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第 32 讲 有机化合物的结构特点与研究方法
1.认识有机化合物的分子结构决定于原子间的连接顺序、成键方式和空间排布，认识有机化合物存在
构造异构和立体异构等同分异构现象。知道红外、核磁等现代仪器分析方法在有机化合物的分子结构测定
中的应用。
2.认识官能团的种类：碳碳双键、碳碳三键、羟基、氦基、碳卤键﹒醛基、酮羰基、羧基、酯基和酰
胺基（又叫肽键），从官能团的视角认识有机化合物的分类，知道简单有机化合物的命名。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识有机化合物的多样性，能按不同的标准对有机化合物进行
分类，并认识有机物的组成、结构和性质，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角
分析与解决实际问题。
2.证据推理与模型认知：可以通过分析，推理等方法认识有机物的本质特征、构成要素及其相互关
系，建之认知模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。
知识点一、有机化合物的概述
1．有机化合物的概念及性质特点
(1)概念：含有碳元素的化合物称为有机化合物，简称有机物。但CO、CO 、碳酸及其盐、金属碳化
2
物、金属氰化物等由于组成、性质与无机物相似，属于无机物。绝大多数有机化合物都含有氢元素。C、
H、O、N、S、P、卤素是有机化合物中的主要组成元素。
(2)性质特点(大多数有机物)
难溶于水，易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂；大多数为非电解质，不导电；熔、沸点较低；易燃、
易分解，反应复杂等。
2．碳原子的成键特点
(1)碳原子的结构及成键特点
碳原子最外层有4个电子，不易失去或得到电子而形成阳离子或阴离子，易通过共价键与碳原子或其
他非金属原子相结合。
(2)有机化合物中碳原子的结合方式①碳原子间可形成稳定的单键、双键或三键。
②多个碳原子可相互结合形成碳链或碳环，碳链可以带有支链，碳链和碳环也可以相互结合。
③碳原子也可以与H、O、N、S等多种非金属原子形成共价键。
3．有机物结构的三种常用表示方法
结构式 结构简式 键线式
CH—CH—OH或C HOH
3 2 2 5
CH===CHCHO
2
4.同系物
(1)定义：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH 原子团的化合物互称为同系物。
2
(2)烷烃的同系物：分子式都符合C H ，如CH、CHCH、 互为同系物。
n 2n＋2 4 3 3 3
(3)同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。
同系物的判断方法
“一差二同 ”：分子组成上至少相差一个CH 原子团；通式相同，官能团的种类、数目相同。
2
例如：①CH===CH 与 通式相同，官能团不同，二者不互为同系物。
2 2
②CH CHCHCH 与 通式相同，但不相差一个或若干个CH 原子团，二者不互为同系物。
3 2 2 3 2
③ 与 的环数不同，且不相差一个或若干个CH 原子团，二者不互为同系物。
2
5．同分异构体
(1)定义：具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物互称为同分异构体。
(2)常见烷烃的同分异构体
甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体；丁烷的同分异构体有2种；戊烷的同分异构体有3种。
知识点二、有机化合物的分类及其官能团
1．按组成元素分类：分为烃和烃的衍生物。
2．按碳骨架分类3．按官能团分类
(1)官能团：决定有机化合物特性的原子或原子团。
(2)有机化合物的主要类别、官能团和典型代表物
典型代表物的名称及结构简
类别 官能团
式
烷烃 — 甲烷CH
4
烯烃 乙烯HC===CH
(碳碳双键) 2 2
炔烃 —C≡C—(碳碳三键) 乙炔HC≡CH
芳香烃 —
卤代烃 CX(碳卤键) 溴乙烷CHCHBr
3 2
醇 乙醇CHCHOH
3 2
—OH(羟基)
酚
醚 甲醚CHOCH
3 3
(醚键)
醛 乙醛CHCHO
3
(醛基)
酮
(酮羰基)
羧酸 乙酸CHCOOH
3
(羧基)
乙酸乙酯
酯
(酯基)
丙氨酸
—NH (氨基)
2
氨基酸
—COOH(羧基)
二肽(两个丙氨酸缩合)
多肽或蛋白质
(酰胺基)
【特别提醒】(1)可以根据碳原子是否达到饱和，将烃分为饱和烃和不饱和烃，如烷烃、环烷烃属于饱
和烃，烯烃、炔烃、芳香烃属于不饱和烃。
（2）含醛基的物质不一定为醛类，如HCOOH、甲酸酯、葡萄糖等。知识点三、有机化合物的命名
(一)烃的命名
1．烷烃的习惯命名法
2．烷烃的系统命名法
烷烃系统命名法的基本步骤是
⇨⇨⇨⇨⇨
(1)最长、最多定主链
①选择分子中最长的碳链作为主链。例如：
应选含 6个碳原子的碳链为主链，如虚线所示。
②当有几个等长的不同的碳链时，选择含支链最多的一个作为主链。例如：
含7个碳原子的链有A、B、C三条，因A有三个支链，含支链最多，故应选A为主链。
(2)编号位要遵循“近”“简”“小”的原则
①首先要考虑“近”
以主链中离支链最近的一端为起点编号。例如：
②同“近”考虑“简”
有两个不同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，则应从较简单的支链一端开始编号。
③同“近”同“简”考虑“小”
若有两个相同的支链，且分别处于距主链两端同近的位置，而中间还有其他支链，从主链的两个方向
编号，可得两种不同的编号系列，则两系列中取代基位次和最小者即为正确的编号。例如：(3)写名称
按主链的碳原子数称为相应的某烷，在其前写出支链的位号和名称。原则是先简后繁，相同合并，位
号指明。阿拉伯数字用“，”相隔，汉字与阿拉伯数字用“”连接。例如：
命名为2，4，6三甲基3乙基庚烷。
3．烯烃和炔烃的命名
4．苯的同系物的命名
苯作为母体，其他基团作为取代基。苯环上二元取代物可分别用邻、间、对表示。
(二)烃的衍生物的命名
高考中对烃的衍生物的命名考查较多，但考查的都是较简单的烃的衍生物的名称。烃的衍生物命名规
则与烯烃、炔烃基本一致。
1．卤代烃：以相应的烃为母体，把卤素原子当作取代基。给主链上的碳原子编号时，从离卤素原子
最近的一端开始编号，命名时一般要指出卤素原子的位置，即“取代基位置取代基个数及名称官能团位置-
官能团个数及名称、主链名称”，如 的名称为3甲基2氯丁烷。如果是多卤代烃，用
“二、三、四”等表示卤素原子的个数，如 的名称为1，2二氯乙烷。
2．醇：选择包括连接羟基的碳原子在内的最长碳链为主链，并从靠近羟基的一端给主链上的碳原子依次编号，写名称时，将羟基所连的碳原子的编号写在某醇前面，如CHCCHCHCHCHCH OH的名称为
3 2 3 3 3
4，4二甲基2戊醇。
3．醛、羧酸：选择含醛基或羧基的最长碳链为主链，醛基、羧基肯定在链端，因此不需要指出官能
团的位置，剩余烃基的命名与其对应的烃的命名相同，如 的名称是3，4二甲
基2乙基戊醛。如果是多元醛或多元羧酸，用“二、三、四”等表示醛基或羧基的个数，如HOOC—COOH
的名称为乙二酸。
4．酯：将相应的羧酸和醇的名称按顺序写在一起，然后将“醇”改为“酯”，称为“某酸某酯”。
知识点四、烯烃的顺反异构、手性分子
以2－丁烯和乳酸的结构分别认识烯烃的顺反异构和手性分子。
1．乙烯分子是平面形结构，两个碳原子与4个氢原子处于同一平面上。2－丁烯可以看作是两个甲基
分别取代乙烯分子中两个碳原子上的氢原子形成的。比较下面两种结构：
可以看出a和b分子中碳原子之间的连接顺序和方式相同，但空间结构不同(一种是相同的原子或原子
团位于双键同一侧；另一种是相同的原子或原子团位于双键的两侧)。这种异构称为顺反异构。
2．乳酸的分子结构——认识手性分子
从图中可看出，具有完全相同和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间
里不能重叠，互称手性异构体，又称为对映异构体，这样的分子也称为手性分子。
知识点五、分离、提纯有机化合物的常用方法
1．蒸馏和重结晶
适用对象 要求
(1)该有机物热稳定性较强
常用于分离、提纯互溶的液
蒸馏
态有机物 (2)该有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于
30 ℃)(1)杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大
常用于分离、提纯固态有机
重结晶
物 (2)被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的
影响较大
2.萃取和分液
(1)常用的萃取剂：苯、CCl 、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
4
(2)液液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种
溶剂的过程。
(3)固液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
知识点六、有机化合物分子式的确定
1．元素分析
2．相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
知识点七、有机化合物分子结构的鉴定
1．化学方法：利用特征反应鉴定出官能团，再制备它的衍生物进一步确认。
常见官能团特征反应如下：
官能团种类 试剂 判断依据
溴的CCl 溶液 红棕色褪去
碳碳双键或碳 4
碳三键
酸性KMnO 溶液 紫色褪去
4
碳卤键 NaOH溶液、稀硝酸和AgNO 溶液 有沉淀产生
3
醇羟基 钠 有氢气放出
FeCl 溶液 发生显色反应
3
酚羟基
浓溴水 有白色沉淀产生
银氨溶液 有银镜生成
醛基
新制Cu(OH) 悬浊液 有砖红色沉淀产生
2羧基 NaHCO 溶液 有CO 气体放出
3 2
2.物理方法
(1)红外光谱
有机物分子中化学键或官能团对红外线发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外
光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
(2)核磁共振氢谱
知识点八、同分异构体的书写规律
1．烷烃
只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复，具体规则如下：
以下以C H 为例：
6 14
第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链；
C—C—C—C—C—C
第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子
上，此时碳骨架结构有两种(如下图所示)；
甲基不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。
第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对
称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相同、相邻，此时碳骨架结构有两种(如下图所示)。乙基不能连在②位或③位上，否则会使主链上有5个碳原子，而使主链变长。
综上所述，C H 共有5种同分异构体。
6 14
2．含有官能团的有机物
一般按碳链异构→官能团位置异构→官能团类型异构的思维顺序书写。
以C H O为例(只写出碳骨架与官能团)：
4 10
(1)碳链异构⇒C—C—C—C、 。
(2)官能团位置异构⇒ 。
(3)官能团类型异构⇒C—O—C—C—C、
C—C—O—C—C、 。
3．芳香族化合物
苯环上取代基的位置一定，但种类不确定时，同分异构体数目由取代基同分异构体的数目决定；苯环
上取代基种类一定，但位置不确定时，若苯环上只有两个取代基，其在苯环上有“邻、间、对”3种位置
关系；当苯环上有三个相同取代基时，其在苯环上有“连、偏、匀”3种位置关系(RRR、RRR、RRR)；当
苯环上有三个取代基且两个相同时，其在苯环上有 6种位置关系( 、 、 ，定两
个R的位置，移动R′)；当苯环上有三个不同的取代基时，其在苯环上有10种位置关系( 、
、 ，定R 、R 的位置，移动R )。
1 2 3
4．限定条件的同分异构体的书写方法
(1)判官能团：根据题给有机物的性质或定量反应关系等限定条件判断其含有的官能团。(2)写碳骨架：除去官能团中的碳原子，写出其他碳原子形成的碳链异构。
(3)移官位：在各个碳骨架上依次移动官能团的位置，有两个或两个以上的官能团时，先确定一个官能
团的位置，再确定第二个官能团的位置，依次类推。
(4)氢饱和：按“碳四键”的原理，碳原子剩余的价键用氢原子去饱和，就可得所有同分异构体的结构
简式。
知识点九、同分异构体数目的判断方法
1．记忆法
(1)丙基(—C H)有2种，则丙烷的一卤代物、丙醇均有2种，丁醛、丁酸有2种。
3 7
(2)丁基(—C H)有4种，则丁烷的一卤代物、丁醇均有4种，戊醛、戊酸有4种。
4 9
(3)戊基(—C H )有8种，则戊烷的一卤代物、戊醇均有8种，己醛、己酸有8种。
5 11
(4)苯环上的二氯代物、三氯代物均有3种，苯环上有三个不同取代基时则有10种结构。
2．基元法：如丁基有4种，则丁醇、戊醛、戊酸都有4种。
3．替代法：如二氯苯(C HCl)有3种，则四氯苯也有3种(将H和Cl互换)；又如CH 的一氯代物只有
6 4 2 4
1种，新戊烷C(CH) 的一氯代物也只有1种。
3 4
4．等效氢法
等效氢法是判断同分异构体数目的重要方法，规律如下：
(1)同一碳原子上的氢原子等效。
(2)同一碳原子上的甲基上的氢原子等效。
(3)位于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。
高频考点一 有机化合物的分离和提纯
例1．（2021·湖北卷）某兴趣小组为制备1—氯—2—甲基丙烷(沸点69℃)，将2—甲基—1—丙醇和
POCl 溶于CHCl 中，加热回流(伴有HCl气体产生)。反应完全后倒入冰水中分解残余的POCl ，分液收集
3 2 2 3
CHCl 层，无水MgSO 干燥，过滤、蒸馏后得到目标产物。上述过程中涉及的装置或操作错误的是(夹持
2 2 4
及加热装置略)【变式探究】（2021·湖南卷）1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸共热反应，经过回流、蒸馏、萃取分液制
得1- 溴丁烷
粗产 品，装
置如图 所示：
A B C D
已知：
下列说法正确的是（ ）
A. 装置I中回流的目的是为了减少物质的挥发，提高产率
B. 装置Ⅱ中a为进水口，b为出水口
C. 用装置Ⅲ萃取分液时，将分层的液体依次从下放出
D. 经装置Ⅲ得到的粗产品干燥后，使用装置Ⅱ再次蒸馏，可得到更纯的产品
【变式探究】（2021·山东卷）某同学进行蔗糖水解实验，并检验产物中的醛基，操作如下：向试管Ⅰ
中加入1mL20%蔗糖溶液，加入3滴稀硫酸，水浴加热5分钟。打开盛有10%NaOH溶液的试剂瓶，将玻
璃瓶塞倒放，取1mL溶液加入试管Ⅱ，盖紧瓶塞；向试管Ⅱ中加入5滴2%CuSO 溶液。将试管Ⅱ中反应
4
液加入试管Ⅰ，用酒精灯加热试管Ⅰ并观察现象。实验中存在的错误有几处( )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
【方法技巧】有机化合物的分离和提纯
混合物 试剂 分离方法 主要仪器
甲烷(乙烯) 溴水 洗气 洗气瓶
苯(乙苯) 酸性高锰酸钾溶液、NaOH溶液 分液 分液漏斗乙醇(水) CaO 蒸馏 蒸馏烧瓶、冷凝管
溴乙烷(乙醇) 水 分液 分液漏斗
醇(酸) NaOH溶液 蒸馏 蒸馏烧瓶、冷凝管
硝基苯(NO ) NaOH溶液 分液 分液漏斗
2
苯(苯酚) NaOH溶液 分液 分液漏斗
酯(酸) 饱和NaCO 溶液 分液 分液漏斗
2 3
高频考点二 有机物分子中原子的共线、共面问题
例2．（2021·河北卷）苯并降冰片烯是一种重要的药物合成中间体，结构简式如图。关于该化合物，
下列说法正确的是
A．是苯的同系物
B．分子中最多8个碳原子共平面
C．一氯代物有6种(不考虑立体异构)
D．分子中含有4个碳碳双键
【变式探究】（2021·浙江卷）有关 的说法不正确的是
A. 分子中至少有12个原子共平面
B. 完全水解后所得有机物分子中手性碳原子数目为1个
C. 与FeCl 溶液作用显紫色
3
D. 与足量NaOH溶液完全反应后生成的钠盐只有1种
【方法技巧】复杂有机物分子中原子的共线、共面问题的分析技巧
(1)审清题干要求
审题时要注意“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等关键词和限制条件。
(2)熟记常见共线、共面的官能团
①与三键直接相连的原子共线，如—C≡C—、—C≡N；苯分子中处于对位的碳原子及其所连的氢原子
(共4个原子)共线。
②与双键或苯环直接相连的原子共面，如 、 、 。
(3)单键的旋转思想
有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键，均可绕键轴自由旋转，可将原子转到不
同的位置。【变式探究】（2019·新课标Ⅲ卷）下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是
A．甲苯 B．乙烷 C．丙炔 D．1，3−丁二烯
高频考点三 有机物分子式和结构式的确定
例3．有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可以从牛奶中提取。纯净的A为无色黏稠液体，易溶于水。
为研究A的组成与结构，进行了如下实验：
实验步骤 解释或实验结论
①称取A 9.0 g，升温使其汽化，测其密度是
(1)A的相对分子质量为________
相同条件下H 的45倍
2
②将9.0 g A在足量纯O 中充分燃烧，并使 (2)A的分子式为
2
其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现 ______________________________________
二者分别增重5.4 g和 13.2 g __________________________________
③另取A 9.0 g，跟足量的NaHCO 粉末反
3 (3)用结构简式表示A中含有的官能团：
应，生成2.24 L CO(标准状况)，若与足量金
2 ________、________
属钠反应则生成2.24 L H (标准状况)
2
④A的核磁共振氢谱如图：
(4)A中含有________种氢原子
(5)综上所述，A的结构简式为____________________
【方法技巧】有机化合物分子式、结构式的确定方法
(1)熟悉最简式相同的常见有机化合物
最简式 对应物质
CH 乙炔(C H)、苯(C H)、苯乙烯(C H)
2 2 6 6 8 8
CH 烯烃和环烷烃
2
CHO 甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖
2
(2)熟悉相对分子质量相同的有机化合物
①同分异构体的相对分子质量相同。②含有n个碳原子的一元醇与含有(n－1)个碳原子的同类型羧酸和酯相对分子质量相同。
③含有n个碳原子的烷烃与含有(n－1)个碳原子的饱和一元醛(或酮)相对分子质量相同。
(3)“商余法”推断烃的分子式
设烃的相对分子质量为M
r
的余数为0或碳原子数≥氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原
子。
(4)烃燃烧的通式：CH＋(x＋)O ――→xCO＋HO
x y 2 2 2
烃的含氧衍生物燃烧的通式：CHO＋(x＋－)O ――→xCO＋HO
x y z 2 2 2
【变式探究】为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO 和 2.7 g 水；
2
②用质谱仪测定其相对分子质量，得到如图1所示的质谱图；
③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图2所示的核磁共振氢谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
试回答下列问题：
(1)有机物A的相对分子质量是________。
(2)有机物A的实验式是________。
(3)能否仅根据A的实验式确定其分子式？________(填“能”或“不能”)。若能，则A的分子式是
________(若不能，则此空不填)。
(4)写出有机物A的结构简式：_________________________________。
高频考点四 同分异构体的书写及数目判断
例4．（2021·山东卷）立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2—甲基—2—丁醇)存在如图
转化关系，下列说法错误的是A．N分子可能存在顺反异构
B．L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子
C．M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种
D．L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种
【变式探究】（2021·全国乙卷）一种活性物质的结构简式为 ，下列有关该物质
的叙述正确的是（ ）
A.能发生取代反应，不能发生加成反应 B.既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物
C.与 互为同分异构体 D.1mol该物质与碳酸钠反应得44gCO
2
【变式探究】（2019·新课标Ⅱ卷）分子式为C HBrCl的有机物共有（不含立体异构）
4 8
A．8种 B．10种 C．12种 D．14种
