有機化合物的結構命名和同分異構現象

有機化合物的結構命名和同分異構現象1第1頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月一、有機化合物的結構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)σ鍵與π鍵(3)電子的離域2第2頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月碳原子的價電子層結構碳原子的軌道雜化碳原子的雜化3第3頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月4第4頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月sp3雜化示意圖5第5頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月sp2雜化示意圖6第6頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烯中鍵的形成

7第7頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月乙炔的結構Pz

Pysp雜化，直線型結構8第8頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月苯分子中六個碳原子都以sp2雜化相互成鍵9第9頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月10第10頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月

1999年合成了一種新化合物，以X為代號，用現代物理方法測得X的相對分子量為64。X含碳93.8%，含氫6.2%，X分子中有三種化學環(huán)境不同的氫原子和4種化學環(huán)境不同的碳原子；X分子中同時存在C—C、C=C、C≡C等三種鍵，并發(fā)現其C=C比尋常的C=C短。試寫出X的分子式和它的結構式。C5H411第11頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵和鍵

2、鍵能大，鍵穩(wěn)定3、不易被極化鍵的特點：1、軸對稱，自由旋轉12第12頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月π鍵的特點

1）π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-Cσ鍵為軸自由旋轉，如果吸收一定的能量，克服p軌道的結合力，才能圍繞碳碳σ鍵旋轉，結果使π鍵破壞。

2）π鍵由兩個p軌道側面重疊而成，重疊程度比一般σ鍵小，鍵能小，容易發(fā)生反應。

3）π鍵電子云不是集中在兩個原子核之間，而是分布在上下兩側，原子核對π電子的束縛力較小，因此π電子有較大的流動性，在外界試劑電場的誘導下，電子云變形，導致π鍵被破壞而發(fā)生化學反應。13第13頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)鍵長

(2)鍵角

(3)鍵能

(4)偶極矩共價鍵的鍵參數14第14頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵的類型鍵長(pm)鍵能(kJ/mol)碳-碳單鍵154347.3碳-碳雙鍵132601.9碳-碳三鍵120836.8碳-氫鍵11010415第15頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵長、鍵能偶極矩

C-FC-ClC-BrC-I鍵長139176194214pm鍵能456351293243kJ/mol

CH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I偶極矩1.821.941.791.6416第16頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵的極性---偶極矩分子的偶極距是各鍵的偶極距向量和:

μ=0μ=0μ=1.94D

甲烷四氯化碳一氯甲烷*雙原子分子中鍵的極性,偶極矩即分子的極性,偶極矩;

多原子分子中,分子中的偶極矩為各鍵的向量和。鍵的極性以偶極矩μ表示μ=q×d17第17頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月3.有機化合物分子結構表示法路易斯電子式:凱庫勒式:18第18頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月結構簡式:鍵線式:19第19頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月二、有機化合物的分類1.按碳架開鏈化合物碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物脂環(huán)化合物芳香族化合物有機化合物20第20頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按官能團化合物類別官能團名稱（結構）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-O-硫醚-S-醛基-CHO酮基（羰基）-CO-羧基-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-SO3H21第21頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月三、有機化合物的命名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.順反異構體及光學異構體的構型標記和命名22第22頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月－COOH、－SO3H、－COOR、、－CONH2、－CN、－CHO、、－OH、－NH2、－OR、C≡C、C=C、R系統(tǒng)命名法2、選取含有主官能團及盡可能含較多官能團在內的碳鏈最長、取代基最多的碳鏈為主鏈。1、

按官能團的優(yōu)先次序來確定分子所屬的主官能團Note:

鹵素、硝基、亞硝基在命名時都作為取代基。23第23頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月3、將母體化合物進行編號，使主官能團位次盡量小，側鏈位次最小。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)基團后列出5、按系統(tǒng)命名的基本格式寫出化合物名稱24第24頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月1-10個碳,用“天干”順序甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子的數目；

>10個碳,用十一、十二、十三……等數字表示。命名中的一些基本知識碳原子個數的表達25第25頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月脂肪烴基常用R－來表示基的命名一個化合物從形式上消除一個單價的原子或基團構成一價基，在烴類化合物中是除去一個氫原子以后的剩余部分?；鶕鄳阁w的名稱來命名。一價基:26第26頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月27第27頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月次序規(guī)則a.原子按原子序數的大小排列，同位數按原子量大小次序排列I、Br、Cl、S、P、O、N、C、D、H。b.對原子團來說，首先比較第一個原子的原子序數，如相同時則再比較第二、第三，以此類推。

28第28頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月c.如果基團含有雙鍵或三鍵時，則當作兩個或三個單鍵看待，認為連有兩個或三個相同原子。29第29頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月在系統(tǒng)命名法中，取代基的排列順序構型的確定雙鍵化合物的Z/E

單脂環(huán)化合物的順反(cis/trans)

旋光化合物手性碳的R/S次序規(guī)則的應用30第30頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月有機化合物系統(tǒng)命名的基本格式31第31頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月2，3，5?三甲基?4?丙基辛烷3,4,6-三乙基辛烷32第32頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月3-羥基-4-氯環(huán)己甲酸3-甲氧基苯酚（間甲氧基苯酚）3-苯基丙酸2-甲基-6-氯庚烷33第33頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月5-羥基己醛3-戊烯-1-醇3-羥甲基-1,7-庚二醇2-甲基環(huán)己酮1-環(huán)己基-2-丁酮34第34頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月35第35頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月順-1，3-二甲基環(huán)己烷（Z）-5-甲基-3-異丙基-2-庚烯36第36頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月（1R,2R）-2-甲基環(huán)戊醇（1R,2R）-1，2-環(huán)己二醇(R)-3-甲基-3-甲?；?5-羥基戊酸(2S,4R)-4-氨基-2-氯戊酸37第37頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月含支鏈的復雜取代基的命名5-（1-甲基丙基）癸烷(S)-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚38第38頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月烯炔的命名首先選取含雙鍵和叁鍵盡可能多且最長的碳鏈為主鏈。若有一種以上的選擇時，則依下列標準順次選擇：（1）碳原子數目最多者（2）若碳原子數相同，則選擇雙鍵數目多者。從最靠近不飽和鍵（不管是雙鍵還是叁鍵）的一端開始編號。若雙鍵與叁鍵的位次號相同，則應使雙鍵的位次號最小。原則：39第39頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月3-甲基-3-戊烯-1-炔例如：1-戊烯-4-炔4-乙烯基-1-庚烯-5-炔40第40頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月酰鹵：相應的酸的酰基+鹵素酯：相應的酸+醇的烴基酰胺：相應的酸的?；?胺（若N上有取代基，則在基名稱前用N標出）酸酐：相應的酸+酐羧酸衍生物的命名41第41頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月酰鹵酸酐乙酰氯2-溴丁酰溴苯甲酰氯乙二酰氯(草酰氯)順丁烯二酸酐乙丙酐（乙酸丙酸酐）乙酸酐（醋酐）42第42頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月酯酰胺苯甲酸乙酯β-甲基-γ-丁內酯丙二酸二乙酯乙酰胺N,N-二甲基乙酰胺乙酰苯胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己內酰胺43第43頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月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、核糖、脫氧核糖、甘氨酸、鹵仿、甘油；DMF、THF、DMSO、DNA、RNA。44第44頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月蟻酸：又叫甲酸，化學式為HCOOH;醋酸：又叫乙酸，化學式為CH3COOH;草酸：又叫乙二酸，化學式為HOOC-COOH;硬脂酸：又叫十八酸，化學式為C17H35COOH;軟脂酸：又叫十六酸，化學式為C15H31COOH;45第45頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月46第46頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月水楊酸沒食子酸THF47第47頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月甘氨酸：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：常用的有機溶劑，化學名為：N,N-二甲基甲酰胺，化學式為(CH3)2NCHODMSO：常用的有機溶劑，化學名為：二甲亞砜，化學式為(CH3)2SO48第48頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月49第49頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月核酸中的堿基50第50頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA：脫氧核糖核酸RNA：核糖核酸腺嘌呤脫氧核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸51第51頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月-D-核糖D-核糖-D-核糖52第52頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月-D-2-脫氧核糖D-2-脫氧核糖-D-2-脫氧核糖53第53頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月β-1,4-苷鍵β-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標記54第54頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月構造異構立體異構碳鏈異構官能團異構位置異構互變異構構型異構構象異構順反異構對映異構同分異構連接的次序不同連接的次序相同，空間的排列方向不同四、有機化合物的同分異構現象55第55頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月1、互變異構56第56頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月β-D-吡喃葡萄糖α-D-吡喃葡萄糖開鏈式57第57頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）分子中要有限制自由旋轉的因素。如：雙鍵、環(huán)。（2）構成雙鍵的任何一個碳原子(或環(huán)中的兩個原子)所連接的兩個原子或原子團都必須不相同。產生順反異構的條件：2、順反異構58第58頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月

順反異構的表示順(同側)反(異側)

“較優(yōu)”基團在雙鍵同側用字母“Z”表示，反之則以“E”表示。1.雙鍵碳上有相同基團（順/反）：2.雙鍵碳上無相同基團(Z/E)：Note:Z,E包含（順、反），順≠Z，反≠E59第59頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月60第60頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月61第61頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月3、對映異構構造相同，構型不同并且互呈鏡象對映關系的立體異構現象稱為對映異構。對映異構體最顯著的特點是對平面偏振光的旋光性不同，因此也常把對映異構稱為旋光異構或光學異構。互成鏡像且不能重合62第62頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）前進方向與振動方向垂直（2）普通光線的振動平面平面偏振光63第63頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月尼克爾棱鏡——

普通光在通過尼克爾棱鏡后形成的只在一個方向傳播的平面光。偏振光64第64頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月光學活性

——物質能使偏振光發(fā)生偏轉的性質。光學活性

物質。

65第65頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月旋光儀(polarimeter)起偏鏡檢偏鏡66第66頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月右旋和左旋

——

使偏振光振動平面向右旋轉稱右旋，+

——使偏振光振動平面向左旋轉稱左旋，-

——旋光活性物質使偏振光振動平面旋轉的角度，用“α

”表示.旋光度67第67頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月α

l×c[α]Dt=t:測定溫度(℃)D:光源(鈉D線，589nm)l：旋光管長度(dm)c：溶液濃度(g·mL-1orkg·L-1), 純液體為密度通常還要注明溶劑如：[α]D20=+98.3o(c,0.05,CH3OH)比旋光度

——旋光活性物質的物理常數比旋光度:

在一定溫度和波長（通常為鈉光燈，波長為589nm）條件下，樣品管長度為1dm，樣品濃度為1g?mL-1時測得的旋光度。68第68頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月手性與對稱因素手性是物質具有對映異構現象和旋光性的必要條件，也即是本質原因。手性：實物與鏡像不能重合的特點69第69頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月什么樣的分子具有手性（旋光性）？手性與分子的對稱性密切相關，一個分子具有手性，實際上是缺少某些對稱因素所致。70第70頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月1)分子中有無對稱因素具有對稱面或者對稱中心的化合物不具有手性.對稱面對稱中心71第71頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）分子中有無手性碳原子手性碳原子：與四個不同的原子或基團相連接的碳原子，用C*標出。有手性碳原子的分子有可能是手性分子。有一個手性碳原子的分子一定是手性分子。有多個手性碳原子的分子要考察其分子中有無對稱因素有對稱面或對稱分子中心的不是手性分子。72第72頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月旋光異構體結構的書寫一、透視式虛線表示在平面背后粗實線表示在平面前方實線表示在平面上73第73頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月Fischer投影式書寫規(guī)則（投影規(guī)則）用一個“+”字，其交叉點代表手性碳原子，按國際命名原則，將碳鏈放在垂直線上，氧化態(tài)較高的碳原子或它鏈中第一號碳原子在上，與垂直線相連的基團表示伸向紙后，遠離讀者，以水平線相連的基團表示伸向紙前，伸向讀者。74第74頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：①分子中的主鏈以豎線表示；②手性碳原子不寫出；③投影只能在紙面上轉180°而不能轉90°。④投影不能離開紙面翻轉。二、Fischer投影式75第75頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月首先把手性碳上所連的四個原子或基團根據順序規(guī)則排出大、中、小、最小。觀察者從最小原子或基團的的對面看，然后再觀察這三個基團的大、中、小走向，順時針為R，逆時針為S。方法：次序規(guī)則排次序，方向盤上定構型。旋光異構體的構型的R/S命名法76第76頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例：按順序規(guī)則：

Br>Cl>CH3>H

順時針

R構型按順序規(guī)則：

Cl>C2H5>CH3>H

逆時針

S構型1.對楔型式（或透視式）的命名77第77頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）直接利用Fischer投影式命名：

COOH H OH HO H CH3 CH3

CH2Cl HHOCH2 Cl HOCH2 Cl H CH2ClR

SSR中大小中大小

最小基在橫鍵上，紙面走向與實際走向相反。逆時針R,順時針S.

最小基在豎鍵上，紙面走向與實際走向相同。逆時針S,順時針R.

COOH小橫反，豎不變78第78頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月D/L和R/S命名法之間并無一定的對應關系。注意！說明C*上四個基團在空間排列的形象。是由儀器實際測定的。構型和旋光方向沒有什么必然的對應關系79第79頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月旋光異構體的數目和非對映體

含有1個手性碳原子的化合物具有1對對映體(21個)

一對對映體具有相同的熔點、沸點、密度，兩者的比旋光度大小相等，方向相反。其生物活性方面有可能存在差異。80第80頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月81含兩個手性碳的化合物含兩個不同的手性碳(22個光學異構體)[a]D-7.1° +7.1°+9.3°-9.3°對映體非對映體對映體非對映體：旋光能力不同，許多物理、化學性質也不同。含多個手性碳原子化合物的對映異構81第81頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月相同非對映體之間性質有明顯差別含兩個相同手性碳的化合物[α]D-12° +12° 0° 對映體非對映體同一物質由于分子中存在對稱面的而使分子內部旋光性互相抵消的化合物，稱為內消旋體

8282第82頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月83含有n個不相同手性碳原子的化合物：旋光異構體的數目=2n；對映體的成對數目=2n/2；外消旋體數目=2n/2；n為不相同的手性碳原子數。含有n個相同手性碳原子的化合物：數目少于2n。83第83頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月手性是判斷化合物分子是否具有對映異構(或光學異構)的必要條件,分子具有手性,就一定有對映異構,而且一定具有旋光性。判斷化合物分子是否具有手性,只需要判斷分子是否具有對稱面和對稱中心,凡是化合物分子有具有對稱面或有對稱中心則不是手性分子。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(如內消旋體)。小結84第84頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月不含手性碳原子化合物的對映異構含有碳原子以外的手性原子的化合物85第85頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月86第86頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月碳環(huán)化合物的對映異構2－羥甲基－1－環(huán)丙烷羧酸的立體異構順式順式反式反式對映體對映體(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)87第87頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)丙烷－1，2-二羧酸的立體異構反式反式對映體(Ⅱ)(Ⅲ）(Ⅰ)順式內消旋體88第88頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月構象異構由于圍繞單鍵旋轉而產生的分子中原子或基團在空間的排列形式，即是構象異構。單鍵旋轉后可以產生無數個構象異構體，但有幾種極端的構象。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)定構象。89第89頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月乙烷的構象透視式：

紐曼式：

90第90頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月構象與能量關系示意圖91第91頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月正丁烷的構象正丁烷92第92頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月正丁烷的構象，把C1和C4作甲基，然后C2-C3鍵旋轉，其構象的紐曼式φ=0o,360oφ=60°φ=120°φ=180°φ=240°φ=300°全重疊式鄰位交叉式部分重疊式對位交叉式部分重疊式鄰位交叉式

ABCDEF93第93頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月正丁烷的構象與能量關系示意圖94第94頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月正丁烷和環(huán)己烷的構象95第95頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月五、電子效應誘導效應：由于分子中原子或基團的電負性不同而產生的一種極化效應，它沿σ鍵傳遞，且漸遠漸弱。-I：NO2>CN>F>Cl>Br>I>CC>OCH3>OH>Ph>C=C>H

+I：(CH3)3C->(CH3)2CH->CH3CH2->CH3->H吸電子誘導效應（－I）給電子誘導效應（＋I）

96第96頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月在共軛體系中，由于電子離域而產生的效應，只存在于共軛體系中，傳遞時遠而不弱。2.共軛效應（共軛穩(wěn)定化）吸電子的共軛效應（-C）供電子的共軛效應（+C）共軛效應常見的基團:-NO2,-CN,-COOH,-CHO,-COR常見的基團:-NH2,,-OH,-OR,97第97頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月98第98頁，課件共107頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.在許多有機化合物中