【化学课件】第1部分 有机化学概论

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第1部分有机化学概论

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渤海大学化学化工学院

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第一章绪论

教学目标：

1.了解有机化学研究的对象及其在现代化建设中的重要作用

2.掌握价键理论的要点、共价键的属性及诱导效应的理论

3.掌握有机试剂的分类

4.了解有机反应的类型

教学重点、难点：

1.谓机壮合物的结构特征和有机反应类型

2.诱导效应的概念、有机反应中间体、亲电试剂和亲核试剂

教学方法、手段：讲授、CAI课件辅助教学。

教学内容：

§1-1有机化合物和有机化学

一、有机化合物（OrganicCompound）

1.什么是有机化合物

C、H此外0、N、X、S、P

例外：C、CO、CO2、CS2、HCN等简单碳化合物属于无机物。

有机化合物：碳氢化合物及其衍生物

（有机化合物的母体）（碳氢化合物中的氢原子被其他原子或基

团取代后的化合物）

2.有机化合物的特点

（1）液体有机化合物挥发性大

（2）固体有机化合物熔点较低

（3）几乎不溶于水

（4）容易燃烧

（5）反应速率较慢，常伴有副反应

（6）分子中原子间-一般以共价键连接

二、有机化学

有机化学（OragicChemistry）：研究有机化合物的化学，是一门研究

有机化合物的组成、结构、性质及变化规律的科学。

1.有机化学的发展简史（自学）

2.有机化学展望

•理论与实验并重的学科

•分支学科：有机天然物化学、物理有机、量子有机、有机合

成等

•孕育形成新学科：与数学、物理学、生物学等相互渗透交叉,

如：金属有机、有机催化、生物有机、计算化学等

•其他：以有机为基础，如：石油化工、医药、农药、涂料、

合成材料

§1-2有机化合物的结构特征

-、有机化合物构造式表示法

2

以碳为骨架：碳与其本身或其它元素（H、0、N、P、S、X等）以共

价键相连接。例：

碳链：C—C—C—C

碳环：

Br

杂链：ccCC

o

杂环：

连接方式：单键、双键、叁键

分子的构造式：表示分子构造的化学式，有多种表示法：路易斯构造

式、短线构造式、缩简构造式、键线构造式。

二、共价键的形成（无机化学中已讲）

两种理论：价键理论和分子轨道理论

三、共价键的基本属性：键长、键角、键能、键的极性和极化性。

四、键的极性在链上的传递——诱导效应

以卤代竣酸的酸性为例，说明键的极性对酸性的影响

-+

RC00H+H2O---------RCOO+H30

[RCOO][HO+]

Ka3

[RC00H]

pKa=-lgKa

pKa越小，酸性越强，参看教材P12表1-7。从表中数据可以看出：

•危基的H被X取代后，酸性增强

•在煌基的同一位置引入X越多，酸性越强

•引入的X离一COOH越近，酸性越强

•碳卤键的极性越大，酸性越强（F>Cl>Br>D

原因：碳卤键强极性的影响，成键电子对偏向卤原子一边，使竣基上

的氢更容易以质子的形式解离。同时，偏移使生成的酸根上的负电荷得以

分散，稳定，酸性增强。

诱导效应（InductiveEffect）：简称为I效应，是由极性键的诱导作用

而产生的沿其价键链传递的电子偏移效应。

诱导效应分为：静态诱导效应（极性键表现出来的）

动态诱导效应（在化学反应过程中由于外电场的影响

所产生的极性键所表现出来的）

规则：沿化学键由近而远传递，距离越远影响越小。一般传递三个化

学键以上，影响可忽略。

诱导效应又可分为：-I效应（吸电子）使竣酸的酸性增强

+1效应（给电子）使竣酸的酸性减弱

通常情况下，原子或基团的吸电子能力顺序为：

§1-3有机反应类型和试剂的分类

一、反应类型

共价键的断裂方式：

1.均裂：产生自由基，条件是光照、辐射或加热。相应的反应称为

均裂反应或自由基反应。

3

2.异裂：产生正、负离子，条件是除使用催化剂外，多数是由于极

性试剂进攻共价键或反应在极性溶剂中进行。相应的反应成为异裂反应或

离子型反应。

二、有机反应中间体

前面提到的自由基、碳正离子、碳负离子，都是在反应过程中生成的

活泼的中间体，通常是高活泼性的，在反应中以一种“短寿命”（〈〈Is）

的中间物存在，很难分离出来。当连接能够稳定这些电荷或单电子的某种

基团才能存在较长时间。活泼中间体可以由近代仪器检测出来。

三、试剂的分类

可分为自由基试剂和离子试剂：

1.自由基试剂：

Cl2光或热-2cl•

u光或热2

Br2-2Br,

卤素是自由基试剂。

过氧化物、偶氮化物，受热分解成为初始自由基，引发自由基反应，

也称为自由基引发剂。

2.离子试剂：

（1）亲电试剂：从与它反应的有机物的原子处获得电子对，并与之共

有形成化学键。例如H\Cl*、Br\SO3、BF3>AIS、RO2等

有机物与亲电试剂的反应称为亲电反应。

（2）亲核试剂：试剂把电子对给予有机物与它反应的那个原子，并与

之共有形成化学键。例如OH、NH?、CN、CH.比0、NH3等

3作业:

有机物与亲核试剂的反应称为亲核反应。

1-6

有些试剂可以是亲电试剂，也可以是亲核试剂，如：H0

21-7

§1-4溶剂的分类及溶剂化作用

离子型有机反应一般都是在溶剂中进行的，溶剂可改变反应速率，也

可以改变反应机理。

•、溶剂的分类

1.按极性分：极性溶剂和非极性溶剂

2.按结构分：质子溶剂和非质子溶剂

二、溶剂化作用

在溶液中，溶质被溶剂分子所包围的现象称为溶剂化。

第二章有机化合物的分类及命名

教学目标：

1.了解有机化合物的分类方法

2.掌握有机化合物的IUPAC命名方法的基本原则

教学重点、难点：

命名方法概述及系统命名法的基本方法

教学方法、手段：讲授、CAI课件辅助教学

教学内容：

§2-1分类方法

一、按碳架分类

4

1.开链化合物

碳原子连接成链状，最初是从动物脂肪中获得，因此，又称为脂肪族

化合物。

2.碳环化合物

碳原子相互连接成环状结构，又可分为：

(1)脂环化合物

(2)芳香族化合物

3.杂环化合物

成环原子除碳原子外，还有杂原子，如N、S、。等。

二、按官能团分类

官能团是分子中比较活泼容易发生化学反应的原子或基团，对化合物

的性质起着决定性的作用。

一些常见的官能团见P20-21表2-1。

§2-2命名方法

有机化合物的命名方法主要是根据IUPAC公布的《有机化学命名法》

和《有机化合物IUPAC命名指南》结合我国文字特点而进行。

一、基

1.一价基：一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基团，剩余的部

分为一价基，简称为“基

请同学们熟记：CH3—甲基MeCH3cH2cH2—正丙基n—pr

CH'H

EtCH「CH一异丙基i一pr

CH3cH2一乙基

CH3cH2cH2cH2—(正)丁基n-Bu

CH3-CH2-CH-

2H3

仲丁基s-Bu

CH2』

J/CH-CH—

CH3异丁基i-Bu

CHK

CHJ-C-

CH<叔丁基t-Bu

2.亚基：一个化合物从形式上消除两个单价或一个双价的原子或基团，

剩余的部分为亚基。亚基有两种形式

＞

A.两个价集中在一个原子上，如：CH2亚甲基

)CHCH3亚乙基

B.两个价分别在不同原子上，如：一CH2cH2—1、2—亚乙基

一CH2cH2cH2—1、3—亚丙基

3.次基：一个化合物从形式上消除三个单价的原子或基团，剩余的部分

为次基。

如：7cH次甲基；LCH3次乙基

4.自由基：一个化合物从形式上消除一个单电子的原子或基团，而构成

带有未成键的单电子，称为自由基。例如：

CH3*(C6H5)3C•CH2CHCH2•

二、表示链异构的形容词

5

LX-吐

C-c

I

款c

yJFC

2.-C

C-C—c

3.新：c

4.伯、仲、叔、季：

有机化合物分子中碳原子所处的位置并不是完全一样的，有的碳只与

一个碳相连，有的碳分别与两个、三个或四个碳原子相连，因此，为了区

别，我们把直接与一个C相连的称为伯碳原子或一级碳原子，以1°表示;

与两个C相连的称为仲碳原子或二级碳原子，以2°表示；与三个C相连

的称为叔碳原子或三级碳原子，以3°表示；与四个C相连的称为季碳原

子或四级碳原子，以4°表示。

3。4。产

]02°1°CH3-QH-CH2cH3CH3^-CH3

例.CH3CH?CH3CH3CH3

在上述四种碳原子中，除了季碳原子外，其他都连有H,那么，我们把与

伯、仲、叔C原子结合的H原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。值得注

意的是，不同类型的氢原子的反应性能是有一定差别的。

三、普通命名法

对于结构简单的化合物，命名方法：用甲、乙、丙、丁……壬、癸、

十一、十二、……表示分子中碳原子数目，用表示链异构的形容词表示碳

链结构。

CH3cH2cH2cH3CH3cHe也CH2CCH3

CH

例：3CH3

正丁烷异丁烷异丁烯

（CH3）3CCI（CH3）3ccH2BrCH3cHeH2cH3（CH3）2CHCHO

OH

叔丁基氯新戊基溟仲丁醇异丁醛

(CH3)2CHCOOHCH3OC(CH3)3CH3coeH2cH3

异丁酸甲基叔丁基酸甲基乙基酮

有的还保留俗名,如：蚁酸、醋酸、甘油等。

§2-3系统命名法

这一部分内容我们把它分散到以后每一章中具体讲解，这里先简单了

解一下其基本方法。

1.选主要官能团：通常按表2-1官能团的排列顺序选择化合物中的

主要官能团，习惯上把排在前面的官能团选做主要官能团，排在后面的看

作是取代基。

例：HOCH2cH2C00H3-羟基丙酸

2.定主链位次：选择含有主要官能团，取代基最多的最长碳链为主

链，从靠近官能团的一端开始编号，编号要遵守“最低系列原则”。

CH3cHeH2cH2cHeH2cHe%

例：BrBrBr

正：2,4,7-三溟辛烷误：2,5,7-三浪辛烷

6

3.确定取代基列出顺序：主链上有多个取代基或官能团时，按“顺

序规则”，较优基团后列出。

•顺序规则：a.原子序数大者为较优基团，若为同位素，则质量高

者为较优基团。

例：I>Br>Cl>F>O>N>C>HD>H

b.第一个相同比较第二个，依次类推。

例：—CH2CI>—CH3

c.双、叁键可分解为连有两个或三个相同原子。

CH2

CHCH2相当于CH

例：c

4.写出全称：

CH3cH2cHeH2cHeH2cH20H

例：CH3CH2cH3

5-甲基-3-乙基(-1-)庚醇

第三章有机化合物的同分异构现象

教学目标：

1.了解物质产生旋光性的原因，掌握分子结构与对映异构的关系

2.了解旋光性、比旋光度的概念，掌握手性、对映体、内消旋体、外

消旋体等概念

3.掌握构型的R/S表示法

4.了解立体化学在研究反应历程中的应用

教学重点、难点：

1.构造异构现象

2.手性和对称性

3.手性碳构型表示与标记

4.费歇尔投影式与分子构型

教学方法、手段：

讲授、球棒模型演示与练习，CAI课件辅助教学。

教学内容：

同分异构现象是指化合物具有相同的分子式，但有不同的结构和性质

的现象。具有同分异构现象的化合物互称为同分异构体。同分异构现象在

有机化学中普遍存在，其本质是分子中原子成键的顺序和空间排列方式不

同。我们可以作以下的归纳：

"碳架异构

「构造异构J官能团位置异构

1官能团异构

同分异构《〔互变异构

「构型异构J顺反异构

I立体异构4t光学异构

、构象异构

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§3-1构造异构现象

构造异构：分子式相同，分子中原子连接顺序和方式不同。

一、碳架异构

碳原子相互连接的顺序和方式不同，构成不同的碳链或碳环。例如：

烷煌碳链异构体数目的推导。

在烷烧同系列中，甲烷、乙烷、丙烷只有一种结合方式，没有异构现

象。从丁烷起具有同分异构现象。

比如：丁烷（CN。）有两种同分异构体：

C―C―C―C（正）

C

C—C-C（异）

戊烷（C5H12）有三种同分异构体：

c—c—c—c—C（正）

Cc

c—c—C―CC—c—C

c（异）c（新）

我们明显可以看出，这两种丁烷（或三种戊烷）是由分子中碳原子的

排列方式不同而产生的。同分异构体所含的原子种类和数目都相同，只是

彼此连接的方式不同，所产生的碳链则不同，结构上的差别必然导致它们

在性质上的差别，反之亦然。在烷烧分子中，随着碳原子数的增加，异构

体的数目增加也很快，当C25时，异构体的数目可达3679万多个，数目惊

人。

同分异构体的推导方法：

对于低级烷煌的同分异构体的数目和构造式，我们可以这样推

导，以C6H14（己烷）为例：

（1）写出最长的碳链：①c—c—c—c—c—C

（2）写出少一个C原子的直链，把剩下的一个C作为支链，加在主链

上，并依次变动支链的位置：

ccC

III

（2）C—C-C—C—C.③C—C—C—C―C.④c-c—c—c-c

再写出少两个碳原子的直链，把剩下的两个碳原子作为支链，有两种情况:

A、当作两个支链：

c—f—cc—c—f—C

⑤Cc；⑥c

最后加上氢原子就得到了己烷的五种异构体的构造式（②、④相同），书

写构造式时为了方便起见，还可以使用简化的式子，如：

CH3cH2cH2cH2cH2cH3

或CH3（CH2）4cH3；或常常只写碳干省略氢原子。

课后，同学们可以试着写出庚烷的同分异构体的构造式和简化式。

二、官能团位置异构

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CHCH,CHCH,BrCHCHCHCHCHCHCHBr

例如：3-232Br33品2

CH2=CHCH2CH3CH3CH=CHCH3（CH3）2C=CH2

/OH

Q-OHOCHrO-OH

CH3^CH3

三、官能团异构

例如：分子式为结构式可以是乙醇）,也可以是

G&O,CH:SCH20H（CH30cH3

（乙醛）。

四、互变异构：动态平衡，很快地互相转变。例如，酮与烯醇的互变异构,

OH

§3-2顺反异构

这部分内容我们将放在烯煌的命名一节中学习。

§3-3光学异构现象

一、平面偏振光和旋光性

（■■）偏光

光波是一种电磁波，它的振动方向与其前进方向是垂直的，并且可以

在垂直于它前进方向的任何可能的平面上振动。

__/HKa/

HU7

如果使光线通过尼科尔棱晶，它好象一个棱栅，只允许与棱晶晶轴互

相平行的平面上振动的光线透过，而在其它平面上振动的光线则被挡住，

这种只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。

若把偏振光透过一些物质（液体或溶液）有些物质（如水，酒精等）

对偏振光不发生影响，偏振光仍在原平面振动，但有些物质（如乳酸，葡

萄糖等）能使偏振光的振动平面旋转一定的角度。

这种能使偏振光振动平面旋转的性质，称为物质的旋光性。具有旋光性的

物质称为旋光物质或光学活性物质。

使偏振光振动平面向右旋转的旋光物质称为右旋体。

使偏振光振动平面向左旋转的旋光物质称为左旋体。

旋光物质使偏振光振动平面旋转的角度称为旋光度（a）

二、手性和对称性

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（-）手性的概念

相对映但不能重合的特征称为物质的手性。这和我们的左右手一样

（虽然很像，但不能重叠）。

（-）分子的手性与旋光性

手性分子都具有旋光性，也可以说旋光性分子具有手性的结构特征。

分子与其镜象能重合者为非手性分子，不具有旋光性。

分子与其镜象不能重合者为手性分子，具有旋光性。

具有手性是分子称为手性分子。如：乳酸（用模型演示）

例如:肌肉乳酸1端=+3.8。“+”右旋

发酵乳酸似1；°=-3.8°“一”左旋

我们把与四个不同的原子或基团相连接的碳原子称为不对称碳原子

或手性碳原子（通常用星号标出：C*）,是分子的不对称中心或称手性中

心。例如：

cH

OHVI

-

CH,-C*-COOHCH3CH2C*-CH3CH3cH21f=CH20H

HHCH3

（三）对映体和外消旋体

对映异构体：构造相同、构型不同，形成实物与镜象关系的两种分子

的现象称为对映异构现象，这种异构体称为对映异构体，简称为对映体。

对映体是成对的，它们的旋光能力相同，方向相反。

外消旋体：把等量的左旋体和右旋体混合起来，则无旋光性。

（四）对称性

物质具有手性就有旋光性和对映异构现象，那么，手性分子在结构上

又必须具备什么特点呢？也就是说我们以什么条件来判断某一分子是否

是手性分子呢？我们，知道分子中具有一个手性碳原子的就有手性，但分

子中有无手性碳原子并不是物质具有手性的必要条件。因为有许多具有手

性的物质其分子中并不含有手性碳原子。止匕外，有些具有两个或多个手性

碳原子的分子却不具有手性。因此，要判断某一物质是否具有手性，必须

考虑它是否缺少某些对称因素，下面我们就介绍儿种常见的对称因素。

1.对称面（O）

假如有一个平面可以把分子分割成两部分，而一部分正好是另一部分

的镜象，那么这个平面就是分子的对称面。例如：

CHC12cH3CHC1=CHC1

一。\

HCl（E）-l,2一二氯乙烯

结论：分子中有一个对称面分子是对称的，它和它的镜象能够互

相重叠是非手性分子，没有对映异构体和旋光性。

2.对称中心⑴

若分子中有一点P，如果在等距离的两端有相同的原子或基团，则P

10

称为分子的对称中心。例如：2,4一二氟一1,3—二氯环丁烷

结论：具有对称中心的分子合他的镜象是能重叠的，因此不是有手性,

没有对映异构体和旋光性。

3.对称轴

如果穿过分子画一直线，分子以它为轴旋转一定角度后，可以获得与

原来分子相同的形象，这一直线即为该分子的对称轴。例如：

当分子沿轴旋转360°/n,得到的构型与原来的分子重合，这个轴即为

该分子的几重对称轴，用Cn表示（见上例）

上述化合物都是非手性化合物，它们含有对称轴，同时也有。和「

但有些含有对称轴的化合物，却不含。和3也具有手性。

如：反式一1,2—二氯环丙烷（分子内包含有C2轴）

结论：有无对称轴不能作为判断分子有无手性的标准。

综上所述我们得出：

①物质分子凡在结构上具有对称面或对称面中心的就不具有手性,没

有旋光性；

②在结构上不具有对称面,又不具有对称中心的，这种分子具有手性,

具有旋光性；

③对称轴不能作为判断分子有无手性的依据，起决定作用的因素是对

称面和对称中心。

三、手性碳的构型表示式与标记

（一）构型表示式

1.球棒式：清晰直观，但书写麻烦。

2.立体透视式：清晰直观，但书写也较麻烦。

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COOHCOOH

c

H.=

c=

3.费歇尔（Fischer）投影式：书写方便。

以乳酸为例（用模型演示）

规则：一般将含碳原子放在竖立键方向，把与手性碳原子结合的横向

的两个键摆向自己，把竖立的两摆向纸后，然后把这样固定下来的分子模

型中各个原子或基团投影到纸面上，在投影式中，用一个十字交叉线，其

交点相当与手性碳原子，它位于纸平面上，垂直线所连的集团表示伸向纸

后，水平线所连的集团伸出纸前。

含有一个手性碳原子的投影式，具有以下关系：

（1）使整个费歇尔投影式或旋转90°或270°,就变成对映体，旋转180°

时表示同一光学异构体。

（2）其它取代基不动，交换两个取代基奇数次，变成它的对映体，交换

它的对映体，交换偶数次则为同一物质。

（3）让一个取代基不动，旋转另外三个取代基，还是原来的化合物构型。

COOHNH2

NH2CH3----NH2H----COOH

CH

即:CH3HNH23

（—）构型与旋光方向的标记

1.D/L构型标记法

这种方法是以旋光化合物——甘油醛为参照标准。规定:

CHO

HO--------HH

CH2OHCH2OH

右旋甘油醛左旋甘油醛

定为D型，用（+）定为L型，用"）

表示旋光方向表示旋光方向

其它化合物的构型则以此为参照，由D型甘油醛转化来的化合物

就是D型；由L型甘油醛转化来的就是L型。显然，这种规定是相对的，

有很大的局限性。

2.R/S构型标记法

这种方法是由C.KJngold和Prelog等提出的，是广泛使用的一种方法。

它是根据手性碳上四个不同原子或基团在“顺序规则”中排列次序来表示

手性碳的构型。对含有一个手性碳的化合物，作如下规定：假设该化合物

为Cabcd

（1）把连接在C*上的四个原子或基团（a,b,c,d）按大小顺序规则排列,

12

如：a>b>c>d

（2）把最小的原子或基团（d）放在离观察者对着眼睛最远的地方。

（3）其它三个集团按递减顺序（a-b-c）,若a-b-c为顺时针方向

排列的用“R”表示，若a-b-c为逆时针方向排列用“S”表示。

a-bfc顺时针为R型

G'、

即：a-bfc逆时针为S型

顺序规则：

（1）比较连接在C*上的第一个原子的原子序数，按由大到小排列,

同位素质量高者优先。

例：C*HFClBr（Br>Cl>F>H）氟氯溟甲烷

（R-）（S—）

（2）直接与C*相连的原子相同时，则比较与第一个原子相连的原子,

如果第二个又相同，则比较第三个，依次类推。例如：

Br

I

CH2a'（s—型）

（3）如果集团含有双键或叁键时，则当作两个或叁个单键处理。即:

-C=C一看作：Y—C-H葡乍：—H

例如：（C）：（O）

H

型CHOH

(S2（S一型）

四、Fischer投影式与分子构型

用Fischer投影式表示分子构型，也可以用R或S标记，方法如下：

（1）若与手性C项链的最小原子（或集团）位于横线上，去掉最小

基团后，其余三个基团按从大到小排列逆时针为R-（左手），若顺时针

为S—（右手）。

（2）若与手性C相连的最小原子或（基团）位于竖线上，去掉最小

13

基团后，其余三个基团按由大到小排列顺时针为R一（右手），若反时针

为S一（左手）。

例如：

（S）—2,3一二甲基一3,4-二氯丁烷（R）—3一浪一1一戊烯

五、含有两个手性碳原子化合物的光学异构现象

（一）含有两个不相同手性碳原子的化合物

在这类化合物中两个手性碳所连的四个集团是不完全相同的，例：

HOOC-C*H（OH）-C*HC1-COOH

以氯代苹果酸为例，它的两个手性碳分别连的四个集团不完全相同，

前面我们已经讲过，含一个手性碳原子的化合物在空间有两种不同的排列

方式，那么含有两个手性碳的化合物应有四种不同的构型，事实上也是如

此，用非歇尔投影5弋表示:

COOH：00H'00H'00H

H---------------0HHOHH--------------OH

VIHL.I-------HCI

COOHW

COOH,00H（00H

（I）(II)(III)（IV）

从上述构型中1可以看出，(I)和(II)互呈4竟象关系，旋光度数值

相等方向相反，是一对对映体，（III）和（IV）也是一对对映体。

如果将（I）和（H）或（III）和（IV）等量混合可组成外消旋体。

我们再来看（I）和（ni）,它们的投影式中，上面的手性碳构型是

相同的，但下面的手性碳构型相反，两个分子不呈镜象关系，我们把这种

不呈镜象关系的立体、异构体称为非对映异构体，简称非对映体，同样（I）

和（IV）、（II）和（HI）、（H）和（IV）也都属于非对映体。

非对映体的物理性质，如m.p,b.p,折射率，溶解度等都不同，［可也不

同，但旋光方向可能一致，也可能不一致，它们属同一类化合物，因此化

学性质相似，但由于各原子或原子团间的距离不完全相等，因此，反应速

度不等。

一般地说，当分子中含有n个不相同的手性C时，就有2n个光学异

构体，可以组成2恒个外消旋体，如果分子中含有相同的手性碳原子时，

其光学异构体的数目就要少于2%

（-）含两个相同手性碳原子的化合物

我们以酒石酸为例：HOOC-C*H（OH）-C*H（OH）-COOH

14

（I）（II）（III）（IV）

其中：（I）和（II）是对映体，其中一个右消旋体，一个左消旋体，

它们等量混合可以组成外消旋体，（IH）和（IV）也是呈镜象关系，似乎

也是对映体，但如果把（III）在纸面上旋转180°,即得到（W）,因此实

际上它们是同一物质。

从化合物（III）看来，实际在这个分子内有一对称面，实验测得这个

化合物无旋光性，象这种由于分子内含有相同的手性碳原子，分子的两个

半部互为镜象关系，从而使分子内部旋光性互相抵消的光学非活性化合物

称为内消旋体，内消旋体和外消旋体虽然都不具旋光性，但它们在本质上

是截然不同的，内消旋体是一种纯物质，而外消旋体是可以拆分成具有旋

光性的两种物质的。

若含有两个以上手性碳化合物的Fischer投影式，则对每一个C*分别

标记“R”或"S”，并注明标记的是哪一个碳。例如：

产

H-i—C1

—C1

C2H5C2为S—型；C3为R一型；

即为：（2S,3R）—2,3—二氯戊烷

第二篇煌及卤代煌

第四章SP'杂化碳化合物一饱和燃

教学目标：

1.熟悉烷烧的结构，掌握的命名方法。

2.会写脂肪煌的Newmann投影式，并能判断其稳定性。

3.了解饱和烧的卤代历程和饱和煌的制备方法。

重点、难点：Newman投影式的书写和稳定性的判定。

教学方法、手段：讲授、模型演练，CAI课件辅助教学。

教学内容：

•元素组成：C碳、H氢称为烧（碳氢化合物）

15

•分类：1、开链饱和烧一烷烽，2、环状煌一环烷煌

•用途：烷煌广泛地存在于自然界中，可作为燃料，也是化学工业主要原

料。石油、天然气的主要成分是烷烧。在我国这种资源是极为丰富的。

I链烷烧（烷烧）

通式：CnH2n+2

§4-1烷煌的命名及构象

一、烷烧的命名

烷蜂常用的命名法有两种：普通命名法和系统命名法。普通命名法我

们在第二章已经做过介绍，这里我们重点讲解系统命名法。

命名原则：选长链（支链多），编位次，支链始，（和最小）

写基名，简在前。

1.选取主链，含碳原子数最多，若具有等长碳链可作为主链时，选定

具有支链数目最多的碳链。

2.主链碳原子的位次编号：编号应从距离取代基最近的一端开始，也

就是让取代基的为此尽可能地小。若有多个取代基时，应使取代基的位次

和最小。

3.如果含有几个不同的取代基时，把小的取代基的名称写在前面，大

的在后；如果含有几个相同的取代基时，把它们合并起来。数目用“二、

三、四…”表示，其位次要逐个标明，位次的数字间用“，”隔开。命名

时，“，”和“一”往往容易被忽视，要特别引起注意。

烷基大小的顺序：甲基〈乙基〈丙基〈丁基〈戊基〈己基〈异戊基〈异丁基〈异

丙基＜仲丁基〈叔丁基

＜八

实例：例1：/'/'3-甲基己烷误：2-乙基戊烷（非长链）

例2：

c—C—c—C—C-C

c2-甲基-4-一乙基己烷

例3：（CH3）3CCH（CH3）CH2cH32,2,3—三甲基戊烷

CH3

CHpC-CH-CH—CH3

CH3误：3,4,4—三甲基戊烷

例4：CH3（CH2）3CH（C2H5）CH[CH（CH3）2]CH（CH3）CH2cH2cH3

4一甲基一6一乙基一5一异丙基癸烷

误：4一甲基一5——异丙基一6一乙基癸烷（非简在前）

更为复杂的是，如果支链上还有取代基时，这个取代了的支链的名称可以

放在括号中或用带撇的数字来标明支链中的碳原子（此内容不要求学生掌

握）。

C-C—C—c

C-C—C—C—C—C-C-C—c—C

c—c-c-cC

例：C2-甲基-5,5-二（1,1-二甲基丙基）癸烷

或2-甲基-5,5-二十1-二甲基丙基癸烷

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此外，不少有机物还习惯使用俗名，通常是根据来源或性质定名的。

如：甲烷——沼气或坑气

练习：用系统命名法命名下列化合物

CH3

CH3-(j：H-CH—CH3

1.M2,3一二甲基戊烷

俨2cH3

CH3(pHCHCH2CjHCH3

2.CH3CH32,5—二甲基—3一乙基己烷

误：2,5一二甲基一4一乙基己烷(位次和非最小)

2一甲基一4一异丙基己烷(非支链最多)

3.(C2H5)2CHCH(C2H5)CH2CH(CH3)22-甲基一4,5-二乙基庚烷

CH3CH2CH2CH-fHCH2cH2cH3

4.CH3cH2CH34一甲基一5一乙基辛烷

5.'人/\/己烷

6.।3一甲基庚烷

二、甲烷的结构

甲烷是稳定存在的最简单的有机化合物，它是天然气、石油的一种成

分。大量的实验证明，甲烷分子为——正四面体，碳原子相连的四个氢原

子居于四面体的四个角上。

现代物理实验方测定，甲烷的四个碳氢键完全相同键长都是0.109nm,

键角都是109°28\我们通常使用凯库勒模型(球棒模型)来帮助了解甲

烷分子的立体形象，形成甲烷分子正四面体构型的原因是碳原子sp3杂化。

碳原子在基态时电子排布是：Is22s22P2。其中2P轨道的两个电子是

未成键的，碳原子应当是二价，而实际上甲烷等有机化合物分子中的碳原

子一般都是四价而不是二价的。这可以用原子轨道杂化理论来解释。

原子轨道杂化理论设想碳原子在形成烷烧时，碳原子2s轨道的一个

电子跃迁到2P轨道上去。

田旺匚［上印干|刁书化

田2Px2Py2Pz女西媪LLIZIZITI

2S277sp3

激态激发态

这样碳原子就形成了四价，但一个S轨道，三个P轨道它们不仅在空

间上的伸展方向不同，而且能量也有差别。针对这一矛盾，杂化理论又设

想，在甲烷分子中，碳原子的四个成键轨道并不是纯粹的2s,2Px,2Py,2Pz

原子轨道，而是发生“杂化”重新组成能量相等的四个新轨道，因为是由

一个S轨道和三个P轨道杂化形成的，所以称为SP3杂化。每个SP3杂化

轨道的形状都不同于S轨道P轨道，相当于1/4S成分和3/4P成分，它们

的空间取向是指向正四面体的顶点。当四个氢原子分别沿着四个SP3杂化

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轨道的对称轴方向接近碳原子时，氢原子1S轨道可以同碳原子sp3杂化

轨道最大限度地重叠，生成四个完全相同C—H键。

二、乙烷的构象

在乙烷（CE—CH3）分子中，当固定一个甲基不动，另一个甲基绕C

—C键自由旋转时，两个甲基上的氢原子的相对位置将不断地变化，产生

不同的空间排列方式。这种由于绕。键旋转而产生的分子中原子或基团在

空间的不同排列方式称为分子的构象异构。

在乙烷分子中，碳碳键自由旋转可以出现无数个构象异构体，为了表

示乙烷两个甲基相对旋转程度，比较方便的就是纽曼（Newman）投影式。

方法是：从一个键轴延长线方向看分子，用圆圈表示C—C键，用在圆心

相遇的线表示前边的原子伸出的键，被圆挡住的线表示后面原子伸出的

键。

当e=60°和e=0°时所形成的乙烷的两种构象是最具有代表性的，

称为极限构象异构体。用Newman投影式表示为：

交叉式重叠式

也可以用锯架式或楔形式表示。

\2H\/H

H,\HH

楔形式

相比之下，Newman投影式表示构象最为合适，因此经常使用。

乙烷的交叉式构象和重叠式构象是乙烷无数构象中最有代表性的两

种，交叉式也称为参差式或反叠式。重叠式也称为顺叠式。在重叠式构象

中，三对氢原子距离最近，最不稳定，因此，在乙烷分子的位能曲线图中

位于最高点；而在交叉式构象中，三对氢原子距离最远，最稳定，位于位

能曲线图的最低点，它们之间的位能差约为12.5KJ/mol,也就是说，由交

叉式转变为重叠式时必须吸收12.5KJ/mol的能量，反之，由重叠式转变为

交叉式时放出12.5KJ/mol的能量。

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我们知道，分子总是在不停地运动，它们互相碰撞时，发生能量交换,

有的分子得到能量，其中一部分转变为位能，如果这部分能量正好为

12.5KJ/mol,那么就会由交叉式转变为重叠式，反之，有的分子放出能量,

就会由重叠式转变为交叉式。因此，从理论上讲，乙烷分子的构象是无数

的，据计算，在25c时,这种转变每秒钟内发生的次数高达10"次,因此,

我们可以把乙烷看作是无数构象迅速平衡的分子混合物.很难分离出乙烷

的某•构象.温度越高，旋转的速度越快.但在低温时，交叉式增加，如在-170

℃时，乙烷分子绝大多数以交叉式存在..

四、正丁烷的构象：CH3cH2cH2cH3

我们在讨论正丁烷的构象时，为方便起见，把G,C4作为甲基，即把正丁

烷看成是1,2—二甲基乙烷，当整个分子绕着C2—C3单键旋转时，情况就比

乙烷复杂了,存在下面四种构象:

H

转60。转60。

CH

全重叠式3

邻位交叉式部分重叠式

（顺叠式）

（顺错式，顺交叉式）（反错式）对位交叉式

（反叠式，反交叉式）

从正丁烷分子能量变化曲线图（P94图5-2）可以看出，反交叉式能量最

低，其次为顺交叉式，而全重叠式能量最高，部分重叠式次之，也较高。

因此，我们可以得到结论，它们的稳定性顺序为：

反交叉式＞顺交叉式〉部分重叠式〉全重叠式

在室温下，丁烷主要以反交叉式（72%）和顺交叉式（28%）构象存在，其

它构象所占比例极少。

§4-2烷煌的物理性质（自学）

需要掌握的内容：

1.状态：G〜C4气体；C5-CI6液体；G7以上固体

2.沸点（b.p.）：

（1）直链烷烽：①分子量t-b.p.t②每增加一个CH2所引起的沸点

升高（△b.p.）逐渐减小。（原因？）

（2）支链烷煌：①相同分子量直链〜b.p＞支链〜b.p.,②支链越

多，b.p.越低,③支链一样多，对称性好的，b.p.

高

3.熔点（m.p.）：从丁烷开始，Mt,m.p.t

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含偶数C的烷慌的m.p.比奇数的升高得多一些（为什

么？）

4.溶解度：烷煌不溶于水，能溶于有机溶剂，尤其是煌类中，“相似相

溶”

§4-3烷煌的化学性质

烷蜂