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稱軸旋轉(zhuǎn)，其鍵不會發(fā)生斷裂，旋轉(zhuǎn)時所需的能量很少，故烷烴的構(gòu)象豐富多彩。鍵的特點(diǎn) 1）鍵沒有軸對稱，因此以雙鍵相連的兩個原子之間不能再以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，才能圍繞碳碳鍵旋轉(zhuǎn)，結(jié)果使鍵破壞。 2）鍵由兩個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、個原子核之間，而是分布在上下兩側(cè)，原子核對電子的束縛力較小，因此電子有較大的流動性，在外界試劑電場的誘導(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)苯分子中六個碳原子都以sp2雜化相互成鍵(1) 鍵長(2) 鍵角(3) 鍵能(4) 偶極矩鍵的參數(shù)鍵的類型鍵長 (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 二個不同的原子軌道組成分子軌道的能量關(guān)系E當(dāng)兩個互相平行的P軌道在側(cè)面重疊形成分子軌道時，如Py-Py or Pz-Pz所形成的分子軌道稱軌道。軌道還保留著對稱面（基面）。例：原子軌道組成分子軌道必須符合三個原則： a） 對稱性匹配原則 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:凱庫勒式:結(jié)構(gòu)簡式:鍵線式:二、有機(jī)化合物的分類1.按碳架2. 按官能團(tuán)化合物類別官能團(tuán)名稱（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，幾個雜環(huán) 化合物的母核）及其衍生物的命名3.順反異構(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)先次序來確定分子所屬的主官能團(tuán)類 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，使主官能團(tuán)位次盡量小4、 確定取代基位次及名稱，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)命名的基本格式寫出化合物名稱系統(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.對原子團(tuán)來說，首先比較第一個原子的原子序數(shù)，如相同時則再比較第二、第三，以此類推。 c. 如果基團(tuán)含有雙鍵或三鍵時，則當(dāng)作兩個或三個單鍵看待，認(rèn)為連有兩個或三個相同原子。在系統(tǒng)命名法中，取代基的排列順序、順反構(gòu)型的確定、手性化合物的絕對構(gòu)型都根據(jù)這個次序規(guī)則 雙鍵化合物的Z/E命名法

6、單脂環(huán)化合物的順反(cis/trans)命名法旋光化合物（含1個、2個手性碳化合物）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)己二醇需了解幾個化合物的俗名及縮寫 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、順反異構(gòu)3、對映異構(gòu)構(gòu)造相同，構(gòu)型不同并且互呈鏡象對映關(guān)系的立體異構(gòu)現(xiàn)象稱為對映異構(gòu)。 對映異構(gòu)體最顯著的特點(diǎn)是對平面偏振光的旋光性不同，因此也常把對映異構(gòu)稱為旋光異構(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。 平面偏振光只在一個平面上振動。旋光物質(zhì) 物質(zhì)將振動平面旋轉(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待測物質(zhì)的溶液，置于1 dm長的樣品管中，在溫度為t下測得的旋光度數(shù)值。旋光性與對映異構(gòu)現(xiàn)象法國化學(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稱，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)家范特荷夫和法國化學(xué)家勒比爾分別提出了碳原子的正四面體學(xué)說，碳原子處在四面體的中心，四個價指向四面體的四個頂點(diǎn)，如果碳原子所連接的四個一價基團(tuán)互不相同，這四個基團(tuán)在碳原子周圍就有兩種不同的排列方式，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 通常把與四個互不相同的原子或基團(tuán)相連接的碳原子叫不對稱碳原子 。手性與對稱因素物質(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)的這種特性稱為手性。 手性是物質(zhì)具有對映異構(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，就不具有對映異構(gòu)現(xiàn)象，也不表現(xiàn)出旋光性。手性與分子的對稱性密切相關(guān)，一個分子具有手性，實際上是缺少某些對稱因素所致。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的對面看，如果abc按順時針方向排列，其構(gòu)型用R表示。如果abc按反時針方向排列，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著汽車方向盤的連桿進(jìn)行觀察，排在最后的d在方向盤的連桿上，a、b、c三個原子或原子團(tuán)則在圓盤上。COOHHOHCH3R/S命名原則優(yōu)先次序OHCOOHCH3順時針 R型名稱 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-對平面式直接觀測，若次序排在最后的原子或基團(tuán)在豎線上，另外三個基團(tuán)由大到小按順時針排列，為R構(gòu)型，按逆時針排列則為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，另外三個基團(tuán)由大到小為順時針排列，為S構(gòu)型，按反時針排列，則為R構(gòu)型。D/L和R/S命名法之間并無一定的對應(yīng)關(guān)系。注意！說明C*上四個基團(tuán)在空間排列的形象。是由儀器實際測定的。構(gòu)型和旋光方向沒有什么必然的對應(yīng)關(guān)系手性是判斷化合物分子是否具有對映異構(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稱面和對稱中心,凡是化合物分子既不具有對稱面,又不具有對稱中心,一般就是手性分子。含有一個手性碳原子的分子必定是手性分子,含有多個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)。含多個手性碳原子化合物的對映異構(gòu) 含兩個不相同手性碳原子的化合物由于分子中存在對稱面的而使分子內(nèi)部旋光性互相抵消的化合物，稱為內(nèi)消旋體 。含有兩個相同手性碳原子的化合物不含手性碳原子化合物的對映異構(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)順反異構(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順反異構(gòu)體對化學(xué)性質(zhì)的影響順反異構(gòu)體對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)生無數(shù)個構(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+sc 反錯+ac 反疊ap 反錯-ac 順錯-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)往往同時起作用，其綜合影響決定于兩種效應(yīng)的方向及相對強(qiáng)度。電子效應(yīng)對化合物的性質(zhì)產(chǎn)生重大影響（1）對化合物酸堿性強(qiáng)度的影響（2）對化合物反應(yīng)活性及活性中心位置的 影響（3）對碳正離子、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，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