精品课资料 第1部分有机化学概论 电子教案 渤海大学化学化工学院
1 精品课资料 第1部分 有机化学概论 电子教案 渤海大学化学化工学院
渤海大学教案用纸 年月 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.有机化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 、有机化合物( Organic Compound) 1.什么是有机化合物 C、H此外O、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 有机化学 有机化学( Oragic Chemistry):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 §12有机化合物的结构特征 、有机化合物构造式表示法 2
2 渤海大学教案用纸 年 月 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．有机化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（Organic Compound） 1．什么是有机化合物 C、H 此外 O、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（Oragic Chemistry）：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 一、有机化合物构造式表示法
以碳为骨架:碳与其本身或其它元素(H、O、N、P、S、Ⅹ等)以共 价键相连接。例: 碳链:C-C-CC 碳环 B 杂链:C-C-C-C 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一一诱导效应 以卤代羧酸的酸性为例,说明键的极性对酸性的影响 RCOOH Ho RCOo H3O Ka IRCOOJIH3O] IRCOOHJ Ka=-lgKa pKa越小,酸性越强,参看教材P2表1-7。从表中数据可以看出 烃基的H被ⅹ取代后,酸性增强 在烃基的同一位置引入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>I) 原因:碳卤键强极性的影响,成键电子对偏向卤原子一边,使羧基上 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,酸性増强。 诱导效应( Inductive effect):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)使羧酸的酸性増强 HI效应(给电子)使羧酸的酸性减弱 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 、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 以碳为骨架：碳与其本身或其它元素（H、O、N、P、S、X 等）以共 价键相连接。例： 碳链：C—C—C—C 碳环： 杂链： C C C C Br 杂环： O 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 以卤代羧酸的酸性为例，说明键的极性对酸性的影响 RCOOH H2O RCOO - H3O + + + Ka = [RCOO - ][H3O + ] pKa=-lgKa [RCOOH] pKa 越小，酸性越强，参看教材 P12 表 1-7。从表中数据可以看出： ⚫ 烃基的 H 被 X 取代后，酸性增强 ⚫ 在烃基的同一位置引入 X 越多，酸性越强 ⚫ 引入的 X 离—COOH 越近，酸性越强 ⚫ 碳卤键的极性越大，酸性越强（F>Cl>Br>I） 原因：碳卤键强极性的影响，成键电子对偏向卤原子一边，使羧基上 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（Inductive Effect）：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）使羧酸的酸性增强 +I 效应（给电子）使羧酸的酸性减弱 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
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。 、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”(<<ls) 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 、试剂的分类 可分为自由基试剂和离子试剂 1.自由基试剂: 光或热 2Cl. 光或热 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、CI、Br'、SO3、BF3、 AlCl3、NO2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、NH2、N、H、HO、N等 有机物与亲核试剂的反应称为亲核反应。 作业 有些试剂可以是亲电试剂,也可以是亲核试剂,如:H2O §14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 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 、按碳架分类
4 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”（<<1s） 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： Cl 2 2Cl 光或热 光或热 Br 2 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、AlCl3、+ NO2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、- NH2、- CN、- CH3、H2O、NH3等 有机物与亲核试剂的反应称为亲核反应。 有些试剂可以是亲电试剂，也可以是亲核试剂，如：H2O §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。 一、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 作业： 1-6 1-7
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、O等 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。 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。 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:CH-甲基 Me CH3 CH2CH2-正丙基npr CHCH一 CH3CH2乙基EtCH 异丙基ipr CH3CHCH2CH-(正)丁基nBu CH3-CH2-CH- CH仲丁基sBu CH/CH-CH 异丁基iBu CH CHt C 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:CH亚甲基 CHCH亚乙基 B.两个价分别在不同原子上,如:一CH2CH21、2一亚乙基 一CH2CH2CH21、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 CH次甲基 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 (C6Hs)3C。CH2=CHCH2 、表示链异构的形容词
5 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、O 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 Me CH3CH2CH2— 正丙基 n—pr CH3CH2— 乙基 Et CH3 CH3 CH 异丙基 i—pr CH3CH2CH2CH2 （正）丁基 n-Bu CH3 CH3 CH2 CH 仲丁基 s-Bu CH3 CH CH3 3 CH 异丁基 i-Bu CH3 CH3 C CH3 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：—CH2CH2— 1、2—亚乙基 —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： CH 次甲基 C CH3 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 CH2 CHCH2 二、表示链异构的形容词
1.正:C 2.异 3.新 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 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10表示 两个C相连的称为仲碳原子或二级碳原子,以20表示;与三个C相连 的称为叔碳原子或三级碳原子,以30表示;与四个C相连的称为季碳原 子或四级碳原子,以40表示。 CH3-CH-CH2 CH3 CH3-C -CH3 例:CH3CH2CH H3 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 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。 CH3 CH3 CH3CHCH3 CH2-C--CH3 正丁烷 异丁烷 异丁烯 (CH3)3CCI (CH3)3CCH_Br CH3 CHCH, CH3 (CH3)CHCHO 叔丁基氯新戊基溴 仲丁醇 异丁醛 (CH3)CHCOOH CH3OCCH3) CHCOCHCH 异丁酸 甲基叔丁基醚 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:HOCH2CH2COOH3-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”。 CH3 CHCH2 CH2CHCH2CHCH 例: Br
6 1．正：C—C—C—C—C 2．异： C C C C 3．新： C C C C 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 0 表示； 与 两个 C 相连的称为仲碳原子或二级碳原子，以 2 0 表示；与三个 C 相连 的称为叔碳原子或三级碳原子，以 3 0 表示；与四个 C 相连的称为季碳原 子或四级碳原子，以 4 0 表示。 例： CH3 CH2 CH3 1 0 1 0 2 0 3 0 CH3 CH CH2 CH3 CH3 4 0 CH3 CH3 C CH3 CH3 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。 例： CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH2 C CH3 CH3 CH3 正丁烷 异丁烷 异丁烯 (CH3 )3CCl (CH3 )3CCH2Br CH3CHCH2CH3 OH (CH3 )2CHCHO 叔丁基氯 新戊基溴 仲丁醇 异丁醛 (CH3 )2CHCOOH CH3OC(CH3 )3 CH3COCH2CH3 异丁酸 甲基叔丁基醚 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：HOCH2CH2COOH 3-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”。 例： CH3CHCH2CH2CHCH2CHCH3 Br Br Br 正：2，4，7-三溴辛烷 误：2，5，7-三溴辛烷
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>CbF>O>N>C>H b.第一个相同比较第二个,依次类推。 C.双、叁键可分解为连有两个或三个相同原子。 CH, CH- CH 相当于 例: C 4.写出全称: CH3 CH, CHCH, CHCH,CH,OH 例: CH CH, CH 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RS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」官能团位置异构 官能团异构 同分异构 互变异构 构型异构「顺反异构 立体异构 l光学异构 构象异构
7 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>H D>H b.第一个相同比较第二个，依次类推。 例：—CH2Cl>—CH3 c.双、叁键可分解为连有两个或三个相同原子。 例： C CH CH2 相当于 CH2 CH 4．写出全称： 例： CH3 CH3CH2CHCH2CHCH2CH2OH CH2CH3 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 官能团位置异构 官能团异构 同分异构 互变异构 构型异构 顺反异构 立体异构 光学异构 构象异构
§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 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 烷烃碳链异构体数目的推导 在烷烃同系列中,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(ClH)有两种同分异构体: C-C-C-C(正) C=C-C(异) 戊烷(CsH12)有三种同分异构体: C-C-C-C-C(正) 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。在烷烃分子中,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 对于低级烷烃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 (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: ②C-C-C=C=C:③C 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-C-C-C 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 CH3 CH2 CH2 CH2CH2 CH3 或CH3(CH2)4CH3;或 也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。 官能团位置异构
8 §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： 烷烃碳链异构体数目的推导。 在烷烃同系列中，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(C4H10)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） C C C C C C （异） C C C C 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。在烷烃分子中，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： 对于低级烷烃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：① C—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： ② C C C C C C ； ③ C C C C C C ； ④ C C 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： ⑤ C C C C C C ；⑥ C C C C C C 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 也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
CH3CH, CH,CH,Br CHa CH,CHCH CH,CHCH, Br 例如 CH CH2=CHCH CY, OH CH3 CH=CHCH3 (CH3)C=CH2 O-oH CH=O-oH CH3 官能团异构 例如:分子式为C2HO,结构式可以是 CH3CH2OH(乙醇),也可以是 CH3OCH3 (乙醚)。 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, CH:= -CH3-C-CH2-C-CH3 §3-2顺反异构 这部分内容我们将放在烯烃的命名一节中学习。 §3-3光学异构现象 、平面偏振光和旋光性 (一)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。 个不 米 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。 米 (二)旋光物质 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) 、手性和对称性
9 例如： CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CHCH3 Br CH3CHCH2Br CH3 CH2 CHCH2CH3 CH3CH CHCH3 (CH3 )2C CH2 CH3 OH OH CH3 OH CH3 三、官能团异构 例如：分子式为 C2H6O，结构式可以是 CH3CH2OH（乙醇），也可以是 CH3OCH3 （乙醚）。 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， CH CH3 CH3 OH CH3 CH3 C O C C O C O CH2 §3-2 顺反异构 这部分内容我们将放在烯烃的命名一节中学习。 §3-3 光学异构现象 一、 平面偏振光和旋光性 （一）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。 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。 （二）旋光物质 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。 盛液管 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（α） 二、手性和对称性
(一)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) (二)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Qb=+3.8“+”右旋 发酵乳酸lab=-3.89“-”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 -C*COOH CH3CH2C←CH CH, CH,-C&,OH CH (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。此外,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,下面我们就介绍几种常见的对称因素 1.对称面(σ) 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 CHChCH3 CHClCHCI 3 C=C (E)-1,2一二氯乙烯 结论:分子中有一个对称面σ,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(t 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 （一）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）。 （二）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 D = +3.8 0 “+”右旋 发酵乳酸 D =－3.8 0“－”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： CH3 COOH OH H C* CH3CH2 CH3 Cl H C* CH3 CH2 CH3 CH2 OH H C* （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。此外，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，下面我们就介绍几种常见的对称因素。 1．对称面（σ） 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： CHCl2CH3 CHCl=CHCl Cl C CH3 Cl H C C H H Cl Cl (E)－1，2－二氯乙烯 结论：分子中有一个对称面 σ，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（ί） 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
