个碳原子不是手性碳,因此这个分子里一共只有两个手性碳原子。
第二题,w与足量氢气加成反应的产物中含7个手性碳原子。这个分子看起来复杂,且研究的是它与氢气加成反应的产物。我们看到这里面有两个苯环以及碳碳双键可以和氢气加成,加成后变成碳碳单键。这时观察这个分子有没有对称结构,仔细观察能找到一个对称轴。所以当w与足量氢气发生加成反应后,位于对称轴上苯环的两个碳原子不是手性碳。另外,加成后连有两个氢原子的碳也不是手性碳,因为两个氢原子相同。这样排除后,再数一数哪些是手性碳,数一下,一共是7个,因此这句话正确。
前面两个小专题研究的是有机物的结构,我们知道结构决定性质,尤其是分子结构中的官能团,往往能决定有机物的化学性质。所以第三个小专题,我们研究官能团及其性质,以及有机反应类型。还是今年江苏高考题,c选项,z在浓硫酸催化下加热可发生消去反应。高中阶段能发生消去反应的物质主要有两种,一种是醇,条件是浓硫酸催化加热;另一种是卤代烃,在氢氧化钠醇溶液中加热可发生消去。这里条件是浓硫酸催化加热,看z分子中有没有羟基,很明显有,而且相邻碳上都有氢原子,所以可以发生消去反应。
再看d选项,x和z分别在过量氢氧化钠溶液中加热,均能生成丙三醇。先看x,这里有个氯原子,在氢氧化钠溶液中可以发生水解形成羟基,得到的物质就是丙三醇。z分子在氢氧化钠溶液中加热,反应稍复杂些。这里的酯基在碱溶液中可以发生水解,碳氧双键断裂,右边氧原子补上一个氢原子得到醇羟基,右端氯原子在氢氧化钠溶液中也能发生水解,被羟基取代,同样可以得到丙三醇,所以d选项正确。