竞赛1 有机化学空间结构

有机化学基础知识点整理有机分子的空间构型的确定方法和原理有机化学是研究碳元素及其化合物的分子构造、反应性质和合成方法的学科。

在有机化学中，了解有机分子的空间构型是十分重要的，因为分子的立体结构直接影响了它们的物理性质和化学行为。

本文将介绍有机分子的空间构型的确定方法和原理，帮助读者更好地理解有机化学的基础知识。

一、手性与不对称中心在有机分子中，如果一个分子不与它的镜像重合，那么这个分子就是手性的。

与之相反，如果一个分子与它的镜像完全重合，那么这个分子是不手性的。

手性分子是由手性中心引起的，手性中心是指一个原子与四个不同的基团连接在一起。

在有机化学中，手性分子的存在对于药物合成、生物分子的相互作用等领域非常重要。

二、锥面规则和斜交法则判断手性分子的空间构型的方法之一是使用锥面规则。

锥面规则是根据手性中心与相邻的三个原子形成的锥面来判断手性的。

具体而言，如果分子的三个不同基团呈现类似一个锥面的排列，那么它是手性的。

而斜交法则是另一种判断手性分子的空间构型的方法，其基本原理是通过三个相邻原子的分子平面的关系来判断立体异构体的配置。

斜交法则适用于不含手性中心的分子，通过比较分子中键和轴之间的倾角来确定分子的构型。

三、哈而斯预言和光学活性在有机化学中，有两种立体异构体：对映异构体A和B。

它们是由于分子的空间构型不同而产生的，但在化学性质上是相同的。

这两种对映异构体不具有旋转对称性，无法通过旋转达到一致。

在1937年，哈而斯发表了斯内登堡原理，也被称为哈而斯预言。

哈而斯预言指出，只有带有手性中心的有机分子才能显示光学活性。

光学活性是指一种物质能够旋转入射线偏振面的现象。

光学活性之所以存在是因为对映异构体A和B旋转入射光偏振面的方向相反。

四、质谱和X射线晶体学除了上述的方法外，还可以通过使用质谱和X射线晶体学来确定有机分子的空间构型。

质谱技术可以通过对分子中元素的分析，确定分子的元素组成和结构。

而X射线晶体学则是通过将有机分子晶体化后进行X射线衍射，从而得到有机分子的空间构型。

有机物的空间结构有机分子中最为常见的元素是碳(C)和氢(H)，也会包含其他元素如氧(O)、氮(N)、硫(S)等。

当有机分子由多个原子组成时，原子之间的排列方式会影响分子的立体构型。

有机分子的立体构型包括平面构型和立体构型。

平面构型是指有机分子中原子的排列方式使得整个分子处于一个平面上，最常见的例子是乙烯分子（C2H4）。

乙烯分子由两个碳原子和四个氢原子组成，两个碳原子位于同一平面上，而氢原子则位于平面的上下两侧。

立体构型是指有机分子中原子的排列方式不再处于同一平面上，而是存在三维空间的立体结构。

立体构型包括手性和立体异构体两种类型。

手性是指有机分子的镜像异构体不能完全重合，具有非重合的镜像关系。

手性分子有两个互为镜像异构体的立体异构体，一个为左旋体（L-），一个为右旋体（D-）。

手性分子中最经典的例子是葡萄糖（C6H12O6），它具有四个不同的取代基围绕着一个手性碳原子排列而成，形成两个非重合的镜像异构体（D-和L-葡萄糖）。

立体异构体是指有机分子的空间构型上存在不同的排列方式，具有相同的化学组成和分子式，但性质和活性可能不同。

立体异构体主要包括构象异构体和对映异构体。

构象异构体是指有机分子在空间中的自由旋转下能够存在不同的构象，但化学键的切换和断裂不发生。

构象异构体主要发生在双键、环状化合物和季节性桥键上。

例如，正戊烷（C5H12）和异戊烷（C5H12）就是构象异构体，它们由相同的原子组成，但由于碳原子的旋转，整个分子的构象也发生了变化。

对映异构体是指有机分子的镜像异构体无法通过旋转、振动等方式完全重合。

对映异构体的存在是由于分子中含有手性碳原子，导致分子的镜像关系不存在旋转对称性。

对映异构体的存在对于化学活性和生物活性有着重要的影响。

例如，草酸（C2H2O4）就存在对映异构体，它的两个羧酸基围绕着手性碳原子排列而成，形成D-草酸和L-草酸两个不重合的对映异构体。

总之，有机物的空间结构是有机化学的重要内容之一，它影响着有机分子的性质、活性和反应。

全国竞赛有机化学增补知识点一、立体化学：对映异构1.手性分子：分子与它的镜像不能重合的分子叫手性分子。

物质具有手性就有旋光性，也就存在对映异构体。

一般来讲分子不具有对称面和对称中心时，就有手性特征。

2.手性碳原子：当一个碳原子连有四个不同的原子或原子团时，该碳原子为手性碳原子，常以C*表示。

见右图。

3.外消旋体：把右图的一对对映体等物质的量混合，对外不显旋光性的物质叫外消旋体。

含有几个不相同的手性碳原子的化合物，能构成2n个对映异构体和2n-1个外消旋体。

对映异构体的物理化学性质都相同，而生物活性不同。

4.内消旋体：分子内含有相同的手性碳原子，分子两个半部互为物与象的关系，使分子内部的旋光性相互抵消的化合物。

如右图。

2.构型的表示法费歇尔(Fischer)投影式，如右图。

①十字架中心表示C*，在纸平面上；②ac横线在纸前方；③bd纵线在纸后方。

3.虚、实、楔线式，如右图①实线相连的原子或原子团在纸平面上；②虚线相连的原子或原子团有纸面后；③楔线的原子或原子团在纸平面前方。

4.构型的R、S命名对含一个手性碳原子C abcd的命名：取代基大小顺序依次为a>b>c>d，将C-d键作为观察方向，d在纸的后面，与C重叠，基团由大到小，如果次序为顺时针的是R构型，逆时针的是S构型。

请参看下图。

基团大小顺序国际命名规则：(1)按直接与C*相连的原子的原子序数大小为次序，大的在先，小的在后。

(2)假如与C’直接相连的原子相同，则看第二个原子，其原子序数大的在先，小的在后，若第二个原子相同，则看第三个原子，依次类推下去。

常见的取代基的顺序排列如下：-I, -Br, -Cl, -SR, -SH, -F,，-OR,-OH, -NO2，-NHC-R,-NHR，-NH2,-CCl3,,,,,,,,-CH2OH, -C6H5,-CR3,-CHR2,-CH2R, -CH3, -D，-H。

二、有机物的特征结构与性质2.碳增长反应 ①RCl+Na→R -R②R 2C uLi+R'Cl→R -R'③RC≡CNa+R'Cl→RC≡CR' ④NaCN+RCl→RCN→RCOOH ⑤乙酰乙酸乙酯法（详细见后）。

高一有机物空间结构知识点有机物是由碳元素构成的化合物，它们的空间结构对于物质的性质和反应起着重要的影响。

在高中化学学习的过程中，我们需要掌握有机物的空间结构知识点，以便更好地理解有机化合物的性质和反应规律。

一、有机物的空间构型有机物的空间构型指的是分子中原子之间的空间排列方式。

有机物的空间构型分为线性构型、平面构型和立体构型三种。

1. 线性构型：分子中的原子排列成一条直线，如H-C≡C-H。

2. 平面构型：分子中的原子排列在同一个平面上，如正丁烷(CH3-CH2-CH2-CH3)。

3. 立体构型：分子中的原子排列在三维空间中，形成立体构型，有平面构型以外的构型，如氯代乙烷(CH3-CHCl-CH3)中的氯原子可以在氢原子上或者在乙基基团的后面。

二、立体异构立体异构是指分子中的原子在空间中的排列方式不同，而化学式相同的现象。

立体异构分为构造异构和空间异构两种。

1. 构造异构：构造异构是指分子中原子的连接方式不同，可以分为链式异构、官能团异构和位置异构。

- 链式异构：分子链的长度或分支方式不同。

如正丁烷和异丁烷的立体异构。

- 官能团异构：分子中的官能团的种类和位置不同。

如丙酮和乙醛的立体异构。

- 位置异构：分子中某个官能团的位置不同。

如2-丁醇和2-甲基-1-丙醇的立体异构。

2. 空间异构：空间异构是指分子中原子在空间中的排列方式不同，可以分为手性异构和环状异构。

- 手性异构：分子镜像对称但不能完全重合的两种异构体，被称为手性异构体。

如L-丙氨酸和D-丙氨酸的立体异构。

- 环状异构：分子中存在环状结构，但其结构、位置等方面有区别。

如环己烷和苯的立体异构。

三、立体异构的影响立体异构对有机物的性质和反应有很大影响。

1. 物理性质：立体异构体之间的相互作用力不同，导致物理性质的差异。

2. 化学性质：立体异构可能导致反应速率和选择性的变化，例如对光的旋光性的变化。

3. 药理活性：不同立体异构体的药理活性可能不同。

有机化合物空间结构有机化合物的空间结构可以用分子模型和立体结构公式来表示。

其中，分子模型是通过三维模型或球棍模型等来展示化学键和原子之间的空间关系，而立体结构公式则使用平面投影或立体投影等方法将化合物分子的平面和空间结构表示出来。

在有机化学中，有机分子的空间结构主要涉及以下几个方面：1.空间立体异构体：空间立体异构体是指化合物分子具有不同空间位置的同分异构体。

主要包括构型异构体和对映异构体。

构型异构体是指化合物分子内原子的排列方式不同，但它们之间可以通过旋转或翻转等方式相互转换而得到。

例如，顺式和反式异构体就是构型异构体。

而对映异构体是指相同分子式、相同原子连接方式、不是由构型异构体转化而来的异构体。

对映异构体之间不能通过旋转或翻转等方式重合，它们之间是非同一化合物。

2.键角和键长：键角和键长是描述化学键的几何特征的指标。

键角是指两个相邻原子和中心原子组成的角度，对于大部分有机化合物来说，C-C键角约为109.5°，C-H键角约为109°。

而键长则表示两个相邻原子之间的距离，一般由键的键级和两个原子的电负性等因素决定。

3.空间取向和对称性：有机分子的空间取向与分子结构的对称性密切相关。

对称性可以影响分子的旋转和反演等运动，从而决定了化合物在空间中的稳定性和反应性。

具有较高对称性的分子通常比较稳定，且容易发生一些特定的化学反应。

4.空间位阻效应：空间位阻效应是指由于空间障碍导致有机分子的反应性和物理性质发生变化。

当有机化合物中的一个官能团被其他的原子或分子所包围时，空间障碍会导致该官能团的反应受到限制或发生变化。

空间位阻效应在合成有机化合物时非常重要，可以用来控制分子的选择性和反应路径。

总之，有机化合物的空间结构对于理解和预测化合物的性质和反应性具有重要意义。

通过研究和了解有机分子的空间结构，可以为有机合成的设计与优化提供理论依据，并推动有机化学在药物、材料等领域的应用。

有机化合物空间结构有机化合物是由碳和氢以及其他可能的元素组成的化合物。

这些化合物的分子结构非常关键，因为它们的结构直接决定了它们的性质和功能。

在有机化学中，研究有机化合物的空间结构是一项非常重要的工作。

本文将探讨有机化合物的空间结构，并讨论其与化学性质之间的关系。

一、立体化学和立体异构1. 局部立体化学在有机化合物中，每个碳原子都有四个化学键。

这些化学键的取向将直接影响分子的空间结构。

根据每个碳原子在分子中的取向，我们可以将化合物的立体化学分类为平面型、三维型和非平面型。

- 平面型：当每个碳原子周围的四个取向相同时，分子将具有平面对称性。

例如，乙烯分子（CH2=CH2）具有平面型立体化学。

这种结构常见于双键化合物。

- 三维型：当每个碳原子周围的四个取向不同时，分子将具有三维立体化学。

例如，丙烷分子（CH3CH2CH3）具有三维型立体化学。

这种结构常见于直链烷烃。

- 非平面型：当有机分子中存在类似环或手性中心的结构时，分子将具有非平面型立体化学。

例如，环状烷烃具有非平面型立体化学。

2. 立体异构立体异构是指具有相同分子式但空间结构不同的化合物。

有机化合物的立体异构可以分为构象异构和对映异构。

- 构象异构：构象异构是指分子内部键角的旋转或双键的翻转而导致的空间结构的变化。

构象异构通常存在于碳链较长的化合物中。

例如，正丁烷和异丁烷就是构象异构体。

- 对映异构：对映异构是指分子结构中的手性中心或不对称碳原子导致的立体异构。

对映异构体是镜像关系，且无法通过旋转或翻转相互转化。

例如，D-葡萄糖和L-葡萄糖就是对映异构体。

二、分子构象和键角的影响有机化合物的分子构象是指分子在空间中的具体排列方式。

分子构象的不同可能导致化合物的物理和化学性质的差异。

1. 键角化学键的取向将直接影响有机化合物的空间结构。

键角的大小和形状将决定分子的几何形状和三维结构。

不同的键角可以导致化学键的极性和强度的变化，并进而影响化合物的化学性质。

共价键、共价分子几何构型答案第1题（6分）1-1C 5H 4（2分）1-2C CCCCH H HH（只有一种可能结构，重键位置必须正确，而键角和立体结构则不要求）（4分）第2题（5分）2-1NCOHN CHOOO HH n（3分）2-2PHA 高分子键的共轭较差，加热容易发生键的旋转，是柔性骨架，所以PHA 具有热塑性，而PBO 高分子键的共轭程度高，加热不容易发生键的旋转，所以PBO 是热固性的。

（2分）（注：只要能对高分子骨架的键的性质能作正确的描述，均可得分）第3题（10分）3-1C 6F 5XeF 2+BF 4-（1分）3-2分子中有C －Xe 键（2分）（答：“分子中存在氙和有机基团”得1分）3-3XeF 4+C 6F 5BF 2C 6F 5XeF 2+BF 4-（1分）（注：用“→”代替“=”不扣分；离子加方括号得分相同；画出五氟代苯基结构不加分）。

3-45C 6F 5XeF 2+BF 4-+2I 24IF 5+5Xe +5C 6F 5BF 2（2分）（注：不配平不得分）3-5（4分）（注：4-5的答案需应用初赛基本要求规定的VSEPR 模型才能得出。

只要正确表述出四方锥体都得满分，表述形式不限。

）第4题（5分）4-1NH 3+HCl NH 4Cl （2分）（注：答其他非质子转移的任何“化合反应”得1分）。

4-2B CCl H（3分）参考图形：（注：硼上氢氯互换如参考图形仍按正确论，但上下的C 、B 分别连接H 和Cl ，不允许互换。

）第5题（15分）5-1NF 3（1分）4NH 3+3F 2NF 3+3NH 4F （1分）（共2分）5-2N －F 键的偶极方向与氮原子孤对电子的偶极方向相反，导致分子偶极矩很小，因此质子化能力远比氨质子化能力小。

画图说明也可，如：（1分）5-32NF3+2Hg N2F2+2HgF2（1分）trans cis(14+19)⨯2=66（每式1分，共3分）5-4D：[N N－F]+E：F：（每式1分）2N2F2+SnF4[N2F+]2[SnF6]2-（1分）[N2F+]2[SnF6]2-[N2F]+[SnF5]-+N2F2（1分）（共5分）5-5阳离子的化学式为NF4+（1分）NF3+F2+BF3NF4+BF4-（1分）NF4+水解反应首先得到HOF（否则写不出配平的NF4+水解反应）:NF4++H2O NF3+HOF+H+定量生成NF3（1分）而反应2HOF2HF+O2和反应HOF+H2O HF+H2O2哪一反应为主与反应条件有关，但无论哪一反应为主却总是定量生成HF。

历年有机试题一． 有机结构第六题（10分）曾有人用金属钠处理化合物A （分子式C 5H 6Br 2，含五元环），欲得产物B ，而事实上却得到芳香化合物C （分子式C 15H 18）。

6-1请画出A 、B 、C 的结构简式。

6-2为什么该反应得不到B 却得到C ？6-3预期用过量酸性高锰酸钾溶液处理C ，得到的产物是D ，写出D 的结构式。

[解题思路]1．对比产物C 的分子式（C 15H 18）和起始物A 的分子式（C 5H 6Br 2）可见一个C 分子是3个A 分子脱去溴原子连接而成的，而且A 转化为C 的反应是用金属钠消除A 分子中的溴。

可见此题并没有要求应试者必须学过武兹反应，此思路的知识基础没有超过中学化学。

2．试题用A 是溴代环戊烯和C 是芳香化合物2个信息同时限定了A 和C 的结构。

溴代环戊烯因溴原子连在不同碳原子上而有多种位置异构体，它们与金属钠反应失去溴连接的方式更多，但是，为满足C 是分子式为C 15H 18的芳香化合物（至少要有一个含共轭双键的苯环）的条件，A 必须是1，2-二溴环戊烯，C必定有答案给出的结构式。

应试者得出这个结论的过程和花费的时间自然很不相同，有的学生可能在草稿纸画满各种各样的二溴环戊烯，并令其脱溴相连，甚至得出很大的环状化合物，有的学生则只需在脑子里想清楚，其差别不是知识水平高低而是智力水平高低。

在思考过程中，下述联想是有助于应试者得出结论：3．为什么A 与金属钠反应会得到C 呢？如果应试者联想起中学化学里学过乙炔合成苯的反应，就会想到，A 脱去溴首先得到的应是含C C 键的环戊炔（B ），既然乙炔经催化可三聚成苯，对比乙炔和环戊炔的结构，理应联想到中学化学学到：乙炔的碳氢处在一条直线上（《化学读本》的sp 杂化当然有帮助，属竞赛大纲要求，但并非必需），环戊炔的炔碳在五元环上，其不稳定性就不至犹豫，不需催化剂也会聚合就在意料之中。

4．命题人考虑到环戊烯不稳定，有的学生可能将B 写成它的双聚物，以求得到较稳定的化合物，因而答双聚体也算对，而且对两种B 的不稳定给了注释性说明（注：不要求学生达到这种注释水平）。

一、几个特殊分子的空间构型1. CH4分子为正四面体结构，其分子中最多有3个原子共处于同一平面；2. 乙烯分子中所有原子共平面；3. 乙炔分子中所有原子共直线；4. 苯分子中所有原子共平面。

二、单键的转动思想有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氯单键等均可以转动，如分子中，共平面，甲基H原子是否与该基团（）共平面呢？若把甲基看作一个可任意旋转的方向盘，则连接苯环和甲基的单键可看作该方向盘的轴，这样由于单键可转动，不难想象，通过旋转可以使也仅能使一个H原子转到分子平面上。

例1. 某烃的结构简式为：，分子中含有四面体结构的碳原子（即饱和碳原子）数为a，在同一直线上的碳原子数最多为b，一定在同一平面内的碳原子数为c，则a、b、c分别为：A. 4，3，5B. 4，3，6C. 2，5，4D. 4，6，4解析：选B。

首先将该烃分子中的碳原子进行编号：由CH4分子的四面体结构可知：5、6、7、8号4个碳原子是形成四面体结构的碳原子。

由的直线结构可知：1、2、3号3个碳原子共直线。

由分子的平面结构可知：2、3、4、5、7号碳原子共平面，又因为1、2、3号碳原子共直线。

所以1号碳原子也在上述平面内。

因此共平面的碳原子有1、2、3、4、5、7号6个碳原子。

例2. 有结构为的烃，下列说法正确的是（）A. 分子中至少有6个碳原子共平面B. 分子中至少有8个碳原子共平面C. 分子中至少有9个碳原子共平面D. 分子中至少有14个碳原子共平面解析：选C。

从题中给出的烃分子结构可知：甲苯基（）取代了苯环上的一个氢原子，二者相连共平面的原子左、右部分所有7个碳原子均在同一平面，A错；同时，由于左右两个苯环平面通过C-C单键可绕键轴旋转，所以14个碳原子不一定在同一平面，则D错；B项虽考虑了苯分子的平面结构特征，但却疏忽了苯环上六个碳原子呈正六边形排列具有对称性。

以苯环结构看：任一对称轴线上均有两个碳原子共平面，加上另一甲苯基上的7个碳原子，则该烃中至少应有9个碳原子共平面，故选项C正确。

共价键、共价分子几何构型（全国初赛）第1题（6分）1999年合成了一种新化合物，本题用X 为代号。

用现代物理方法测得X 的相对分子质量为64；X 含碳93.8%，含氢6.2%；X 分子中有3种化学环境不同的氢原子和4种化学环境不同的碳原子；X 分子中同时存在C －C 、C ＝C 和C C 三种键，并发现其C ＝C 键比寻常的C ＝C 短。

（2000年第3题）1-1X 的分子式是____。

1-2请将X 的可能结构式画在下面的方框内。

第2题（5分）据统计，40%的飞机失事时机舱内壁和座椅的塑料会着火冒烟，导致舱内人员窒息致死。

为此，寻找装修机舱的阻燃聚合物是化学研究的热点之一。

最近，有人合成了一种叫PHA 的聚酰胺类高分子，即主链内有“酰胺键”（－CO －NH －）。

温度达180～200℃时，PHA 就会释放水变成PBO （结构式如右图所示），后者着火点高达600℃，使舱内人员逃离机舱的时间比通常增大10倍。

该发明创造的巧妙之处还在于，PHA 是热塑性的（加热后可任意成型），而PBO 却十分坚硬，是热固性的（加热不能改变形状）。

（2000年第10题）2-1写出PHA 的结构式。

2-2根据高分子结构来解释，为什么PHA 有热塑性而PBO 却是热固性的。

第3题（10分）去年报道了在-55℃条件下，由XeF 4(A)和C 6F 5BF 2(B)化合，得到一离子化合物(C)，测得其中Xe 的质量分数为31%，阴离子为四氟硼酸根离子，阳离子结构中有(B)的苯环。

(C)是首例有机氙(IV)化合物，在-20℃以下稳定，是强氟化剂和强氧化剂，如与碘反应得到五氟化碘，放出氙，同时得到(B)。

（2001年第4题）3-1写出(C)的化学式，正负离子应分开写。

3-2根据什么结构特征可以把(C)归为有机氙化合物？3-3写出合成(C)的反应方程式。

3-4写出(C)和碘的反应。

3-5画出五氟化碘分子的立体结构。

第4题（5分）最近有人用称为“超酸”的化合物H （CB 11H 6Cl 6）和C 60反应，使C 60获得一个质子，得到一种新型离子化合物[HC 60]+[CB 11H 6Cl 6]-。

有机物的空间结构1．判断有机化合物中原子共线与共面的基本类型(1)熟练掌握四种典型结构①甲烷型：四面体结构，碳原子与四个原子形成四个共价键时，空间结构都是四面体结构，五个原子中最多有三个原子共平面。

②乙烯型：平面结构，位于乙烯型结构上的六个原子一定共平面。

③乙炔型：直线形结构，位于乙炔型结构上的四个原子一定在一条直线上，也一定共平面。

④苯型：平面六边形结构，位于苯环上的十二个原子一定共平面，并且处于对角线的四个原子共线。

(2)注意键的旋转①在分子中，形成单键的原子可以绕键轴旋转，而形成双键、三键等其他键的原子不能绕轴旋转。

②若平面间靠单键相连，所连平面可以绕轴旋转，可能旋转到同一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。

③若平面间被多个点固定，则不能旋转，一定共面。

如分子中所有环一定共面。

(3)恰当地拆分复杂分子观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的立体构型及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。

特别要注意的是，苯分子中处于对位的两个碳原子以及它们所连的两个氢原子，这四个原子是在一条直线上的。

[应用举例]有机物分子中最多有________个碳原子在同一平面内，最多有________个原子在同一条直线上，与苯环共面的碳原子至少有________个。

答案1169解析以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构。

由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面。

因而该有机物分中的所有碳原子均可能共面，最多有5＋6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。

由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。

2．同分异构现象、同分异构体(1)概念分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。