← 返回学科首页

🧬 有机化学

碳化合物的世界,生命的化学基础

知识讲解

有机化学是研究含碳化合物(除CO、CO₂、碳酸盐等少数简单含碳化合物外)的结构、性质、合成和反应的化学分支。碳元素独特的成键能力使其能形成 chains、rings 和复杂的三维结构,成为构成生命体的基础。

🌿 有机化合物的特点

  • 多数易燃烧,生成CO₂和H₂O
  • 熔沸点较低,多为分子晶体
  • 大多是非电解质,水溶液不导电
  • 反应速率较慢,常伴有副反应
  • 普遍存在同分异构现象

⛽ 烃类化合物

烃是仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物,是有机化学的基础。

🔷 烷烃(饱和烃)

分子中只含碳碳单键,通式为CₙH₂ₙ₊₂

甲烷 CH₄(天然气)
乙烷 C₂H₆
丙烷 C₃H₈(液化气)
丁烷 C₄H₁₀(打火机)

🔶 烯烃(不饱和烃)

分子中含有碳碳双键,通式为CₙH₂ₙ

乙烯 CH₂=CH₂
丙烯 CH₃-CH=CH₂
特征反应:加成反应、聚合反应

🔴 炔烃(不饱和烃)

分子中含有碳碳三键,通式为CₙH₂ₙ₋₂

乙炔 HC≡CH
丙炔 CH₃-C≡CH
应用:氧炔焊(高温火焰)

⭕ 芳香烃

含有苯环结构,具有特殊的芳香性

苯 C₆H₆
甲苯 C₆H₅-CH₃
二甲苯 C₆H₄-(CH₃)₂

🎯 官能团与衍生物

官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团,是有机物分类和命名的基础。

类别 官能团 代表物 主要性质
-OH(羟基) C₂H₅OH(乙醇) 与钠反应、氧化成醛
-OH(连苯环) C₆H₅OH(苯酚) 弱酸性、与FeCl₃显色
-CHO(醛基) HCHO(甲醛) 银镜反应、还原
C=O(羰基) CH₃COCH₃(丙酮) 可发生加成反应
羧酸 -COOH(羧基) CH₃COOH(乙酸) 酸性、酯化反应
-COO-(酯基) CH₃COOC₂H₅ 水解反应

⚗️ 有机反应类型

➕ 取代反应

取代反应

有机物分子中的原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl(光照)
C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr(Fe催化)

➕ 加成反应

加成反应

不饱和化合物分子中双键或三键断裂,加上其他原子或原子团的反应。

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br
CH≡CH + 2H₂ → CH₃-CH₃(Ni催化)

➖ 消去反应

消去反应

有机化合物在一定条件下,从一个分子中脱去一个小分子(如H₂O、HX等),形成不饱和化合物的反应。

C₂H₅OH → CH₂=CH₂ + H₂O(浓H₂SO₄,170℃)
CH₃-CHCl-CH₃ → CH₂=CH-CH₃ + HCl(NaOH/醇)

🔴 氧化反应

氧化反应

有机物得到氧或失去氢的反应。

2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH
C₂H₅OH → CH₃CHO → CH₃COOH(逐步氧化)

🧵 高分子化合物

高分子化合物是由许多小分子(单体)通过聚合反应连接而成的巨大分子。

🔷 加聚反应

不饱和单体通过加成反应聚合,无小分子生成。

n CH₂=CH₂ → [CH₂-CH₂]n
(乙烯 → 聚乙烯)

🔗 缩聚反应

单体间脱去小分子(如H₂O)而聚合。

对苯二甲酸 + 乙二醇
→ 聚酯(PET)+ H₂O

常见高分子材料

类别 代表物 单体 用途
塑料 聚乙烯(PE) 乙烯 塑料袋、瓶子
塑料 聚氯乙烯(PVC) 氯乙烯 管道、地板
合成纤维 涤纶(聚酯) 对苯二甲酸+乙二醇 衣物、瓶子
合成纤维 尼龙(聚酰胺) 己二酸+己二胺 衣物、绳索
合成橡胶 丁苯橡胶 丁二烯+苯乙烯 轮胎

🧬 生物大分子

生物大分子是生命的基础,包括蛋白质、核酸、糖类和脂质。

🥩 蛋白质

由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物。

  • 结构层次:一级(氨基酸序列)→ 二级(α-螺旋、β-折叠)→ 三级 → 四级
  • 性质:两性、变性、盐析
  • 功能:酶催化、免疫、运输、结构支持

🧬 核酸

储存和传递遗传信息的大分子。

  • DNA:脱氧核糖核酸,双螺旋结构
  • RNA:核糖核酸,单链结构
  • 碱基:A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)、U(尿嘧啶)

🍞 糖类

多羟基醛或酮,是生物体的主要能源。

  • 单糖:葡萄糖、果糖
  • 二糖:蔗糖、麦芽糖、乳糖
  • 多糖:淀粉、纤维素、糖原

🧩 趣味问答

1. 下列哪种物质属于烷烃?
A. 乙烯
B. 甲烷
C. 乙炔
D. 苯
2. 乙醇的官能团是?
A. -CHO
B. -COOH
C. -OH
D. -COO-
3. 聚乙烯是通过什么反应制得的?
A. 加聚反应
B. 缩聚反应
C. 取代反应
D. 消去反应