不饱和度在有机化学中的妙用(已经通过三审)

不饱和度在有机化学解题中的妙用

魏海霞 陈迪妹

（温州大学化学与材料工程学院 浙江 温州 325035）

化学新课程强调以人为本，充分体现“科学源于生活，服务生活，创造新生活”的理念，近年来高考化学试卷中对这一理念有充分体现，出现了与日化产品、药物、环境等的相关试题，如09年江苏卷具有显著抗癌活性的10-羟基喜树碱、用于治疗高血压的药物多沙唑嗪盐酸盐，浙江卷的可用于制作“香水”的天然化合物a-damascone 等，其结构均较复杂，用常规思维来解决这类问题，十分繁琐，而且难免会出现遗漏、差错。

不饱和度揭示了有机物组成与结构的隐性关系和各类有机物间的内在联系，是推断有机物可能结构的一种新思维，其优点是推理严谨，可防遗漏。笔者在教学中发现不饱和度概念易学易懂，在求较为复杂的分子式及分子结构、同系物、同分异构体的判断等方面时，若能运用不饱和度将有事半功倍之功效，减轻学生学习负担。在现有文献中，中学对不饱和度的研究公式较多，推导复杂，本文将关于不饱和度的学习作一系统归纳，并推出一应用十分广泛的简化公式，与大家分享。

1 不饱和度的概念

不饱和度又称缺氢指数或者环加双键指数，是有机物分子不饱和程度的量化标志，即有机物分子中与碳原子数相等的开链烷烃相比较，每减少2个氢原子，则有机物的不饱和度增加1，用希腊字母Ω表示。

2 不饱和度的计算

2.1 根据有机物的化学式计算

常用的计算公式：

公式繁多，现简化如下：

将有机物的化学式转化为CxHyOa(NH)b则Ω=x+1-y/2

此公式使用范围极广，可囊括几乎所有有机物，无需分类讨论，硅与碳等效，卤素与氢等效，硫与氧等效。通过转化，O 、N 可视而不见，学生已学过元素周期律，同族元素性质相似的概念已根深蒂固，价键规律也有一定了解，此公式使用简便，利于学生掌握。

例子：C 10H 4Cl 2可转化为C 10H 6，则Ω=10+1-6/2=8

C 20H 31O 2N 3可转化为C 20H 28O 2(NH)3，则Ω=20+1-28/2=7

C 60中y 、a 、b 均为0，Ω=60+1=61

2.2 非立体平面有机物分子，可以根据结构计算

Ω=双键数+叁键数×2+环数

备注：双键包含碳碳、碳氮、氮氮、碳氧双键；叁键包含碳碳、碳氮叁键；环数等于将环状分子剪成开链分子时，剪开碳碳键的次数，环包含含N 、O 、S 等的杂环。

如苯：Ω=6+1-6/2=3+0×2+1=4 即苯可看成三个双键和一个环的结构形式。 例子:

Ω=4+0×2+2=6 Ω=6+1×2+2=10 Ω=8+0×2+3=13

2.3 立体封闭有机物分子（多面体或笼状结构）不饱和度的计算，其成环的不饱和度比面数少数1。

例子：

C

C

立方烷面数为6，Ω=5 降冰片烷面数为3，Ω=2 棱晶烷面数为5，Ω=4 3 不饱和度的应用

3.1 分子的不饱和度（Ω）与分子结构的关系：

①若Ω=0，说明分子是饱和链状结构

②若Ω=1，说明分子中有一个双键或一个环；

③若Ω=2，说明分子中有两个双键或一个三键；或一个双键和一个环；或两个环；余类推；

④若Ω≥4，说明分子中很可能有苯环。

3.2 辅助推导化学式，思路如下

结构简式——计算不饱和度——计算H 原子数——确定分子式

例1：（2008海南20）1mo1X 能与足量碳酸氢钠溶液反应放出44.8LCO 2(标准状况) ，则X 的分子式是：（ ）

A 、C 5H 10O 4 B ．C 4H 8O 4 C ．C 3H 6O 4 D ．C 2H 2O 4

答案：D

解析：能与碳酸氢钠反应的有机物一般为羧基，1molX 放出CO 2为2mol, 说明含2个羧基，其不饱和度至少为2，口算可得A 、B 、C 的不饱和度均为1，D 为2，可快速求解选项为D 。

例2：（2009浙江11）一种从植物中提取的天然化合物a-damascone ，可用于制作“香水”，其结构如下图，有关该化合物的下列说法不正确的是（ ） ．．．

A ．分子式为C 13H 20O

B. 该化合物可发生聚合反应

C ．1mol 该化合物完全燃烧消耗19mol O 2

D ．与溴的CCl 4溶液反应生成的产物经水解、稀硝酸化后可用AgNO 3溶液检验 答案：C

解析：

A 项，可快速判断出该分子为C 13HyO ，根据不饱和度公式，该分子含3个双键一个环，Ω=4=13+1-y/2,y=20，正确；

B 项，由于分子可存在碳碳双键，故可以发生加聚反应，正确；

C 项，根据A 项可转化为C 13H 18（H 2O ）13个碳应消耗13个O 2，18个H 消耗4.5个O 2，共为17.5，故错；

D 项，碳碳双键可以与Br 2发生加成发生，然后水解酸化，即可得Br －，再用AgNO 3可以检验，正确。

例3：（09天津卷8）请仔细阅读以下转化关系：

A 是从蛇床子果实中提取的一种中草药有效成分，是由碳、氢、氧元素组成的酯类化合物；

B 称作冰片，可用于医药和制香精、樟脑等；

C 的核磁共振氢谱显示其分子中含有4种氢原子；

D 中只含一个氧原子，与Na 反应放出H 2；

F 为烃。

请回答：

（1）B 的分子式为___________。

（4）F 的分子式为____________。

化合物H 是F 的同系物，相对分子质量为56，写出H 所有可能的结构：_______________。

(节选自部分内容，以下相同)

解析：

（1）从图中可快速看出B 中有10个C ，一个O ，为面数为3的闭合笼状结构，故Ω=2，分子式为C 10HyO, Ω=2=10+1-y/2=18,确定分子式为C 10H 18O

（2）F 为烃，E-F 为消去反应，70/14=5，F 为戊烯，分子式为C 5H 10

H 是F 的同系物，相对分子质量为56，56/14=4，为丁烯，所有同分异构体为1-

丁烯，2-丁烯（存在顺反异构）和甲基丙烯四种。

3.3 辅助推断有机物的结构与性质，思路如下

分子式——计算不饱和度——预测官能团及数量——确定结构——推测性质 例4：有一环状化合物C 8H 8，它不能使溴的CCl 4溶液褪色；它的分子中碳环上的1个氢原子被氯取代后的有机生成物只有一种。这种环状化合物可能是（ ）

答案：C

解析：不能使溴的CCl 4溶液褪色，可排除AD ；

C 8H 8中Ω=8+1-8/2=5,B中Ω=4，排除，即得正确答案为C 。

例5：（2008四川卷29）（3）①芳香化合物E 的分子式是C 8H 8Cl 2。E 的苯环上的一溴取代物只有一种，则E 的所有可能的结构简式是_______________________。

解析：根据公式CxHyOa(NH)b则Ω=x+1-y/2，卤素原子与H 等效，C 8H 8Cl 2可转化为C 8H 10，Ω=8+1-10/2=4，又为芳香化合物，说明只含一个苯环，其余均饱和，故结构即可迎刃而解。答案如下：

例6：（09全国卷Ⅱ30）化合物A 相对分子质量为86，碳的质量分数为55.8%，氢为7.0%，其余为氧。A 的相关反应如下图所示

:

已知R-CH=CHOH(烯醇) 不稳定, 很快转化为R CH 2CHO 。

根据以上信息回答下列问题:

(1) A的分子式为;

(5) A 有多种同分异构体, 写出四个同时满足(i)能发生水解反应(ii)能使溴的四氯化碳溶液褪色两个条件的同分异构体的结构简式：

、、、 ；

（6）A 的另一种同分异构体，其分子中所有碳原子在一条直线上，它的结构简式为 。

解析：

(1)（86×55.8%÷12）：（86×7%÷1）：（86×37.2%÷12）=4:6:2

A 的分子式为C 4H 6O 2

(5)(i)能发生水解反应：只含C 、H 、O 元素，为酯类；

(ii)能使溴的四氯化碳溶液褪色：含碳碳双键或三键

C 4H 6O 2中Ω=4+1-6/2=2，则含一个碳碳双键，一个酯键，答案如下：

（6）其分子中所有碳原子在一条直线上：含碳碳叁键

C 4H 6O 2中Ω=2，则只含一个碳碳叁键，答案为：

3.4 同分异构体、同系物的判断

同系物结构相似(同类物质) ，不饱和度相同；同分异构体分子式相同，不饱和度相同，根据这条规律，可快速判断，不必花大力气数H 原子个数，写分子式。

例7：下列各对物质中，互为同系物的是 （ ）

答案：A

解析：同系物为同类物质可排除BD ；C 中不饱和度分别为4和1，排除，可得A 为正确答案。

例8：A 、B 、C 、D 、E 五种芳香化合物都是某些植物挥发油中的主要成分，有的是药物，有的是香料。它们的结构简式如下所示：

请回答下列问题：

（1）这五种化合物中，互为同分异构体的是 。 答案：BC

解析：分子中均含苯环外，可看苯环外的结构：

A 中5个C ，Ω=1

B 中4个C ，Ω=1；C 中4个C ，Ω=1；BC 为同分异构体；

D 中3个C ，Ω=1；E 中3个C ，Ω=2；非同分异构体。

例9：人们使用四百万只象鼻虫和它们的215磅粪物，历经30年多时间弄清了棉子象鼻虫的四种信息素的组成，它们的结构可表示如下（括号内表示④的结构简式）

以上四种信息素中互为同分异构体的是

A ．①和② B. ①和③ C. ③和④ D. ②和④

答案：C

解析：①中Ω=2+1=3 ②中Ω=2+1=3；①②为同种物质排除；

③中Ω=1+1=2 ④Ω=1+1=2，为同分异构体，答案为C

不饱和度还可运用于有机反应的判断、共用电子对的数目及有机物面数的确定等，在这些方面运用不饱和度不甚简便，本文不再赘述。总之，从近几年高考中可以看出，不饱和度发挥了重要作用，若在教学中运用好不饱和度，定有成效。

参考文献：

[1]郑大贵. 利用不饱和度计算桥环化合物的环数[J]. 大学化学1993，(6)：47-51.

[2]丁敬敏，丁漪. 有机化合物分子不饱和度的计算[J].化学教育1998，（1）：38-41.

[3]胡思前. 不饱和度在有机化学中的应用[J]. 高等函授学报(自然科学版) 究2002，(8)：29-30.

[4]沈国强. 巧用不饱和度，化解有机难题[J].河北理科教学研究2008，(5)：24-29.

[5]刘杰，辛万香. 名师视点高中化学—有机化学[M].长春：东北师范大学出版社，2002：212-216