龔新強(qiáng)

摘要： 有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)式的確定以及同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)，一直是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容。由于不飽和度更能揭示有機(jī)物組成和結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征，所以運(yùn)用不飽和度分析有機(jī)題，比常規(guī)方法更快、更全、更準(zhǔn)確。文章以近年來(lái)的高考真題為例說(shuō)明了不飽和度在解答有機(jī)題中的主要應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：不飽和度；有機(jī)題；高考解題方法

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1006-5962（2013）06-0266-03

有機(jī)化學(xué)是高考理科綜合試題的必考內(nèi)容。縱觀近幾年的高考試題，有機(jī)化學(xué)知識(shí)約占化學(xué)試卷的20%，考查主要集中在有機(jī)物分子式的確定、同分異構(gòu)體的書(shū)寫(xiě)、官能團(tuán)的推斷及性質(zhì)分析等方面，而且命題者緊跟科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域，許多結(jié)構(gòu)新穎、用途重要的有機(jī)物在高考試卷中集中亮相，讓人耳目一新，這也充分體現(xiàn)了化學(xué)新課標(biāo)的理念。與此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，高考題中涉及的有機(jī)物的結(jié)構(gòu)總體趨向于復(fù)雜。因此，考生在解決有機(jī)題時(shí)普通存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)象，這對(duì)于理科綜合寶貴而有限的考試時(shí)間來(lái)說(shuō)，是很不利的。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)不飽和度概念易學(xué)易懂，在確定復(fù)雜有機(jī)物的官能團(tuán)、分子式、同分異構(gòu)體時(shí)，速度快、無(wú)遺漏或錯(cuò)寫(xiě)，與常規(guī)方法相比，優(yōu)勢(shì)十分明顯，具有事半功倍的效果?，F(xiàn)作一介紹，希望對(duì)大家有幫助。

1 不飽和度的概念

有機(jī)物的不飽和度是相對(duì)于飽和化合物而言的，是指有機(jī)物的缺氫程度，常用字母Ω表示，Ω的數(shù)值就是有機(jī)物缺氫程度的量化數(shù)值。烷烴分子中飽和程度最大，規(guī)定其Ω=0，其它有機(jī)物分子和同碳數(shù)的開(kāi)鏈烷烴相比，每少2個(gè)H，則Ω就增加1。不難看出，Ω越大，有機(jī)物越不飽和。

2 不飽和度的計(jì)算

文獻(xiàn)中報(bào)道的不飽和度計(jì)算方法很多，這里只介紹比較切合高中教學(xué)實(shí)際的兩種方法。

2.1 利用分子式計(jì)算。

（1）烴：設(shè)分子式為CxHy，則計(jì)算公式為Ω=2x+2-y2 。例如C2H6的Ω=2x+2-y2=2×2+2-62 =0，C2H4的Ω=2x+2-y2 = 2×2+2-42=1。

（2）烴的含氧衍生物：因氧為2價(jià)， C=O與C=C"等效"， 所以在進(jìn)行不飽和度計(jì)算時(shí)對(duì)于氧原子可以不予理會(huì)。設(shè)分子式為CxHyOz，則計(jì)算公式與烴類相同，即Ω= 2x+2-y2。如C2H4、C2H4O、C2H4O2的Ω均為1。

（3）烴的其它衍生物：將有機(jī)物分子式改寫(xiě)成CxHyOm（NH）n的組成形式，計(jì)算公式為Ω= 2x+2-y2。

可以看出，雖然各類有機(jī)物組成不同，但不飽和度的計(jì)算公式都是Ω= 2x+2-y2。實(shí)際上，該公式使用范圍非常廣，幾乎適用于所有有機(jī)物。因?yàn)楦鶕?jù)化學(xué)鍵知識(shí)，鹵素原子-X與H原子是"等效"的，所以該公式也適用于鹵代烴，只要將鹵原子換成等量的H原子即可。而根據(jù)元素周期表中同主族元素的相似性可知，S原子和O原子"等效"、N原子和P原子"等效"、Si原子和C原子"等效"，所以該公式也適用于含硫有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含磷有機(jī)物、含硅有機(jī)物等等。換言之，通過(guò)轉(zhuǎn)化，幾乎所有有機(jī)物都可以轉(zhuǎn)化為CxHyOm（NH）n的組成形式，都可以用上述公式求出不飽和度。而且因?yàn)樵谟?jì)算中忽略了O、S、N、P原子的存在，所以計(jì)算Ω非常方便，學(xué)生很容易掌握。

例如硝基苯的分子式為C6H5NO2，根據(jù)公式，可將硝基苯的組成改寫(xiě)成C6H4O2（NH）1的形式，帶入公式，得Ω= 2x+2-y2= 2×6+2-42 =5。

2.2 利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式計(jì)算。

如果已知結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，那計(jì)算不飽和度就更方便。公式如下：

Ω=雙鍵數(shù)+三鍵數(shù)×2+環(huán)數(shù)。

使用上述公式時(shí)的幾個(gè)注意事項(xiàng)：

（1）一個(gè)雙鍵Ω=1，一個(gè)環(huán)Ω=1，一個(gè)三鍵Ω=2。雙鍵包括碳碳、碳氧、碳氮、氮氧、氮氮等各類雙鍵，叁鍵包括碳碳、碳氮等叁鍵。

（2）將苯環(huán)視作1個(gè)環(huán)和3個(gè)雙鍵。

（3）環(huán)數(shù)等于將環(huán)狀分子剪開(kāi)變成鏈狀分子時(shí)需要剪斷化學(xué)鍵的最少個(gè)數(shù)。

例如：硝基苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

，其含有一個(gè)環(huán)，三個(gè)碳碳雙鍵，一個(gè)氮氧雙鍵，則其不飽和度Ω=4+1=5。再如，立方烷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 ，將其變成鏈狀分子，至少需要剪斷5個(gè)化學(xué)鍵，故其環(huán)數(shù)為5，Ω=5。

3 不飽和度在解答有機(jī)題中的應(yīng)用

3.1 書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體。

根據(jù)不飽和度，就可以推測(cè)有機(jī)物可能含有的官能團(tuán)或特征結(jié)構(gòu)，從而快速全面的寫(xiě)出其同分異構(gòu)體。例如Ω=1，則有機(jī)物可能含1個(gè)雙鍵或1個(gè)環(huán)。Ω=2則可能含一個(gè)三鍵或2個(gè)雙鍵或2個(gè)環(huán)等。Ω=4則可能含一個(gè)苯環(huán)，或者1個(gè)三鍵和2個(gè)雙鍵等。

例1、（2011高考全國(guó)卷第38題）：（限于篇幅，只節(jié)選部分試題，下同。）

（5）D（C7H6O2）的同分異構(gòu)體中含有苯環(huán)的還有______種，其中：

① 既能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，又能發(fā)生水解反應(yīng)的是________（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）

② 能夠與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出CO2的是_________（寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）

解析：根據(jù)D的分子式C7H6O2，得Ω=5，苯環(huán)Ω為4，則側(cè)鏈Ω=1，可能是1個(gè)雙鍵或1個(gè)環(huán)，同分異構(gòu)體可寫(xiě)出如下5種：

根據(jù)題給其它信息，D的結(jié)構(gòu)應(yīng)為（III）。則含有苯環(huán)的還有4種。既能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，又能水解的是（II），能與飽和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)放出CO2的是（I）。

例2、（2011高考江蘇卷第17題）：

敵草胺是一種除草劑。它的合成路線如下：

（3）寫(xiě)出同時(shí)滿足下列條件的C的一種同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：。

①能與金屬鈉反應(yīng)放出H2；②是萘（ ）的衍生物，且取代基都在同一個(gè)苯環(huán)上；③可發(fā)生水解反應(yīng)，其中一種水解產(chǎn)物能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，另一種水解產(chǎn)物分子中有5種不同化學(xué)環(huán)境的氫。

解析：由于C的組成復(fù)雜，所以同分異構(gòu)體的數(shù)目勢(shì)必很多，若用常規(guī)方法書(shū)寫(xiě)，思維往往不全面，且隨意性大，不易迅速找出符合題意的答案。但利用不飽和度，就可以全面迅速的切入題目要求，找出答案。由C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式得Ω=雙鍵數(shù)+三鍵數(shù)×2+環(huán)數(shù)=6+2=8。因?yàn)橥之悩?gòu)體間Ω相同，故C的同分異構(gòu)體Ω=8，而萘環(huán)Ω=7，則側(cè)鏈Ω必為1，即側(cè)鏈含有1個(gè)雙鍵或1個(gè)環(huán)，其同分異構(gòu)體也非常多，但題目要求既能與鈉反應(yīng)又能水解，且水解產(chǎn)物之一能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，另一水解產(chǎn)物氫原子只有5種，所以符合題意的結(jié)構(gòu)必然含醇羥基和甲酸酯結(jié)構(gòu)，且萘環(huán)側(cè)鏈高度對(duì)稱。根據(jù)不飽和度和題意，可迅速寫(xiě)出如下6種同分異構(gòu)體：

綜合題意，滿足條件的C的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)必為（V）或（VI）。

可見(jiàn)，根據(jù)不飽和度可非常有針對(duì)性的推測(cè)有機(jī)物所有可能的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而能快速全面的寫(xiě)出符合要求的同分異構(gòu)體，而常規(guī)的"試寫(xiě)法"往往由于隨意性較大、針對(duì)性不強(qiáng)，極易出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤。

3.2 判斷或書(shū)寫(xiě)有機(jī)物的分子式。

根據(jù)結(jié)構(gòu)式來(lái)判斷或書(shū)寫(xiě)有機(jī)物的分子式，是高考中?？嫉目键c(diǎn)，雖然難度不大，而且用常規(guī)的計(jì)數(shù)法就可以確定其分子式，但近年來(lái)，高考中涉及的有機(jī)物結(jié)構(gòu)大有越來(lái)越復(fù)雜之勢(shì)，加之考試時(shí)間緊，考生經(jīng)常會(huì)數(shù)錯(cuò)某些原子的數(shù)目，從而導(dǎo)致失分。如果運(yùn)用不飽和度，則可快速準(zhǔn)確的寫(xiě)出分子式。

例3、（2010高考浙江卷第10題）：

核黃素又稱為維生素B2，可促進(jìn)發(fā)育和細(xì)胞再生，有利于增進(jìn)視力，減輕眼睛疲勞。核黃素分子的結(jié)構(gòu)如圖所示：

已知：

有關(guān)核黃素的下列說(shuō)法中，不正確的是：

A. 該化合物的分子式為C17H22N4O6

B. 酸性條件下加熱水解，有CO2生成

C. 酸性條件下加熱水解，所得溶液加堿后有NH3生成

D. 能發(fā)生酯化反應(yīng)

解析：維生素B2結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直接數(shù)氫原子容易出錯(cuò)?？伤愠靓?雙鍵數(shù)+三鍵數(shù)×2+環(huán)數(shù)=7+3=10。設(shè)其分子組成為CxHyOm（NH）n，從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可數(shù)出x=17，帶入Ω=2x+2-y2 =10，解得y=16，則其分子組成為C17H16O6（NH）4，即分子式為C17H20N4O6。答案選A。

3.3 推斷反應(yīng)類型。

在有機(jī)合成和推斷中，如果靈活運(yùn)用不飽和度，還可推測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的可能類型，從而獲得解題的突破口，降低切題的難度。例如，反應(yīng)后不飽和度增加，則可能是消去反應(yīng)或脫氫氧化反應(yīng)；反應(yīng)后不飽和度減小，則可能是加成反應(yīng)。

例4、（2011高考上海卷第29題）：

化合物M是一種治療心臟病藥物的中間體，以A為原料的工業(yè)合成路線如下圖所示。

根據(jù)題意完成下列填空：

（1）寫(xiě)出反應(yīng)類型。反應(yīng)① 反應(yīng)②

（2）寫(xiě)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。A C

解析：本題屬于有機(jī)合成和推斷能力的考查，路線中多數(shù)物質(zhì)僅已知分子式，且反應(yīng)條件不具體，所以不容易切入，推斷有一定難度。但若運(yùn)用不飽和度，則可顯著降低難度。A顯然是苯酚，反應(yīng)①是甲醛的雙鍵與苯酚發(fā)生加成反應(yīng)，所得化合物（I）的Ω=4，而B(niǎo)的Ω=5，即反應(yīng)②是不飽和度增加的反應(yīng)，故該反應(yīng)是消去反應(yīng)或者脫氫氧化反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)物特點(diǎn)及B的分子式，應(yīng)該為脫氫氧化反應(yīng)，B的結(jié)構(gòu)應(yīng)為 ?；衔铮↖I）的Ω=6，而化合物C的Ω=5，不飽和度降低，說(shuō)明發(fā)生了加成反應(yīng)，根據(jù)分子組成的變化，C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 。

綜上，不飽和度可以快速、有針對(duì)性的解決有機(jī)推斷和合成中的許多問(wèn)題，如果加以熟練和靈活運(yùn)用，一定能達(dá)到事半功倍的效果。