一.有机化合物的命名
1. 能够用系统命名法命名各种类型化合物:
包括烷烃,烯烃,炔烃,烯炔,脂环烃(单环脂环烃和多环置换脂环烃中的螺环烃和桥环烃),芳烃,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,羧酸衍生物(酰卤,酸酐,酯,酰胺),多官能团化合物(官能团优先顺序:-COOH>-SO3H>-COOR>-COX>-CN>-CHO>>C=O>-OH(醇)>-OH(酚)>-SH>-NH2>-OR>C=C>-C≡C->(-R>-X>-NO2),并能够判断出Z/E构型和R/S构型。
2. 根据化合物的系统命名,写出相应的结构式或立体结构式(伞形式,锯架式,纽曼投影式,Fischer投影式)。 立体结构的表示方法:
COOHCH31)伞形式:HH3CCOH 2)锯架式:HHOHC2H5OH
H3) 纽曼投影式:
HHHHHHHHHHHCOOH 4)菲舍尔投影式:HCH3OH
5)构象(conformation)
(1) 乙烷构象:最稳定构象是交叉式,最不稳定构象是重叠式。 (2) 正丁烷构象:最稳定构象是对位交叉式,最不稳定构象是全重叠式。 (3) 环己烷构象:最稳定构象是椅式构象。一取代环己烷最稳定构象是e取代的椅 式构象。多取代环己烷最稳定构象是e取代最多或大基团处于e键上的椅式构象。
立体结构的标记方法
1. Z/E标记法:在表示烯烃的构型时,如果在次序规则中两个优先的基团在同一
侧,为Z构型,在相反侧,为E构型。
CH3HClCCC2H5CH3HC2H5CCCl
(Z)-3-氯-2-戊烯(E)-3-氯-2-戊烯2、 顺/反标记法:在标记烯烃和脂环烃的构型时,如果两个相同的基团在同一侧,则为顺式;在相反侧,则为反式。
CH3HCCCH3CH3HCCHCH3CH3HCH3顺-2-丁烯HCH3HHCH3H反-2-丁烯顺-1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷
3、 R/S标记法:在标记手性分子时,先把与手性碳相连的四个基团按次序规则排序。然后将最不优先的基团放在远离观察者,再以次观察其它三个基团,如果优先顺序是顺时针,则为R构型,如果是逆时针,则为S构型。
adCcR型abdCbS型c
注:将伞状透视式与菲舍尔投影式互换的方法是:先按要求书写其透视式或投影式,然后分别标出其R/S构型,如果两者构型相同,则为同一化合物,否则为其对映体。
二. 有机化学反应及特点 1. 反应类型
反应类型离子型反应(按历程分)
自由基反应自由基取代:烷烃卤代、芳烃侧链卤代、烯烃的α-H卤代自由基加成:烯,炔的过氧化效应亲电加成:烯、炔、二烯烃的加成,脂环烃小环的开环加成亲电取代:芳环上的亲电取代反应亲核取代:卤代烃、醇的反应,环氧乙烷的开环反应,醚键断裂 反应,卤苯的取代反应亲核加成:炔烃的亲核加成消除反应:卤代烃和醇的反应协同反应:双烯合成还原反应(包括催化加氢):烯烃、炔烃、环烷烃、芳烃、卤代烃
氧化反应:烯烃的氧化(高锰酸钾氧化,臭氧氧化,环氧化);炔烃高锰酸钾氧化,臭氧氧
化;醇的氧化;芳烃侧链氧化,芳环氧化)
2. 有关规律
1) 马氏规律:亲电加成反应的规律,亲电试剂总是加到连氢较多的双键碳上。 2) 过氧化效应:自由基加成反应的规律,卤素加到连氢较多的双键碳上。 3) 空间效应:体积较大的基团总是取代到空间位阻较小的位置。
4) 定位规律:芳烃亲电取代反应的规律,有邻、对位定位基,和间位定位基。
5) 查依切夫规律:卤代烃和醇消除反应的规律,主要产物是双键碳上取代基较多的烯烃。 6) 休克尔规则:判断芳香性的规则。存在一个环状的大π键,成环原子必须共平面或接近
共平面,π电子数符合4n+2规则。
7) 霍夫曼规则:季铵盐消除反应的规律,只有烃基时,主要产物是双键碳上取代基较少的
烯烃(动力学控制产物)。当β-碳上连有吸电子基或不饱和键时,则消除的是酸性较强的氢,生成较稳定的产物(热力学控制产物)。 8) 基团的“顺序规则”
3. 反应中的立体化学 烷烃:
烷烃的自由基取代:外消旋化
烯烃:
烯烃的亲电加成:
溴,氯,HOBr(HOCl),羟汞化-脱汞还原反应-----反式加成 其它亲电试剂:顺式+反式加成
烯烃的环氧化,与单线态卡宾的反应:保持构型 烯烃的冷稀KMnO4/H2O氧化:顺式邻二醇 烯烃的硼氢化-氧化:顺式加成 烯烃的加氢:顺式加氢
环己烯的加成(1-取代,3-取代,4-取代) 炔烃:
选择性加氢:
Lindlar催化剂-----顺式烯烃 Na/NH3(L)-----反式加氢
亲核取代:
SN1:外消旋化的同时构型翻转 SN2:构型翻转(Walden翻转) 消除反应:
E2,E1cb: 反式共平面消除。 环氧乙烷的开环反应:反式产物
四.概念、物理性质、结构稳定性、反应活性 (一).概念 1. 同分异构体
2. 试剂 亲电试剂:
简单地说,对电子具有亲合力的试剂就叫亲电试剂(electrophilic reagent)。亲电试剂一般都是带正电荷的试剂或具有空的p轨道或d轨道,能够接受电子对的中性分子, 如:H+、Cl+、Br+、RCH2+、CH3CO+、NO2+、+SO3H、SO3、BF3、AlCl3等,都是亲电试剂。
亲核试剂:
对电子没有亲合力,但对带正电荷或部分正电荷的碳原子具有亲合力的试剂叫亲核试剂(nucleophilic reagent)。亲核试剂一般是带负电荷的试剂或是带有未共用电子对的中性分子,如:OH-、HS-、CN-、NH2-、RCH2-、RO-、RS-、PhO-、RCOO-、
X-、H2O、ROH、ROR、NH3、RNH2等,都是亲核试剂。
CH3构造异构碳架异构H2CCCH2CH2H2CCCH3H位置异构CH2CHCH2CH3CH3CHCHCH3官能团异构CH3CH2OH互变异构CH2CHOH CH3OCH3CH3CHO同分异构顺反异构构型异构立体异构对映异构构象异构自由基试剂:
Cl2、Br2是自由基引发剂,此外,过氧化氢、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、过硫酸铵等也是常用的自由基引发剂。少量的自由基引发剂就可引发反应,使反应进行下去。 3. 酸碱的概念
布朗斯特酸碱:质子的给体为酸,质子的受体为碱。 Lewis酸碱:电子的接受体为酸,电子的给与体为碱。 4. 共价键的属性
键长、键角、键能、键矩、偶极矩。 5. 杂化轨道理论 sp3、sp2、sp杂化。 6. 旋光性 平面偏振光: 手性: 手性碳: 旋光性:
旋光性物质(光学活性物质),左旋体,右旋体: 内消旋体、外消旋体,两者的区别: 对映异构体,产生条件:
Cl2hv 或高温均裂2ClBr2hv 或高温均裂2Br非对映异构体: 苏式,赤式:
差向异构体: Walden翻转: 7. 电子效应 1) 诱导效应
2) 共轭效应(π-π共轭,p-π共轭,σ-p 超2共轭,σ-π超共轭。 3) 空间效应
空间阻碍:已有基团对新引入基团的空间阻碍作用。HHCHOOHOHCH2OH赤式HHOCHOOHHCH2OH苏式OHOH
8. 其它
内型(endo), 外型(exo):
H两个原子或原子团距离太近,小于两立体效应范德华张力:者的范德华半径之和而产生的张力。(空间效应)HHHHHHCH3SO3H和HCH3扭转张力:在重叠构象中存在着要变为交叉式构象的一种张力。HHHHSO3HH
COCH3Hexo(外型)COCH3endo(内型)顺反异构体,产生条件: 烯醇式:
(二). 物理性质
1. 沸点高低的判断?
不同类型化合物之间沸点的比较; 同种类型化合物之间沸点的比较。 2. 熔点,溶解度的大小判断?
3. 形成有效氢键的条件,形成分子内氢键的条件: (三). 稳定性判断
1. 烯烃稳定性判
R2C=CR2 > R2C=CHR > RCH=CHR(E-构型)> RCH=CHR(Z-构型)>
RHC=CH2 >CH2=CH2 2. 环烷烃稳定性判断 3. 开链烃构象稳定性 4. 环己烷构象稳定性
5. 反应中间体稳定大小判断(碳正离子,碳负离子,自由基)
碳正离子的稳性顺序:
CH2CHCH2CH2>(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3自由基稳定性顺序:
CH2CHCH2 碳负离子稳定性顺序:
CH2CH3CH2>CH3>(CH3)3C>(CH3)2CH> CH2CHCH2CH2 6. 共振极限结构式的稳定性判断(在共振杂化体中贡献程度):
>CH3>1R>2R。。>3R。 (四)酸碱性的判断
1. 不同类型化合物算碱性判断
> > > > > HO H RO H HC C H NH2 H CH2C=CH H CH3CH2 HpKa 15.7 16~19 25 34 ~40 ~49 2. 液相中醇的酸性大小
3. 酸性大小的影像因素(吸电子基与推电子基对酸性的影响): (五)反应活性大小判断 1. 烷烃的自由基取代反应 X2的活性:F2 >Cl2 >Br2 >I2 选择性:F2 < Cl2 < Br2< I2 2. 烯烃的亲电加成反应活性
R2C=CR2 > R2C=CHR> RCH=CHR > RCH=CH2 > CH2=CH2 > CH2=CHX 3. 烯烃环氧化反应活性
R2C=CR2 > R2C=CHR> RCH=CHR > RCH=CH2 > CH2=CH2 4. 烯烃的催化加氢反应活性:
CH2=CH2 > RCH=CH2 >RCH=CHR' > R2C=CHR > R2C=CR2 5. Diles-Alder反应
双烯体上连有推电子基团(349页),亲双烯体上连有吸电子基团,有利于反应进行。 例如: 下列化合物
32 A. ; C. ; D. ; B. CHCNCHClOCH3与异戊二烯进行Diels-Alder反应的活性强弱顺序为: > > > 。 6. 卤代烃的亲核取代反应 SN1 反应:
CH2 CHCH2X CH2X> 3 RX > 2 RX > 1 RX > CH3X(CH3)3CBr形成碳正离子的相对速率BrBrBr1 10-3 10-6 10-11SN2 反应:
CH3X>1o RX>2o RX>3o RX成环的SN2反应速率是:
v五元环 > v六元环 > v中环,大环 > v三元环 > v四元环
7. 消除反应
卤代烃碱性条件下的消除反应-----E2消除
RI > RBr > RCl 醇脱水-----主要E1
CH2 CHCHCH3 OHCHCH3OH> 3 ROH > 2 ROH > 1 ROH CH2 CHCHXCH3 CHXCH3> 3 RX > 2 RX > 1 RX > CH3X 8. 芳烃的亲电取代反应
芳环上连有活化苯环的邻对位定位基(给电子基)-------反应活性提高
芳环上连有钝化苯环的间位定位基(吸电子基)或邻对位定位基-------反应活性下降。 例如:
下列芳香族化合物:
Cl NH2 NO2 CH3 A. B. C. D.
硝化反应的相对活性次序为 > > > 。 例如: 萘环的
A. α—位; B. β—位 ; C. 氯苯 ; D. 苯
在亲电取代反应中相对活性次序为为 > > > 。
例如:下列各化合物中,最容易与浓硫酸发生磺化反应的是( )。
CH3CH3NO2CH(CH3)2Cl A. ; B. ; C. ; D.
(六)其它
1. 亲核性的大小判断: 2. 试剂的碱性大小: 3. 芳香性的判断:
4. 定位基定位效应强弱顺序:
邻、对位定位基:-O>-N(CH3)2>-NH2>-OH>-OCH3>-
NHCOCH3>-R >-OCOCH3>-C6H5>-F>-Cl>-Br>-I
间位定位基:-+NH3>-NO2>-CN>-COOH>-SO3H>-CHO>-
COCH3>-COOCH3>-CONH2
五、活性中间体与反应类型、反应机理 反应机理:
1. 自由基取代反应机理
中间体:自由基
反应类型:烷烃的卤代,烯烃、芳烃的α-H卤代。
2. 自由基加成反应机理
中间体:自由基:
反应类型:烯烃、炔烃的过氧化效应。
3. 亲电加成反应机理
中间体:环鎓离子(溴鎓离子,氯鎓离子)
反应类型:烯烃与溴,氯,次卤酸的加成 中间体:碳正离子,易发生重排。
反应类型:烯烃的其它亲电加成(HX,H2O,H2SO4,B2H6,羟汞化-去汞还原反应)、炔烃的亲电加成,小环烷烃的开环加成,共轭二烯烃的亲电加成。 或环鎓离子):
4. 亲电取代反应机理:
-
中间体:σ-络合物(氯代和溴代先生成π络合物)
反应类型:芳烃亲电取代反应(卤代,硝化,磺化,烷基化,酰基化,氯甲基化)。
5. 亲核加成反应机理:
中间体:碳负离子 反应类型:炔烃的亲核加成 6. 亲核取代反应机理:
SN1反应
中间体:碳正离子,易发生重排。
反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是3°),醚键断裂反应(3°烃基生成
的醚)。
SN2反应
中间体:无(经过过渡态直接生成产物)
反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是1°),分子内的亲核取代,醚键断
裂反应(1°烃基生成的醚,酚醚),环氧乙烷的开环反应。
7. 消除反应反应机理
E1机理:
中间体:碳正离子,易发生重排。
反应类型:醇脱水,3°RX在无碱性试剂条件下在污水乙醇中的消除反应。 E2机理:
中间体:无(直接经过过渡态生成烯烃) 反应类型:RX的消除反应 E1cb机理:
中间体:碳负离子
反应类型:邻二卤代烷脱卤素。
重排反应机理:(rearrangement)
重排反应规律:由不稳定的活性中间体重排后生成较稳定的中间体;或由不稳定的反应物重排成较稳定的产物。 1、 碳正离子重排
H(1) 负氢1,2-迁移:CH3CHCH2CH3CH3CHCH3
(2) 烷基1,2-迁移:CH3CCH3(3) 苯基1,2-迁移:
C6H5C6H5COHCH2CH2CH3CCH2CH3
CH3C6H5CCH2C6H5OHC6H5CCH2C6H5OHHC6H5CCH2C6H5O频哪醇重排:
CH3CH3CH3CCCH3HOHOH 重排CH3CH3CCCH3HCH3COOHCH3CH3CH3CH3CCCH3OHOH2CH3CH3COHCH3CCH3CH3(频哪酮)CH3CCH3H2O
在频哪醇重排中,基团迁移优先顺序为:Ar>R>H
(4) 变环重排:
CHCH3OHHH2OClClCH3CHCH3OH2CH3CHCH3
变环重排(5) 烯丙位重排:碱性水解
CH3CHCHCH2ClClCH3CHCHCH2CH3CHCH2OHδCHCHδCH2OHCH3CHCH3CHCHOHCH22、其它重排
(1) 质子1,3-迁移(互变异构现象)
H2OHgSO4, H2SO4OHCH3CCH2CH3O
CCH3CH3CCH六、鉴别与分离方法 七、推导结构 1. 化学性质:
烯烃的高锰酸钾氧化; 烯烃的臭氧化反应; 芳烃的氧化; 邻二醇的高碘酸氧
化
2. 光波谱性质:
红外光谱:
3650~2500cm-1 O—H,N—H伸缩振动
3300~3000cm-1 —C≡C—H(3300),C=C—H(3100),Ar—H(3030) 伸
缩振动
3000~2700cm-1 —CH3,—CH2,次甲基,—CHO(2720,2820) 伸缩振动
1870~1650cm-1 C=O ( 酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐)伸缩振动
1690~1450cm-1 C=C,苯环骨架伸缩振动
1475~1300cm-1 —CH3,—CH2,次甲基面内弯曲振动 1000~670cm-1 C=C—H,Ar—H,—CH2 的 面外弯曲振动
类别醛、酮键和官能团C=OR-CHOC=O伸缩(cm-1)1750-168027201770-1750(缔合时在1710)气相在3550,液固缔合时在3000-2500(宽峰)18001860-1800 1800-175017351690-16503520,3380(游离)缔合降低1002260-2210说明羧酸OHC=OC=OC=OC=ONH2CN酰卤酸酐酯酰胺 晴核磁共振谱:
偶合裂分的规律:n+1规律
一组化学等价的质子有n个相邻的全同氢核存在时,其共振吸收峰将被裂分为n+1个,这就是n+1规律。按照n+1规律裂分的谱图叫做一级谱图。在一级谱图中 常用溶剂的质子 的化学位移值
10.5—12DCHCl3 (7.27)6—8.50.5(1)—5.52—4.71.7—3OH NH2NH9—104.6—5.987654320.2—1.510131211109RCOOHRHCR2=CH-RCH2F CH2ClCH2Br CH2I CH2O CH2NO2RCHOCH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O CH2=CH-CH3C3CH C2CH2C-CH3环烷烃具体的推到方法:
1).不饱和度的计算
(不饱和度)= 1/2(2 + 2n4 + n3 - n1)
n41、n3、n1分别表示分子中四价、三价和一价元素的原子个数。
如果=1,表明该化合物含一个不饱和键或是环烷烃; =2,表明该化合物含两个C=C双键,或含一个C≡C三键等; ≥4,表明该化合物有可能含有苯环。
2). 红外光谱观察官能团区域
(1). 先观察是否存在C=O(1820~1660cm-1, s) (2). 如果有C=O, 确定下列状况.
羧酸: 是否存在O-H(3400~2400cm-1, 宽峰, 往往与C-H重叠) 酰胺: 是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收; 有时是同 等强度的两个吸收峰
酯: 是否存在C-O(1300~1000cm-1有强吸收) 酸酐: 1810和1760cm-1附近有两个强的C=O吸收
醛: 是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收) 酮: 没有前面所提的吸收峰 (3). 如果没有C=O, 确定下列状况.
醇、酚: 是否存在O-H(3400~3300cm-1, 宽峰; 1300~1000cm-1附近的C-O吸收)
胺: 是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收; 有时是同 等强度的两个吸收
醚: 是否存在C-O(1300~1000cm-1有强吸收, 并确认 3400~3300cm-1附近是否有O-H吸收峰) (4).观察是否有C=C或芳环 C=C: 1650cm-1附近有弱的吸收
芳环: 1600~1450cm-1范围内有几个中等或强吸收
结合3100~3000cm-1的C-H伸缩振动, 确定C=C或芳环。
3)分析核磁共振谱图
(1) 根据化学位移(δ)、偶合常数(J)与结构的关系,识别一些强单峰和特征峰。
如:下列孤立的甲基和亚甲基质子信号,极低磁场(δ10~16)出现的羧基,醛基和形成分子内氢键的羟基信号。
OCH3O
OCH3CCCOOHRCCHOCH2ClOHCH3NROCH3CCH2CN
CH3CR3(2). 采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。如果加重水后相应的信号消失,则可以确定此类活泼氢的存在。
(3) 如果δ在6.5~8.5ppm范围内有强的单峰或多重峰信号,往往是苯环的质子信号,再根据这一区域的质子数目和峰型,可以确定苯环上取代基数目和取代基的相对位置。
(4). 解析比较简单的多重峰(一级谱),根据每个组峰的化学位移及其相应的质子数目对该基团进行推断,并根据n+1规律估计其相邻的基团。
(5). 根据化学位移和偶合常数的分析,推出若干个可能的结构单元,最后组合可能的结构式。
综合各种分析,推断分子的结构并对结论进行核对。
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