有机物不饱和度的计算及应用
难点挑战
例1 根据下列分子的结构简式求其不饱和度. 苯乙炔:萘:
立方烷:
油酸甘油酯:
C CH
,
.
含1个苯环和1个三键,
=6;
萘分子的结构简式为5个双键
, =7;
立方烷的结构简式为
湖北 田钟华
, 相当于有2个环
6个环, 但其
为5(由其分子式C 8H 8可知 为5) , 对于多面体分子或笼状分子, 其不饱和度等于其环数减1;
C 17H 33CO 2
不饱和度是有机化学中的重要概念, 但在高中化学教材中没有涉及, 教师在平时的课堂教学中也很少系统地介绍不饱和度. 其实, 灵活地应用不饱和度可以帮助考生迅速解决有机化学中的一些问题, 如推测有机物的结构特点、判断同分异构、进行有机推断等. 下面, 笔者就不饱和度的概念及其在高中有机化学中的应用向大家做简单介绍. 1 不饱和度的概念
不饱和度又称缺氢指数, 通常用符号 表示. 对烃C x H y 或烃的含氧衍生物C x H y O z , 若y =2x +2, 则该有机物中氢原子是饱和的, 其不饱和度 =0; 若y
因此对于烃C x H y 或烃的含氧衍生物C x H y O z , 其不饱和度计算公式为 =. 例如C 3H 8、
2C 6H 6、C 8H 8O 2的不饱和度分别为0、4、5.
注意, 该计算公式仅适用于烃或烃的含氧衍生物, 若有机物中含有其他元素, 我们可以根据元素原子的成键特点, 将其他原子折算为C 、H 、O 3种原子. 例如, 1个卤素原子相当于1个氢原子, 1个N 原子相当于1个CH 原子团. 2 不饱和度的确定
1) 由有机物结构特点推知
有机物分子中含有不饱和键(双键、三键等) 或环状结构, 会导致分子缺氢. 分子中含1个双键(如C 键、C O 键等) 或1个环, =1; 分子中含1个三键(如C C 键) , =2; 分子中含1个苯环(相当于1个环3个双键) , =4.
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油酸甘油酯结构简式为C 17H 33CO , 分子中
C 17H 33CO OCH 2
有3个C 键和3个C O 键, =6.
答案 6, 7, 5, 6.
例2 发生以下有机反应后, 有机物分子的不饱和度如何变化?
(1) 消去反应, (2) 取代反应(例如:酯化反应、酯的水解反应) , (3) 加成反应, (4) 醇脱去氢被氧化
, (5) 醛得到氧被氧化为羧酸.
发生(1) 、(4) 反应时, 有不饱和键生成, 将增加; 发生(3) 反应时, 不饱和键参与反应,
将减少; 发生(5) 反应, 不变; 发生(2) 反应, 通常不变, 但若伴随成环或开环, 不饱和度将增加或减少.
2) 由有机物分子式计算
例3 求下列分子或基团的不饱和度.
C n H 2n -6, C 8H 8, C 8H 10O 2, C 4H 4Cl 2, C 1
7H 31 . 根据 的计算公式求不饱和度, C 4H 4Cl 2要把Cl 换为H , C 17H 31 的不饱和度应由含
17个C 原子的烷基中H 原子数来求.
答案 4, 5, 4, 2, 2. 3 不饱和度的应用
1) 根据结构式, 利用不饱和度快速确定复杂有机物的分子式
例4 一种从植物中提取的天然化合物 damascone 可用于制作 香水 , 其结构为该化合物的分子式为
则
苟利国家生死以, 岂因祸福避趋之.
林则徐 赴戎登程口占示家人
难点挑战
该分子中含13个碳原子, 由有机物结构特点推知 =4, 分子中氢原子数比对应烷烃少
8个.
答案 C 13H
20O.
2) 根据不饱和度, 判断同分异构体
例5 人们使用400万只象鼻虫和它们的9675g 粪物, 历经30多年时间弄清了棉子象鼻虫的4种信息素的组成, 它们的结构可表示如下(
括号内表示 的结构简式)
:
C 的分子结构如右所示(其中R 和R 代表不同的烃基) , 已知含有烃基R 的有机物R OH 与浓溴水反应产生白色沉淀. 于是
以上4种信息素中互为同分异构体的是
(1) 含有烃基R 的有机物R OH 的类别属
(2) A 分子结构中只有1个甲基, A 的结构简式
解此题关键是要确定 R , C 分子的不饱和度为5, 分子中已含有1个苯基、1个羧基, 故
R 的不饱和度为0, 应为含有5个碳原子的烷基. 故R OH 属于饱和一元醇, 相应可求出B 的结构简式为
CH
C
CO OH
H H
C
CH
O
O
C
CH O
答案 D.
例8 有机物A 为茉莉香型香料.
R CH C O H
互为同分异构体的物质, 一定相等. 4种物质的分子中, C 原子数分别为11、10、11、11,
O 原子数相等, 分别为3、3、2、2, 故 和 互为同分
异构体.
答案 和
.
3) 根据分子式, 利用不饱和度推测有机物的结构特点
例6 某链烃分子式为C 6H 6
, 写出2种可能的结构简式.
该分子的不饱和度为4, 分子中可以含2个
三键或4个双键, 变动三键或双键在链上的
位置, 可写出多种可能结构.
答案 CH C C C CH 2CH 3
或CH 2CH C C CH CH 2
(可变动不饱和键在碳链上位置, 写出多种结构)
例7 某芳香族有机物的分子式为C 8H 6O 2, 它的分子(除苯环外不含其他环) 中不可能有( ) .
A 2个羟基; B 1个醛基;
C 2个醛基;
D 1个羧基
该分子的 为6, 除开苯环外, 还有2个不饱
和度, 可以含1个C C 键或2个C 键;
若分子中含1个羧基, 则不可能再形成不饱和键, 无法使不饱和度达到6. 故该分子的结构可以是(其中, 环上基团位置可变动) :
, 由B 的结构可推
2 (CH 2) 3 CH 3
知A 的结构.
答案 (1) 饱和一元醇;
(2)
CH
CH O
.
CH 2 (CH 2) 3 CH 3
4) 利用不饱和度求解有机推断题
例9 有机物A 是常用的食用油抗氧化剂
, 分子式为C 10H 12O 5, 可发生如下转化:
已知B 的相对分子质量为60, 分子中只含有1个
甲基. C 的结构可表示为X
Y
, 其中 X 、
Y 均为官能团. 试确定A 、B 、C 的结构简式.
59
不为外撼, 不以物移, 而后可以任天下之大事.
吕坤
呻吟语 应务
难点挑战
A 分子不饱和度为5, C 分子中含有1个苯环、1个羧基, 不饱和度已为5, 由于酯发生
水解反应时不饱和度应等于生成物的不饱和度之和,
故B 为饱和一元醇, C 分子中含1个 COOH 和3个酚羟基. 从而可分别确定各物质的结构.
H O
二酸不饱和度为2, 而H 的不饱和度为3, G 为饱和醇, 说明反应生成环酯增加了不饱和度, 故H 的结构
2 O 2
简式为CH 2 O CH 3;
O
CH 3
答案 A. HO
H O
CH 2CH 2CH 3
C 的一氯代物只有1种, 经分析不可能为链状, 只能为对称的环状结构, 而不饱和度为2, 故C 应有2个环, 其结构为
B. CH 3CH 2CH 2OH ,
H O
C.
HO H O
COO H
.
答案 (1) CH 3CH 3
2 O 2
(2)
CH ;
例10
有机化合物A ~H 的转换关系如下所示:
CH 2 O CH 3; (3)
O
CH 3
.
我们解有机化学试题, 由结构简式确定分子式、由分子式推知结构信息, 都可以预先确定该分子的不饱和度; 另外, 我们还可以根据有机反应中不饱和度
请回答下列问题:
(1) 链烃A 有支链且只有一个官能团, 其相对分子质量在65~75之间, 1mol A 完全燃烧消耗7mo l 氧气, 则A 的结构简式是
.
(2) 在特定催化剂作用下, A 与等物质的量的H 2
反应生成E. G 与金属钠反应能放出气体, 则H 的结构简式为
(3) C 也是A 的一种同分异构体, 其一氯代物只有1种, 若不考虑立
体异构, 则C 的结构简式为
.
由H 判断G 中含有5个碳原子, 进而推知A 中也有5个碳原子, 依据题给转化关系判断
=2. 又1mo l A 完全燃烧消耗7mo l 氧气, 故A 的分子式为C 5H 8, =2, 分子中只有1个官能团, 则应含C C 键, 而A 含支链, 故A 的结构简式为
CH 3
3
C 的变化, 推知未知物的结构信息. 熟练、巧妙地使用不饱和度, 它就会成为我们学习有机化学的重要工具.
(作者单位:湖北省松滋一中)
2010年十大科学发现(三)
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; A 与等物质的量H 2反应生成
CH
2
E, E 的结构简式为CH 3CH 3
; 再由E 到
G 的转化关系, 可知G 的结构简式为
CH 3
2CH 3O H
OH
; G 与丁二酸作用生成H , 从O
原子数变化可知, 1个G 分子与1个丁二酸分子间脱去2分子水生成环状酯, 也可以从不饱和度判断, 丁
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勿以恶小而为之, 勿以善小而不为. 惟贤惟德, 能服于人.
刘备