有機(jī)化合物不飽和度的計(jì)算和應(yīng)用

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1、有機(jī)化合物不飽和度的計(jì)算和應(yīng)用上海建平世紀(jì)中學(xué)（201204）周平近兩年，上海高考化學(xué)試卷中分析有機(jī)物的結(jié)構(gòu)問題呈現(xiàn)出日益復(fù)雜的趨勢(shì)，用常規(guī)思維來解決這類開放性的問題，難免會(huì)出現(xiàn)遺漏、差錯(cuò)，2004年上海卷22題難度系數(shù)高達(dá)11%，此類問題考生若能運(yùn)用不飽和度來處理，就不會(huì)出現(xiàn)得分率低于11%的“悲慘”局面。什么是不飽和度？如同物質(zhì)的溶解性可以用溶解度定量表示，弱電解質(zhì)的電離程度用電離度表示一樣，不飽和度是反映有機(jī)化合物不飽和程度的量化指標(biāo)即缺氫程度，常用Ω表示，Ω值越大，則有機(jī)物的不飽和度越大。Ω最小值為0，如烷烴、飽和鹵代烴、飽和醇與醚，這

2、些有機(jī)物中氫元素的含量已達(dá)到飽和，不能再結(jié)合氫原子。某烴CnHm與含相同碳原子數(shù)的烷烴CnH2n+2相比較，若少2個(gè)氫原子其不飽和度為1，少4個(gè)氫原子其不飽和度為2，所以CnHm的不飽和度。一、不飽和度的計(jì)算先將某化合物（本文僅討論烴和烴的含鹵、含氧衍生物）的分子式轉(zhuǎn)變?yōu)橹缓細(xì)鋬煞N元素的分子式，作為“相當(dāng)?shù)臒N”，再把后者跟烷烴相比較。計(jì)算的一般方法是：（一）將每個(gè)鹵素原子（X）看成H原子，氧原子（O）“視而不見”（即不予考慮），得到的分子式設(shè)為CnHm（作為相當(dāng)?shù)臒N）。（二）將相當(dāng)?shù)臒N的分子式CnHm與含相同碳原子數(shù)的烷烴“參照烴”CnH2n

3、+2相比較，CnHm的不飽和度。（三）舉例例1求苯C6H6的不飽和度解：Ω=1/2（2×6+2-6）=4例2求氯乙烯C2H3Cl的不飽和度解：用H代替分子式中的Cl，C2H3Cl相當(dāng)于C2H4，其Ω=1/2（2×2+2-4）=1例3求C4H8O2的不飽和度解：省略2個(gè)O原子，求C4H8O2的不飽和度等于求C4H8的不飽和度則Ω=1/2（2×4+2-8）=1Ω=1代表分子結(jié)構(gòu)中可能有一個(gè)C=C或一個(gè)C=O雙鍵（如羰基、醛基、羧基、酯基）或一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，Ω=2可能是2個(gè)上述結(jié)構(gòu)的組合，也可能是一個(gè)C≡C鍵，依此類推。在Ω≥4，且碳原子數(shù)超過6時(shí)，常

4、考慮苯環(huán)（相當(dāng)于1個(gè)碳環(huán)和3個(gè)C=C鍵的加合），各類有機(jī)物的組成、基團(tuán)和不飽和度的相互關(guān)系如下表所示：表一：烴的組成與不飽和度的關(guān)系同系物烯烴環(huán)烷烴二烯烴炔烴苯的同系物烴分子組成CnH2nCnH2nCnH2n—2CnH2n—2CnH2n—6CnH2n+2—2Ω基團(tuán)C=C碳環(huán)C=C2個(gè)C≡C苯環(huán)未知基團(tuán)不飽和度11224Ω表二：烴的衍生物組成與不飽和度的關(guān)系同系物鹵代烴一元醇醚酚醛酮羧酸酯分子組成CnH2n+1XCnH2n+2OCnH2n+2OCnH2n—6OCnH2nOCnH2nOCnH2nO2CnH2nO2基團(tuán)-X-OH-O-OH苯環(huán)-CHO

5、-CO--COOH-COO-不飽和度00041111二、不飽和度的應(yīng)用（一）確定已知結(jié)構(gòu)的有機(jī)物分子式思維流程：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式計(jì)算不飽和度計(jì)算H原子數(shù)確定分子式例4（1998·上?！?1）已知維生素A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可寫為，式中以線示鍵，線的交點(diǎn)與端點(diǎn)處代表碳原子，并用氫原子數(shù)補(bǔ)足四價(jià)，但C、H原子未標(biāo)記出來。則維生素A的分子式為__________（內(nèi)容有所刪減）。解析：維生素A的鍵線式顯示其結(jié)構(gòu)中有1個(gè)碳環(huán)、5個(gè)C=C鍵，不飽和度Ω=6，C原子數(shù)為20，H原子數(shù)=2×20+2-2×6=30，故維生素A的分子式為C20H30O。例5（2003·上?！?8

6、）自20世紀(jì)90年代以來，芳炔類大環(huán)化合物的研究發(fā)展十分迅速，具有不同分子結(jié)構(gòu)和幾何形狀的這一類物質(zhì)在高科技領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景。合成芳炔類大環(huán)的一種方法是以苯乙炔為基本原料，經(jīng)過反應(yīng)得到一系列的芳炔類大環(huán)化合物，其結(jié)構(gòu)為：（1）上述系列中第1種物質(zhì)的分子式為：____________……解析：第1種物質(zhì)中有3個(gè)苯環(huán)、3個(gè)C≡C鍵，且相互間連成一個(gè)大環(huán)（其Ω=1），C原子數(shù)為24，其不飽和度Ω=3×4+3×2+1=19，H原子數(shù)=2×24+2-2×19=12，所以其分子式為：C24H12。（二）預(yù)測(cè)有機(jī)物的結(jié)構(gòu)思維流程：分子式計(jì)算不飽和度

7、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)（基團(tuán)）確定結(jié)構(gòu)例6（2004·上海·22）某芳香族有機(jī)物的分子式為C8H6O2，它的分子（除苯環(huán)外不含其它環(huán)）中不可能有（）。A．兩個(gè)羥基B．一個(gè)醛基C．兩個(gè)醛基D．一個(gè)羧基解析：由該有機(jī)物的分子式可求出它的不飽和度Ω=6，分子中有1個(gè)苯環(huán)，其不飽和度Ω=4，余下2個(gè)不飽和度、2個(gè)碳原子。2個(gè)不飽和度的基團(tuán)組合可能有三種情況：①兩個(gè)C原子形成1個(gè)C≡C鍵、兩個(gè)O原子形成2個(gè)羥基，均連在苯環(huán)上。②2個(gè)C原子形成1個(gè)羰基、1個(gè)醛基，相互連接。③2個(gè)C原子形成2個(gè)醛基，連在苯環(huán)上，三種情況中O原子數(shù)目都為2。而選項(xiàng)D，1個(gè)羧基的不飽和度僅為

8、1，O原子數(shù)目為2，羧基和苯環(huán)上的C已有3個(gè)價(jià)鍵，都不能與剩下的1個(gè)C原子以C=C鍵結(jié)合，故選D。例7（2004·上?！?8）人們對(duì)苯的認(rèn)識(shí)有一個(gè)不斷