有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和命名

1、有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和命名一、 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)1.共價(jià)鍵的一些基本概念(1) 碳原子的軌道雜化：sp3、sp2、sp雜化 (2) 鍵與鍵(3) 電子的離域碳原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)sp3雜化軌道電子云分布示意圖Sp2雜化示意圖乙烯中鍵的形成鍵和鍵鍵可以繞鍵的對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，其鍵不會(huì)發(fā)生斷裂，旋轉(zhuǎn)時(shí)所需的能量很少，故烷烴的構(gòu)象豐富多彩。鍵的特點(diǎn) 1）鍵沒(méi)有軸對(duì)稱(chēng)，因此以雙鍵相連的兩個(gè)原子之間不能再以C-C 鍵為軸自由旋轉(zhuǎn)，如果吸收一定的能量，克服 p 軌道的結(jié)合力，才能?chē)@碳碳鍵旋轉(zhuǎn)，結(jié)果使鍵破壞。 2）鍵由兩個(gè)p軌道側(cè)面重疊而成，重疊程度比一般鍵小，鍵能小，容易斷裂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 3）鍵電子云不是集中在兩

2、個(gè)原子核之間，而是分布在上下兩側(cè)，原子核對(duì)電子的束縛力較小，因此電子有較大的流動(dòng)性，在外界試劑電場(chǎng)的誘導(dǎo)下，電子云易變形，導(dǎo)致鍵被破壞而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。乙炔的結(jié)構(gòu)Pz Py sp雜化，直線型結(jié)構(gòu)苯分子中六個(gè)碳原子都以sp2雜化相互成鍵(1) 鍵長(zhǎng)(2) 鍵角(3) 鍵能(4) 偶極矩鍵的參數(shù)鍵的類(lèi)型鍵長(zhǎng) (pm)鍵能 (kJ/mol)碳-碳單鍵150 347.3碳-碳雙鍵134601.9碳-碳三鍵120 836.8碳-氫鍵110104鍵的極性-偶極矩 例： CH3+ Cl- 鍵距 = ed e: 中心電荷 d：正負(fù)電荷中心的距離 Cl-Cl ( 鍵距為零)分子的偶極距是各鍵的鍵距向量和: =0

3、=0 =1.94D 2.分子軌道理論 * H1s F2Px 二個(gè)不同的原子軌道組成分子軌道的能量關(guān)系E當(dāng)兩個(gè)互相平行的P軌道在側(cè)面重疊形成分子軌道時(shí)，如Py-Py or Pz-Pz所形成的分子軌道稱(chēng)軌道。軌道還保留著對(duì)稱(chēng)面（基面）。例：原子軌道組成分子軌道必須符合三個(gè)原則： a） 對(duì)稱(chēng)性匹配原則 b） 原子軌道重疊部分要最大 c） 能量相近原則 3.有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)表示法路易斯電子式:凱庫(kù)勒式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:鍵線式:二、有機(jī)化合物的分類(lèi)1.按碳架2. 按官能團(tuán)化合物類(lèi)別官能團(tuán)名稱(chēng)（結(jié)構(gòu)）舉例烯烴碳碳雙鍵C=C炔烴碳碳三鍵鹵代烴鹵素F, Cl, Br, I醇及酚羥基-OH硫醇及硫酚巰基-SH醚鍵-

4、O-硫醚鍵-S-醛基-CHO酮基（羰基）-CO-羧酸基-COOH羧酸衍生物: 酯、酰鹵、酸酐、酰胺氨基-NH2硝基化合物-NO2磺酸基-SO3H3. 兩種分類(lèi)法結(jié)合運(yùn)用環(huán)己醇 苯甲醇 -呋喃甲醛三、有機(jī)化合物的命名1.開(kāi)鏈烴及其衍生物（含氧、氮、鹵素）的命名2.環(huán)狀化合物（包括單環(huán)脂烴、芳香烴，幾個(gè)雜環(huán) 化合物的母核）及其衍生物的命名3.順?lè)串悩?gòu)體及光學(xué)異構(gòu)體的構(gòu)型標(biāo)記和命名1、 按官能團(tuán)的優(yōu)先次序來(lái)確定分子所屬的主官能團(tuán)類(lèi) COOH、SO3H、COOR、COX、 CONH2、CN、CHO、COR、OH、 SH、NH2、 OR、CC、C=C、R 、2、 選取含有主官能團(tuán)在內(nèi)的碳鏈最長(zhǎng)的取代基最

5、多的側(cè)鏈位次最小的主鏈作為母體3、 將母體化合物進(jìn)行編號(hào)，使主官能團(tuán)位次盡量小4、 確定取代基位次及名稱(chēng)，按次序規(guī)則*給取代基列出次序，較優(yōu)基團(tuán)后列出5、按系統(tǒng)命名的基本格式寫(xiě)出化合物名稱(chēng)系統(tǒng)命名法*次序規(guī)則：a.原子按原子序數(shù)的大小排列，同位數(shù)按原子量大小次序排列 I,Br,Cl,S,P,O,N,C,D,H b.對(duì)原子團(tuán)來(lái)說(shuō)，首先比較第一個(gè)原子的原子序數(shù)，如相同時(shí)則再比較第二、第三，以此類(lèi)推。 c. 如果基團(tuán)含有雙鍵或三鍵時(shí)，則當(dāng)作兩個(gè)或三個(gè)單鍵看待，認(rèn)為連有兩個(gè)或三個(gè)相同原子。在系統(tǒng)命名法中，取代基的排列順序、順?lè)礃?gòu)型的確定、手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型都根據(jù)這個(gè)次序規(guī)則 雙鍵化合物的Z/E命名法

6、單脂環(huán)化合物的順?lè)?cis/trans)命名法旋光化合物（含1個(gè)、2個(gè)手性碳化合物）的R/S標(biāo)記及其命名有機(jī)化合物系統(tǒng)命名的基本格式2，3，5三甲基4丙基辛烷3, 4-二甲基庚烷 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 2-甲基-6-氯庚烷順-1，3-二甲基環(huán)己烷3-氯-4-溴己烷5-羥基己醛3-戊烯-1-醇5,5-二甲基-2-己醇3-羥基-4-氯環(huán)己甲酸3-羥甲基-1,7-庚二醇2-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷（1R，2R）-2-甲基環(huán)戊醇（1R，2R）-1，2-環(huán)己二醇需了解幾個(gè)化合物的俗名及縮寫(xiě) 蟻酸、醋酸、草酸、硬脂酸、軟脂酸、酒石酸、肉桂酸、苦味酸、葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖

7、、核糖、脫氧核糖、甘氨酸、鹵仿、甘油；DMF、THF、DMSO、DNA、RNA。蟻酸：又叫甲酸，化學(xué)式為HCOOH;醋酸：又叫乙酸，化學(xué)式為CH3COOH;草酸：又叫乙二酸，化學(xué)式為HOOC-COOH;硬脂酸：又叫十八酸，化學(xué)式為C17H35COOH;軟脂酸：又叫十六酸，化學(xué)式為C15H31COOH; 甘氨酸：NH2CH2COOH鹵仿：三鹵代甲烷，如氯仿（三氯甲烷）；碘仿（三碘甲烷）甘油：又叫丙三醇，DMF：常用的有機(jī)溶劑，化學(xué)名為：N,N-二甲基甲酰胺， 化學(xué)式為(CH3)2NCHODMSO：常用的有機(jī)溶劑，化學(xué)名為：二甲亞砜， 化學(xué)式為(CH3)2SODNA：脫氧核糖核酸 RNA：核糖核酸

8、-D-核糖D-核糖-D-核糖-D-2-脫氧核糖D-2-脫氧核糖-D-2-脫氧核糖-1,4 -苷鍵-D-吡喃葡萄糖D-吡喃葡萄糖纖維二糖葡萄糖糖類(lèi)化合物及氨基酸的D、L標(biāo)記麥芽糖蔗糖四、有機(jī)化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象1、互變異構(gòu) 2、順?lè)串悩?gòu)3、對(duì)映異構(gòu)構(gòu)造相同，構(gòu)型不同并且互呈鏡象對(duì)映關(guān)系的立體異構(gòu)現(xiàn)象稱(chēng)為對(duì)映異構(gòu)。 對(duì)映異構(gòu)體最顯著的特點(diǎn)是對(duì)平面偏振光的旋光性不同，因此也常把對(duì)映異構(gòu)稱(chēng)為旋光異構(gòu)或光學(xué)異構(gòu)。物質(zhì)的旋光平面偏振光光是一種電磁波，光波的振動(dòng)方向與其前進(jìn)方向垂直。普通光在所有垂直于其前進(jìn)方向的平面上振動(dòng)。 平面偏振光只在一個(gè)平面上振動(dòng)。旋光物質(zhì) 物質(zhì)將振動(dòng)平面旋轉(zhuǎn)了一定角度，我們把具有此

9、種性質(zhì)的物質(zhì)稱(chēng)為旋光性物質(zhì)或光學(xué)活性物質(zhì)。 比旋光度（tD）-在鈉光源下，每毫升含有1 g待測(cè)物質(zhì)的溶液，置于1 dm長(zhǎng)的樣品管中，在溫度為t下測(cè)得的旋光度數(shù)值。旋光性與對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象法國(guó)化學(xué)家路易巴斯德（LPasteur）發(fā)現(xiàn)酒石酸鈉銨有兩種不同的晶體.左旋和右旋酒石酸鈉銨的晶體外型不對(duì)稱(chēng)，它們之間的關(guān)系相當(dāng)于左手與右手或物體與鏡象。荷蘭化學(xué)家范特荷夫和法國(guó)化學(xué)家勒比爾分別提出了碳原子的正四面體學(xué)說(shuō)，碳原子處在四面體的中心，四個(gè)價(jià)指向四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，如果碳原子所連接的四個(gè)一價(jià)基團(tuán)互不相同，這四個(gè)基團(tuán)在碳原子周?chē)陀袃煞N不同的排列方式，代表兩種不同的四面體空間構(gòu)型，它們像左右手一樣互為鏡象，非

10、常相似但不能疊合。兩種不同的四面體構(gòu)型乳酸分子的兩種構(gòu)型 通常把與四個(gè)互不相同的原子或基團(tuán)相連接的碳原子叫不對(duì)稱(chēng)碳原子 。手性與對(duì)稱(chēng)因素物質(zhì)與其鏡象的關(guān)系，與人的左手、右手一樣，非常相似，但不能疊合，因此我們把物質(zhì)的這種特性稱(chēng)為手性。 手性是物質(zhì)具有對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象和旋光性的必要條件，也即是本質(zhì)原因。物質(zhì)的分子具有手性，就必定有對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象，就具有旋光性；反之，物質(zhì)分子如果不具有手性，就能與其鏡象疊合，就不具有對(duì)映異構(gòu)現(xiàn)象，也不表現(xiàn)出旋光性。手性與分子的對(duì)稱(chēng)性密切相關(guān)，一個(gè)分子具有手性，實(shí)際上是缺少某些對(duì)稱(chēng)因素所致。構(gòu)型的R.S命名 首先按次序規(guī)則排列出與手性碳原子相連的四個(gè)原子或原子團(tuán)的順序，如

11、：abcd，觀察者從排在最后的原子或原子團(tuán)d的對(duì)面看，如果abc按順時(shí)針?lè)较蚺帕?，其?gòu)型用R表示。如果abc按反時(shí)針?lè)较蚺帕?，則構(gòu)型用S表示。R.S分別為拉丁文Rectus與Sinister的字首，意為“右”與“左”。這種判斷R或S構(gòu)型的方法可比喻為觀察者對(duì)著汽車(chē)方向盤(pán)的連桿進(jìn)行觀察，排在最后的d在方向盤(pán)的連桿上，a、b、c三個(gè)原子或原子團(tuán)則在圓盤(pán)上。COOHHOHCH3R/S命名原則優(yōu)先次序OHCOOHCH3順時(shí)針 R型名稱(chēng) R（）乳酸投影式COOHCH3OHHHOOCCH3OHHC構(gòu)型的表示方法費(fèi)歇爾投影式透視式COOHCH3OHHHCOOHCH3HO（）乳酸（）乳酸D（）乳酸 D/L法R

12、（）乳酸 R/S法構(gòu)型標(biāo)記COOHCH3HOHCHOHCOOHH3CC-對(duì)平面式直接觀測(cè)，若次序排在最后的原子或基團(tuán)在豎線上，另外三個(gè)基團(tuán)由大到小按順時(shí)針排列，為R構(gòu)型，按逆時(shí)針排列則為S構(gòu)型。R- S- 如果次序排在最后的原子或原子團(tuán)，在橫線上，另外三個(gè)基團(tuán)由大到小為順時(shí)針排列，為S構(gòu)型，按反時(shí)針排列，則為R構(gòu)型。D/L和R/S命名法之間并無(wú)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。注意！說(shuō)明C*上四個(gè)基團(tuán)在空間排列的形象。是由儀器實(shí)際測(cè)定的。構(gòu)型和旋光方向沒(méi)有什么必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系手性是判斷化合物分子是否具有對(duì)映異構(gòu)(或光學(xué)異構(gòu))必要和充分的條件,分子具有手性,就一定有對(duì)映異構(gòu),而且一定具有旋光性。判斷化合物分子是否具

13、有手性,只需要判斷分子是否具有對(duì)稱(chēng)面和對(duì)稱(chēng)中心,凡是化合物分子既不具有對(duì)稱(chēng)面,又不具有對(duì)稱(chēng)中心,一般就是手性分子。含有一個(gè)手性碳原子的分子必定是手性分子,含有多個(gè)手性碳原子的化合物分子不一定是手性分子,這種化合物可能有手性,也可能不具有手性(如內(nèi)消旋體)。含多個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu) 含兩個(gè)不相同手性碳原子的化合物由于分子中存在對(duì)稱(chēng)面的而使分子內(nèi)部旋光性互相抵消的化合物，稱(chēng)為內(nèi)消旋體 。含有兩個(gè)相同手性碳原子的化合物不含手性碳原子化合物的對(duì)映異構(gòu)含有碳原子以外的手性原子的化合物碳環(huán)化合物的對(duì)映異構(gòu)2羥甲基1環(huán)丙烷羧酸的立體異構(gòu)環(huán)丙烷1，2羧酸的立體異構(gòu)環(huán)丁烷羧酸的立體異構(gòu)順?lè)串悩?gòu)體的性質(zhì)(

14、Z)-丁烯二酸熔點(diǎn)： 130.5 oCpKa1 1.83pKa2 6.07(E)-丁烯二酸熔點(diǎn)： 286.5 oCpKa1 3.03pKa2 4.44順?lè)串悩?gòu)體對(duì)化學(xué)性質(zhì)的影響順?lè)串悩?gòu)體對(duì)生理活性的影響例如：生物體內(nèi)的甘油脂肪酸中不飽和羧酸中的碳談雙鍵一般為Z構(gòu)型，而維生素A側(cè)鏈上的碳談雙鍵都為E構(gòu)型。若改變它們的構(gòu)型，生理活性降低甚至完全喪失。構(gòu)象異構(gòu) 由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團(tuán)在空間的排列形式，即是構(gòu)象異構(gòu)。單鍵旋轉(zhuǎn)后可以產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體，但有幾種極端的構(gòu)象 乙烷的重疊式、交叉式；丁烷的對(duì)位交叉式、部分重疊式、鄰位交叉式、全重疊式；環(huán)己烷的船式和椅式；簡(jiǎn)單環(huán)己烷的穩(wěn)定構(gòu)象

15、。 構(gòu)象：指有一定構(gòu)造的分子通過(guò)單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團(tuán)的空間排布。 乙烷的構(gòu)象透視式： 紐曼式： 構(gòu)象與能量關(guān)系示意圖正丁烷的構(gòu)象正丁烷正丁烷的構(gòu)象，把C1和C4作甲基，然后C2-C3鍵旋轉(zhuǎn)，其構(gòu)象的紐曼式=0,360 =60 =120 =180 =240 =300全重疊式 順交叉式 部分重疊式 反交叉式 部分重疊式 順交叉式順疊sp 順錯(cuò)+sc 反錯(cuò)+ac 反疊ap 反錯(cuò)-ac 順錯(cuò)-sc A B C D E F正丁烷的構(gòu)象與能量關(guān)系示意圖正丁烷和環(huán)己烷的構(gòu)象五、電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)：由于分子中原子的電負(fù)性不同而產(chǎn)生的一種極化效應(yīng)，它沿鍵傳遞，且漸遠(yuǎn)漸弱 。 吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)（I）與給電子

16、誘導(dǎo)效應(yīng)（I） -I：FClBrI+I：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH32. 共軛效應(yīng)：（共軛穩(wěn)定化）在共軛體系中，由于 電子離域而產(chǎn)生的效應(yīng)，只存在于共軛體系中， 傳遞時(shí)遠(yuǎn)而不弱。3.在許多有機(jī)化合物中，誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)往往同時(shí)起作用，其綜合影響決定于兩種效應(yīng)的方向及相對(duì)強(qiáng)度。電子效應(yīng)對(duì)化合物的性質(zhì)產(chǎn)生重大影響（1）對(duì)化合物酸堿性強(qiáng)度的影響（2）對(duì)化合物反應(yīng)活性及活性中心位置的 影響（3）對(duì)碳正離子、碳負(fù)離子、游離基穩(wěn)定性的影響 苯酚連接吸電子基團(tuán)，使酸性增強(qiáng)，連接供電子基團(tuán)時(shí)，酸性越弱。 Ka = 710-9 Ka = 110-10 Ka = 6.710-11C2H

17、5O HO C6H5O CH3COO R3C R2N RO F 碳正離子的穩(wěn)定性 碳負(fù)離子的穩(wěn)定性 游離基的穩(wěn)定性六、分子間力及其與物理性質(zhì)的關(guān)系1.靜電力： 主要存在于極性較大得分子之間，其影響大于非極性分子的范得華力，分子相對(duì)質(zhì)量相近的極性分子與非極性分子比較，前者的沸點(diǎn)比后者高。2.范德華力： 這是非極性分子之間的一種主要作用力，它隨著分子之間間距的增大急劇減小。因此，直鏈較多的化合物與它的支鏈異構(gòu)體相比其沸點(diǎn)要低。例：烷烴同分異構(gòu)體的沸點(diǎn)變化規(guī)律。3.氫鍵： 是具有活潑氫原子的有機(jī)化合物分子之間最強(qiáng)烈的一種相互作用力。它可分為分子內(nèi)氫鍵、同種物質(zhì)分子間氫鍵、溶質(zhì)溶劑間形成的氫鍵。氫鍵愈多