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【亦正亦邪】化学跪系列之二

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一拜理综!二拜化学!


IP属地:江苏1楼2013-11-17 10:34回复
    一、碳碳双键(乙烯)
    碳碳双键为sp2杂化。由碳的一个2s亚层和两个2P亚层杂化为三个sp2杂化轨道。这三个sp2杂化轨道分布在同一平面上。 主要能发生的反应类型为氧化、加成和加聚。
    以乙烯为例,乙烯可以被 ①高锰酸钾氧化成二氧化碳; ②和氧气发生催化氧化生成乙醛; ③与过氧酸反应,先生成环氧化物,再水解成反式邻二醇; ④ 与臭氧发生臭氧化反应,生成粘稠状的臭氧化合物; ⑤和氢气加成生成乙烷,其中催化剂主要有Pt、Ni; ⑥和水加成生成乙醇(工业制乙醇的主要反应之一); ⑦与酸发生加成,常见的酸有卤化氢、硫酸;⑧与卤素(主要为Cl2和Br2)加成,生成邻二卤代物; ⑨自身加聚可生成聚乙烯(一种用途广泛的塑料)。其他含有碳碳双键的物质与之有类似的性质。


    IP属地:江苏3楼2013-11-17 10:35
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      二、碳碳叁键(乙炔)
      碳碳叁键键长为0.120nm,键能为835kJ·mol-1。碳碳叁键中激发态的碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道重组,形成两个能量均等的sp杂化轨道。两个sp轨道向左右两边延伸,对称轴在一条直线上,互成180º。两个碳原子各以1个sp轨道相互重叠,形成一个σ键,另外,每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道,互相侧面重叠形成两个π键。主要反应类型为加成,氧化和加聚。
      以乙炔为例,乙炔可以 ①与卤素和卤化氢发生亲电加成(产物以反式为主),乙炔和氯化氢催化加成生成的氯乙烯是合成重要塑料PVC的单体; ②在酸性溶液中与水加成先生成乙烯醇(不稳定),最终互变异构为乙醛,其他炔烃水化产物则为酮; ③被高锰酸钾氧化生成CO2; ④被臭氧氧化,生成CO2; ⑤乙炔中的氢原子可以被金属原子取代生成炔化物,如乙炔与银氨溶液反应生成乙炔银(白色沉淀); ⑥与氢气的加成,根据氢气量的多少产物不同; ⑦自身可发生加成反应,二分子加成产物为乙烯基乙炔,三聚产物为苯,多聚产物聚乙炔是良好的半导体材料。


      IP属地:江苏4楼2013-11-17 10:35
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        【注意】碳碳双键的加成、氧化都易于碳碳叁键,故当两者同时存在时先作用于前者。


        IP属地:江苏5楼2013-11-17 10:35
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          三、卤素原子(卤代烃)
          【物理性质】:卤代烃多为液体,少数为气体,难溶于水,是良好的有机溶剂。一卤代烷的密度小于1,多卤代烷的密度大于1;一卤代烷的碳数越多,密度越小;碳数相同时按氯代烃、溴代烃、碘代烃的次序密度升高,熔沸点升高。碳数相同,卤素种类相同时按一卤代烃、二卤代烃、三卤代烃的次序,密度升高,熔沸点升高。
          【化学性质】:中学涉及的主要反应类型有 ①水解反应,如氯乙烷水解生成乙醇,条件为氢氧化钠水溶液加热; ②消去(除)反应,如氯乙烷消去生成乙烯,条件为卤代烃的α碳上有氢,氢氧化钠醇溶液加热; ③与金属反应,如R-X+Mg == RMgX,产物为格氏试剂(有机合成中重要的试剂之一),条件为无水乙醚; ④与硝酸银反应,R-X+AgNO3 == RNO3+AgX(沉淀),此反应可以鉴别有机物中是否含有卤素。


          IP属地:江苏6楼2013-11-17 10:35
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            五、羟基(苯酚)
            酚与醇的官能团相同,都是羟基,区别在于酚的羟基直接与芳环相连。
            【物理性质】:酚一般为固体,少部分为液体。由于分子间氢键的作用,酚的沸点较高。以苯酚为例,其熔点为41℃,沸点为182℃,微溶于水。纯净的苯酚是无色的,但往往由于氧化而略带红色。苯酚有毒,毒性较大。
            【化学性质】: ①由于羟基氧原子上的未共用电子对与苯环上的π电子形成共轭,降低氧原子的电子云密度,有利于质子的脱去,故酚的酸性比醇强,能与强碱反应生成盐。如苯酚与氢氧化钠反应可生成苯酚钠和水; ②与Fe3+发生显色反应(鉴定酚的特征反应),不同的酚显色不同,如苯酚与氯化铁溶液反应显紫色;(注:与Fe3+发生显色反应的不限于酚,事实上具有烯醇式结构的化合物也具有这个反应。如无特殊说明,中学对此不作要求) ③芳环上发生亲电卤代,如苯酚和过量溴水常温反应可生成2,4,6-三溴苯酚(反应灵敏,常用作苯酚的鉴定和定量分析),如果反应在较低温度,非极性溶剂中进行,则产物为一溴代物; ④苯酚易发生硝化反应,室温下,苯酚与稀硝酸反应可生成邻硝基苯酚和对硝基苯酚混合物; ⑤苯酚和亚硝酸作用可生成对亚硝基苯酚,产物极易被氧化为对硝基苯酚; ⑥苯酚易被氧化,用重铬酸钾与苯酚作用,可得黄色的对苯醌; ⑦苯酚可以通过催化加氢生成环己醇,工业生产环己醇的方法之一。


            IP属地:江苏8楼2013-11-17 10:36
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              六、醚键(乙醚)
              中学阶段要求很少,主要掌握常见的物性即可
              【物理性质】:常温下,除甲醚和甲乙醚为气体,其他均为易燃液体。醚的沸点相对于醇要低很多。醚可与水形成氢键,故在水中有较好的溶解性。很多有机物都溶于醚且醚在大部分情况下不发生反应,例如乙醚常作为良好的有机反应溶剂。
              【化学性质】: ①醚能溶解于强酸中形成鍚盐; ② 许多烷基醚在空气中可以缓慢地被氧化为有机过氧化物。


              IP属地:江苏9楼2013-11-17 10:36
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                七、羰基&醛基(丙酮、乙醛)
                在醛、酮分子中,羰基碳原子为sp2杂化,碳原子的3个sp2杂化轨道与相邻的原子形成三个σ键,其中一个σ键是碳原子与氧原子形成,另外碳原子垂直于sp2杂化平面的2p轨道与氧原子的一个2p轨道侧面重叠形成π键。羰基氧原子电负性大于碳原子,故羰基是极化的。
                【物理性质】:由于羰基的极化程度大,故醛、酮的沸点比相应的醚要高,但由于分子间不能形成氢键,故比相应的醇沸点低。羰基氧原子能与水形成氢键,故低级醛、酮溶于水。碳原子数较少的醛有强烈的刺激性气味,中级醛具有果香味,故含C9~10个的醛可用于香料。低级酮是液体,高级酮是固体。
                【化学性质】: ①与HCN的加成,丙酮和乙醛都可以发生此反应,反应在碱性条件下进行速率更快,结束后酸化即可得产物α-羟基腈; ②格氏试剂中R带有部分负电荷,可以和羰基发生加成反应,得到相应的伯、仲、叔醇; ③水、醇中氧原子带有孤对电子,一定条件下可以与酮与醛中的羰基加成; ④乙醛可以发生催化加氢生成乙醇,反应条件为催化剂Ni,加热加压;(注:酮的加氢还原高中阶段如无特殊说明不考虑) ⑤与酮相比,醛的氧化要容易得多,乙醛可以被银氨溶液或是斐林试剂氧化为羧酸,特别注意不同反应环境下方程式的书写! ⑥醛也能被空气氧化成羧酸,此方法也可用来工业生产某些羧酸; ⑦醛可以被强氧化剂(如铬酸,酸性高锰酸钾等)氧化为羧酸; ⑧卤仿反应,如果醛或者酮分子中有多个α-H,则这些H可以被卤素取代,生成多卤代物; ⑨醇醛缩合,具有α-H的醛或酮,在碱催化下生成碳负离子,然后碳负离子作为亲核试剂对醛、酮进行亲核加成,生成β-羟基醛,β-羟基醛受热脱水成不饱和醛。在稀碱或稀酸的作用下,两分子的醛或酮可以互相作用,其中一个醛(或酮)分子中的α-氢加到另一个醛(或酮)分子的羰基氧原子上,其余部分加到羰基碳原子上,生成一分子β-羟基醛或一分子β-羟基酮。。可通过醇醛缩合增长碳链。


                IP属地:江苏10楼2013-11-17 10:36
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                  八、羧基(乙酸)
                  在羧酸分子中,羧基碳原子以sp2杂化轨道分别与烃基和两个氧原子形成3个在同一平面的σ键,剩余的一个p电子与氧原子形成π键,构成羰基中的π键,且羧基中的羟基氧原子上有一对未共用电子对,故可与π键形成p-π共轭体系。因此在羧基中羰基和羟基相互影响,导致即不存在典型的羰基也不存在典型的羟基。
                  【物理性质】饱和一元羧酸中,甲酸、乙酸、丙酸具有强烈酸味和刺激性。含有4~9个C原子的具有腐败恶臭,是油状液体。含10个C以上的为石蜡状固体,挥发性很低,没有气味。饱和一元羧酸的沸点比相对分子质量接近的醇要高。由于氢键的存在,低级的羧酸在蒸汽中以二聚体的形式存在。比如乙酸分子间氢键键能为25kJ·mol-1。羧基是亲水基,可以与水形成氢键,故低级羧酸都能溶于水。
                  【化学性质】①羧基具有酸性,如乙酸可以和氢氧化钠反应生成乙酸钠和水,还可与碳酸钠反应生成乙酸钠、二氧化碳和水; ②酯化反应,如乙酸和乙醇在酸性共热条件下可以生成乙酸乙酯; ③脱羧反应,不同的羧酸脱去羧基的难易程度相差较大,如乙酸很难发生脱羧反应,要无水乙酸钠和碱石灰混合加强热才能反应生成甲烷和碳酸钠(这也是实验室制取甲烷的一种方法)


                  IP属地:江苏11楼2013-11-17 10:36
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                    九、酯基(乙酸乙酯)
                    这个不多说,高中出现的应该就只有水解了。注意掌握乙酸乙酯的合成实验即可。


                    IP属地:江苏12楼2013-11-17 10:37
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