有机化合物及有机高分子化合物

3.5　有机化合物及有机高分子化合物

要求:关于有机化合物方面，要求了解有机化合物的特点、分类和命名及有机化合物的基本反应类型;应着重了解有机化合物按官能团的分类、各类基本的官能团的结构与名称;能按照给定的结构式给出化合物的正确命名或按照化合物的系统命名正确写出化合物的结构式(指普通的简单有机化合物);了解取代反应、消去反应、加成反应、缩合反应等几类基本的有机化学反应的特点，能根据反应式写出这几类典型反应的典型产物。

关于有机高分子化合物方面，要求了解高分子化合物的单体、高聚物、链节、聚合度等基本概念，了解缩合聚合与加成聚合、均聚与共聚等不同聚合类型的特点与相互区别;了解线型非晶态高分子化合物的三种力学状态，懂得玻璃化温度、黏流化温度的高低与高分子化合物应用性能的关系;了解常见的高分子材料——塑料、橡胶、合成纤维的主要特点及相互区别;学会正确区分塑料与橡胶等高分子材料。

3.5.1有机化合物

1.有机化合物的特点、分类和命名

1)有机化合物的特点

①绝大多数有机化合物的晶体是分子晶体，因此其熔点低，硬度小。

②有机化合物中含C、H、O等元素，易燃烧。

③有机化合物的分子多为非极性分子或极性较小的分子，根据相似相溶原理，有机化合物多半在水中溶解度小，易溶于有机溶剂，如乙醇、乙醚、苯等。

④有机化合物的反应较慢，常需要加热、加催化剂等办法加速反应的进行。反应中常伴随有副反应进行，因此，有机反应式中常用箭号代替等号，产物只写主要产物。

⑤有机化合物中常有同分异构现象，即存在化学组分相同但结构不同的同分异构体。如乙醇CH₃CH₂OH和甲醚CH₃OCH₃是同分异构体。因此，有机化合物通常用结构式或结构简式来表示。

2)有机化合物的分类

从不同角度对有机化合物可以有多种分类方法。

(1)以相对分子质量大小分类

一般摩尔分子质量小于1000g·mol^－1为低分子有机物;摩尔分子质量大于1000 g·mol^－1为高分子有机物。

(2)按碳链骨架分类

①开链化合物:又称脂肪族化合物。顾名思义，此类化合物是链状，首尾不相连的。只有C和H两种元素组成的开链化合物称为链烃。

②碳环化合物:有碳环状结构的有机化合物叫碳环化合物，根据性质不同可进一步分为以下2种。

Ⅰ○脂环族化合物:这类环烃的性质与脂肪烃相似。例如:

Ⅱ○芳香族化合物:此类碳环化合物含有苯的结构，它们的性质与脂环化合物不同。例如:

③杂环化合物:环上的原子除了C原子外，还有O、S、N等杂原子，此类化合物性质与芳香族化合物比较相似。例如:

(3)按官能团分类

官能团是一些原子或原子团(还包括重键)，它们是决定化合物的主要性质的基团。有机化合物中最基本化合物是烃，它们的成分最简单，只含C、H两种元素。根据烃分子中C原子与C原子间是否有重键，烃可分为烷烃(无重键)、烯烃(有双键)、炔烃(有三键)。

烃以外的有机化合物可看成烃分子中H原子被官能团取代的衍生物。

下面列出主要官能团和对应的有机化合物的名称、结构式和实例。

表3.5-1　有机化合物的官能团和相应化合物的名称及结构式

*R代表开链烷烃，Ar代表芳香烃基。

3)有机化合物的命名

有机化合物的命名方法很多，通常用系统命名法，系统命名法的主要原则有三条。

①首先根据化合物中主要官能团确定母体，用含该官能团的特定名称命名之。次要官能团作取代基。如:

—COOH为主要官能团，定为母体，称为酸;—NH₂为取代基，称为氨基。

②选择含主要官能团的最长的碳链为主链，当主链上C原子数少于或等于10个时，C原子的数目用天干数字甲、乙、丙、……、壬、癸表示，当主链上碳原子数超过10个时，直接用数字表示。主链需要编号，编号原则是主要官能团所在碳原子的序号应最小，所以上述有机化合物主链碳原子编号为

③支链也作为取代基，其位置用主链上与其相连的C原子的序号表示。苯环上取代基的位置也用序号表示，编号顺序首先考虑主要官能团，使其序号最小。其次是取代基，使它们的序号之和最小。对于芳香族化合物而言也可以用取代基位于主要官能团的邻位、间位或对位位置表示，英文字母o、m、p分别代表邻、间、对位。例如:

续表

2.有机化合物的主要反应

1)取代反应

取代反应是指有机化合物中H原子被其他原子或原子团(如—X(卤素)、—NO₂(硝基)、—SO₃H(磺酸基)等)取代的反应。例如:

此取代反应的产物还可进一步取代，生成二取代、三取代、四取代的产物。若控制CH₄和Cl₂的比例，可以使主要产物为一取代或四取代。卤素的取代反应亦可称为卤化反应。又如:

硝基(—NO₂)的取代反应亦可称为硝化反应。

2)消去反应

消去反应是指从有机化合物分子中消去一个小分子(如HCl、H₂O等)，生成双键的反应。例如:

3)加成反应

含有重键(双键或三键，又称不饱和键)的有机化合物易发生加成反应。即重键中的π键断开，形成两个新的单键，结合两个原子或基团。如加H₂、X₂(卤素)、HX(卤化氢)等，以及同类分子间因加成而产生聚合。如:

结构不对称的烯烃与极性分子(如H₂O、HCl)加成时，后者分子中带有正电的部分加到双键上H较多的碳原子上，这称为马氏规则。例如:

不仅是烯烃和炔烃，其他含重键的化合物，如醛、酮、腈等也可以发生加成反应。

4)缩合反应

反应物分子间相互作用，在脱去水、卤化氢等小分子的同时，其骨架的剩余部分(残基)彼此结合，生成新的有机化合物的反应叫缩合反应。这类反应很多，这里只介绍四种。

(1)酯化反应

酸(有机酸、无机酸)和醇在催化剂作用下，失去水生成酯。例如:

(2)醚化反应

二个醇分子在浓硫酸作用下，失去水，生成醚。如:

(3)置换反应

R-X卤化物和NaCN、NaOH或NaOR(醇钠)缩去NaX，生成腈、醇和醚。如:

CH₃CH₂Cl+NaCN─→CH₃CH₂CN(丙腈)+NaCl

CH₃CH₂Cl+NaOH─→CH₃CH₂OH(乙醇)+NaCl

CH₃CH₂Cl+NaOCH₂CH₃─→CH₃CH₂OCH₂CH₃(乙醚)+NaCl

(4)酰胺化反应

(5)氧化反应

有机化学中广义的氧化反应是指化合物与O原子结合或分子中失去H的反应。这些反应都使有机化合物中C原子的化合价(严格地讲是氧化数)升高。这里主要介绍有机化合物在氧化剂的作用下，生成含氧(或含氧量更多)的化合物的反应。

烷烃、烯烃、炔烃、醇、醛、酮等各类化合物在不同条件下，发生氧化反应，生成不同程度的氧化产物(如醇、醛、酮、酸和CO₂等)。

注意苯环一般不易发生因氧化反应而导致开环或解体的情况。

RCHO+2［Ag(NH₃)₂］─→OHRCOONH₄+2Ag↓+2NH₃+H₂O(银镜反应)

RCHO+2Cu(OH)₂─→+NaOHRCOONa+Cu₂O↓(红色)+3H₂O

3.某些典型有机化合物的分子式、性质及用途

(1)甲烷

甲烷CH₄是最简单的饱和烷烃，能发生卤化及氧化反应。主要用作能源及化工原料。

(2)乙炔

乙炔HC≡CH是最简单的炔烃。具有炔烃的典型性质，可发生加成、水解、取代、氧化、聚合等反应。主要用途是用作基本化工原料及高聚物单体，并可用于乙氧焰切割及气焊。

(3)苯

苯是最基本的芳香烃。具有芳香烃的典型性质，能发生取代、氧化反应。主要用途是用作基本化工原料及优质溶剂。

(4)甲苯

甲苯是取代芳香烃，具有芳香烃及取代烷烃的典型性质，可在苯环及—CH₃基上发生取代反应、氧化反应。主要用途为基本化工原料及工业溶剂。

(5)乙醇

乙醇CH₃CH₂OH是典型的醇类，具有醇类的各种典型性质，易发生脱水生成烯烃，亦可氧化为醛(酮)或羧酸甚至CO₂，亦可发生取代、酯化、醚化，还可发生缩合反应，是一种重要的基本化工原料，也是一种良好的溶剂，还可作燃料，或作医用消毒剂。

(6)苯酚

苯酚兼具芳香族化合物及酚类特征，苯环上能发生典型的芳香环反应(如取代、氧化等)及酚、醇类的反应(如具有酸碱性，能发生酸化及醚化反应)。主要用作基本化工原料、聚合单体、溶剂及防腐消毒剂等。

(7)乙醛

乙醛是典型的一种醛，具有醛类的特性，其典型反应是可被氧化成羧酸或CO₂，也可被还原成醇，再脱水成烯烃。乙醛是重要的化工合成原料，是合成高聚物的单体。

(8)乙酸

乙酸俗称醋酸(亦可写作HAc)。是一种重要的有机低碳羧酸。具有有机羧酸的典型性质，可还原成醇，亦可脱水成酸酐，还可进一步氧化为CO₂。可与醇、胺、卤素作用生成酯或酰胺、酰卤等;还可在—CH₃基上发生取代，生成卤代酸、氨基酸等并继而发生缩合和缩聚反应。可用作基本有机原料，醋酸－醋酸钠混合液是常用的缓冲溶液。醋酸还是食用调味品——醋的主要成分，也可用于环境杀菌消毒。

(9)乙酸乙酯

乙酸乙酯是一种重要的低碳有机酯类，具有酯类的典型性质，最重要的反应有水解反应、皂化反应、取代反应及缩聚反应等。主要用途是作为有机合成原料、高聚物单体，也是良好的有机溶剂。

(10)乙胺

乙胺CH₃CH₂—NH₂是一种重要的低碳脂肪胺，具有胺类的典型性质，具有碱性及给电子性，是一种常用的有机碱类，也是优良的配体，能与多种金属离子生成配合物。乙胺可用作合成仲胺、叔胺和季胺盐的原料，可起酰胺化反应，还可起缩合反应和重氮化反应。主要用途是作为有机合成的原料、溶剂络合剂(即配体)、有机碱等。

(11)苯胺

苯胺是一种最基本的芳香胺，能起芳香烃及胺类的一些典型反应，如苯环的取代，—NH₂基的酰胺化及重氮化反应，特别是苯胺的重氮化反应可得相应的重氮盐，进而得到偶氮苯及其衍生物。苯胺及其重氮盐和偶氮化合物是重要的有机合成原料，特别是合成染料的基本原料。