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完全详细大学有机化学复习资料.doc
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1、 大学有机化学复习有机化学复习总结一有机化合物的命名 1. 能够用系统命名法命名各种类型化合物:包括烷烃,烯烃,炔烃,烯炔,脂环烃(单环脂环烃和多环置换脂环烃中的螺环烃和桥环烃),芳烃,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,羧酸衍生物(酰卤,酸酐,酯,酰胺),多官能团化合物(官能团优先顺序:COOHSO3HCOORCOXCNCHOCOOH(醇)OH(酚)SHNH2ORCCCC(RXNO2),并能够判断出Z/E构型和R/S构型。 2. 根据化合物的系统命名,写出相应的结构式或立体结构式(伞形式,锯架式,纽曼投影式,Fischer投影式)。 立体结构的表示方法:1)伞形式:2)锯架式:3) 纽曼投影式:4)菲
2、舍尔投影式:5)构象(conformation) (1) 乙烷构象:最稳定构象是交叉式,最不稳定构象是重叠式。(2) 正丁烷构象:最稳定构象是对位交叉式,最不稳定构象是全重叠式。(3) 环己烷构象:最稳定构象是椅式构象。一取代环己烷最稳定构象是e取代的椅 式构象。多取代环己烷最稳定构象是e取代最多或大基团处于e键上的椅式构象。立体结构的标记方法1. Z/E标记法:在表示烯烃的构型时,如果在次序规则中两个优先的基团在同一侧,为Z构型,在相反侧,为E构型。2、 顺/反标记法:在标记烯烃和脂环烃的构型时,如果两个相同的基团在同一侧,则为顺式;在相反侧,则为反式。 3、 R/S标记法:在标记手性分子时
3、,先把与手性碳相连的四个基团按次序规则排序。然后将最不优先的基团放在远离观察者,再以次观察其它三个基团,如果优先顺序是顺时针,则为R构型,如果是逆时针,则为S构型。注:将伞状透视式与菲舍尔投影式互换的方法是:先按要求书写其透视式或投影式,然后分别标出其R/S构型,如果两者构型相同,则为同一化合物,否则为其对映体。二. 有机化学反应及特点1. 反应类型还原反应(包括催化加氢):烯烃、炔烃、环烷烃、芳烃、卤代烃氧化反应:烯烃的氧化(高锰酸钾氧化,臭氧氧化,环氧化);炔烃高锰酸钾氧化,臭氧氧化;醇的氧化;芳烃侧链氧化,芳环氧化)2. 有关规律1) 马氏规律:亲电加成反应的规律,亲电试剂总是加到连氢较
4、多的双键碳上。2) 过氧化效应:自由基加成反应的规律,卤素加到连氢较多的双键碳上。3) 空间效应:体积较大的基团总是取代到空间位阻较小的位置。4) 定位规律:芳烃亲电取代反应的规律,有邻、对位定位基,和间位定位基。5) 查依切夫规律:卤代烃和醇消除反应的规律,主要产物是双键碳上取代基较多的烯烃。6) 休克尔规则:判断芳香性的规则。存在一个环状的大键,成环原子必须共平面或接近共平面,电子数符合4n+2规则。7) 霍夫曼规则:季铵盐消除反应的规律,只有烃基时,主要产物是双键碳上取代基较少的烯烃(动力学控制产物)。当碳上连有吸电子基或不饱和键时,则消除的是酸性较强的氢,生成较稳定的产物(热力学控制产
5、物)。8) 基团的“顺序规则”3. 反应中的立体化学 烷烃:烷烃的自由基取代:外消旋化 烯烃:烯烃的亲电加成: 溴,氯,HOBr(HOCl),羟汞化-脱汞还原反应-反式加成 其它亲电试剂:顺式+反式加成 烯烃的环氧化,与单线态卡宾的反应:保持构型 烯烃的冷稀KMnO4/H2O氧化:顺式邻二醇 烯烃的硼氢化-氧化:顺式加成 烯烃的加氢:顺式加氢 环己烯的加成(1-取代,3-取代,4-取代) 炔烃:选择性加氢:Lindlar催化剂-顺式烯烃Na/NH3(L)-反式加氢 亲核取代: SN1:外消旋化的同时构型翻转 SN2:构型翻转(Walden翻转) 消除反应: E2,E1cb: 反式共平面消除。
6、环氧乙烷的开环反应:反式产物 四概念、物理性质、结构稳定性、反应活性 (一).概念1. 同分异构体2. 试剂亲电试剂:简单地说,对电子具有亲合力的试剂就叫亲电试剂(electrophilic reagent)。亲电试剂一般都是带正电荷的试剂或具有空的p轨道或d轨道,能够接受电子对的中性分子,如:H、Cl、Br、RCH2、CH3CO、NO2、SO3H、SO3、BF3、AlCl3等,都是亲电试剂。亲核试剂:对电子没有亲合力,但对带正电荷或部分正电荷的碳原子具有亲合力的试剂叫亲核试剂(nucleophilic reagent)。亲核试剂一般是带负电荷的试剂或是带有未共用电子对的中性分子,如:OH、H
7、S、CN、NH2、RCH2、RO、RS、PhO、RCOO、X、H2O、ROH、ROR、NH3、RNH2等,都是亲核试剂。自由基试剂: Cl2、Br2是自由基引发剂,此外,过氧化氢、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、过硫酸铵等也是常用的自由基引发剂。少量的自由基引发剂就可引发反应,使反应进行下去。3. 酸碱的概念布朗斯特酸碱:质子的给体为酸,质子的受体为碱。Lewis酸碱:电子的接受体为酸,电子的给与体为碱。4. 共价键的属性键长、键角、键能、键矩、偶极矩。5. 杂化轨道理论sp3、sp2、sp杂化。6. 旋光性平面偏振光:手性:手性碳:旋光性:旋光性物质(光学活性物质),左旋体,右旋体:内消旋体、外
8、消旋体,两者的区别:对映异构体,产生条件:非对映异构体:苏式,赤式:差向异构体:Walden翻转: 7. 电子效应 1) 诱导效应 2) 共轭效应(-共轭,p-共轭,-p 超2共轭,-超共轭。 3) 空间效应8. 其它内型(endo), 外型(exo): 顺反异构体,产生条件:烯醇式:(二). 物理性质 1. 沸点高低的判断? 不同类型化合物之间沸点的比较; 同种类型化合物之间沸点的比较。 2. 熔点,溶解度的大小判断?3. 形成有效氢键的条件,形成分子内氢键的条件:(三). 稳定性判断 1. 烯烃稳定性判断 R2C=CR2 R2C=CHR RCH=CHR(E-构型) RCH=CHR(Z-构型
9、) RHC=CH2 CH2=CH2 2. 环烷烃稳定性判断 3. 开链烃构象稳定性4. 环己烷构象稳定性 5. 反应中间体稳定大小判断(碳正离子,碳负离子,自由基)碳正离子的稳性顺序:自由基稳定性顺序: 碳负离子稳定性顺序: 6. 共振极限结构式的稳定性判断(在共振杂化体中贡献程度): (四)酸碱性的判断 1. 不同类型化合物算碱性判断 2. 液相中醇的酸性大小 3. 酸性大小的影像因素(吸电子基与推电子基对酸性的影响):(五)反应活性大小判断 1. 烷烃的自由基取代反应 X2的活性:F2 Cl2 Br2 I2 选择性:F2 Cl2 Br2 R2C=CHR RCH=CHR RCH=CH2 CH
10、2=CH2 CH2=CHX 3. 烯烃环氧化反应活性 R2C=CR2 R2C=CHR RCH=CHR RCH=CH2 CH2=CH2 4. 烯烃的催化加氢反应活性:CH2=CH2 RCH=CH2 RCH=CHR R2C=CHR R2C=CR2 5. Diles-Alder反应 双烯体上连有推电子基团(349页),亲双烯体上连有吸电子基团,有利于反应进行。 例如: 下列化合物 A. ; B. ; C. ; D. 与异戊二烯进行Diels-Alder反应的活性强弱顺序为: 。 6. 卤代烃的亲核取代反应 SN1 反应:SN2 反应:成环的SN2反应速率是:v五元环 v六元环 v中环,大环 v三元环
11、 v四元环 7. 消除反应 卤代烃碱性条件下的消除反应-E2消除 RI RBr RCl 醇脱水-主要E1 8. 芳烃的亲电取代反应 芳环上连有活化苯环的邻对位定位基(给电子基)-反应活性提高 芳环上连有钝化苯环的间位定位基(吸电子基)或邻对位定位基-反应活性下降。 例如:下列芳香族化合物: A. B. C. D. 硝化反应的相对活性次序为 。例如: 萘环的 A. 位; B. 位 ; C. 氯苯 ; D. 苯在亲电取代反应中相对活性次序为为 。例如:下列各化合物中,最容易与浓硫酸发生磺化反应的是( )。 A. ; B. ; C. ; D. (六)其它1. 亲核性的大小判断:2. 试剂的碱性大小:
12、3. 芳香性的判断:4. 定位基定位效应强弱顺序:邻、对位定位基:ON(CH3)2NH2OHOCH3NHCOCH3R OCOCH3C6H5FClBrI间位定位基:NH3NO2CNCOOHSO3HCHOCOCH3COOCH3CONH2五、活性中间体与反应类型、反应机理反应机理:1. 自由基取代反应机理中间体:自由基反应类型:烷烃的卤代,烯烃、芳烃的H卤代。2. 自由基加成反应机理中间体:自由基:反应类型:烯烃、炔烃的过氧化效应。3. 亲电加成反应机理中间体:环鎓离子(溴鎓离子,氯鎓离子)反应类型:烯烃与溴,氯,次卤酸的加成中间体:碳正离子,易发生重排。反应类型:烯烃的其它亲电加成(HX,H2O,
13、H2SO4,B2H6,羟汞化-去汞还原反应)、炔烃的亲电加成,小环烷烃的开环加成,共轭二烯烃的亲电加成。或环鎓离子): 4. 亲电取代反应机理:中间体:-络合物(氯代和溴代先生成络合物)反应类型:芳烃亲电取代反应(卤代,硝化,磺化,烷基化,酰基化,氯甲基化)。 5. 亲核加成反应机理:中间体:碳负离子反应类型:炔烃的亲核加成6. 亲核取代反应机理:SN1反应中间体:碳正离子,易发生重排。反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是3),醚键断裂反应(3烃基生成的醚)。SN2反应 中间体:无(经过过渡态直接生成产物) 反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是1),分子内的亲核取代,醚键断裂反应(1烃基生
14、成的醚,酚醚),环氧乙烷的开环反应。7. 消除反应反应机理E1机理:中间体:碳正离子,易发生重排。反应类型:醇脱水,3RX在无碱性试剂条件下在污水乙醇中的消除反应。E2机理:中间体:无(直接经过过渡态生成烯烃)反应类型:RX的消除反应E1cb机理: 中间体:碳负离子 反应类型:邻二卤代烷脱卤素。 重排反应机理:(rearrangement)重排反应规律:由不稳定的活性中间体重排后生成较稳定的中间体;或由不稳定的反应物重排成较稳定的产物。1、 碳正离子重排(1) 负氢1,2迁移:(2) 烷基1,2迁移:(3) 苯基1,2迁移:频哪醇重排:在频哪醇重排中,基团迁移优先顺序为:ArRH(4) 变环重
15、排:(5) 烯丙位重排:碱性水解2、其它重排(1) 质子1,3迁移(互变异构现象)六、鉴别与分离方法七、推导结构 1. 化学性质:烯烃的高锰酸钾氧化; 烯烃的臭氧化反应; 芳烃的氧化; 邻二醇的高碘酸氧化2. 光波谱性质:红外光谱: 36502500cm1 OH,NH伸缩振动 33003000cm1 CCH(3300),C=CH(3100),ArH(3030) 伸缩振动 30002700cm1 CH3,CH2,次甲基,CHO(2720,2820) 伸缩振动 18701650cm1 C=O ( 酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐)伸缩振动 16901450cm1 C=C,苯环骨架伸缩振动 1475130
16、0cm1 CH3,CH2,次甲基面内弯曲振动 1000670cm1 C=CH,ArH,CH2 的 面外弯曲振动核磁共振谱:偶合裂分的规律:n+1规律一组化学等价的质子有n个相邻的全同氢核存在时,其共振吸收峰将被裂分为n+1个,这就是n+1规律。按照n+1规律裂分的谱图叫做一级谱图。在一级谱图中 具体的推到方法:1).不饱和度的计算 W(不饱和度)= 1/2(2 + 2n4 + n3 - n1) n41、n3、n1分别表示分子中四价、三价和一价元素的原子个数。如果W=1,表明该化合物含一个不饱和键或是环烷烃;W=2,表明该化合物含两个C=C双键,或含一个CC三键等;W4,表明该化合物有可能含有苯
17、环。 2). 红外光谱观察官能团区域(1). 先观察是否存在C=O(18201660cm-1, s)(2). 如果有C=O, 确定下列状况. 羧酸: 是否存在O-H(34002400cm-1, 宽峰, 往往与C-H重叠) 酰胺: 是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收; 有时是同 等强度的两个吸收峰 酯: 是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收) 酸酐: 1810和1760cm-1附近有两个强的C=O吸收 醛: 是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收) 酮: 没有前面所提的吸收峰 (3). 如果没有C=O, 确定下列状况. 醇、酚: 是否存在O-H(34
18、003300cm-1, 宽峰; 13001000cm-1附近的C-O吸收) 胺: 是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收; 有时是同 等强度的两个吸收 醚: 是否存在C-O(13001000cm-1有强吸收, 并确认 34003300cm-1附近是否有O-H吸收峰) (4).观察是否有C=C或芳环 C=C: 1650cm-1附近有弱的吸收 芳环: 16001450cm-1范围内有几个中等或强吸收 结合31003000cm-1的C-H伸缩振动, 确定C=C或芳环。3)分析核磁共振谱图(1) 根据化学位移()、偶合常数(J)与结构的关系,识别一些强单峰和特征峰。如:下列孤立的甲基和亚甲
19、基质子信号,极低磁场(1016)出现的羧基,醛基和形成分子内氢键的羟基信号。(2). 采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。如果加重水后相应的信号消失,则可以确定此类活泼氢的存在。(3) 如果在6.58.5ppm范围内有强的单峰或多重峰信号,往往是苯环的质子信号,再根据这一区域的质子数目和峰型,可以确定苯环上取代基数目和取代基的相对位置。(4). 解析比较简单的多重峰(一级谱),根据每个组峰的化学位移及其相应的质子数目对该基团进行推断,并根据n+1规律估计其相邻的基团。(5). 根据化学位移和偶合常数的分析,推出若干个可能的结构单元,最后组合可能的结构式。综合各种分析,
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