第二章(有机) 有机化合物的命名

材料科学与工程学院学习要求：掌握有机化合物的构造和构型的几种表示方法，熟练掌握Fischer式、Newman式、锯架式和楔形式之间的互换。掌握烷烃，烯烃，炔烃，脂环烃，芳烃，卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸及其衍生物、含氮化合物的系统命名和普通命名法。掌握“Z，E”、“R，S”、“顺，反”立体构型的命名，了解“D，L”的命名了解杂环化合物、糖类及蛋白质的命名主要参考书：基础有机化学（上册）邢其毅等高等教育出版社2005.6同分异构构造异构立体异构碳架异构：烷烃的构造异构是由于碳干构造的不同而产生的官能团位置异构：如丁醇、2－丁醇官能团异构：如乙醇、二甲醚（又含互变异构：酮式、烯醇式）构象异构：单键旋转或环翻转而造成原子在空间的不同排列方式构型异构：构型也是指一定构造的分子中原子在空间的不同排列，但不同构型间转化要经过断键和再成键过程顺反异构光学异构第一节有机化合物的结构式及其表示方法一、有机化合物的同分异构现象组成有机化合物的元素种类虽然不多，但数目却非常多，因而在有机化合物的异构现象相当普遍表达有机分子结构的两种方式：构造式、构型式仅用分子式不能完全准确地表达一个有机分子！有机化合物结构式应表达出分子的以下特征：（1）分子中各原子的排列次序；（2）分子中各原子间相互结合的方式；（3）分子中各原子在空间的排布。只表示分子中各原子的排列次序及结合方式的式子叫做构造式，是两维平面的一种表示方式。构造式的常见写法：二、构造式1、点电子式2、价线式3、简化式4、缩写式5、键线式用两个圆点表示形成共价健的两个电子，放到成键两原子之间。各原子的成键关系、价电子数清楚。用一短线表示一个共价键，放在成键两原子间在价线式的基础上，将碳氢这间的短线省去，氢的数目用阿拉伯数字表示，并将其写在氢元素符号的右下角在简化式的基础上，将结构式中的短线都省去，氢的数目用阿拉伯数字表示，并将其写在氢元素符号的右下角只表示出碳链或碳环（统称碳架或分子骨架）和除碳、氢原子以外的原子或基团与碳原子连接关系，在链或环的端点、折角处表示一个碳原子化合物点电子式价线式简化式缩写式键线式丙烷丙烯丙炔苯三、构型式在具有确定构造的分子中，能表示出各原子在空间的排布方式的式子叫做分子的构型式。是立体的三维表示法。构型式的常用表示方法：1、分子模型为了形象地表明分子中各原子在空间的排布，往往借助分子模型表示。最常用的分子模型有两种圆球代表不同的原子木棍代表原子间的键根据实际测得的原子半径和键长按比例制成的模型球棒模型比例模型2.在纸平面上表示分子立体构型的式子有四种：COOHHHOCH3连在竖键上的原子或基团在纸平面之后，连在横键上的原子或基团在纸平面之前。横键和竖键的交叉点表示碳原子。Fischer不能随意书写：1、投影式不能离开纸面翻转。2、投影式可以在纸上旋转180º，不会改变基团的前后关系。3、投影式不能在纸面上转动90º。4、投影式中保持一个基团位置固定，而把另外三个基团顺时针或反时针调换位置，不改变原构型。Fischer投影式的写法用圆心表示前面的碳原子，用圆表示后面的碳原子，分别从圆心和圆上引出三条互为120°的射线作为价键，用以连接碳原子上的三个原子或基团。从Newman投影式可以清楚地看出相互邻近的，非直接键合的原子或基团的空间关系.Newman投影式的写法1234锯架式的写法1234HHHHHH锯架式是沿C-C键轴斜45°方向从前一个碳向后一个碳看，每个碳原子上的其它三个键来角均为120°楔形式的写法与楔形键相连的原子或基团在纸平面之前；与虚线键相连的原子或基团在纸平面之后；与实线键相连的原子或基团在纸平面之上1234取1-2-3-4四个原子为平面投影，眼睛垂直于2-3碳碳键方向看。传统的有机化学家的分类方法是根据碳干的不同把它们分成三类：1、开链化合物：2、碳环化合物脂环化合物：芳香环化合物：杂环化合物：第二节有机化合物的分类及官能团一、按碳架分类二、按官能团分类官能团是有机分子中比较活泼易发生化学反应的原子或基团，官能团对化合物的性质起着决定性作用，含有相同官能团的化合物有相似的性质。同系物同系列中的化合物互称为同系物系列差：CH2同系列凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列一类同系物的化学性质基本相似，物理性质随着碳原子的增加而作有规则的递变；相对分子质量越大，熔沸点越大;同系物的物理性质不同,但化学性质相似三、同系列和同系物例：烷烃的通式:CnH2n+2第三节有机化合物的命名命名是有机化学的基本内容，由结构能正确命名化合物是学习有机化学的基本要求，也是学好有机化学的基础。学好有机化学的命名方法，先是掌握有机化合物的命名原则和基本方法，对命名有概貌了解，在后面的学习过程中巩固、完善。有机化合物的命名方法主要根据国际纯粹和应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry简称IUPAC）公布的《有机化学命名法》、《有机化合物IUPAC命名指南》，以及中国化学会依据《有机化学命名法》的原则，结合我国文字特点推荐的《有机化学命名原则》。(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，剩下的部分为一价基，简称为基，1、基一、基本概念例如：烯丙基巯基甲基（正）丙基苯基苄基乙酰基氨基基中有支链或复基，常须用编号表示支链或复基中基的位置，编号从消除单价原子或基团的那个原子开始，为1，其余顺序编号。2-甲基丁基2-丙烯基2-环己烯基例如：常见官能团的词头、词尾名称(2)亚基：一个化合物形式上消除两个单价或一个双价的原子或基团，剩余部分为亚基。亚甲基亚异丙基苯亚甲基（亚苄基）亚氨基1,2-亚乙基1,6-亚己基邻亚苯基1,3-亚乙氧基例如：(3)次基：一个化合物从形式上消除三个单价的原子或基团，剩余部分为次基，命名中的次基限于三个价集中在一个原子上的结构。次甲基次乙基次氨基苯次甲基2-苯基次乙基例如：（4）自由基：一个化合物消除一个单电子的原子或基团而构成一个带有未成键的单电子基，称为自由基（也称游离基）。“基”与“自由基”在写法上有区别!烯丙基自由基苯甲酸根自由基甲基自由基苯基自由基三苯甲基自由基例如：2.表示链异构的形容词正——直链烃和官能团取代直链烃未端碳上氢所得的烃的衍生物都用“正”字表示碳链结构。CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2-CHO-CH2CH2CH2CH3正丁烷正丁醇正戊醛正丁基例如异——直链结构一末端有两个甲基的特定结构，命名称为异。例如：(CH3)2CH-CH2CH3异戊烷(CH3)2C=CH2异丁烯(CH3)2CHCH2OH异丁醇(CH3)2CH(CH2)2COOH异己酸(CH3)2CHCH2CH2CHO异己醛(CH3)2CH-CH2CH2-异戊基(CH3)2CHCN异丁腈(CH3)3CCH2OH新戊醇(CH3)3CCH2CH3新己烷(CH3)4C新戊烷(CH3)3CCH2-新戊基新—专指具有叔丁基(CH3)3C-结构的五、六个碳原子的链烃或其衍生物。例如：伯、仲、叔、季——表示碳链异构，或碳原子被基取代程度的形容词。例如：分子中连有一个、二个、三个和四个烃基的碳原子，分别称为伯、仲、叔和季碳原子，也可以分别称作一级、二级、三级和四级碳原子，常用1°、2°、3°和4°标识。伯、仲、叔碳原子上的氢原子分别称做伯氢、仲氢、叔氢原子。CH3CH2CH2NH2(CH3CH2CH2)2NH(CH3CH2CH2)3N(CH3CH2CH2)4NBr伯胺（正丙胺）仲胺（二丙胺）叔胺（三丙胺）季铵盐（溴化四丙基铵）伯、仲、叔碳上连有—OH的化合物分别称为伯醇、仲醇、叔醇，也称一级醇、二级醇、三级醇。例如：伯、仲、叔碳上连有—X（X=F、Cl、Br、I）原子的化合物分别称为伯、仲、叔卤代烷，也分别称为一级、二级、三级卤代烷。伯、仲、叔、季还用于表示氮原子被烃基取代程度的形容词，一般是用来表示胺类化合物总称时使用。二、命名法概述1.普通命名法对于那些结构简单的化合物，常用普通命名方法（也称习惯命名法）命名，其方法是用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、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链的结构，加上化合物的类名。例如：CH3CH2CH2CH3CH2=C(CH3)CH3CH2=CH-C(CH3)=CH2(CH3)3CCl(CH3)3CCH2BrCH3CH(OH)CH2CH3(CH3)2CHCH2CH2OHCH3CH2CH2CHO(CH3)2CHCHO(CH3)2CHCN正丁烷异丁烯异戊二烯叔丁基氯新戊基溴仲丁醇异戊醇正丁醛异丁醛异丁腈例如：CH3-O-C(CH3)3甲基叔丁基醚CH3CH2-O-CH=CH2乙基乙烯基醚CH3COCH2CH3甲基乙基酮CH3COCH2CH=CH2甲基烯丙基酮异丁酸异丙酯乙酰苯胺官能团在碳链的中间时，两边组分的名称加上类名。2.衍生物命名法在一些简单烃类化合物的名称中，还可以看到把化合物看成是类中最简单成员的衍生物的衍生物命名法。例如：CH3CH2C(CH3)2CH2CH3二甲基二乙基甲烷乙基乙炔CH3CH=C(CH3)2三甲基乙烯乙烯基乙炔3.俗名HCOOH蚁酸（来自蚂蚁体内）CH3COOH冰醋酸（16℃结晶像冰）HOCH2CH(OH)CH2OH甘油（味甘甜、油状物）硬脂酸（来自脂肪，常温下是固体）CH3(CH2)16COOH为了方便，不少有机化合物的名称还保留着俗名．大多数俗名是在有机化学发展初期，根据化合物的来源、存在或性质而得名。例如：4.系统命名法根据IUPAC制定的命名原则，中国化学会根据我国文字特点，于1960年制定了《有机化学物质的系统命名原则》，1980年修订增补为《有机化学命名原则》。这里主要介绍我国的系统命名法。三、系统命名法1、有机化合物系统命名的基本格式（构型）-取代基-母体R,S;D,L;Z,E;顺,反取代基位置号+个数+名称官能团位置+名称（有多个取代基时，中文按顺序规则确定次序，小的在前；英文按英文字母顺序排列）（没有官能团时不涉及位置号）例如：2、顺序规则有机化合物中的各种基团可以按一定的规则来排列先后次序,主要内容如下：⑴单原子取代基按原子序数大小排列，原子序数大的顺序在前，原子序数小的顺序在后，有机化合物中常见的元素顺序如下：I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞D＞H，在同位素中质量高的顺序在前。⑵如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子序数排列，先比较最大的，仍相同，再顺序比较居中的、最小的。如−CH2Cl与−CHF2，第一个均为碳原子，再按顺序比较与碳相连的其它原子，在−CH2Cl中为−C(Cl,H,H)，在−CHF2中为−C(F,F,H)，Cl比F在前，故−CH2Cl在前。如果有些基团仍相同，则沿取代链逐次相比。⑶含有双键或叁键的基团，可认为连有两个或叁个相同的原子，例如下列基团排列顺序为：⑷若参与比较顺序的原子的键不到4个，则可以补充适量的原子序数为零的假想原子，假想原子的排序放在最后。例如：CH3CH2NHCH3中，N上只有三个基团，则它的第四个基团为一个原子序数为0的假想原子，四个基团的排序为：CH3CH2−＞CH3−＞H−＞假想原子。等等。3、有机化合物构型的确定◆R，S构型的确定人的左、右手互为镜影但不能重叠，手的这种性质称为手性（chirality）当碳原子与四个不同的基团相连时，产生两种不同的立体结构，这两种不同的立体结构互为镜影但不能重叠，即具有手性，其中一种立体结构的手性碳为R构型，而另一种立体结构的手性碳为S构型，与四个不同基团相连的碳原子称为手性碳原子（chralcarbonatom）。R，S构型的确定方法：将与手性碳原子相连的四个基团按顺序规则排列大小，将最小的基团放在离眼睛最远的地方，其它三个基团按由大到小的方向旋转，旋转方向是顺时针的，手性碳为R构型（拉丁文rectus的字首）；旋转方向是逆时针的，手性碳为S构型（