有机物分子中原子或原子团相互影响的考查

2023-02-27王淑娴

高中数理化 2023年2期

关键词：原子团苯环官能团

王淑娴

(山东省济南市章丘中学)

有机物分子中都含有碳原子,同时还有其他原子或原子团,有机物的化学性质主要由有机分子中的官能团决定,但由于有机物分子中的原子或原子团相互影响,使得含有相同官能团的有机物可能具有不同的化学性质,这是高考中常考的知识点.

1 烷烃及苯的同系物的性质比较

烷烃和苯可以发生取代反应和氧化反应,但不能使酸性KMnO4溶液褪色,当烃基连在苯环上时,性质就发生了变化,如表1所示.

表1

例1组成有机物的原子或原子团之间会产生相互影响而使其性质发生改变,对比甲烷、苯和甲苯的结构与性质,下列推测正确的是( ).

A.甲苯是苯的同系物,所以化学反应只能发生在苯环上不能发生在甲基上

B.甲苯可以被酸性高锰酸钾氧化为苯甲酸,说明苯环对甲基的影响使甲基活性增强

C.甲苯可以在甲基的邻对位发生取代反应,说明甲基使苯环的活性减弱了

D.苯和浓硝酸、浓硫酸混合物在100～110 ℃才能生成二硝基苯,而甲苯在50～60 ℃时即可生成三硝基甲苯,说明苯环对甲基产生了影响

解析

甲苯和苯结构相似,甲苯在光照条件下能与氯气发生取代反应,氯原子取代甲基上的氢,化学反应能发生在甲基上,选项A 错误.甲烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,甲苯可以被酸性高锰酸钾氧化为苯甲酸,说明苯环对甲基的影响使甲基活性增强,选项B正确.甲苯可以在甲基的邻对位发生取代反应,是由于甲基使苯环上与甲基处于邻、对位的氢原子活性更高,选项C 错误.苯和浓硝酸、浓硫酸混合物在100～110 ℃才能生成二硝基苯,而甲苯在50～60℃时即可生成三硝基甲苯,说明甲基对苯环产生了影响,选项D 错误.答案为B.

2 酚与醇的性质比较

酚类与醇类都有相同的官能团——羟基,但它们的性质却有很大不同,如表2所示.

表2

例2有机物分子中原子间(或原子与原子团间)的相互影响会导致物质化学性质的不同.下列各项能说明该观点的是( ).

A.苯和苯酚与溴反应的条件、产物的区别,说明苯环对羟基产生影响

B.乙烯能发生加成反应,而乙烷不能发生加成反应

D.甲苯苯环上的氢比苯分子中的氢更容易被卤原子取代,是苯环对甲基的影响

解析

苯可以和液溴在催化剂的作用下发生取代反应,而苯酚与浓溴水在常温下即可发生取代反应,是因为酚羟基影响了苯环的性质,选项A 错误.乙烯中含有碳碳双键,性质较活泼,能发生加成反应,而乙烷中不含碳碳双键,性质较稳定,不能发生加成反应,所以乙烯和乙烷性质的不同是由于含有的官能团不同,选项B错误.苯酚能与NaOH 溶液反应,乙醇不能与NaOH 溶液反应,说明苯环的影响使酚羟基上的氢更活泼,选项C 正确.甲苯中苯环上的H 易被取代,可说明甲基对苯环有影响,使苯环上的H 变得活泼易被取代,选项D 错误.

点评

解题时要明确“谁对谁有影响”,原子或原子团化学性质发生了变化是受到了其他原子或原子团的影响.如苯酚显酸性是苯环影响羟基,使羟基上的H 易电离显酸性;甲苯比苯更容易发生苯环上的取代反应,是甲基对苯环的影响,使苯环上的H 变得活泼,更易被取代.

3 羧酸分子中的取代基影响羧酸的酸性

羧酸分子中烃基上的氢原子被卤素原子取代后,卤素原子的电负性越大,羧基中羟基的极性越大,更容易电离出氢离子,卤代酸的酸性越强,如酸性CF3COOH ＞ CCl3COOH ＞ CHCl2COOH ＞CH2ClCOOH;烃基是提供电子基团,烃基越长,羧基中羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱,如酸性HCOOH＞CH3COOH＞CH3CH2COOH.

例3已知:三氟乙酸(CF3COOH)的酸性强于三氯乙酸(CCl3COOH)的酸性.下列对于该事实的解释不正确的是( ).

A.CF3COOH 的相对分子质量小于CCl3COOH的相对分子质量

B.氟的电负性强于氯的电负性

C.CF3COOH 分子中的羟基更易电离

D.F—C键的极性强于Cl—C键的极性

解析

物质的酸性强弱与相对分子质量的大小没有直接关系,选项A 错误.氟的电负性强于氯的电负性,导致F—C 键的极性大于Cl—C 键的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—,三氟乙酸的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子,选项B、C、D 正确.答案为A.

点评

卤代酸中卤素原子的电负性越大、卤素原子数越多,对应的卤代酸的酸性越强.

4 有机物分子中不同基团对羰基的影响

羰基分别与1个烃基和1个氢原子相连是醛,醛基既能被还原为醇又能被氧化为酸;羰基与2个烃基相连是酮,酮可以被还原为醇,但很难被氧化;羧酸中的羰基以及酯类中的羰基都比较稳定,既难被氢气还原,也难发生催化氧化反应.

例4某药物的合成中间体R 的结构如图1所示,下列有关有机物R 的说法正确的是( ).

图1

A.分子式为C14H12O4

B.与氢气加成时,1molR 最多消耗5molH2

C.有4种含氧官能团

D.既能使溴水褪色,又能使酸性高锰酸钾溶液褪色

解析

由物质R 的结构可知,分子式为C17H18O5,选项A 错误.该有机物分子中的碳碳双键、酮羰基、醛基、苯环都能与H2发生加成反应,所以1mol该有机物最多消耗7molH2,选项B错误.该有机物中含有4种官能团,分别为碳碳双键、酮羰基、醛基、羧基,其中含氧官能团为3种,选项C 错误.该有机物中含有碳碳双键、醛基,可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,碳碳双键可以和溴加成,醛基也可以被溴水氧化,故既能使溴水褪色,又能使酸性高锰酸钾溶液褪色,选项D 正确.答案为D.

点评

不同官能团的化学性质如表3所示.