模块一有机化合物的结构.PPT

二、有机分子的官能团 ?　　　除碳和氢两种基本元素外，有机化合物还含有O、N、S、P、卤素等。这些化合物从结构上可以看成是碳氢化合物中氢被各种不同原子或基团取代后的产物，即烃的衍生物。如醇ROH可以看作是羟基取代氢的化合物，胺则是氨基取代氢的化合物。这些基团在有机分子中形成不同于C－C和C－H的极性共价键，它们往往是反应的活性中心，并且通过电子效应和空间效应影响到分子的邻位或空间距离相近部位发生变化。这些基团称为官能团（functional groups）。碳－碳双键和碳－碳叁键由于其π键的不饱和性常常成为反应的活性中心，因此也归属于官能团。 　　含氧官能团主要有羟基（O－H单键）、C－O单键和羰基（C=O双键）。通常，C－O单键和O－H单键中的氧是以sp3杂化轨道成键，而C=O双键中的氧是以sp2杂化轨道成键。无论采用哪种杂化方式，氧原子外层两对孤对电子都占据在杂化轨道上。如水、醇、醚和醛酮的结构： ??　　　含氮官能团有氨（胺）基（C－N单键）、亚氨基（C=N双键）和氰基（叁键），通常，C－N单键和N－H单键中的氮是以sp3杂化轨道成键，C=N双键中的氮是以sp2杂化轨道成键，而叁键中的氮是以sp杂化成键。 第二讲 有机化合物的同分异构现象 　　　　具有同一分子式，即分子组成相同，结构不同的现象称为同分异构现象（Isomerism）。????????????有机化合物的同分异构体是多层次的：可以分为构造异构体（Consititutional Isomers）和立体异构体（Stereoisomers）。构造异构体是指由于分子内各原子间的连接顺序或方式不同所形成的异构体。构造异构包括碳链异构、官能团异构和位置异构等，立体异构体是指分子内各原子间的连接顺序或方式相同，但是原子或基团在空间的排列不同所形成的异构体。其中立体异构体又分为构型异构体（Configurational isomers）和构象异构体（Conformational isomers）。当立体异构体需要经过断键与重新成键才能相互转化时，这样的立体异构体称为构型异构体，否则称为构象异构体。列表举例如下： 第三讲 烷烃和环烷烃的构象异构 　　　　?烷烃和环烷烃的构象异构是由饶s -单键键轴旋转导致分子中的原子在空间的距离发生改变，从而产生的一种异构。由于饶s -单键键轴的旋转可以是任意角度的，一个分子可以有无数个构象异构。 ????由于饶s -单键键轴的旋转不会影响s -键的强度，不同的构象异构之间的能量差主要来自分子中原子间距离不同产生的van de Waals斥力，而这种斥力造成的能量差并不大，例如乙烷的交叉式构象与重叠式构象的能垒仅12.1kJ·mol-1，而一般分子在室温下的热运动能量（～84 kJ·mol-1）足以克服这个能垒。可以说，每个分子都是处于各种构象式的不断交换中。从统计学概率上讲，多数分子处于能量较低的交叉式构象状态。 ?正丁烷较乙烷增加了两个碳，可以有绕C1－C2 、C2－C3 和C3－C4 ３个σ键旋转的不同构象式。其中，C1－C2和C3－C4的旋转情况是相同的，下图表示了正丁烷饶C2－C3轴旋转形成的各种构象以及势能分析情况。可以看出重叠式构象是较不稳定的构象。 ??　　六元环是自然界中发现最多的环系，这是因为六元环以十分稳定的构象存在。在这个构象中，基本上不存在任何张力。下图即为环己烷的稳定构象，可以容易看出2-C、3-C、5-C和6-C构成了一个平面，类似一张椅子面。1-C朝下，类似椅子腿，4-C朝上类似椅子靠背。因此该构象被形象地称为椅式构象（chair conformation）。 　　环己烷的椅式构象中，所有C－C－C键角均为111o，与sp3杂化轨道夹角109.5o十分接近，基本上没有角张力。用Newman投影式表示这一构象，可以清楚地观察到：椅式构象中任意两个相邻碳的构象全部为交叉式。因此不存在扭转张力。 ??　　环己烷除了椅式的稳定构象外，还有船式、半椅式和扭船式构象。它们的相对能量高低及转化过程如下图所示： 第四讲 烯烃和环烷烃的顺反异构 ??　　　烯烃分子中碳碳双键的π键电子云分布在双键平面的上下两方，限制了绕碳碳σ键的自由旋转。因此碳碳双键上所连接的基团具有两种不同的空间排布形式，例如，2-丁烯分子中的两个甲基可以处于双键碳原子的同侧，也可以处于双键碳原子的异侧。两个甲基在双键碳原子的同侧，称为顺式（cis-）；两个甲基在双键碳原子的异侧，称为反式（trans-）。 ???????　　IUPAC命名原则规定了双键构型的“Z、E”命名法：对于一个表示为下式的烯烃双键，首先使用次序规则确定双键碳上的四个取代基的排列优先顺序。如果AC，BD，则命名为“Z”型，用括号加在烯烃名称前面。如果A