有機物原子共線、共面問題的“性質＋模型”法揭秘

薛 麗 楊皓杰

(1.山東省青島西海岸新區音樂學校 2.山東省青島西海岸新區致遠中學)

有機物的結構與性質題是高考必考題型,其選項多涉及判斷分子中原子共面的數目的知識點,為了提高解題效率,可以通過“性質＋模型”法解原子共線、共面問題.

1)“性質”就是利用有機物官能團具有的性質進行判斷,包括有機物的定性和定量反應特性.

2)“模型”就是從有機物的空間結構上判斷分子中原子共線、共面的情況,其方法如下.

第1步 對比排除(對模型)

第2步 分割整合(轉模型、作判斷)

分割后的模塊之間的“單鍵”可以旋轉,“雙鍵”則不能旋轉.注意:通過旋轉模塊才能共面的原子數目描述為“可能”或“最多”,不能為“一定”.

例1一種酯的制備過程如圖1-甲所示,一種實現二氧化碳固定及再利用的反應如圖1-乙所示.下列說法正確的是( ).

圖1

A.圖甲產物分子中所有碳原子共平面

B.圖甲產物的化學名稱是乙酸異丙酯

實驗用的污泥取自合肥市望塘污水廠二沉池，污泥濃度為15 g/L，靜置后去除上清液，將污泥均勻倒入反應裝置。厭氧發酵實驗在水浴恒溫振蕩器中進行，以維持其厭氧發酵溫度并防止菌群結集，溫度設為30°C，轉速為80 r/min。

C.圖乙反應物分子中的所有原子共平面

D.圖乙產物可以發生開環聚合反應

首先應用定性排除法:甲中反應的產物是乙酸異丙酯,選項 B 錯誤[注意丙基(—CH2CH2CH3)與異丙基(—CH(CH3)2)的結構不同].乙中產物含酯基,酯基開環后可以生成長鏈狀的高分子或大環分子,屬于聚合反應,選項D 正確.

然后應用模型:甲中產物分子中右側的1個碳原子鍵合3個原子為四面體形(如圖2),不能與左側平面重疊,故碳原子不能共面[再認知:左下的羰基(包括酮基、醛基、酯基)為平面三角形結構,可將甲醛作為一種模型(視為將乙烯的一端CH2用O 代替)],選項A 錯誤.化合物1中含2個飽和碳原子,如其中之一,其原子不共面,選項C錯誤.答案為D.

圖2

本例中應用了酯鍵水解能斷開和醇羥基之間能脫水生成醚鍵的“性質”(再認知:①能斷鍵的還有酰胺鍵、碳碳雙鍵;②含有2個以上的醇羥基、有醇羥基和羧基、有氨基和羧基、有碳碳雙鍵等的分子可以形成高分子).“模型”應用了“甲烷型”和“甲醛型”.

例2圖3是某神經類藥物的結構,已知酰胺基化學性質類似于酯基.下列說法正確的是( ).

圖3

A.分子中存在2種含氧官能團

B.分子中最多有14個原子共平面

C.分子中最多有9個原子共線

D.1 mol該物質與足量氫氣反應,最多消耗7molH2

首先應用定性、定量判斷:由該物質的結構式可知,分子中含有羥基、酰胺基和羰基3種含氧官能團,選項A 錯誤.1 mol苯環可以加成3molH2,1mol羰基可以加成1molH2,酰胺基不能加氫(防誤區:當羰基鍵合了雜原子時,如酯基、酰胺基、酰氯等就不能加氫),選項D 正確.

其次是模型判斷(避陷阱:N 原子所鍵合的3個原子呈三角錐形結構).由結構式可知,分子由4個平面通過單鍵組成(如圖4),最多有29個原子共面,選項B錯誤.分子中只能是1個苯環對位的原子共線,故最多只有4個原子共線(須牢記:相鄰的3個原子呈直線關系,鍵角一定是180°,圖4中的2個三角形部分的3 個原子一定是折線形),選項C 錯誤.答案為D.

圖4

本題應用了不飽和鍵與H2加成的性質[再認知:不同不飽和鍵與H2加成的關系式為1—C＝C—～1H2、1—C≡C—～2H2、3H2;羧基(—COOH)、酯基(—COOR)、酰胺基(—CONHR)等都不能加H2].“模型”應用了苯環、甲醛、氨等.

例3對乙酰氨基酚Ⅰ可合成緩釋長效高分子藥物Ⅱ,二者結構如圖5 所示,下列說法正確的是( ).

圖5

A.Ⅰ分子中最少有5個原子共直線

B.Ⅰ分子中有2個原子不共面

C.1molⅡ最多消耗3molNaOH

D.Ⅱ可以發生取代反應、加成反應、氧化反應、還原反應

首先是定性、定量判斷:由Ⅱ物質的結構式可知,分子中含有酚酯基、酰胺基,是高分子,1molⅡ最多消耗(2n＋1)molNaOH,選項C 錯誤(防誤區:注意含酚酯基時水解,需消耗的NaOH 為酚酯基的2倍).Ⅱ中含烴基和酯基等,可以發生取代反應;含苯環,可以與H2發生加成反應;能燃燒,發生氧化反應(避陷阱:要切記加氫去氧是還原反應;加氧去氫是氧化反應,有機物的燃燒都是氧化反應),選項D 正確.

其次是模型判斷:由Ⅰ結構式可知,分子中的C—N 和C—C 或C＝O 的鍵長不同,即圖6中虛線框不是等邊三角形(防誤區:當成平面三角形的中心原子鍵合的3個原子不同時,既不是等邊三角形,也不是等腰三角形),故最多有4個原子共線,選項A 錯誤.N 原子鍵合原子成三角錐形,—CH3與鍵合原子成四面體形,通過單鍵旋轉,至少有3個原子不共面,選項B錯誤.答案為D.

圖6

本例應用了有機物能與NaOH 反應的定量的性質[再認知:用—R 表示脂肪烴基、—φ表示連接苯環的芳香烴基,則關系式為

醇—OH 不能與NaOH 反應].“模型”應用了苯環、甲醛、氨等.

通過以上例題分析,快速突破涵蓋有機物的性質和共線、共面這類試題的方法要從兩個方面切入:首先是利用官能團的性質進行定性、定量判斷,其次是通過分子模型進行篩選.所以,學生必須熟記常見的有機物(含有的官能團)的性質,對簡單的有機物的分子結構反復認知.只有這樣,才能在高考中穩操勝券.

(完)