高中有机化学笔记

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前言

课本上有机化学部分分散在必修二和选修,十分奇怪
而且我们老师讲的感觉好乱
好吧,乱就整理嘛
于是就有了这篇文章
希望放假时间里能写完

【注】这是考点的备注

这篇文章才不管什么必修选修,直接放在一起了.
内容来自网络,由我自己整理,雷同巧合.

一、烃

(一)有机物的基础知识

1.定义

有机化合物简称有机物,通常指含碳元素的化合物.

【注】 $CO$ 、 $CO_{2}$ 、 $H_{2}CO_{3}$ 、碳酸盐；金属碳化物、氰化物、硫氰化物以及碳化硅
属于无机物,因为他们的性质与无机物相似

2.分类

(1)按碳的骨架分类

①是否含有环

②按是否含有苯环

③是否含有不饱和键

(2)按官能团分类

官能团：有机物分子中决定有机物性质的原子团

【注】
a.醇和酚的区别：
醇羟基直接与链烃基碳原子相连,酚羟基直接与苯环相连.

由此可知,就算官能团相同,连接方式/位置不同,性质也不同

b.氰基： $-CN$ ,由烃基和氰基的碳原子连接而成的有机物称为腈

3.同系物

(1)定义

结构相似,在分子组成上相差一个或多个 $CH_{2}$ 的物质.其物理性质有规律的变化,化学性质相似.

(2)特征

①必须结构相似：官能团种类和数目相同,组成通式相同.
②随着碳原子↑
相对分子质量↑,分子间作用力↑,熔沸点↑

【注】
a.经典栗子：
环烷烃和单烯烃都满足通式 $C_{n}H_{2n}$ ,但是官能团不同,不属于同系物
b.烷烃有无支链都算同系物：如甲烷与新戊烷属于同系物,其结构相似.

4.同分异构现象

4.1定义

二种或二种以上的化合物,具有相同的化学式,但结构和性质均不相同,称为同分异构现象.

【注】有机物中与无机物中也存在同分异构现象,如氰酸铵 $NH_{4}CNO$ 与碳酰胺 $CO(NH_{2})_{2}$ (尿素)

4.2分类

1 结构异构：

碳骨架异构(碳链异构)
官能团异构
- 位置异构
- 类型异构

2 立体异构：

顺反异构
对映异构(旋光异构)

(1)碳骨架异构
碳原子排列顺序不同

(2)官能团异构
官能团位置不同：位置异构
官能团种类不同：类型异构

(3)顺反异构
在含碳碳双键或环状结构的有机物中,因旋转障碍产生的同分异构体.

(4)对映异构
具有手性碳原子的有机物中可能出现.

4.3数量的判断

(1)基元法
根据烃基的异构体数判断

基团	异构体个数
甲基	0
乙基	0
丙基	2
丁基	4
戊基	8

使用举例：丁醇
即 $C_{4}H_{9}-OH$ ,因为丁基有四种同分异构体,所以丁醇也有四种.

(2)等效氢法
相同环境的的氢称为等效氢,当取代基分别取代它们时,得到的化合物相同.
①同—C上的H是等效的；
②同—C上所连的—CH₃上的H是等效的；
③同一分子中处于轴对称或中心对称位置上的H是等效的

(3)替代法

异构体不改变不饱和度,所以可以有：
$C=C$ 替代为单键环
$C=O$ 替代为 $C=O$ + $-O-$
$C≡C$ 替代为 2个 $C=C$ / 两个单键环

(4)侧链重组法
芳香族化合物主要是侧链异构时,依次考虑一个、两个…取代基

(5)等效法
有机物中某些元素等效,异构体数相等,如 $C_{6}H_{4}Cl_{2}$ 与 $C_{6}H_{2}Cl_{4}$ 异构体数目相等.

5.不饱和度(Ω)

5.1定义

有机物分子不饱和程度的量化标志.
因为对于 $n$ 个碳原子的有机物,饱和时氢原子应有 $2n+2$ 个,最少缺两个氢,所以有
每减少两个一价原子,分子就多一个不饱和度.

比如 $CH_{3}-CH_{3}$ → $CH_{2}=CH_{2}$ → $CH≡CH$
Ω就是0→1→2

5.2计算

(1)根据结构判断

结构	不饱和度Ω
双键	1
三键	2
脂肪环	1
苯环	4

苯环可以看作一个脂肪环加上三个双键而得.

(2)通过分子计算

①含碳族元素、氮族元素、氧族元素、卤素与氢元素

$\Omega=1+n_{4}+\frac{1}{2}(n_{3}-n_{1})$

碳族元素作为中心原子,需要补上四个氢才能饱和
氮族元素帮倒忙,需要多补一个氢
氧族元素不帮忙,需要补的氢原子数不变
卤素与氢元素帮忙,减少一个需要补的氢
没有被氢补上的就是不饱和的

②简化版本
当没有氮族元素时,式子简化如下：

$\Omega=1+n_{4}+\frac{1}{2}n_{1}$

或者写成这样更好看

$\Omega=1+C+\frac{H}{2}$

5.3应用

同分异构体之间的不饱和度相等

6.结构与组成的表示

①分子式

分子式是用元素符号表示单质或化合物分子组成的式子.分子式可以反映物质的组成及相对分子质量,但不关心具体的结构.

②最简式(实验式)

最简式仅表示为组成物质分子中原子的最简整数比,不同的化合物可以有相同的最简式.

③电子式

来源：https://www.hxzxs.cn/plus/view.php?aid=3989

电子式是一种化学用语,它是用元素符号和外层电子来表示的,元素符号表示除最外层电子以外的所有部分,而最外层电子可用“·”、“′”、“°”来表示.用电子式可表示原子、离子、原子团；还可以表示离子化合物、分子或共价化合物的结构,离子化合物、分子或共价化合物的形成过程.

一、怎样书写电子式

1．原子电子式的书写要符合洪特规则,这有利于掌握洪特规则,了解最外层的未成对电子和孤对电子的情况,有利于学习化学键.

由于原子最外层为nsnp,一个s轨道,三个p轨道,共可容纳8个电子,故可将元素符号的上下左右看成四个轨道,再分别按洪特规则填以实有的电子数.现以第2周期八种元素为例,其电子式的写法如下：

这里注意的是,镁、铝、硅、磷、硫原子的电子式不应该写成如下形式：

2．离子电子式的书写主要是阴离子要有方括号和离子电荷.离子电荷标在右上角,且数字在前,正负号在后.如果标在正上方,且正负号在前,符号在后,则是标能化合价符号了.阳离子除氨根离子外,一般只在元素符号的右上角标出数字和正号,而不再标出最外层电子.

主族元素的原子,除氢原子外,一般最外层都是8电子的稳定结构.

3．分子或共价化合物电子式的书写,要注意共价键是非极性键还是极性键；若果是非极性键,则共用电子对应处于两原子的中间；若是极性共价键,则共用电子对应偏向于吸引电子能力大(即非金属性较强)的原子,而偏离吸引电子能力小(即非金属性较弱)的原子.

还要注意两原子间是共用一对电子,还是共用两对、叁对电子.如N₂和CO₂分子的电子式书写容易出错,可从下列书写方式加深对它们电子式的理解.

从以上形成共用电子对的过程可知,N₂分子中是共价叁键,而非两个三电子键.

对于CO₂分子情况要复杂一些,主要是C原子会通过sp³杂化形成4个等同的电子,所以出现4个成单电子,这样CO₂分子中每个O原子都能与C原子形成两对共用电子对,还有两对孤对电子.

这样就不会将N₂和CO₂分子的电子写成如下形式：

对于CO分子,从下图示可知除有两对共用电子对外,还有一个配位键,O原子提供了一对孤对电子,C原子提供一个空轨道.

4．离子化合价电子式的书写要注意阳离子的外层电子不再标出,只在元素符号右上角标出正电荷,而阴离子则要标出外层电子,并加上方括号,在右上角标出负电荷.还要注意阴离子电荷总数与阳离子电荷总数相等,因为化合物本身是电中性的.

5．用电子式表示单质分子或共价化合物的形成过程

用电子式表示形成过程,左边要有反应物的原子的电子式,右边要有生成物的分子的电子式,中间用箭号连接.通过共价键形成的,原子一般有未成对电子,生成物要有共用电子对,不能有离子符号出现.

6．用电子式表示离子化合物的形成过程

用电子式表示由离子键形成离子化合物过程,一定要在右边用阴阳离子来表示物质.

因此,用电子式表示形成过程,首先要弄清是通过离子键形成离子化合物,还是用共价键形成共价化合物和单质,然后才能按照各自的方法来书写电子式.

(责任编辑：化学自习室)

④结构式

结构式,是用元素符号和短线表示化合物(或单质)分子中原子的排列和结合方式的化学式,是一种简单描述分子结构的方法.结构式可以完整地绘出分子内每个原子间的化学键.

⑤结构简式

结构简式是结构式的简化版本,遵循以下规则：
a.单键的短线可以省略,双键、三键不省略
b.醛基缩写为 $-CHO$ ,羧基缩写为 $-COOH$ (懒得找图了,参见前面官能团)

⑥键线式

只用键线来表示碳架,每个端点和拐角处都代表一个碳.

1、画出分子骨架：画出除碳-氢键外的所有化学键.通常所有的氢原子及碳-氢键均省略不画,碳原子用相邻的线的交点表示,一般情况下不用注明.
2、环形结构用相应边数的多边形来表示.
3、苯的结构可用两种方法表示.

4、官能团需要标明.标明时可以缩写(如-CN),也可以不缩写(如-C≡N).
5、杂原子(非碳、氢原子)不得省略,并且其上连有的氢也一般不省略.
6、氢键用虚线表示.

⑦立体结构式(以楔形透视式为例)

每个碳原子的4条连线中,2条为实线,另2条分别是实心的楔形和虚线的楔形或虚线.看楔形式首先找出2条实线,并意识到由这2条实线确定的平面的存在,则会出现一个立体形象,实心的楔形表示的原子或基团在平面的前面,虚线或虚线的楔形表示的原子或基团在该平面的后面.

⑧球棍模型

⑨比例模型(空间填充模型)

见上图.

7.有机物的命名

7.1 烷烃的命名

来源：http://dec3.jlu.edu.cn/webcourse/t000102/jiaoxue.htm

　　一、俗名
　　有机化合物的命名,常根据其来源、用途或由于结构过于复杂等原因,而采用“俗名”,如酒精、醋酸、吗啡、叶绿素、维生素 B₁₂等.
　　二、普通命名法
　　本法适用于结构简单的烷烃.
　　(1) 名称字尾为烷,前面加天干十字 ( 甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸 ) 代表碳原子的数目.数目再多,则以中文数字表示.例如：
　　　　
　　对于无支链的烷烃,有时在名称前加“正”或“ n ”,以区别有支链的异构体.
　　(2) 具有 (CH₃)₂CH— 端链时,在名称前加一“异”字；具有 (CH₃)₃C — 端链时,则在名称前加一“新”字.例如：
　　　
　　　
　　这种命名法的适用范围有限,对于结构比较复杂的烷烃,就难以用这种命名法命名,必须采用系统命名法.
　　三、系统命名法
　　1892 年,日内瓦国际化学会议首次拟定了一个系统命名原则,以后经过国际纯粹及应用化学联合会 (IUPAC) 定期作了几次修改,所以也称为 IUPAC 命名法.根据这个命名原则,结合我国文字的特点,制定了我国的系统命名法,在 1960 年颁布了“有机物质的系统命名原则”. 1980 年,又由中国化学会加以增减修订, 1983 年,出版了《有机化学命名原则》 (1980) 推荐使用.
　　在系统命名法中,对于无支链的烷烃,可省“正”字；对于带有支链的烷烃,则要把它看成为去掉支链后的母体烷烃的衍生物,然后再补充支链的名称.所谓支链,就是各种烷基 ( 相应的烷烃失去个氢原子而剩余的部分 ) ,其通式为 C_nH_2n+1— ,常以 R— 表示.常见烷基的结构及名称如下：
　　
　　命名一个烷烃的结构,实际上就是描写出主链(母体)和支链(烷基)的具体情况,其步骤如下：
　　(1)选择结构中最长的、连续的碳链作为链,以相应于主链的烷烃作为母体,按照碳数目加以命名.例如：
　　主链上有 6 个碳原子,所以命名其母体为己烷.
　　
　　(2)当主链上连有取代基时,要对母体烷烃各个碳原子给予编号,以确定取代基的位次.给主链原子编号的原则是从靠近支链的一端开始,将主链上的碳原子依次编号为 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 ……标出其位次.位次号码与取代基之间用一半字线连接起来,写在母体化合物名称的前面.例如：
　　
　　(3) 如果主链上连接有不止一个支链,根据最小编号顺序规则,主链的编号顺序应使支链位次尽可能低.例如：
　　
　　注意在上例中,当主链上有两个或多个相同的支链,则将它们全并在一起,并在其名称前用二、三等数字表示支链的数目.
　　(4) 若主莲上连接有不同的支链时,名称中支链前后的顺序,应按从简单到复杂的原则考虑.例如：
　　
　　(5) 遇到较复杂的支链时,如支链上又有烷基取代,则须将支链再行编号 ( 从与主链相连的碳原子开始开始 ) ,然后补充支链上烷基的位次、名称及数目.例如：
　　
　　(6) 当分子中可找出两个合理的等长度的主链时,应优先选择具有较多支链的碳链为主链.例如：
　　
　　有机化合物的系统命名,要求达到准确反映结构及名称统一这两个目的,因此必须严格遵守制定的规则,即使标点符号也不得变动或忽略.

7.2 烯烃、炔烃的命名

　　烯烃的系统命名法基本上与烷烃相似,命名原则是：
　　(1) 选择一个包集 C=C 在内的最长碳链为主链,按主链碳原子的数目命名为某烯.如主链的碳原子数 10 超过个时,应烯字前加一“碳”字.
　　(2) 从靠近 C=C 的一端起,依次给主链上的碳原子编号,以 C=C 的两个碳原子中编号较小的阿拉伯数字表示 C=C 的位次,写于烯烃名称的前边,并用半字线隔开.如不会发生误会时,也可不标 C=C 的位次.若 C=C 正好在主链中央,并链碳原子则应从靠近取代基的一端开始编号.
　　(3) 取代基的命名与烷烃的命名方法相同,将位次、数目、名称分别写在烷烃名称前.例如：
　　
　　烯烃分子中去掉 1 个氢原子余下的和,称为烯基.常见的烯基有：
　　

　　二烯烃命名时,选择含两个 C=C 双键的最长碳链主链,由距离 C=C 双键最近的一端开始,依次给主链碳原子编号,命名时遵循烯烃命名原则.例如：
　　　
炔烃的命名方法与烯烃相同.例如：

7.3 苯的同系物的命名

　　苯的同系物指苯分子中的氢原子被烃基取代的衍生物,如氢原子被烷基取代,其分子组成的通式为 C_nH _2n-6. 命名方法是以苯环为母体,以烷基为取代基.例如：
　　　
　　如环上有两个或两个以上烷基就会出现同分异构现象,命名时要标出取代基的位置.例如：
　　　
　　如苯环上连接有不饱和烃基时,通常以不饱和烃基为母体,苯基为取代基.例如：
　　　
　

【注】二烷基苯的同分异构体用“邻”“间”“对”表示(1,2、1,3、1,4)
三烷基苯则用“连”“偏”“均”表示(1,2,3、1,2,4、1,3,5)

7.4 烃的衍生物的命名

　　( 一 ) 醇的命名
　　1、普通命名法
　　　对于结构比较简单的醇类可采用普通命名法,普通命名法扫烷基的普通名称命名,即在烷基后面加一个“醇”字,例如：
　　　
　　2、系统命名法
　　　对于结构比较复杂的醇,常选择系统命名法.系统命名法的原则是：
　　　(1) 选择含羟基的最长碳链为主链,按碳原子数称某醇；
　　　(2) 从靠近羟基的碳原子一端开始依次给主链碳原子编号；
　　　(3) 在写出命名时,把羟基所在的碳原子的位次写在某醇之前,取代基的位置和名称写在某醇的前面,并分别用半字线隔开.例如：
　　　
　　芳香醇命名时,以脂肪醇为母体,芳香烃基为取代基.例如：
　　　

　　( 二 ) 羧酸的命名
　　羧酸的命名常用俗名或系统命名法.由于许多羧酸易被是从天然产物中分离得到的,因此通常根据来源而得俗名.例如,蚁酸、醋酸、油酸最初分别从蚂蚁、食醋和食油中得到,故而得名.许多高级一元羧酸最早从脂肪水解而得,故又称高级脂肪酸.
羧酸的系统命名原则与醛相似.命名时选择含羧基的最长碳链作主链,按主链碳原子数目称为某酸；从羧基碳原子开始用阿拉伯数字将主链编号,或用希腊字母 ( α、β、γ等 )从与羧基相邻的碳原子开始编号以确定侧链的位次.例如：
　　

　　脂肪族二元羧本命名时,选择含两个羧基在磪的最长碳链作主链,称为某二酸.例如：
　　
　　不饱和羧酸的命名,是选择含羧基和不饱和键在内的最长碳链为主链,称为某烯酸,并把不饱和键位置写在名称之前.如主链碳原子数多于 10个时,须在中文数字后加一个“碳”字.例如：
　　
　　脂环族羧酸和芳香族羧酸的命名时,是以脂肪族羧酸为母体,把脂环和芳香环作为取代基.例如：
　　

　　(三)胺的命名
　　1、简单胺的命名
　　一般是以胺为母体,在“胺”字前面写上烃基名称及数目,称为“某胺”,二级胺或三级胺的烃基相同时,称为“二某胺”或“三某胺”；烃基不相同时,简单的烃基在前,复杂的烃基在后.如果氮原子上同时连有芳香烃基和脂肪烃基时,可在脂肪烃基名称前加字母“ N”,用以表示该基团得连在氮上,而不是连在芳环上.例如：
　　
　　2、比较复杂胺的命名以烃为母体,以氨基为取代基命名.例如：　
　　
　　3、季铵类化合物的命名
　　季铵类化合物的命名,与无机化合物的命名相似.例如：氯化四甲胺、氢氧化四甲胺

8.研究有机物的一般步骤

分离提纯 → 元素定量分析确定实验式 → 测定相对原子质量确定分子式 → 波谱分析确定结构式

8.1 分离提纯

蒸馏,重结晶,萃取,色谱法(参见无机化学吧)

8.2 元素分析

燃烧测定

8.3 相对原子质量的确定(质谱法)

用高能粒子轰击样品分子使之成为带正电荷的分子离子与碎片离子.

【注】高中阶段直接看最右边一条得出相对分子质量即可
比如由图可知未知物A相对分子质量为46

8.4 分子结构鉴定

(1)红外光谱

不同的官能团吸收的频率不同,比如下图可知未知物A(乙醇)中含有氢氧键、碳氢键、碳氧键.

(2)核磁共振氢谱

不同原子共振时吸收的电磁波频率不同,比如下图中未知物A(乙醇)含有三种不同环境的氢原子,比例(吸收峰面积比)为2:1:3,二甲醚中只有一种环境的氢原子.

9.有机物的燃烧规律

$xC+xO_{2}\rightarrow xCO_{2}$

$yH+\frac{y}{4}O_{2}\rightarrow \frac{y}{2}H_{2}O$

$C_{x}H_{y}+(x+\frac{y}{4})O_{2}\overset{点燃}{\longrightarrow} xCO_{2}+\frac{y}{2}H_{2}O$

$C_{x}H_{y}O_{z}+(x+\frac{y}{4}-\frac{z}{2})O_{2}\overset{点燃}{\longrightarrow} xCO_{2}+\frac{y}{2}H_{2}O$

【注】计算体积时,注意水是气态还是液态

耗氧量规律：
①等物质的量有机物燃烧
分子组成相差 $(CO_{2})_{m}$ 或者 $(H_{2}O)_{n}$ 的有机物燃烧耗氧相同.
烃中 $(x+\frac{y}{4})$ 越大,消耗氧气越多

②等质量有机物燃烧
因为 $1g$ 氢元素消耗 $\frac{1}{4}g$ 氧气、 $1g$ 碳元素消耗 $\frac{1}{12}g$ 氧气,所以氢元素消耗氧气的效率更大
于是等质量的烃燃烧,氢元素含量高的消耗氧气更多

(二)烷烃

呼…累死我了,这才终于到了烷烃啊….
那么就从甲烷开始吧

1.甲烷——最简单之名的有机始源

1.1结构

甲烷是正四面体结构,碳原子位于中心,四个氢完全相同,位于四面体四个顶点上.

甲烷的碳原子发生 $sp^{3}$ 杂化,得到四个完全相同的轨道,再与氢原子的 $1s$ 轨道重合得到甲烷

因为甲烷的二氯代物只有一种结构,所以甲烷的结构不是平面正方形,而是四面体结构.

1.2物理性质

无色无味气体,极难溶于水,密度比空气小

1.3化学性质

(1)可燃性(氧化反应)
注意验纯,现象：淡蓝色火焰

$CH_{4}(g)+2O_{2}\overset{点燃}{\longrightarrow}CO_{2}(g)+H_{2}O$

【注】通常情况下甲烷不和强酸、强碱、酸性高锰酸钾反应

(2)取代反应
有机物中某些原子/原子团被其他原子/原子团取代的化学反应.
在光照下有

$CH_{4}+Cl_{2}\overset{光照}{\longrightarrow}CH_{3}Cl+HCl$

$CH_{3}Cl+Cl_{2}\overset{光照}{\longrightarrow}CH_{2}Cl_{2}+HCl$

$CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\overset{光照}{\longrightarrow}CHCl_{3}+HCl$

$CHCl_{3}+Cl_{2}\overset{光照}{\longrightarrow}CCl_{4}+HCl$

产物中一氯甲烷为无色气体,其余为无色油状液体

实验：

1.试管内液面上升,但不充满试管
2.有白色固体析出,因为氯化氢溶于水电离出氯离子,推动氯化钠的溶解平衡反向进行.

$NaCl(s)\rightleftharpoons Na^{+}(aq)+Cl^{-}(aq)$

3.瓶壁上产生油状液滴
4.试管中黄绿色逐渐消失

【注】a.取代反应中卤素必须为纯净的单质,氯水、溴水不能发生取代反应

b.反应得到5种产物,与量无关

c.1mol甲烷最多与4mol氯气反应
取代反应中所需卤素原子的物质的量的最大值,等于有机物氢原子的物质的量

d.取代反应的通式：

$A\mathbf{-}B + C\mathbf{-}D\longrightarrow A\mathbf{-}D + B\mathbf{-}C$

所以一般认为 $2Na+2C_{2}H_{5}OH\longrightarrow 2C_{2}H_{5}ONa+H_{2}\uparrow$ 为置换反应

(3)受热分解
隔绝氧气,1500℃以上较完全分解.

$CH_{4}\overset{高温}{\longrightarrow}C+2H_{2}$

1.4制备

$C_{2}H_{5}ONa+NaOH\overset{\Delta}{\longrightarrow}Na_{2}CO_{3}+CH_{4}\uparrow$

1.5用途

燃料：沼气、天然气主要成分
制氯仿( $CHCl_{3}$ )、四氯化碳、炭黑、氟利昂( $CHFCl_{2}$ )、甲醇

$CHCl_{3}+HF\longrightarrow CHFCl_{2}+HCl$

$CH_{4}\rightarrow CO_{2}+H_{2}\rightarrow CH_{3}OH$

$CH_{4}\overset{高温}{\longrightarrow}C+2H_{2}$

【注】甲烷可以作为合成氨的原料(√)

2.烷烃(脂肪烃)

2.1定义

烃指的是碳氢化合物,碳氢两个字年快了就是烃.
烃分子中只以单键结合,其余键全部与氢原子结合的饱和烃(通常指链烷烃,也包括环烷烃)
通式： $C_{n}H_{2n+2}$ ,环烷烃通式： $C_{n}H_{2n}$

2.2物理性质

(1)递变性
碳原子数↑
熔沸点↑ 相对密度↑

【注】a. $n=1-4$ 的烷烃呈气态, $n\ge 5$ 呈液态或固态
但是新戊烷在通常情况下呈气态

b.当碳原子数相同时,支链越少,熔沸点越高
如:正戊烷>异戊烷>新戊烷

(2)相似性
难溶于水,易溶于有机溶剂,密度都比水小.

【注】链状烃不是直线型,而是锯齿形.

2.3化学性质

(1)氧化反应
都不能使酸性高锰酸钾褪色,都可以燃烧
随着碳原子数量增多,燃烧越来越不充分,有黑烟产生.
(2)取代反应
光照下与卤素反应,生成卤代烃和卤化氢

$C_{n}H_{2n+1}+X_{2}\overset{光照}{\longrightarrow}C_{n}H_{2n+1}X+HX$

(3)热分解(高温裂解)

(三)烯烃、二烯烃

1.乙烯——石油发展的首席代表

1.1来源

石油裂解
乙烯是最简单的烯烃,常用来衡量一个国家的发展水平.

1.2结构

乙烯是平面结构

乙烯中的碳原子进行sp2杂化,形成三个完全相同的空轨道.

然后,在一个碳原子中,有一个sp2轨道通过

$\sigma$ 键结合第二个碳原子的一个sp2轨道,形成双键的其中一个.(中图)
剩下两个sp2轨道与氢的1s结合.
接下来碳原子未杂化的2p轨道相互竖直重叠,结合成

$\pi$ 键,形成双键的另一个键.(右图)

所以乙烯分子中含有碳碳双键,由一个 $\sigma$ 键和一个 $\pi$ 键形成
$\pi$ 键的重叠程度比较小,容易断裂,因此双键是不能旋转的
此外,乙烯分子中的碳氢键完全相等,都在同一平面上.

1.3物理性质

通常乙烯是无色,稍有气味的气体,难溶于水,密度略小于空气,熔沸点低.

【注】实验室常用排水法收集乙烯,不用排空气法.

1.4化学性质

碳碳双键很活泼
(1)氧化反应
a.燃烧(注意验纯)
火焰明亮,伴有黑烟.(燃烧不完全)

b.使酸性高锰酸钾褪色

$5C_{2}H_{4}+12KMnO_{4}+18H_{2}SO_{4}\longrightarrow 10CO_{2}+12MnSO_{4}+K_{2}SO_{4}+28H_{2}O$

总之

$C_{2}H_{4}\overset{酸性高锰酸钾}{\longrightarrow}CO_{2}$

【注】a.该反应可以用来检验烷烃和烯烃,但是不能拿来除去烷烃中的烯烃,应该使用溴水.
b. $\overset{-2}{C}_{2}H_{4}$ ,有机物中氢为正一价.所以加氢为还原反应,失氢为氧化反应.

(2)加成反应(还原反应)
有机物分子中双键/三键两端的碳原子和其他原子/原子团结合生成新化合物的反应.

【注】 $C=O$ 键断裂也是加成反应.

①

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+Br_{2}\longrightarrow CH_{2}Br\mathbf{-} CH_{2}Br$

现象:溴水褪色
产物:1,2-二溴乙烷(无色液体)

【注】a.该反应为乙烯的特征反应,但是需要强调反应比例为1:1.
因为1mol双键和1mol卤素单质反应
1mol三键和2mol卤素单质反应
b.该反应可以用于除去烷烃中的烯烃杂质.

②

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+H_{2}\xrightarrow[\Delta]{催化剂} CH_{3}CH_{3}$

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+HCl\xrightarrow[\Delta]{催化剂} CH_{3}CH_{2}Cl$

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+HBr\xrightarrow{\Delta} CH_{3}CH_{2}Br$

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+H_{2}O\xrightarrow[\Delta]{催化剂} CH_{3}CH_{2}OH$

$CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+H\mathbf{-}OSO_{3}H\longrightarrow CH_{3}\mathbf{-}OSO_{3}H$

【注】a. 加成产物纯度大于取代
比如一氯乙烷应用加成制取
b.马氏规则:当不对称烯烃进行不对称加成时,氢更偏向于加在多氢的碳上.
比如:

$\overset{1}{C}H_{2}\mathbf{=} \overset{2}{C}H\overset{3}{C}H_{3}+HBr\xrightarrow{\Delta} \overset{1}{C}H_{3}\overset{2}{C}HBr\overset{3}{C}H_{3}$

产物中 $\overset{1}{C}H_{2}Br\overset{2}{C}H_{2}\overset{3}{C}H_{3}$ 较少
c.冷的浓硫酸可以吸收乙烯气体,与之发生加成反应,生成硫酸氢乙酯,所以乙烯不能用浓硫酸干燥

(3)加聚反应
不饱和单体发生加成反应而聚合成高分子的反应叫加成聚合反应，简称加聚反应。
乙烯分子相互加成形成聚乙烯

1.5制取

(1)工业:石油裂解
(2)实验室
①乙醇脱水法(消去反应)

$CH_{3}CH_{2}OH\xrightarrow[170℃]{浓硫酸} CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}\uparrow+H_{2}O$

注意:
a.浓硫酸加入乙醇中,边加边搅拌
b.浓硫酸:催化剂,脱水剂
c.水银球在液面以下,不能触底
迅速加热,防止发生副反应
d.先撤去导管再撤去酒精灯.
e.杂质:碳,一氧化碳,二氧化碳,二氧化硫

②一卤代烃消去法

$CH_{3}Ch_{2}Br+NaOH\xrightarrow[\Delta]{醇} CH_{2}\mathbf{=} CH_{2}+H_{2}O+NaBr$

2.烯烃(单烯烃)

2.1定义

分子中含有一个碳碳双键,其余均为单键的脂肪烃.
是链烃,与碳原子数相同的环烷烃互为同分异构体.
通式: $C_{n}H_{2n}(n\ge 2)$

2.2物理性质

(1) $n=1-4$ 气体
$n=5-18$ 液体

(2)沸点
a.不含支链: 相对原子质量↑, 沸点↑
b.直链>含支链
c.相同碳骨架时,双键靠近中间, 熔沸点↑
d.顺式>反式

(3)沸点,折光率,水中溶解度,相对密度
烯烃>烷烃

2.3化学性质

(1)加成反应
与氢气,卤化氢,卤素单质加成

(2)氧化反应
①燃烧
②与酸性高锰酸钾反应
氧化碳碳双键可以减短碳链.

3.二烯烃

3.1 定义

分子中含有两个碳碳双键的链烃,通式: $C_{n}H_{2n-2}$

3.2 化学性质

当二烯烃发生加成反应时,分为1,2-加成和1,4-加成两种.

在这个加成反应中,1,4-加成产物是较主要的.

(四)炔烃