有機物極性及溶解性

1、有機物極性及溶解性的教學(xué)討論有機化合物大多難溶于水，易溶于汽油、苯、酒精等有機溶劑。原因何在？中學(xué)課本、大學(xué)課本均對此進行了解釋。盡管措詞不同，但中心內(nèi)容不外乎是：有機化合物一般是非極性或弱極性的，它們難溶于極性較強的水，易溶于非極性的汽油或弱極性的酒精等有機溶劑。汽油的極性在課本中均未做詳細說明，故而在教學(xué)中常常做如下解釋：所有的烷燒，由于其中的O鍵的極性極小，以及結(jié)構(gòu)是對稱的，所以其分子的偶極矩為零，它是一非極性分子。烷煌易溶于非極性溶劑，如碳氫化合物、四氯化碳等。以烷燒為主要成分的汽油也就不具有極性了。確切而言，上述說法是不夠嚴格的。我們知道，分子的極性（永久烷極）是由其中正、負電荷的重

2、心”是否重合所引起的。根據(jù)其分子在空間是否絕對對稱來判定極性，化學(xué)鍵極性的向量和一一弱極矩科則是其極性大小的客觀標(biāo)度.常見烷燒中，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，其科功0.084Do至于其它不含支鏈的烷燒，分子中碳原子數(shù)為奇數(shù)時，一定不完全對稱而具有極性；分子中碳原子數(shù)為偶數(shù)時，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，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)，烷燒分子（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、C2H6外，不帶支鏈的烷煌

3、均有極性。帶有支鏈的烷燒，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。由于烷燒中碳原子均以SP3雜化方式成鍵，鍵的極f艮小，加上其分子中化學(xué)鍵的鍵角均接近于109°28有較好的對稱性（但非絕對對稱）故分子的極性很弱，其偶極矩一般小于0.1D.烷煌中，乙烯分子無極性，丙烯分子，1一丁烯分子均不以雙鍵對稱，科分別為0.336D、0.34D。2丁烷，順一2一丁烯的尸0.33D反一2一丁烯的偶極矩為零，即僅以C=C對稱的反式烯煌分子偶極矩為零（當(dāng)分子中C原子數(shù)6時，由于C-CO鍵

4、旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不同的構(gòu)象，有可能引起科的變化），含奇數(shù)碳原子的烯徑不可能以C=C絕對對稱，故分子均有極性。二烯燃中，丙二烯（通常不能穩(wěn)定存在）、1、3一丁二烯分子無極性，1、2一丁二烯分子科為0.408D,2一甲基一1,3一丁二烯（異戊二烯）分子也為極性分子?？旎椭?，乙快、2丁快中C原子均在一條直線上，分子以C-C對稱，無極性，但丙快、1一丁快分子不對稱，其極性較大，科分別為0.78D和0.80D。芳香燒中，苯無極性，甲苯、乙苯有極性，科分別為0.36D、0.59D;二甲苯中除對一二甲苯外的另兩種同分異構(gòu)體分子不對稱，為極性分子，顯而易見，三甲苯中之間一三甲苯分子的科為零，聯(lián)苯、蔡的分子也無極性。

5、綜上所述，煌的分子有無極性仍是取決于各自的對稱程度是否將鍵的極性完全抵消。當(dāng)某分子并不因其中C-CO鍵的旋轉(zhuǎn)而引起碳干排布不同的構(gòu)象時，構(gòu)型則絕對對稱，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。作為以烷煌為主要成分的汽油、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)煌的分子一樣，它們也是具有極性的，只是由于其中C-H鍵的極性極弱，其偶極矩極小。燒類的偶極矩一般小于1D,在不飽和燒中尚有以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)的飽和煌強，快煌的極性較烯煌強。至于煌的衍生物，常見的除四鹵化碳，六鹵乙烷、四鹵乙烷、對一二鹵苯、對一

6、二硝基苯、間一三鹵苯等非極性的燒分子中氫原子或一CH3被其它原子或原子團全部或部分以完全對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)的燒大，一般大于1D。由此可見，有機物的分子除少數(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、澳苯為1.70D、乙醛為2.69D、丙酮為2.88D、硝基酸為4.22D、乙醇為16.9D,有機物的極性并不都很弱。當(dāng)然，與無機物相比較，有機物是弱極性，作為常見的有機物之一的汽油，盡管其主要成分的偶極矩不大，在教學(xué)中往往將汽油及烷燒等視為非極性的。但烷燒等有無極性是個是非問題，在教學(xué)中

7、尤其在師范除?；瘜W(xué)專業(yè)的教學(xué)中，不宜進行如此處理而不加任何說明。否則，容易引起學(xué)生錯覺，往往不加考慮地認為烷及燒的分子都絕對對稱的、均無極性，而將問題簡單化、絕對化、對本身的業(yè)務(wù)進修及今后的教學(xué)工作都會帶來一些不必要的麻煩。所以，不管因為什么原因在教學(xué)中至少都必須明確說明有機物的弱極性與非極性的前提是與無機物整體相比較，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，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)溶劑極性的相似是其能否相互溶解的一個重要因素，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

8、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。對于這些事實，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一OH與一個小的原子或原子團結(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，隨著醇分子中煌基的增大，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個碳原子的烷燒的混和物，因乙醇分子中含有一個烷燒的煌基，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跟煌基毫不相干的一OH。因此，它們的相互溶解

9、是有一個的限度的。水的分子結(jié)構(gòu)與煤油毫無相似之處，煤油不溶于水、極性較強的CH3CI、澳苯、硝基苯不溶于水也就不奇怪了。至于低分子量的竣、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，對于相似相溶這條經(jīng)驗規(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方面來考慮，忽視哪一點，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：有機物在水中的溶解性規(guī)律一、相似相溶原理1 .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)如強酸等）；2 .非極性溶劑（如苯、汽油、四氯化碳、酒精

10、等）能溶解非極性物質(zhì)（大多數(shù)有機物、Br2、I2等）；3 .含有相同官能團的物質(zhì)互溶，如水中含羥基（一OH）能溶解含有羥基的醇、酚、竣酸。二、有機物的溶解性與官能團的溶解性1 .官能團的溶解性：（1）易溶于水的官能團（即親水基團）有一OH、一CHO、一COOH、NH2。（2）難溶于水的官能團（即憎水基團）有：所有的煌基（一CnH2n+1、CH=CH2、-C6H5等）、鹵原子（一X）、硝基（一NO2）等。2.分子中親水基團與憎水基團的比例影響物質(zhì)的溶解性：（1）當(dāng)官能團的個數(shù)相同時，隨著燃基（憎水基團）碳原子數(shù)目的增大，溶解性逐漸降低；例如，溶解性：CH3OH>C2H5OH>C3H7

11、OH>,一般地，碳原子個數(shù)大于5的醇難溶于水。（2）當(dāng)煌基中碳原子數(shù)相同時，親水基團的個數(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）CH20H。（3）當(dāng)親水基團與憎水基團對溶解性的影響大致相同時，物質(zhì)微溶于水;例如，常見的微溶于水的物質(zhì)有：苯酚C6H5OH、苯胺C6H5-NH2、苯甲酸C6H5COOH、正戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH（上述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式中“一”左邊的為憎水基團，右邊的為親水基團）；乙酸乙酯CH3COOCH2CH3（其中一CH3和一CH2CH3為憎水基團，一COO一為親水基團）。（4）由兩種憎水基團組成的物質(zhì)，一定難溶于水。例如，鹵代燃R-X、硝基化合物R-NO2,由于其中的煌基R、鹵原子一X和硝基一NO2均為憎水基團，故均難溶