DOC《第十章 有机化学导论》

这个链可长可短,可以是单一直链也可以带有支链.有时烷烃也叫链烷烃. 最简单的烷烃是甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8). H H H H H H H―C―H H―C―C―H H―C―C―C―H H H H H H H 甲烷 乙烷 丙烷 在这些分子中,实际上在任何饱和烃中,每个碳原子周围都有四个sp3杂化键.这四个键指向正四面体的四个顶角,正如由电子对互斥规则所预料的那样.这就意味着在丙烷(C3H8)和更高的烷烃里,碳链是弯曲的或是 锯齿 形的.这样,原子和原子间的相互影响要比平面图所表示的小些. 对于较小的烷烃分子,我们发现,一定分子式的所有可能的Lewis结构式都存在.考虑到在主碳链上可以接上支链,就不难正确地估计到四个碳的烷烃有以下两种: H | H―C―H H H―C―H H―C―H H H―C―H H―C――― C―H H―C―H H―C―H H H H 丁烷 2―甲基丙烷 例题10.1 证明丁烷的结构是八隅规则相一致的. 解 每一个碳原子有四个价电子,每一个价电子处在碳原子周围的一个sp3成键轨道上.每一个氢原子有一个价电子.碳原子彼此之间以及碳原子和氢原子之间共享电子,以使碳原子享有八个电子;

碳的四个键中,每个键有两个电子.而每个H原子将享有两个电子.我们只要把原子按已经的结构放在一起,就很容易满足这些条件;

在图中,氢提供的电子以圆圈标出. 上面画出的C4H10的两个结构式说明了一个普遍的事实,即在有机化学中,一个给定的分子式并非只能引出唯一的一种分子结构.虽然两个四碳烷烃――丁烷和2―甲基丙烷都具有同样的分子式C4H10,但它们是两种截然不同的有着各自特殊物理性质和化学性质的化合物.象这样具有相同分子式但有不同分子结构的化合物叫做同分异构体.同分异构现象在有机化学中非常普遍,这也是各种有机化合物有这样巨大数目的原因之一.对于小分子,找出可能存在的同分异构体数目是很容易的(例题10.2). 例题10.2 分子式为C5H12的分子有多少个同分异构体? 解 首先画出直链结构的简图: H H H H H H―C―C―C―C―C―H H H H H H (I) 图中氢原子正好有十二个.由于每个碳原子有四个键,每个氢原子有一个键,所以这是一个正确的Lewis结构式. 当找到了一个正确的结构式之后,我们就需要确定所有不相同的另外的结构式.下面给出两种这样的结构(仅画出碳的骨架): ―C―C―C―C― ―C― | ―C― ―C―C―C― ―C― 在结构II中,最长的碳链由四个原子组成,所以II和I是明显不同的.同样,在结构III中,最长的碳链只有三个碳原子,所以它和I、II都不同.考察结构I、II和III,读者会注意到另一个重要的使彼此相区别的不同点.在I中,没有一个碳原子同两个以上的碳原子相连.在II中,有一个碳原子和三个另外的碳成键.在III中,位于中间的碳原子与另外四个碳原子成键. 此刻,如只用笔和纸工作,读者也许想画出其他的结构,如: ―C―C―C―C― ―C― 或者 ―C―C―C―C― ―C― 但是,略加思考(或参看一套分子模型)将使我们确信,事实上这些结构和以前写的是一样的.特别是,第一个结构象I一样,有一个五个碳的链,其中没有一个碳原子是和两个以上另外的碳相连的.第二个结构象II,它有一个四个碳的链和一个与三个碳成键的碳原子.结构I,II和III代表着C5H12的三种可能的同分异构体,再没有其他的了. 随着碳原子数目的增加,我们发现可能有的结构式的数目上升得很快.例如,六个碳的烷烃就有五种可能的结构.所有这五种结构都是已知的;