有机化合物的结构、命名、同分异构现象及电子效应.ppt
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1、第五章:有机化合物的结构、命名、第五章:有机化合物的结构、命名、同分异构现象及电子效应同分异构现象及电子效应朱成建朱成建教授、博导教授、博导 南京大学化学化工学院南京大学化学化工学院1、共价键共价键(Covalent Bond)的一些基本概念的一些基本概念有机化合物中的原子主要以共价键相结合。有机化合物中的原子主要以共价键相结合。价键理论和分子轨道理论价键理论和分子轨道理论价键理论的要点价键理论的要点:(i)价键的形成可看作是原价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果;子轨道的重叠或电子配对的结果;(ii)共价键共价键的饱和性;的饱和性;(iii)共价键的方向性。共价键的方向性。一、有
2、机化合物的结构一、有机化合物的结构(1)碳原子轨道的杂化)碳原子轨道的杂化(Hybridization)碳原子的价碳原子的价电子轨道电子轨道sp3杂化杂化s轨道和轨道和3个个p轨道杂化组成轨道杂化组成4个等同的方向性更强的个等同的方向性更强的sp3杂化轨道,对称轴彼此之间的夹角为杂化轨道,对称轴彼此之间的夹角为10928 sp2杂化杂化s轨道和轨道和2个个p轨道杂化组成轨道杂化组成3个等同的方个等同的方向性更强的向性更强的sp2杂化轨道,其对称轴在同杂化轨道,其对称轴在同一个平面内,彼此之间的夹角为一个平面内,彼此之间的夹角为120。sp杂化杂化s轨道和轨道和1个个p轨道杂化组成轨道杂化组成2
3、个等同的方向性更强个等同的方向性更强的的sp杂化轨道,其对称轴之间的夹角为杂化轨道,其对称轴之间的夹角为180。(2 2)键与键与键:键:键键键键两个原子的轨道沿键轴方向重叠,电子云绕着键轴对称分布。两个原子的轨道互相平行进行最大的侧面重叠,电子云分布在两个原子键轴的平面的上方和下方。甲烷的分子结构甲烷的分子结构乙烷的分子结构乙烷的分子结构乙烯的分子结构乙烯的分子结构乙炔的分子结构乙炔的分子结构(3)电子的离域)电子的离域离域键离域键 分子轨道理论:组成分子轨道理论:组成分子的所有原子的价分子的所有原子的价电子不只从属于相邻电子不只从属于相邻的原子,而是处于整的原子,而是处于整个分子的不同能级
4、的个分子的不同能级的分子轨道中。分子轨道中。丁二烯丁二烯4 4个个电子分布不是局限在电子分布不是局限在1,21,2碳原子和碳原子和3,43,4碳原子碳原子之间,而是分布在包含之间,而是分布在包含4 4个碳原子的个碳原子的2 2个分子轨道中,个分子轨道中,这样形成的键叫做离域键。这样形成的键叫做离域键。苯苯休克尔休克尔(Hckel)规律规律 苯环有特殊的稳定性,难于起加成反应,易于起苯环有特殊的稳定性,难于起加成反应,易于起取代反应,这些特性称为芳香性取代反应,这些特性称为芳香性(Aromaticity).但是,环丁二烯、环辛四烯与苯相似,都是环状共轭体系,但没有芳香性,具有典型烯烃性质,更活泼
5、。环状平面共轭多烯体系中含有环状平面共轭多烯体系中含有4n+2个电子时,化个电子时,化合物就具有芳香性,这就是休克尔规律。合物就具有芳香性,这就是休克尔规律。2、共价键的属性、共价键的属性键长键长(Bond Length):以共价键相结合的以共价键相结合的两原子之间的距离。两原子之间的距离。离域键键长平均化离域键键长平均化价键CCCHC=CCC键长(pm)154110134120键角键角(Bond Angle):分子中某一原子与另分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键之间的夹角。外两个原子形成的两个共价键之间的夹角。环丙烷:香蕉形环丙烷:香蕉形的弯曲键,存在的弯曲键,存在角张力。角张力。
6、键能:对多原子分子,键能指分子中几个键能:对多原子分子,键能指分子中几个相同类型键的离解能的平均值。相同类型键的离解能的平均值。是化学键强度的主要衡量标准;相同是化学键强度的主要衡量标准;相同类型的键中,键能愈大,键愈稳定类型的键中,键能愈大,键愈稳定。键键能(kJ/mol)键键能(kJ/mol)CH 415.3CO357.7CC345.6CCl338.9C=C610CBr284.5CC835.1CI217.6键矩:正负电荷中心的电荷与正负键矩:正负电荷中心的电荷与正负电荷中心的距离的乘积。电荷中心的距离的乘积。m m=ed=ed分子的偶极矩是各键的键矩向量和。分子的偶极矩是各键的键矩向量和。
7、3 3、有机化合物的结构表示法、有机化合物的结构表示法路易斯式路易斯式凯库勒式凯库勒式结构简式:结构简式:CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 键线式键线式另有锯架式、纽曼投影式、另有锯架式、纽曼投影式、Fischer投影式等投影式等要点:要点:掌握烷烃、乙烯、乙炔、掌握烷烃、乙烯、乙炔、1,丁二烯、苯的分子结构及键参数;休丁二烯、苯的分子结构及键参数;休克尔规则。克尔规则。1 1、按碳架分、按碳架分 二、有机化合物的分类二、有机化合物的分类 2 2、按官能团分、按官能团分 官能团:分子中能决定一类化合物主要性质、特官能团:分子中能决定一类化合物主要性质、特别
8、能起反应的一些原子或原子团。别能起反应的一些原子或原子团。化合物类别化合物类别官能团官能团化合物类化合物类别别官能团官能团烷烃烷烃无无醛或酮醛或酮C=O 羰基羰基烯烃烯烃C=C 双键双键羧酸羧酸COOH 羧基羧基炔烃炔烃CC 三键三键胺胺NH2(NH,N)氨基氨基芳烃芳烃芳环芳环磺酸磺酸SO3H 磺基磺基卤代烃卤代烃卤素卤素3、两种分类法结合运用、两种分类法结合运用三、有机化合物的命名三、有机化合物的命名(Nomenclature)(一)普通命名法(一)普通命名法1、主碳链数目、主碳链数目 化合物类别化合物类别主碳链数目主碳链数目 10,天干:甲、乙、丙、丁等,天干:甲、乙、丙、丁等主碳链数目
9、主碳链数目 10,汉数字,汉数字2、用正、异、新、仲、叔、季等表示、用正、异、新、仲、叔、季等表示某些特定的碳架结构某些特定的碳架结构。CH3CH2CH2COOH,正丁酸;(CH3)2CHCH2OH,异丁醇(二)系统命名法(二)系统命名法根据IUPAC命名原则,结合普通命名法的基本名称和汉语特点1、常见取代基、常见取代基2、化合物母体名称的选择化合物母体名称的选择对于多官能团化合物,选择哪一个官能团作对于多官能团化合物,选择哪一个官能团作为化合物的母体名称,遵循如下顺序:为化合物的母体名称,遵循如下顺序:优先顺优先顺序序基团基团作作官能团母体官能团母体名名作作取代基名取代基名1COOH羧酸羧酸
10、羧基羧基2SO3H磺酸磺酸磺基磺基3COOR酯酯烃氧羰基烃氧羰基4COX酰卤酰卤卤卤甲酰基甲酰基5CONH2酰胺酰胺氨基甲酰基氨基甲酰基6CN腈腈氰基氰基7CHO醛醛甲酰基甲酰基8CO(R)酮酮酮羰基酮羰基9OH醇、酚醇、酚羟基羟基10NH2胺胺氨基氨基11OR醚醚烃氧基烃氧基12CC 炔炔炔基炔基13C=C烯烯烯基烯基14R烃基烃基X、NO2、NO只作为取代基出现在命名中,只作为取代基出现在命名中,分别称为卤素、硝基、亚硝基。分别称为卤素、硝基、亚硝基。3、母体化合物主碳链的选择、母体化合物主碳链的选择主碳链的选择应:主碳链的选择应:(i)包含母体主官能团包含母体主官能团(ii)尽可能多的包
11、含更多其它官能团(命名尽可能多的包含更多其它官能团(命名时作取代基)的最长碳链为主链时作取代基)的最长碳链为主链4、主碳链碳原子的编号、主碳链碳原子的编号(i)主官能团所属碳原子(所连碳原子)的主官能团所属碳原子(所连碳原子)的编号尽可能小编号尽可能小(ii)对于仅含取代基的烃类化合物,应从对于仅含取代基的烃类化合物,应从最靠近取代基的一端开始编号最靠近取代基的一端开始编号5 5、命名书写原则命名书写原则取代基位次取代基位次(取代基数目)取代基名称(取代基数目)取代基名称(主(主体官能团位次)母体名称体官能团位次)母体名称(i)将将原原子子或或原原子子团团游游离离价价所所在在的的原原子子按按原
12、原子子序序数数大大小小排排列列,原原子子序序数数大大的的原原子子优优先先于于原原子子序序数数小小的的原子。原子。例如:例如:BrClOCH(ii)对对同同位位素素元元素素,则则按按相相对对原原子子质质量量大大的的优优先先于于相相对原子质量小的排列。对原子质量小的排列。例如:例如:TDH6 6、次序规则、次序规则 在在系系统统命命名名法法中中,取取代代基基排排列列的的先先后后顺顺序序、顺顺反反构构型型的的确确定定、手手性性化化合合物物的的构构型型等等都都是是根根据据次次序序规规则则,按一定的方法确定。按一定的方法确定。(iii)对于多原子基团,如果游离价所在原子对于多原子基团,如果游离价所在原子
13、相同,则把与它们相连的其它原子也按原子序相同,则把与它们相连的其它原子也按原子序数排列,再依次逐个比较它们的优先顺序,直数排列,再依次逐个比较它们的优先顺序,直到可比较出它们的顺序为止。到可比较出它们的顺序为止。例如:例如:CH2Cl优先于优先于CHF2CH2CH(CH3)2优先于优先于CH2CH2CH(CH3)2(iv)iv)对对于于含含重重键键如如双双键键或或三三键键的的基基团团,可可以以把把它认为是与两个或三个相同的原子相连。它认为是与两个或三个相同的原子相连。7 7、构型标记、构型标记(1 1)顺、反)顺、反(trans,trans,ciscis)命名命名烯烃:双键两个碳原子所连相同基
14、团烯烃:双键两个碳原子所连相同基团在同一边时,称为顺式在同一边时,称为顺式,反之为反式。反之为反式。环烷烃:相同取代基团在环的同一边时,环烷烃:相同取代基团在环的同一边时,称为顺式,反之为反式。称为顺式,反之为反式。(2)(2)双键化合物的双键化合物的 Z/EZ/E命名法命名法若双键两碳原子所连若双键两碳原子所连优先优先基团在同一基团在同一边,称为边,称为 Z Z 构型,反之为构型,反之为 E E 构型构型。(3)手性化合物的)手性化合物的 R/S 标记标记把与不对称碳原子相连的四个基团按次序规把与不对称碳原子相连的四个基团按次序规则排序,将优先顺序最小的基团置于观察者的最则排序,将优先顺序最
15、小的基团置于观察者的最远处,这时其余三个基团按次序是顺时针排列的远处,这时其余三个基团按次序是顺时针排列的为为 R 构型,反之为构型,反之为 S 构型。构型。(4)手性化合物的)手性化合物的 D、L标记法标记法D、L标记法是以甘油醛的构型为参照,相对比标记法是以甘油醛的构型为参照,相对比较而得到的相对构型表示法,在糖类化合物、氨较而得到的相对构型表示法,在糖类化合物、氨基酸等少数情况下使用。基酸等少数情况下使用。Fischer投影式投影式8、环状化合物的命名、环状化合物的命名(1)单脂环烃:简单环烷烃,在母体环名)单脂环烃:简单环烷烃,在母体环名称前加取代基的位次和名称称前加取代基的位次和名称
16、(2)单环芳烃:以苯为母体,烷基为取代基)单环芳烃:以苯为母体,烷基为取代基1甲基甲基4异丙异丙基环己烷基环己烷1,3二甲苯二甲苯对于结构较复杂的苯的衍生物,对于结构较复杂的苯的衍生物,苯环通常作为取代基命名苯环通常作为取代基命名(3)简单杂环化合物)简单杂环化合物以以杂环为母体,从杂原子开始编号杂环为母体,从杂原子开始编号9、部分化合物的俗名、部分缩写、部分化合物的俗名、部分缩写蚁酸、醋酸、草酸、硬脂酸、软脂酸、酒石蚁酸、醋酸、草酸、硬脂酸、软脂酸、酒石酸、肉桂酸、苦味酸、葡萄糖、果糖、麦芽酸、肉桂酸、苦味酸、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、核糖、脱氧核糖、甘氨酸、卤仿、糖、蔗糖、核糖、脱氧核糖
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- 有机化合物 结构 命名 同分异构 现象 电子效应
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