有機(jī)物極性及溶解性

1、課外毒物 有機(jī)物極性及溶解性的教學(xué)討論有機(jī)化合物大多難溶于水，易溶于汽油、苯、酒精等有機(jī)溶劑。原因 何在？中學(xué)課本、大學(xué)課本均對(duì)此進(jìn)行了解釋。盡管措詞不同，但中心內(nèi)容 不外乎是：有機(jī)化合物一般是非極性或弱極性的，它們難溶于極性較強(qiáng)的水，易溶于非極性的汽油或弱極性的酒精等有機(jī)溶劑。汽油的極性在課本中均未做詳細(xì)說明，故而在教學(xué)中常常做如下解釋：所有的烷烴，由于其中的0鍵的極性極小，以及結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的， 所以其分子的偶極矩為零，它是一非極性分子。烷烴易溶于非極性溶劑，如碳?xì)浠衔?、四氯化碳等。以烷烴為主 要成分的汽油也就不具有極性了。確切而言，上述說法是不夠嚴(yán)格的。我們知道，分子的極性（永久烷極）是由

2、其中正、負(fù)電荷的重心”是否重合所引起的。根據(jù)其分子在空間是否絕對(duì)對(duì)稱來判定極性，化學(xué)鍵極性的向量和一一弱極矩則是其極性大小的客觀標(biāo)度 常見烷烴中，CH4、C2H6 分子無極性,C3H8是折線型分子，鍵的極性不能相互完全抵消，其卩初0.084D。至于其它不含支鏈的烷烴，分子中碳原子數(shù)為奇數(shù)時(shí)，一定不完全對(duì) 稱而具有極性；分子中碳原子數(shù)為偶數(shù)時(shí)，僅當(dāng)碳原子為處于同一平面的鋸齒 狀排布的反交叉式時(shí)，分子中鍵的極性才能相互完全抵消，偶極矩為零，但由于分子中C C鍵可以旋轉(zhuǎn)，烷烴分子（除 CH4）具有許多構(gòu)象，而上述極 規(guī)則的鋸齒狀反交叉式僅是其無數(shù)構(gòu)象平衡混合物”中的一種，所以，從整體來說，除 CH4

3、、C2H6外，不帶支鏈的烷烴均有極性。帶有支鏈的烷烴， 也僅有CH4、C2H6等分子中H原子被一CH3完全取代后的產(chǎn)物盡其用，2 二甲基丙烷、2, 2, 3, 3四甲基丁烷等少數(shù)分子不顯極性，余者絕大多數(shù) 都有一定的極性。由于烷烴中碳原子均以SP3雜化方式成鍵，鍵的極性很小，加上其分子中化學(xué)鍵的鍵角均接近于109° 28有較好的對(duì)稱性（但非絕對(duì)對(duì)稱）故分子的極性很弱，其偶極矩一般小于 0.1D.烷烴中，乙烯分子無極性，丙 烯分子，1 丁烯分子均不以雙鍵對(duì)稱，分別為0.336D、0.34D。2 丁烷，順一2丁烯的1 =0.33D反一2丁烯的偶極矩為零，即僅以 C=C對(duì)稱的 反式烯烴分子

4、偶極矩為零（當(dāng)分子中C原子數(shù)時(shí)，由于C-CO鍵旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不同的構(gòu)象，有可能引起1的變化），含奇數(shù)碳原子的烯徑不可能以C=C絕對(duì)對(duì)稱，故分子均有極性。二烯烴中，丙二烯（通常不能穩(wěn)定存在）、1、3 一丁二烯分子無極性，1、2 一丁二烯分子 1為0.408D , 2 甲基一 1, 3 丁二烯（異戊二烯）分 子也為極性分子。炔烴中，乙炔、2 丁炔中C原子均在一條直線上，分子以C C對(duì)稱，無極性，但丙炔、1丁炔分子不對(duì)稱，其極性較大，1分 別為 0.78D 和 0.80D。芳香烴中，苯無極性，甲苯、乙苯有極性，分別為0.36D、0.59D;二甲苯中除對(duì)一二甲苯外的另兩種同分異構(gòu)體分子不對(duì)稱，為極性分子，

5、顯而易見，三甲苯中之間一三甲苯分子的 卩為零，聯(lián)苯、萘的分子也無極性。綜上所述，烴的分子有無極性仍是取決于各自的對(duì)稱程度是否將鍵的極性完全抵消。當(dāng)某分子并不因其中CCO鍵的旋轉(zhuǎn)而引起碳干排布不同的構(gòu)象時(shí)，構(gòu)型則絕對(duì)對(duì)稱，分子無極性。將其分子中H原子全部用一一CH3 所替代，分子的偶極矩仍為零。作為以烷烴為主要成分的汽油、石蠟，其中 可能含有非極性的分子構(gòu)象，但從整體來說，同絕大多數(shù)烴的分子一樣，它們也是具有極性的，只是由于其中CH鍵的極性極弱，其偶極矩極小。烴類的偶極矩一般小于 1D，在不飽和烴中尚有以 Sp2、Sp雜化方式成鍵的碳 原子，鍵的極性及分子的極性均較相應(yīng)的飽和烴強(qiáng)，炔烴的極性較烯

6、烴強(qiáng)。至于烴的衍生物，常見的除四鹵化碳，六鹵乙烷、四鹵乙烷、對(duì)一二鹵 苯、對(duì)一二硝基苯、間一三鹵苯等非極性的烴分子中氫原子或一CH3被其它原子或原子團(tuán)全部或部分以完全對(duì)稱的方式所取代的產(chǎn)物等少數(shù)物質(zhì)外， 多數(shù)都具有極性，分子的偶極矩較相應(yīng)的烴大，一般大于1D。由此可見，有機(jī)物的分子除少數(shù)為非極性分子外，大多數(shù)是具有極性的。其偶極矩不小還比水大，如一氯甲烷為1.87D、一氯乙烷為2.05D、溴苯為1.70D、乙醛為2.69D、丙酮為2.88D、硝基酸為4.22D、乙醇為16.9D，有 機(jī)物的極性并不都很弱。當(dāng)然，與無機(jī)物相比較，有機(jī)物是弱極性，作為常 見的有機(jī)物之一的汽油，盡管其主要成分的偶極矩

7、不大，在教學(xué)中往往將汽油及烷烴等視為非極性的。 但烷烴等有無極性是個(gè)是非問題，在教學(xué)中尤其在師范除校化學(xué)專業(yè)的教學(xué)中，不宜進(jìn)行如此處理而不加任何說明。否則， 容易引起學(xué)生錯(cuò)覺， 往往不加考慮地認(rèn)為烷及烴的分子都絕對(duì)對(duì)稱的、均無極性，而將問題簡(jiǎn)單化、 絕對(duì)化、對(duì)本身的業(yè)務(wù)進(jìn)修及今后的教學(xué)工作都會(huì) 帶來一些不必要的麻煩。 所以，不管因?yàn)槭裁丛蛟诮虒W(xué)中至少都必須明確 說明有機(jī)物的弱極性與非極性的前提是與無機(jī)物整體相比較，汽油等物質(zhì)因主要成分的極性很弱，通常視為非極性。CH3CI、硝基苯等極性較強(qiáng)， 為何它們不溶于水？有些教科書上將相似 相溶規(guī)律中的相似僅提及溶質(zhì)、溶劑的極性是很不夠的。盡管溶質(zhì)溶劑

8、極性的相似是其能否相互溶解的一個(gè)重要因素，但并不是唯一的。物質(zhì)的溶解性還取決于它們分子結(jié)構(gòu)、 分子間作用力的類型與大小的相似。例如，水和乙醇可以無限制的相互混溶、煤油與乙醇只是有限度地相互溶解，而水和煤油幾乎完全不相溶。對(duì)于這些事實(shí)，如果只從分子極性的角度來考慮是難以令 人滿意的，但我們可以從分子結(jié)構(gòu)上得到解釋。水和乙醇的分子都是由一個(gè)一 OH與一個(gè)小的原子或原子團(tuán)結(jié)合而成，其結(jié)構(gòu)很相似，分子間都能形成氫鍵，因此能無限制地相互相混。無疑，隨著醇分子中烴基的增大，它與水分子結(jié)構(gòu)上的相似程度將降低，醇在水中的溶解度也將隨之減小。煤油主要是分子中含有8 16個(gè)碳原子的烷烴的混和物，因乙醇分子中含有一

9、個(gè)烷烴的烴基，結(jié)構(gòu)上有相似之處， 它們能互溶，但乙醇分子中含有一個(gè)跟烴基毫 不相干的一0H。因此，它們的相互溶解是有一個(gè)的限度的。水的分子結(jié)構(gòu) 與煤油毫無相似之處，煤油不溶于水、極性較強(qiáng)的CH3CI、溴苯、硝基苯不溶于水也就不奇怪了。至于低分子量的羧、酸、醇、醛、酮等易溶于水， 則可以從其分子的極性及其分子與水分子能形成氫鍵得到解釋。由此可見， 對(duì)于相似相溶這條經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的應(yīng)用，我們應(yīng)從溶質(zhì)、溶劑的分子結(jié)構(gòu)、 分子間作用力的類型和大小及其偶極矩等多個(gè)方面來考慮，忽視哪一點(diǎn)，都可能帶來一些不必要的疑惑，這無論在中學(xué)還是大學(xué)的教學(xué)中都應(yīng)引起足夠的重 視。附：有機(jī)物在水中的溶解性規(guī)律一、相似相溶原理1

10、 極性溶劑（如水）易溶解極性物質(zhì)（離子晶體、分子晶體中的極性 物質(zhì)如強(qiáng)酸等）；2.非極性溶劑（如苯、汽油、四氯化碳、酒精等）能溶解非極性物質(zhì)（大多數(shù)有機(jī)物、Br2、I2等）；3含有相同官能團(tuán)的物質(zhì)互溶，如水中含羥基（一 0H ）能溶解含有羥 基的醇、酚、羧酸。二、有機(jī)物的溶解性與官能團(tuán)的溶解性1 官能團(tuán)的溶解性：（1） 易溶于水的官能團(tuán)（即親水基團(tuán)）有一0H、一 CHO、一 COOH、 NH2。（2） 難溶于水的官能團(tuán)（即憎水基團(tuán)）有：所有的烴基（一Cn H2 n+1、 CH=CH2、一 C6H5 等）、鹵原子（一 X）、硝基（一 NO2 ）等。2分子中親水基團(tuán)與憎水基團(tuán)的比例影響物質(zhì)的溶解性

11、：（1）當(dāng)官能團(tuán)的個(gè)數(shù)相同時(shí)，隨著烴基（憎水基團(tuán)）碳原子數(shù)目的增大，溶解性逐漸降低；例如，溶解性：CH3OH>C2H5OH>C3H7OH> ”，一般地，碳原子個(gè) 數(shù)大于5的醇難溶于水。（2）當(dāng)烴基中碳原子數(shù)相同時(shí)，親水基團(tuán)的個(gè)數(shù)越多，物質(zhì)的溶解性 越大；例如，溶解性：CH3CH2CH2OH<CH3CH（OH）CH2OH<CH2（OH）CH（OH）CH2OH 。（3）當(dāng)親水基團(tuán)與憎水基團(tuán)對(duì)溶解性的影響大致相同時(shí)，物質(zhì)微溶于水;例如，常見的微溶于水的物質(zhì)有：苯酚C6H5 OH、苯胺 C6H5 NH2、苯甲酸C6H5 COOH、正戊醇CH3CH2CH2CH2CH2 OH （上述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中“一”左邊的為憎 水基團(tuán)，右邊的為親水基團(tuán)）；乙酸乙酯CH3COOCH2CH3 （其中一CH3 和一CH2CH3 為憎水基團(tuán)，一COO 為 親水基團(tuán)）。（4）由兩種憎水基團(tuán)組成的物質(zhì)，一定難溶于水。例如，鹵代烴 R-X、硝基化合物 R-NO2，由于其中的烴基 R、鹵原 子一X和硝基一N02均為憎