有机化合物的结构命名和同分异构现象

有机化合物的结构命名和同分异构现象1第1页，共107页，2023年，2月20日，星期五一、有机化合物的结构1.共价键的一些基本概念(1)碳原子的轨道杂化：sp3、sp2、sp杂化(2)σ键与π键(3)电子的离域2第2页，共107页，2023年，2月20日，星期五碳原子的价电子层结构碳原子的轨道杂化碳原子的杂化3第3页，共107页，2023年，2月20日，星期五4第4页，共107页，2023年，2月20日，星期五sp3杂化示意图5第5页，共107页，2023年，2月20日，星期五sp2杂化示意图6第6页，共107页，2023年，2月20日，星期五乙烯中键的形成

7第7页，共107页，2023年，2月20日，星期五乙炔的结构Pz

Pysp杂化，直线型结构8第8页，共107页，2023年，2月20日，星期五苯分子中六个碳原子都以sp2杂化相互成键9第9页，共107页，2023年，2月20日，星期五10第10页，共107页，2023年，2月20日，星期五

1999年合成了一种新化合物，以X为代号，用现代物理方法测得X的相对分子量为64。X含碳93.8%，含氢6.2%，X分子中有三种化学环境不同的氢原子和4种化学环境不同的碳原子；X分子中同时存在C—C、C=C、C≡C等三种键，并发现其C=C比寻常的C=C短。试写出X的分子式和它的结构式。C5H411第11页，共107页，2023年，2月20日，星期五键和键

2、键能大，键稳定3、不易被极化键的特点：1、轴对称，自由旋转12第12页，共107页，2023年，2月20日，星期五π键的特点

1）π键没有轴对称，因此以双键相连的两个原子之间不能再以C-Cσ键为轴自由旋转，如果吸收一定的能量，克服p轨道的结合力，才能围绕碳碳σ键旋转，结果使π键破坏。

2）π键由两个p轨道侧面重叠而成，重叠程度比一般σ键小，键能小，容易发生反应。

3）π键电子云不是集中在两个原子核之间，而是分布在上下两侧，原子核对π电子的束缚力较小，因此π电子有较大的流动性，在外界试剂电场的诱导下，电子云变形，导致π键被破坏而发生化学反应。13第13页，共107页，2023年，2月20日，星期五

(1)键长

(2)键角

(3)键能

(4)偶极矩共价键的键参数14第14页，共107页，2023年，2月20日，星期五键的类型键长(pm)键能(kJ/mol)碳-碳单键154347.3碳-碳双键132601.9碳-碳三键120836.8碳-氢键11010415第15页，共107页，2023年，2月20日，星期五键长、键能偶极矩

C-FC-ClC-BrC-I键长139176194214pm键能456351293243kJ/mol

CH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-I偶极矩1.821.941.791.6416第16页，共107页，2023年，2月20日，星期五键的极性---偶极矩分子的偶极距是各键的偶极距向量和:

μ=0μ=0μ=1.94D

甲烷四氯化碳一氯甲烷*双原子分子中键的极性,偶极矩即分子的极性,偶极矩;

多原子分子中,分子中的偶极矩为各键的向量和。键的极性以偶极矩μ表示μ=q×d17第17页，共107页，2023年，2月20日，星期五3.有机化合物分子结构表示法路易斯电子式:凯库勒式:18第18页，共107页，2023年，2月20日，星期五结构简式:键线式:19第19页，共107页，2023年，2月20日，星期五二、有机化合物的分类1.按碳架开链化合物碳环化合物杂环化合物脂环化合物芳香族化合物有机化合物20第20页，共107页，2023年，2月20日，星期五2.按官能团化合物类别官能团名称（结构）举例烯烃碳碳双键C=C炔烃碳碳三键卤代烃卤素F,Cl,Br,I醇及酚羟基-OH硫醇及硫酚巯基-SH醚-O-硫醚-S-醛基-CHO酮基（羰基）-CO-羧基-COOH羧酸衍生物:酯、酰卤、酸酐、酰胺氨基-NH2硝基化合物-NO2磺酸基-SO3H21第21页，共107页，2023年，2月20日，星期五三、有机化合物的命名1.开链烃及其衍生物（含氧、氮、卤素）的命名2.环状化合物（包括单环脂烃、芳香烃，几个杂环化合物的母核）及其衍生物的命名3.顺反异构体及光学异构体的构型标记和命名22第22页，共107页，2023年，2月20日，星期五－COOH、－SO3H、－COOR、、－CONH2、－CN、－CHO、、－OH、－NH2、－OR、C≡C、C=C、R系统命名法2、选取含有主官能团及尽可能含较多官能团在内的碳链最长、取代基最多的碳链为主链。1、

按官能团的优先次序来确定分子所属的主官能团Note:

卤素、硝基、亚硝基在命名时都作为取代基。23第23页，共107页，2023年，2月20日，星期五3、将母体化合物进行编号，使主官能团位次尽量小，侧链位次最小。4、确定取代基位次及名称，按次序规则*给取代基列出次序，较优基团后列出5、按系统命名的基本格式写出化合物名称24第24页，共107页，2023年，2月20日，星期五1-10个碳,用“天干”顺序甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子的数目；

>10个碳,用十一、十二、十三……等数字表示。命名中的一些基本知识碳原子个数的表达25第25页，共107页，2023年，2月20日，星期五脂肪烃基常用R－来表示基的命名一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基团构成一价基，在烃类化合物中是除去一个氢原子以后的剩余部分。基根据相应母体的名称来命名。一价基:26第26页，共107页，2023年，2月20日，星期五27第27页，共107页，2023年，2月20日，星期五次序规则a.原子按原子序数的大小排列，同位数按原子量大小次序排列I、Br、Cl、S、P、O、N、C、D、H。b.对原子团来说，首先比较第一个原子的原子序数，如相同时则再比较第二、第三，以此类推。

28第28页，共107页，2023年，2月20日，星期五c.如果基团含有双键或三键时，则当作两个或三个单键看待，认为连有两个或三个相同原子。29第29页，共107页，2023年，2月20日，星期五在系统命名法中，取代基的排列顺序构型的确定双键化合物的Z/E

单脂环化合物的顺反(cis/trans)

旋光化合物手性碳的R/S次序规则的应用30第30页，共107页，2023年，2月20日，星期五有机化合物系统命名的基本格式31第31页，共107页，2023年，2月20日，星期五2，3，5−三甲基−4−丙基辛烷3,4,6-三乙基辛烷32第32页，共107页，2023年，2月20日，星期五3-羟基-4-氯环己甲酸3-甲氧基苯酚（间甲氧基苯酚）3-苯基丙酸2-甲基-6-氯庚烷33第33页，共107页，2023年，2月20日，星期五5-羟基己醛3-戊烯-1-醇3-羟甲基-1,7-庚二醇2-甲基环己酮1-环己基-2-丁酮34第34页，共107页，2023年，2月20日，星期五35第35页，共107页，2023年，2月20日，星期五顺-1，3-二甲基环己烷（Z）-5-甲基-3-异丙基-2-庚烯36第36页，共107页，2023年，2月20日，星期五（1R,2R）-2-甲基环戊醇（1R,2R）-1，2-环己二醇(R)-3-甲基-3-甲酰基-5-羟基戊酸(2S,4R)-4-氨基-2-氯戊酸37第37页，共107页，2023年，2月20日，星期五含支链的复杂取代基的命名5-（1-甲基丙基）癸烷(S)-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚38第38页，共107页，2023年，2月20日，星期五烯炔的命名首先选取含双键和叁键尽可能多且最长的碳链为主链。若有一种以上的选择时，则依下列标准顺次选择：（1）碳原子数目最多者（2）若碳原子数相同，则选择双键数目多者。从最靠近不饱和键（不管是双键还是叁键）的一端开始编号。若双键与叁键的位次号相同，则应使双键的位次号最小。原则：39第39页，共107页，2023年，2月20日，星期五3-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页，共107页，2023年，2月20日，星期五酰卤：相应的酸的酰基+卤素酯：相应的酸+醇的烃基酰胺：相应的酸的酰基+胺（若N上有取代基，则在基名称前用N标出）酸酐：相应的酸+酐羧酸衍生物的命名41第41页，共107页，2023年，2月20日，星期五酰卤酸酐乙酰氯2-溴丁酰溴苯甲酰氯乙二酰氯(草酰氯)顺丁烯二酸酐乙丙酐（乙酸丙酸酐）乙酸酐（醋酐）42第42页，共107页，2023年，2月20日，星期五酯酰胺苯甲酸乙酯β-甲基-γ-丁内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)己内酰胺43第43页，共107页，2023年，2月20日，星期五需了解几个化合物的俗名及缩写

蚁酸、醋酸、草酸、硬脂酸、软脂酸、酒石酸、肉桂酸、苦味酸、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、核糖、脱氧核糖、甘氨酸、卤仿、甘油；DMF、THF、DMSO、DNA、RNA。44第44页，共107页，2023年，2月20日，星期五蚁酸：又叫甲酸，化学式为HCOOH;醋酸：又叫乙酸，化学式为CH3COOH;草酸：又叫乙二酸，化学式为HOOC-COOH;硬脂酸：又叫十八酸，化学式为C17H35COOH;软脂酸：又叫十六酸，化学式为C15H31COOH;45第45页，共107页，2023年，2月20日，星期五46第46页，共107页，2023年，2月20日，星期五水杨酸没食子酸THF47第47页，共107页，2023年，2月20日，星期五甘氨酸：NH2CH2COOH卤仿：三卤代甲烷，如氯仿（三氯甲烷）；碘仿（三碘甲烷）甘油：又叫丙三醇，DMF：常用的有机溶剂，化学名为：N,N-二甲基甲酰胺，化学式为(CH3)2NCHODMSO：常用的有机溶剂，化学名为：二甲亚砜，化学式为(CH3)2SO48第48页，共107页，2023年，2月20日，星期五49第49页，共107页，2023年，2月20日，星期五核酸中的碱基50第50页，共107页，2023年，2月20日，星期五DNA：脱氧核糖核酸RNA：核糖核酸腺嘌呤脱氧核糖核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸51第51页，共107页，2023年，2月20日，星期五-D-核糖D-核糖-D-核糖52第52页，共107页，2023年，2月20日，星期五-D-2-脱氧核糖D-2-脱氧核糖-D-2-脱氧核糖53第53页，共107页，2023年，2月20日，星期五β-1,4-苷键β-D-吡喃葡萄糖D-吡喃葡萄糖纤维二糖葡萄糖糖类化合物及氨基酸的D、L标记54第54页，共107页，2023年，2月20日，星期五构造异构立体异构碳链异构官能团异构位置异构互变异构构型异构构象异构顺反异构对映异构同分异构连接的次序不同连接的次序相同，空间的排列方向不同四、有机化合物的同分异构现象55第55页，共107页，2023年，2月20日，星期五1、互变异构56第56页，共107页，2023年，2月20日，星期五β-D-吡喃葡萄糖α-D-吡喃葡萄糖开链式57第57页，共107页，2023年，2月20日，星期五（1）分子中要有限制自由旋转的因素。如：双键、环。（2）构成双键的任何一个碳原子(或环中的两个原子)所连接的两个原子或原子团都必须不相同。产生顺反异构的条件：2、顺反异构58第58页，共107页，2023年，2月20日，星期五

顺反异构的表示顺(同侧)反(异侧)

“较优”基团在双键同侧用字母“Z”表示，反之则以“E”表示。1.双键碳上有相同基团（顺/反）：2.双键碳上无相同基团(Z/E)：Note:Z,E包含（顺、反），顺≠Z，反≠E59第59页，共107页，2023年，2月20日，星期五60第60页，共107页，2023年，2月20日，星期五61第61页，共107页，2023年，2月20日，星期五3、对映异构构造相同，构型不同并且互呈镜象对映关系的立体异构现象称为对映异构。对映异构体最显著的特点是对平面偏振光的旋光性不同，因此也常把对映异构称为旋光异构或光学异构。互成镜像且不能重合62第62页，共107页，2023年，2月20日，星期五（1）前进方向与振动方向垂直（2）普通光线的振动平面平面偏振光63第63页，共107页，2023年，2月20日，星期五尼克尔棱镜——

普通光在通过尼克尔棱镜后形成的只在一个方向传播的平面光。偏振光64第64页，共107页，2023年，2月20日，星期五光学活性

——物质能使偏振光发生偏转的性质。光学活性

物质。

65第65页，共107页，2023年，2月20日，星期五旋光仪(polarimeter)起偏镜检偏镜66第66页，共107页，2023年，2月20日，星期五右旋和左旋

——

使偏振光振动平面向右旋转称右旋，+

——使偏振光振动平面向左旋转称左旋，-

——旋光活性物质使偏振光振动平面旋转的角度，用“α

”表示.旋光度67第67页，共107页，2023年，2月20日，星期五α

l×c[α]Dt=t:测定温度(℃)D:光源(钠D线，589nm)l：旋光管长度(dm)c：溶液浓度(g·mL-1orkg·L-1), 纯液体为密度通常还要注明溶剂如：[α]D20=+98.3o(c,0.05,CH3OH)比旋光度

——旋光活性物质的物理常数比旋光度:

在一定温度和波长（通常为钠光灯，波长为589nm）条件下，样品管长度为1dm，样品浓度为1g•mL-1时测得的旋光度。68第68页，共107页，2023年，2月20日，星期五手性与对称因素手性是物质具有对映异构现象和旋光性的必要条件，也即是本质原因。手性：实物与镜像不能重合的特点69第69页，共107页，2023年，2月20日，星期五什么样的分子具有手性（旋光性）？手性与分子的对称性密切相关，一个分子具有手性，实际上是缺少某些对称因素所致。70第70页，共107页，2023年，2月20日，星期五1)分子中有无对称因素具有对称面或者对称中心的化合物不具有手性.对称面对称中心71第71页，共107页，2023年，2月20日，星期五（2）分子中有无手性碳原子手性碳原子：与四个不同的原子或基团相连接的碳原子，用C*标出。有手性碳原子的分子有可能是手性分子。有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。有多个手性碳原子的分子要考察其分子中有无对称因素有对称面或对称分子中心的不是手性分子。72第72页，共107页，2023年，2月20日，星期五旋光异构体结构的书写一、透视式虚线表示在平面背后粗实线表示在平面前方实线表示在平面上73第73页，共107页，2023年，2月20日，星期五Fischer投影式书写规则（投影规则）用一个“+”字，其交叉点代表手性碳原子，按国际命名原则，将碳链放在垂直线上，氧化态较高的碳原子或它链中第一号碳原子在上，与垂直线相连的基团表示伸向纸后，远离读者，以水平线相连的基团表示伸向纸前，伸向读者。74第74页，共107页，2023年，2月20日，星期五注意：①分子中的主链以竖线表示；②手性碳原子不写出；③投影只能在纸面上转180°而不能转90°。④投影不能离开纸面翻转。二、Fischer投影式75第75页，共107页，2023年，2月20日，星期五首先把手性碳上所连的四个原子或基团根据顺序规则排出大、中、小、最小。观察者从最小原子或基团的的对面看，然后再观察这三个基团的大、中、小走向，顺时针为R，逆时针为S。方法：次序规则排次序，方向盘上定构型。旋光异构体的构型的R/S命名法76第76页，共107页，2023年，2月20日，星期五举例：按顺序规则：

Br>Cl>CH3>H

顺时针

R构型按顺序规则：

Cl>C2H5>CH3>H

逆时针

S构型1.对楔型式（或透视式）的命名77第77页，共107页，2023年，2月20日，星期五（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

最小基在横键上，纸面走向与实际走向相反。逆时针R,顺时针S.

最小基在竖键上，纸面走向与实际走向相同。逆时针S,顺时针R.

COOH小横反，竖不变78第78页，共107页，2023年，2月20日，星期五D/L和R/S命名法之间并无一定的对应关系。注意！说明C*上四个基团在空间排列的形象。是由仪器实际测定的。构型和旋光方向没有什么必然的对应关系79第79页，共107页，2023年，2月20日，星期五旋光异构体的数目和非对映体

含有1个手性碳原子的化合物具有1对对映体(21个)

一对对映体具有相同的熔点、沸点、密度，两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异。80第80页，共107页，2023年，2月20日，星期五81含两个手性碳的化合物含两个不同的手性碳(22个光学异构体)[a]D-7.1° +7.1°+9.3°-9.3°对映体非对映体对映体非对映体：旋光能力不同，许多物理、化学性质也不同。含多个手性碳原子化合物的对映异构81第81页，共107页，2023年，2月20日，星期五相同非对映体之间性质有明显差别含两个相同手性碳的化合物[α]D-12° +12° 0° 对映体非对映体同一物质由于分子中存在对称面的而使分子内部旋光性互相抵消的化合物，称为内消旋体

8282第82页，共107页，2023年，2月20日，星期五83含有n个不相同手性碳原子的化合物：旋光异构体的数目=2n；对映体的成对数目=2n/2；外消旋体数目=2n/2；n为不相同的手性碳原子数。含有n个相同手性碳原子的化合物：数目少于2n。83第83页，共107页，2023年，2月20日，星期五手性是判断化合物分子是否具有对映异构(或光学异构)的必要条件,分子具有手性,就一定有对映异构,而且一定具有旋光性。判断化合物分子是否具有手性,只需要判断分子是否具有对称面和对称中心,凡是化合物分子有具有对称面或有对称中心则不是手性分子。含有一个手性碳原子的分子必定是手性分子,含有多个手性碳原子的化合物分子不一定是手性分子,这种化合物可能有手性,也可能不具有手性(如内消旋体)。小结84第84页，共107页，2023年，2月20日，星期五不含手性碳原子化合物的对映异构含有碳原子以外的手性原子的化合物85第85页，共107页，2023年，2月20日，星期五86第86页，共107页，2023年，2月20日，星期五碳环化合物的对映异构2－羟甲基－1－环丙烷羧酸的立体异构顺式顺式反式反式对映体对映体(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)87第87页，共107页，2023年，2月20日，星期五环丙烷－1，2-二羧酸的立体异构反式反式对映体(Ⅱ)(Ⅲ）(Ⅰ)顺式内消旋体88第88页，共107页，2023年，2月20日，星期五构象异构由于围绕单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的排列形式，即是构象异构。单键旋转后可以产生无数个构象异构体，但有几种极端的构象。乙烷的重叠式、交叉式；丁烷的对位交叉式、部分重叠式、邻位交叉式、全重叠式；环己烷的船式和椅式；简单环己烷的稳定构象。89第89页，共107页，2023年，2月20日，星期五乙烷的构象透视式：

纽曼式：

90第90页，共107页，2023年，2月20日，星期五构象与能量关系示意图91第91页，共107页，2023年，2月20日，星期五正丁烷的构象正丁烷92第92页，共107页，2023年，2月20日，星期五正丁烷的构象，把C1和C4作甲基，然后C2-C3键旋转，其构象的纽曼式φ=0º,360ºφ=60°φ=120°φ=180°φ=240°φ=300°全重叠式邻位交叉式部分重叠式对位交叉式部分重叠式邻位交叉式

ABCDEF93第93页，共107页，2023年，2月20日，星期五正丁烷的构象与能量关系示意图94第94页，共107页，2023年，2月20日，星期五正丁烷和环己烷的构象95第95页，共107页，2023年，2月20日，星期五五、电子效应诱导效应：由于分子中原子或基团的电负性不同而产生的一种极化效应，它沿σ键传递，且渐远渐弱。-I：NO2>CN>F>Cl>Br>I>CC>OCH3>OH>Ph>C=C>H

+I：(CH3)3C->(CH3)2CH->CH3CH2->CH3->H吸电子诱导效应（－I）给电子诱导效应（＋I）

96第96页，共107页，2023年，2月20日，星期五在共轭体系中，由于电子离域而产生的效应，只存在于共轭体系中，传递时远而不弱。2.共轭效应（共轭稳定化）吸电子的共轭效应（-C）供电子的共轭效应（+C）共轭效应常见的基团:-NO2,-CN,-COOH,-CHO,-COR常见的基团:-NH2,,-OH,-OR,97第97页，共107页，2023年，2月20日，星期五98第98页，共107页，2023年，2月20日，星期五

3.在许多有