【顺反异构】顺反异构即几何异构。通常存在于含有双键或环架结构的分子中,双键中的π键不能旋转,环架结构也阻碍了C-C单键的旋转,不同取代基在空间可形成不同的分布而产生异构,顺反异构分顺式和反式两种。若相同的原子或取代基在双键或碳架规定平面的同一侧叫顺式,若位于两侧叫反式。如含C=C双键和ab两种原子团
具体的物质象丁烯二酸,有顺丁烯二酸和反丁烯二酸:
含环架结构的象1,4一二甲基环乙烷:
【定义】分子式相同而分子结构和性质不同的化合物,叫做同分异构体。这一现象叫做同分异构现象。
【说明】
同分异构现象是由于分子中各原子可以有不同的结合顺序和方式或不同的空间排列和定向所引起的。同分异构现象可分成结构异构和立体异构。
1.结构异构是因分子中各原子的结合顺序和方式不同而产生的异构,其中包括碳架异构、位置异构、类别异构等。
2. 立体异构是因为分子中各原子的空间排列和定向不同而产生的异构,其中包括顺反异构、对映异构和构象异构。
分子中存在双键或环状结构,使分子中某些原子或基团具有不同的空间位置,这样产生的异构,叫做顺反异构。
分子中的中心碳原子周围的四个不同原子或基团有两种互为镜象而不能彼此重合的四面体空间构型,这种异构叫做对映异构。
围绕单键旋转向产生的分子中的原-f-或基团在空间的排列不同,这样产生的异构叫做构象异构。
【定义】 结构相似而分子组成相差一个或若干个CH2原子团的一系列化合物,叫的一系列化合物,叫做同系列。同系列中的各化合物互称同系物。
【说明】
1.CH2叫做系(列)差。例如,甲烷(CH4)和丁烷(C4H10)相差3 个系(列)差(3 CH2)。
2.同系列中的各同系物可用同一个通式表示。例如,甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等都符合CnH2n+2通式,形成烷烃同系列。
3.同系物之间化学性质基本相似,物理性质(如熔点、沸点、密度)随着碳原子个数的递增而呈现有规律的变化。
4.如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等,其中甲烷与正丁烷互为同系物,甲烷与异丁烷也互为同系物。乙烯、丙烯、丁烯等互为同系物。乙烯(CH2=CH2)和丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)的分子虽都呈链状,都有双键,但分子组成不符合相差2个CH2原子团,故不属同系物。又如乙酸乙酯和三乙酸甘油酯虽都属于酯类,但分子组成不符合相差若干个CH2原子团,故也不属同系物。
【硝基化合物】烃分子中的氢原子被硝基(一NO2)取代所生成的化合物,叫做硝基化合物。
说明
1.硝基化合物和硝酸酯分子中都含有硝基,但它们是两类不的有机物。硝基化合物(R一NO2 )分子中的硝基跟烃基中的碳原子连接,而硝酸酯(R-O-NO2)分子中的硝基通过氧原子跟烃基中的碳原子连接。一硝基化合物(R-NO2)和亚硝酸酯(R-ONO)互为同分异构体。
2.硝基化合物一般有颜色,能被多种试剂还原。在酸性条件下,硝基还原成氨基。例如,硝基苯(C6HsNO2)还原成苯胺(C6H5NH2)。在碱性条件下比较复杂,会发生还原和缩合反应,形成一系列的含氮有机化合物。芳香族多硝基化合物有强氧化性,能用作炸药(如TNT)。【定义】是有机化合物的简称。指含碳元素的化合物。组成有机物的元素除碳以外,通常还含有氢、氧、氮、硫、磷、卤素等。以前,把动植物等有机体中取得的糖类、蛋白质、油脂等物质叫有机物,到19世纪20年代,科学家先后从非生物体内取得的物质合成了许多有机物,如尿素、醋酸等,从而打破了有机物只能从有机体中取得的概念,但习惯上一直沿用有机物这个名称。有机物一般难溶于水而易溶于有机溶剂;熔点低;绝大多数有机物受热容易分解,而且容易燃烧;有机物的化学反应比较慢,并常伴有副反应发生。有机物一般可以分为烃和烃的衍生物两大类,因此有机物也就是烃和烃的衍生物的总称。
【说明】
1.有机物是有机化合物的简称。目前人类已知的有机物达900多万种,数量远远超过无机物。
2.早先,人们已知的有机物都从动植物等有机体中取得,所以把这类化合物叫做有机物。到19世纪20年代,科学家先后用无机物人工合成许多有机物,如尿素、醋酸,脂肪等等,从而打破有*机物只能从有机体中取得的观念。但是,由于历史和习惯的原因,人们仍然沿用有机物这个名称。
3.有机物一般难溶于水,易溶于有机溶剂,熔点较低。绝大多数有机物受热容易分解、容易燃烧。有机物的反应L般比较缓慢,并常伴有副反应发生。
4.有机物种类繁多,可分为烃和烃的衍生物两大类。根据有机物分子中所含官能团的不同,又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等。根据有机物分子的碳架结构,还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。
5.有机物对人类的生命、生活、生产有极重要的意义。地球上所有的生命体中都含有大量有机物。
【烃的衍生物】烃分子里的氢原子被其它原子或原子团所取代,生成一系列新的有机物。这些有机物,从结构上说,都可以看做是由烃衍变而来的,所以叫做烃的衍生物。不同的衍生物具有不同的化学性质。烃的衍生物种类很多,如卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯、硝基化合物等。从结构上看,它们的衍变关系是:
【官能团】是有机化合物分子中能够反映特殊性质的原子或原子团。例如,羧酸类
酸性,后者呈碱性。又如醇类分子中的羟基—OH反映醇的特性,烯烃分子中
据之一。
重要的官能团如下表:
【硅烷】硅原子跟碳原子结构相似,可跟氢组成一系列硅氢化合物。硅氢化合物总称为硅烷,通式是SinH 2n+2,目前已制得的有一硅烷SiH4也叫甲硅烷到六硅烷Si6H14共六种。
甲硅烷:SiH4,无色无臭气体、密度1.44克/升,熔点-185℃,沸点-111.8℃,不溶于水。
乙硅烷:Si2H6,无色无臭气体,密度2.87克/升,熔点-132.5℃,沸点-14.5℃,微水解。
其它硅烷是液体。硅烷都能溶于有机溶剂,如乙醇、苯、二硫化碳等。硅烷比烷烃化学性质活泼。所有硅烷热稳定性都很差。将高硅烷适当加热,分解为低硅烷。低硅烷(如SiH4)在温度高于500℃时分解为硅和氢气。有强还原性。在空气中能自燃,生成二氧化硅和水,并放出大量的热,可被一般氧化剂氧化,如:SiH4+2KMnO4=2MnO2↓+K2SiO3+H2↑+H2O
室温下跟卤素发生爆炸性的反应。在强碱溶液中水解为硅酸盐和氢气。在卤化铝催化作用下,跟干燥的卤化氢反应,生成卤硅烷。用硅化镁跟盐酸反应,立即有气体放出,这种气体为硅烷的混合物,其中大部分为甲硅烷。还可用硅化镁跟溴化铵在液氨中反应制得。混合气体经液化后再分馏,得到不同硅烷。
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硅烷处理剂 |
B2H6+6H2O=2H3BO3↓+6H2↑
乙硼烷有强还原性,可作还原剂。它跟氢化锂反应生成更强的还原剂硼氢化锂,用于有机合成:
乙硼烷可用硼的卤化物在乙醚溶液中跟氢化铝锂LiAlH4反应制得。将乙硼烷加热到100~250℃得其它高硼烷。
【定义】化合物分子中去掉一些原子或原子团后剩下不带电荷的部分,叫做基。基是原子团的一种类型。
【说明】
1. 有时把化合物分子中有特殊性质的一部分原子或原子团叫做基。有机化合物的官能团是决定物质主要特性的基,如醇的羟基(一OH)、羧酸的竣基(一COOH)。
2. 烷烃RH分子中去掉一个氢原子后留下的部分(R•)含有未成对的价电子,叫做烷基自由基,如CH3•是甲基自由基, CH2=CH-CH2•是丙烯基自由基。
3. 有些同核双原子分子均裂后得到单原子的自由基,例如 Cl:Cl→2C1•。产生自由基后可发生自由基型反应。
4. 上述定义中如果所剩下的部分是带有电荷的,就叫做根, 如氢氧根(OH-、铵根(NH4+)。
【定义】分子中两个原子之间由共用一对电子而形成的共价键叫做单键。
【说明】
1. 单键通常在代表两个原子的元素符号间画上一条短线表示。含有单键的有机物具有饱和性。
2. 单键通常是比较稳定的σ键。在环丙烷、环丁烷等张力较大的小环分子中的碳碳单键,不是以核间直线为对称轴的σ键,轨道重叠程度不及一般σ键,所以不稳定,容易断裂。
3. 碳、氮、氧等原子在形成单键时,通常利用杂化轨道。例如,在CH4、NH3和H2O分子中,碳、氮、氧都以sp3杂化轨道跟氢的s轨道重叠而形成σ键,NH3和H20分子中孤对电子处在未参加成键的sp3杂化轨道中。
【定义】分子中两个原子之间由共用两对电子而形成的共价键,叫做双键。
【说明】
1. 双键通常用两条短线表示。
2. 双键通常由一个σ键和一个π键构成的,但它不是单键的简单加和。例如,乙烯分子中碳碳双键,键能是598kJ/mol,而乙烷分子中碳碳单键,键能是374kJ/mol。这表明碳碳双键,键能小于碳碳单键键能的两倍。而丙酮分子中碳氧双键键能 (750kJ/mol)大于甲醚分子中碳氧单键的键能(360kJ/mol)的两 倍。
3. 一般情况下,双键不能自由转动,否则双键中的π键要断裂。双键的主要化学特性是其中的π键容易断裂而跟其他原子或原子团发生加成反应。
4. 在共轭二烯烃等有机物中,两个双键被一个单键间隔。最简单的二烯烃是1,3-丁二烯(CH2= CH—CH=CH2)。该分子中所有的原子处于同一平面上,4个碳原子都以sp2杂化轨道成键形成3个碳碳σ键和6个碳氢σ键。每个碳原子上的未杂化p轨道垂直于该平面,相互侧面交叠,形成一个π- π共轭体系,叫做共轭双键。
【定义】分子中两个原子之间由共用三对电子而形成的共价键,叫做叁键(曾用名:三键>。
【说明】
1.三键通常用三条短线表示。
2.三键通常是由二个σ键和两个π键构成的。但三键不是三个单键或单键和双键的简単加和。例如,C—N、C=N和C≡N 的键能分别是 305kJ/molv616kJ/mol 和 893kJ/mol
3.三键跟双键一样不能自由转动。三键的主要化学特性是其中的两个π键容易断裂而跟其他原子或原子团发生加成反应。
【有机物的命名】
1. 最初,人们根据有机物的来源和性质来命名。后来根据有 机物的结构特点来命名,例如用烷、烯、炔……等。这种命名法能反映有机物之间的相互关系。有机物的异构现象发现以后,为了区别各种异构物,在有机物名称前面加“正”、“异”、“新”……等冠 词,这就是有机物的习惯命名法。例如,C5H12的3种异构体分别命名为正戊烷、异戊烷和新戊烧(季戊烷)。
2. 有机物数目,繁多,结构和组成较复杂,命名相当困难。因此,1892年化学家在日内瓦召开一次国际化学会议,拟定有机物新的命名法,称为“日内瓦命名法”。以后经过国际纯粹与应用化学联合会的多次修订,1979年颁布新的有机化学命名法,即 IUPAC系统命名法。我国目前用的系统命名法,是根据国际上通用的原则,再结合我国文字的特点制订的。1980年中国化学会公布有机化学命名原则。
3. 有机物系统命名的基本要点是:
第一,给有机化合物的母体—链烃、环烃及杂环系统制定名称;
第二,按一定原则给母体 规定位次编排法;
第三,给官能团、取代基及其母体形成的基以相应的名称;
第四,使用一些代表结合情况的化学介词,然后把母体名称作为主体后,用介词连缀上取代基和官能团的名称,并按位次编排法注出取代基和官能团的位次给出各有机化合物名称。
【同分异构现象】化合物具有相同的分子式但结构不同的现象,叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。在烷烃分子里,随着碳原子数目的增加,碳原子之间的结合方式也就越多样化,同分异构体的数目也就越多。如丁烷有两种同分异构体,己烷有5种同分异构体,庚烷有9种,癸烷有75种之多。在有机化学中,常见的同分异构现象有:
1.碳链异构 碳原子在分子中的排列不同,如丁烷和异丁烷
2.位置异构 官能团在碳链中的位置不同,如丙醇和异丙醇
3.官能团异构 如:
4.立体异构 具有相同分子式的化合物中,由于原子或原子团在空间排列不同而引起的同分异构现象。有几何异构(也称顺反异构)和旋光异构(从略)。由于双键或环的存在,某些原子或原子团在空间的排列不同而产生几何异构。如:2—丁烯
【定义】组成相同而分子中碳原子相互连接的顺序不同的化合物,叫做碳链异构体。这一现象叫做碳链异构现象。
【说明】碳架异构只涉及分子中碳原子的结合顺序不同,不涉及分子中各原子在空间的排列和定向,所以在书写各种碳架异构体的构型时只要求能表明碳原子的结合顺序。例如,C5Hl2的三种碳链异构可写成正戊烷、异戊烷、新戊烷。
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戊烷 |
【定义】组成相同而分子中的取代基或官能团(包括碳碳双键和三键)在碳架(碳链或碳环)上的位置不同,这些化合物叫位置异构体。这一现象叫做位置异构现象。
【说明】位置异构只涉及取代基或官能团的位置,通常是针对碳架结构相同的化合物来讲的。在推导某有机物的异构体时,可先推导出碳架异构体,然后根据各种碳架异构体分别推导可能有的位置异构体。
【定义】组成相同而分子中的各种原子结合方式或顺序不同, 因此有不同的官能团,这些化合物叫类别异构(叫官能团异构)。 这一现象叫做类别异构现象。
【说明】
1.类别异构涉及分子中碳原子的结合方式(单键、双键或三键)、碳架的基本结构(成链或成环)以及其他原子在碳链中或碳链 上的位置。这类异构如1, 3-丁二烯和1-丁炔,环丁烷和1-丁烯, 乙醇和甲醚,丙酮和丙醛。
2.类别异构跟碳架异构、位置异构有很大的不同,类别异构体之间在化学性质上往往有本质上的差别。例如,组成相同的醇和醚属于类别异构,它们是化学性质完全不同的两类物质。
【定义】烃分子中去掉一个或几个氢原子后剩余的原子团,叫做烃基。
【说明】烃基通常用R表示。烃基可分为一价基、二价基和三价基。
例如,一价基:CH3CH2—(乙基)、(CH3)2CH—(异丙基)、CH≡C—CH2— (2-丙炔基);
二价基:CH3CH-(亚乙基)、一CH=CH—(1, 2-亚乙烯基)。三价基:CH3C≡(次乙基)
烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的一价烃基叫烷基,通式是 CnH2n+l。
【定义】由缺电子试剂(亲电试剂)进攻反应物电子云密度较大的部位而引起的反应,叫做亲电反应。例如,
【定义】带有未共甩电子对的负离子或中性分子(亲核试剂)进攻反应物中带有正电荷(或部分正电荷)的碳原子,由此引起的反应叫做亲核反应。例如,