有机物原子共线、共面问题的“性质＋模型”法揭秘

薛 丽 杨皓杰

(1.山东省青岛西海岸新区音乐学校 2.山东省青岛西海岸新区致远中学)

有机物的结构与性质题是高考必考题型,其选项多涉及判断分子中原子共面的数目的知识点,为了提高解题效率,可以通过“性质＋模型”法解原子共线、共面问题.

1)“性质”就是利用有机物官能团具有的性质进行判断,包括有机物的定性和定量反应特性.

2)“模型”就是从有机物的空间结构上判断分子中原子共线、共面的情况,其方法如下.

第1步 对比排除(对模型)

第2步 分割整合(转模型、作判断)

分割后的模块之间的“单键”可以旋转,“双键”则不能旋转.注意:通过旋转模块才能共面的原子数目描述为“可能”或“最多”,不能为“一定”.

例1一种酯的制备过程如图1-甲所示,一种实现二氧化碳固定及再利用的反应如图1-乙所示.下列说法正确的是( ).

图1

A.图甲产物分子中所有碳原子共平面

B.图甲产物的化学名称是乙酸异丙酯

实验用的污泥取自合肥市望塘污水厂二沉池，污泥浓度为15 g/L，静置后去除上清液，将污泥均匀倒入反应装置。厌氧发酵实验在水浴恒温振荡器中进行，以维持其厌氧发酵温度并防止菌群结集，温度设为30°C，转速为80 r/min。

C.图乙反应物分子中的所有原子共平面

D.图乙产物可以发生开环聚合反应

首先应用定性排除法:甲中反应的产物是乙酸异丙酯,选项 B 错误[注意丙基(—CH2CH2CH3)与异丙基(—CH(CH3)2)的结构不同].乙中产物含酯基,酯基开环后可以生成长链状的高分子或大环分子,属于聚合反应,选项D 正确.

然后应用模型:甲中产物分子中右侧的1个碳原子键合3个原子为四面体形(如图2),不能与左侧平面重叠,故碳原子不能共面[再认知:左下的羰基(包括酮基、醛基、酯基)为平面三角形结构,可将甲醛作为一种模型(视为将乙烯的一端CH2用O 代替)],选项A 错误.化合物1中含2个饱和碳原子,如其中之一,其原子不共面,选项C错误.答案为D.

图2

本例中应用了酯键水解能断开和醇羟基之间能脱水生成醚键的“性质”(再认知:①能断键的还有酰胺键、碳碳双键;②含有2个以上的醇羟基、有醇羟基和羧基、有氨基和羧基、有碳碳双键等的分子可以形成高分子).“模型”应用了“甲烷型”和“甲醛型”.

例2图3是某神经类药物的结构,已知酰胺基化学性质类似于酯基.下列说法正确的是( ).

图3

A.分子中存在2种含氧官能团

B.分子中最多有14个原子共平面

C.分子中最多有9个原子共线

D.1 mol该物质与足量氢气反应,最多消耗7molH2

首先应用定性、定量判断:由该物质的结构式可知,分子中含有羟基、酰胺基和羰基3种含氧官能团,选项A 错误.1 mol苯环可以加成3molH2,1mol羰基可以加成1molH2,酰胺基不能加氢(防误区:当羰基键合了杂原子时,如酯基、酰胺基、酰氯等就不能加氢),选项D 正确.

其次是模型判断(避陷阱:N 原子所键合的3个原子呈三角锥形结构).由结构式可知,分子由4个平面通过单键组成(如图4),最多有29个原子共面,选项B错误.分子中只能是1个苯环对位的原子共线,故最多只有4个原子共线(须牢记:相邻的3个原子呈直线关系,键角一定是180°,图4中的2个三角形部分的3 个原子一定是折线形),选项C 错误.答案为D.

图4

本题应用了不饱和键与H2加成的性质[再认知:不同不饱和键与H2加成的关系式为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”应用了苯环、甲醛、氨等.

例3对乙酰氨基酚Ⅰ可合成缓释长效高分子药物Ⅱ,二者结构如图5 所示,下列说法正确的是( ).

图5

A.Ⅰ分子中最少有5个原子共直线

B.Ⅰ分子中有2个原子不共面

C.1molⅡ最多消耗3molNaOH

D.Ⅱ可以发生取代反应、加成反应、氧化反应、还原反应

首先是定性、定量判断:由Ⅱ物质的结构式可知,分子中含有酚酯基、酰胺基,是高分子,1molⅡ最多消耗(2n＋1)molNaOH,选项C 错误(防误区:注意含酚酯基时水解,需消耗的NaOH 为酚酯基的2倍).Ⅱ中含烃基和酯基等,可以发生取代反应;含苯环,可以与H2发生加成反应;能燃烧,发生氧化反应(避陷阱:要切记加氢去氧是还原反应;加氧去氢是氧化反应,有机物的燃烧都是氧化反应),选项D 正确.

其次是模型判断:由Ⅰ结构式可知,分子中的C—N 和C—C 或C＝O 的键长不同,即图6中虚线框不是等边三角形(防误区:当成平面三角形的中心原子键合的3个原子不同时,既不是等边三角形,也不是等腰三角形),故最多有4个原子共线,选项A 错误.N 原子键合原子成三角锥形,—CH3与键合原子成四面体形,通过单键旋转,至少有3个原子不共面,选项B错误.答案为D.

图6

本例应用了有机物能与NaOH 反应的定量的性质[再认知:用—R 表示脂肪烃基、—φ表示连接苯环的芳香烃基,则关系式为

醇—OH 不能与NaOH 反应].“模型”应用了苯环、甲醛、氨等.

通过以上例题分析,快速突破涵盖有机物的性质和共线、共面这类试题的方法要从两个方面切入:首先是利用官能团的性质进行定性、定量判断,其次是通过分子模型进行筛选.所以,学生必须熟记常见的有机物(含有的官能团)的性质,对简单的有机物的分子结构反复认知.只有这样,才能在高考中稳操胜券.

(完)