有机化合物的结构特点

纪中,蒋义勇,高二化学,有机化合物的结构特点,一、有机化合物中碳原子的成键特点,碳原子基态时的外层电子的分布：,C,：,2S,2,2P,x,1,2p,y,1,2p,z,杂化：,SP,3,、,SP,2,、,SP,（,1,）,SP,3,：,S,轨道成分占四分之一，,P,轨道成分占四分之三。为四面体构型，键角为,109,28,/,sp,3,轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。,甲烷,及烷烃,等,饱和碳原子,构型,原子在空间的排列方式。,（,2,）,SP,2,：,S,轨道成分占三分之一，,P,轨道成分占三分之二。形状为平面三角形，键角,120,乙烯,、烯烃、,苯,及芳香烃等双键碳原子,（,3,）,SP,：,S,、,P,轨道成分各占二分之一。为一直线形分子。键角,180,乙炔,及炔烃等三键碳原子,键：可以沿键轴旋转。,电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。,成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电子云的分布。,键：不能沿键轴旋转。,电子云分布在,键所在平面的上下两方，呈块 状分布,资料卡片,结构,分子中原子间的排列次序，原子相互间的立体位置、化学键的结合状态以及分子中电子的分布状况等各项内容的总和。,分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。,“结构决定性质，性质反映结构”,。,构造（结构）,分子中原子间,相互连接的顺序,叫做分子的构造。,分子式：只能反映分子中原子的种类和个数。电子式：比较直观，但书写比较麻烦。结构式：把电子式中的一对共用电子对用一条“,-”,来表示。结构简式：把碳原子上所连接的相同原子进行合并，合并以后的个数写在该原子的右下方；省略单键。,苯的构造式,路易斯式,结构式,键线式,结构简,式,2-,甲基丙醇的表示方法：,路易斯式书写麻烦,结构式较麻烦,结构简式较为常用,键,线式较为常用,分子式相同,结构不同的化合物称为,同分异构体,也叫结构异构体。,二、有机化合物的同分异构现象,1,、异构体的分类,包括：碳架异构、位置异构、官能团异构,戊烷有,三种,同分异构体,烷烃的,分子形状,正戊烷,异戊烷,新戊烷,沸点,(b.p),36.1,27.9,9.5,支链烷烃,:,相同,C,原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。,2,、构造异构,(,同分异构,),：是指具有相同的分子式，但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。,3,、同分异构体的种类及其书写规律,:,碳链异构,:,指碳原子的连接次序不同引起的异构，如,:,位置异构,:,官能团的位置不同引起的异构,:,官能团异构,:,官能团不同引起的异构,如,:,烯烃和环烷烃,书写方法,:,碳链异构,位置异构,官能团异构,COOH,键线式：,结构简式：,CH,3,CH,CHCH,2,CH,2,CH,COOH,CH,3,CH,3,CH,3,骨架式：,C,C,C,C,C,C,COOH,C,C,C,练习,例,1,、写出化学式,C,4,H,10,O,的所有可能物质的结构简式,C,4,H,10,O,类别异构,位置异构,位置异构,醇,醚,碳链异构,碳链异构,例题,2:C,11,H,16,的苯的同系物中,只含有一个支链,且支链上含有两个,“,CH,3,”,的结构有四种,写出其结构简式,.,伯碳：,与一个,C,原子直接相连。,仲碳：,与二个,C,原子直接相连,。,叔碳：,与三个,C,原子直接相连。,季碳：,与四个,C,原子直接相连。,1,、碳原子分类,知识回顾,同一碳原子上的氢原子是等效的。,同一碳原子上所连接甲基上的氢原子是等效的。,处于同一面对称位置上的氢原子是等效的,。,2,、确定一元取代物的同分异构体的基本方法与技巧,(1),等同氢,常见一元取代物只有一种的,10,个碳原子以内的烷烃,CH,3,CH,3,CH,4,CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,例如：对称轴,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,-CH,2,-CH-CH,2,-CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,CH,3,C CH,2,-CH,3,CH,3 ,a,a,b,b,b,b,a,a,（,2,）对称技巧,例,3,、,进行一氯取代后，只能生成,3,种沸点不同的产物的烷烃是,-,（）,A,、（,CH,3,）,2,CHCH,2,CH,2,CH,3,B,、,(CH,3,CH,2,),2,CHCH,3,C,、（,CH,3,）,2,CHCH,（,CH,3,）,2,D,、（,CH,3,）,3,CCH,2,CH,3,A,、,C ,C,C,C,C,C,D,、,C,C,C,C,C,C ,D,（,3,）转换技巧,例,4,、,已知化学式为,C,12,H,12,的物质,A,的结构简式为,A,苯环上的二溴代物有,9,种同分异,构体，以此推断,A,苯环上的四溴代,物的异构体数目有,-,（）,A.9,种,B.10,种,C.11,种,D.12,种,CH,3,CH,3,A,例,5,、式量为,43,的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的数目为 （）,A.3 B.4 C.5 D.6,CH,3,CHCH,3,D,CH,2,CH,2,CH,3,C,3,H,7,CH,3,C,3,H,7,科学史话,1874,年荷兰化学家范特霍夫,（,J.H.vant,Hoff,，,18521911,）,和法国化学家列别尔（,J.A.Le,Bel,，,18471930,）分别独立地提出了碳,价四面体学说，即碳原子占据四面体的中心，它的,4,个价键指向四面体的,4,个顶点。这一学说揭示了有机物旋光异构现象的原因，也奠定了有机立体化学的基础，推动了有机化学的发展。,1901,年诺贝尔化学奖获得者：雅可比,亨利克,范特霍夫,送鲜奶的范特霍夫和化学家范特霍夫被人们合并传成了“,牧场化学家,”。,范特霍夫的父亲从这件事中得知儿子很喜欢化学，就从家里让出一间房子作为工作室，专门供儿子做化学实验。从此，范特霍夫就开始“经营”自己的小实验室。他把父母给的零用钱和从其他亲友那里得 到的“赞助”积累起来购买了各种实验器具和药品，课作时间从事自己的化学实验。立志当一名化学家，,1869,年，范特霍夫从鹿特丹五年制中学毕业了。选择什么样的职业呢,?,在当时，化学作为一 门学问已有很多人进行了研究，但是人们普遍认为化学不是一种职业，从事化学的人，还要兼做其他工作才能够维持自己的生活。父亲为了让他多增加一些知识，才支持他做化学实验。要把化学做为一种职业，做一个化学家，父亲就难以同意了。因为这样做恐怕连自己的生活都维持不了。为此，父子俩争辨了多次，但是必须有一个结论才行呀。一天晚饭过后，父子俩又开始讨论这个老话题了。“中学毕业了，你打算上哪个学校,?”,父亲心平气和地问道。当然，选择学校也就是选择职业了。,“学习化学对我比较合适，爸爸，你说对吗,?”,儿子说出了心里话。父母并不想让他成为一个化学家，而想把他培养成一名工程师。几经周折，范特霍夫进入了 荷兰的台夫特工业专科学校学习。这个学校虽然是专门学习工艺技术的，但讲授化学课的奥德曼却是一个很有水平的教授。他推理清晰，论述有序，很能激发起人们对化学的兴趣。范特霍夫在奥德曼教授的指导下进步很快。由于范特霍夫的努力，仅用了,2,年时间就学完了一般人,3,年才能学完的课程。,1871,年，范特霍夫毕业了，他终于说服了父母，可以全力进行化学研究了。为了打好基础，找准研究的方向，必须拜师求教。范特霍夫只身来到德国的波恩，拜当时世 界著名的有机化学家佛莱德,凯库勒为师。佛莱德,凯库勒是个传奇的化学家，他在梦中见蛇在狂舞，首尾相接，从而解决了苯环的结构。在波恩期间，范特霍夫在有机化学方面受到了良好的训练。随后，他又前往法国巴黎向医学化学家武兹请教。,1874,年，回到荷兰，在乌特勒支大学获得博士学位。从此他就开始了更深入的研究工作。,范特霍夫首先提出了碳的四面体结构学说。过去的有机结构理论认为有机分子中的原子都处 在一个平面内，这与很多现象是矛盾的。范特霍夫的理论纠正了过去的错误。但是这一新的理论却遭到了一些权威人士的反对，当时德国有机化学家哈曼,柯尔比就是其中一个。这位老科学家倚老卖老，根本不愿学习新的东西。在没有认真研究的情况下，就毫无根据地把范特霍夫斥责了一顿。范特霍夫对这位才先生的高论嗤之以鼻，不与其辩论。这一下可气坏了老柯尔比，他跳着脚非要与范特霍夫一比高低。范特霍夫本来就想与这些化学界的权威们争一高低，因为事实是迟早会说话的。既然柯尔比 不远千里从德国来到荷兰，那也只好以礼相见了。毕竟范特霍夫是晚辈，当柯尔比气势汹汹地冲进范特霍夫的办公室时，范特霍夫已经恭恭敬敬地等候他了。待柯尔比的火气稍稍减退之后，范特霍夫平心静气地向他陈述了自己的观点，并请柯尔比用事实来批评自己的理论。这位老权威暗暗地吃了一惊，眼前的年轻人非同小可，讲述观点时条理清楚，论证有据，不 可不服呀。柯尔比毕竟还是要讲道理、讲事实的。,平心而论，范特霍夫的理论是正确的，他刚来时的火气完全消失了，并邀请范特霍夫去普鲁士科学院工作。,范特霍夫实事求是、谦虚谨慎的态度使很多人都能心悦诚服地接受他的理论。,1901,年，瑞典皇家科学院收到的,20,份诺贝尔化学奖候选人提案中，有,11,份提名范特霍夫。这一年的诺贝尔化学奖颁发给范特霍夫，他当之无愧。,1901,年,12,月,10,日，对于范特霍夫来说是一个值得纪念的日子，对于人类也是一个纪念的日子，这一天，首次颁发诺贝尔奖，范特霍夫是第一位诺贝尔化学奖的获奖者。非常有趣的是，范特霍夫创立的碳的四面体结构学说并不是获奖原因，而是他的另外两篇著名论文,化学动力学研究,和,气体体系或稀溶液中的化学平衡,使他获得首届诺贝尔化学奖。,1911,年,3,月,1,日，范特霍夫在柏林附近的斯特利茨逝世。,终年,59,岁,附表,：,烷烃的碳原子数与其对应的,同分异构体数,碳,原子数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,同分,异体数,1,1,1,2,3,5,9,18,35,75,常见的类别异构现象,序号,类别,通式,1,烯烃,环烷烃,2,炔烃,二烯烃,3,饱和一元脂肪醇,饱和醚,4,饱和一元脂肪醛,酮,5,饱和羧酸,酯,C,n,H,2n,C,n,H,2n-2,C,n,H,2n+2,O,C,n,H,2n,O,C,n,H,2n,O,2,