不飽和度在有機化學解題中的妙用(1)

1、不飽和度在有機化學解題中的妙用化學新課程強調(diào)以人為本，充分體現(xiàn)“科學源于生活，服務生活，創(chuàng)造新生活”的理念，近年來高考化學試卷中對這一理念有充分體現(xiàn)，出現(xiàn)了與日化產(chǎn)品、藥物、環(huán)境等的相關試題，如09年江蘇卷具有顯著抗癌活性的10-羥基喜樹堿、用于治療高血壓的藥物多沙唑嗪鹽酸鹽，浙江卷的可用于制作“香水”的天然化合物a-damascone等，其結構均較復雜，用常規(guī)思維來解決這類問題，十分繁瑣，而且難免會出現(xiàn)遺漏、差錯。 不飽和度揭示了有機物組成與結構的隱性關系和各類有機物間的內(nèi)在聯(lián)系，是推斷有機物可能結構的一種新思維，其優(yōu)點是推理嚴謹，可防遺漏。筆者在教學中發(fā)現(xiàn)不飽和度概念易學易懂，在求較為復雜

2、的分子式及分子結構、同系物、同分異構體的判斷等方面時，若能運用不飽和度將有事半功倍之功效，減輕學生學習負擔。在現(xiàn)有文獻中，中學對不飽和度的研究公式較多，推導復雜，本文將關于不飽和度的學習作一系統(tǒng)歸納，并推出一應用十分廣泛的簡化公式，與大家分享。1 不飽和度的概念不飽和度又稱缺氫指數(shù)或者環(huán)加雙鍵指數(shù)，是有機物分子不飽和程度的量化標志，即有機物分子中與碳原子數(shù)相等的開鏈烷烴相比較，每減少2個氫原子，則有機物的不飽和度增加1，用希臘字母表示。2 不飽和度的計算2.1 根據(jù)有機物的化學式計算常用的計算公式：公式繁多，現(xiàn)簡化如下：將有機物的化學式轉化為CxHyOa(NH)b則=x+1-y/2 此公式使用

3、范圍極廣，可囊括幾乎所有有機物，無需分類討論，硅與碳等效，鹵素與氫等效，硫與氧等效。通過轉化，O、N可視而不見，學生已學過元素周期律，同族元素性質(zhì)相似的概念已根深蒂固，價鍵規(guī)律也有一定了解，此公式使用簡便，利于學生掌握。例子：C10H4Cl2可轉化為C10H6，則=10+1-6/2=8C20H31O2N3可轉化為C20H28O2(NH)3，則=20+1-28/2=7C60中y、a、b均為0，=60+1=612.2 非立體平面有機物分子，可以根據(jù)結構計算=雙鍵數(shù)+叁鍵數(shù)×2+環(huán)數(shù) 備注：雙鍵包含碳碳、碳氮、氮氮、碳氧雙鍵；叁鍵包含碳碳、碳氮叁鍵；環(huán)數(shù)等于將環(huán)狀分子剪成開鏈分子時，剪開碳

4、碳鍵的次數(shù)，環(huán)包含含N、O、S等的雜環(huán)。如苯：=6+1-6/2=3+0×2+1=4 即苯可看成三個雙鍵和一個環(huán)的結構形式。 例子:=4+0×2+2=6 =6+1×2+2=10 =8+0×2+3=132.3 立體封閉有機物分子（多面體或籠狀結構）不飽和度的計算，其成環(huán)的不飽和度比面數(shù)少數(shù)1。例子：立方烷面數(shù)為6，=5 降冰片烷面數(shù)為3，=2 棱晶烷面數(shù)為5，=43 不飽和度的應用3.1 分子的不飽和度（）與分子結構的關系：若=0，說明分子是飽和鏈狀結構若=1，說明分子中有一個雙鍵或一個環(huán)；若=2，說明分子中有兩個雙鍵或一個三鍵；或一個雙鍵和一個環(huán)；或兩個環(huán)

5、；余類推；若4，說明分子中很可能有苯環(huán)。3.2 輔助推導化學式，思路如下結構簡式計算不飽和度計算H原子數(shù)確定分子式例1：（2008海南20）1mo1X能與足量碳酸氫鈉溶液反應放出44.8LCO2(標準狀況)，則X的分子式是：（ ）A、C5H10O4 BC4H8O4 CC3H6O4 DC2H2O4答案：D解析：能與碳酸氫鈉反應的有機物一般為羧基，1molX放出CO2為2mol,說明含2個羧基，其不飽和度至少為2，口算可得A、B、C的不飽和度均為1，D為2，可快速求解選項為D。例2：（2009浙江11）一種從植物中提取的天然化合物a-damascone，可用于制作“香水”，其結構如下圖，有關該化合

6、物的下列說法不正確的是（ ）A分子式為B. 該化合物可發(fā)生聚合反應C1mol該化合物完全燃燒消耗19molD與溴的溶液反應生成的產(chǎn)物經(jīng)水解、稀硝酸化后可用溶液檢驗答案：C解析：A項，可快速判斷出該分子為C13HyO，根據(jù)不飽和度公式，該分子含3個雙鍵一個環(huán)，=4=13+1-y/2,y=20，正確；B項，由于分子可存在碳碳雙鍵，故可以發(fā)生加聚反應，正確；C項，根據(jù)A項可轉化為C13H18（H2O）13個碳應消耗13個O2，18個H消耗4.5個O2，共為17.5，故錯；D項，碳碳雙鍵可以與Br2發(fā)生加成發(fā)生，然后水解酸化，即可得Br，再用AgNO3可以檢驗，正確。例3：（09天津卷8）請仔細閱讀以

7、下轉化關系：A是從蛇床子果實中提取的一種中草藥有效成分，是由碳、氫、氧元素組成的酯類化合物；B稱作冰片，可用于醫(yī)藥和制香精、樟腦等；C的核磁共振氫譜顯示其分子中含有4種氫原子；D中只含一個氧原子，與Na反應放出H2；F為烴。請回答：（1）B的分子式為_。（4）F的分子式為_。化合物H是F的同系物，相對分子質(zhì)量為56，寫出H所有可能的結構：_。(節(jié)選自部分內(nèi)容，以下相同)解析：（1）從圖中可快速看出B中有10個C，一個O，為面數(shù)為3的閉合籠狀結構，故=2，分子式為C10HyO, =2=10+1-y/2=18,確定分子式為C10H18O（2）F為烴，E-F為消去反應，70/14=5，F(xiàn)為戊烯，分子

8、式為C5H10H是F的同系物，相對分子質(zhì)量為56，56/14=4，為丁烯，所有同分異構體為1-丁烯，2-丁烯（存在順反異構）和甲基丙烯四種。3.3 輔助推斷有機物的結構與性質(zhì)，思路如下分子式計算不飽和度預測官能團及數(shù)量確定結構推測性質(zhì)例4：有一環(huán)狀化合物C8H8，它不能使溴的CCl4溶液褪色；它的分子中碳環(huán)上的1個氫原子被氯取代后的有機生成物只有一種。這種環(huán)狀化合物可能是（ ）答案：C解析：不能使溴的CCl4溶液褪色，可排除AD； C8H8中=8+1-8/2=5,B中=4，排除，即得正確答案為C。例5：（2008四川卷29）（3）芳香化合物E的分子式是C8H8Cl2。E的苯環(huán)上的一溴取代物只有

9、一種，則E的所有可能的結構簡式是_。解析：根據(jù)公式CxHyOa(NH)b則=x+1-y/2，鹵素原子與H等效，C8H8Cl2可轉化為C8H10，=8+1-10/2=4，又為芳香化合物，說明只含一個苯環(huán)，其余均飽和，故結構即可迎刃而解。答案如下：例6：（09全國卷30）化合物A相對分子質(zhì)量為86，碳的質(zhì)量分數(shù)為55.8%，氫為7.0%，其余為氧。A的相關反應如下圖所示:已知R-CH=CHOH(烯醇)不穩(wěn)定,很快轉化為。根據(jù)以上信息回答下列問題:(1) A的分子式為 ;(5) A有多種同分異構體,寫出四個同時滿足(i)能發(fā)生水解反應(ii)能使溴的四氯化碳溶液褪色兩個條件的同分異構體的結構簡式：

10、、 、 、 ；（6）A的另一種同分異構體，其分子中所有碳原子在一條直線上，它的結構簡式為 。解析：(1)（86×55.8%÷12）：（86×7%÷1）：（86×37.2%÷12）=4:6:2 A的分子式為C4H6O2(5)(i)能發(fā)生水解反應：只含C、H、O元素，為酯類；(ii)能使溴的四氯化碳溶液褪色：含碳碳雙鍵或三鍵C4H6O2中=4+1-6/2=2，則含一個碳碳雙鍵，一個酯鍵，答案如下：（6）其分子中所有碳原子在一條直線上：含碳碳叁鍵C4H6O2中=2，則只含一個碳碳叁鍵，答案為：3.4 同分異構體、同系物的判斷同系物結構相似(

11、同類物質(zhì))，不飽和度相同；同分異構體分子式相同，不飽和度相同，根據(jù)這條規(guī)律，可快速判斷，不必花大力氣數(shù)H原子個數(shù)，寫分子式。例7：下列各對物質(zhì)中，互為同系物的是 （ ）答案：A解析：同系物為同類物質(zhì)可排除BD；C中不飽和度分別為4和1，排除，可得A為正確答案。例8：A、B、C、D、E 五種芳香化合物都是某些植物揮發(fā)油中的主要成分，有的是藥物，有的是香料。它們的結構簡式如下所示：請回答下列問題：（1）這五種化合物中，互為同分異構體的是 。 答案：BC解析：分子中均含苯環(huán)外，可看苯環(huán)外的結構：A中5個C，=1B中4個C，=1；C中4個C，=1；BC為同分異構體；D中3個C，=1；E中3個C，=2；非同分異構體。例9：人們使用四百萬只象鼻蟲和它們的215磅糞物，歷經(jīng)30年多時間弄清了棉子象鼻蟲的四種信息素的組成，它們的結構可表示如下（括號內(nèi)表示的結構簡式）以上四種信息素中互為同分異構體的