有机化学 结构分析共75页文档
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有机化合物结构解析—波谱分析课件
K带： π→π*引起，εmax >104。共轭结构及苯环结构的K带＞200 nm。极性共轭结构会随着溶剂极性的增加而红移，同时强度增加， 而非极性共轭结构的吸收与溶剂极性无关。
B带和E带：芳香族及杂芳香族化合物的特征吸收带。苯有三个吸收 谱 带 ： E1 带 184 nm(ε60 000) 、 E2 带 204 nm(ε7900) 和 B 带 256 nm(ε200)，这些谱带都是由π→π*跃迁造成的。前二者是由一个允 许跃迁引起的，后者是由高度对称的苯分子中禁止跃迁所引起。 B 带常有相当多的重峰的精细结构。并非所有芳香族化合物都有B带， B带在极性溶剂中，常常看不到其精细结构。助色团使E2向长波方 向移动，但一般不超过210nm。
nm；对确定化合物的结构有一定的用途。
X
X
C
2003-09
有机化合物波谱解析
17
§2.3 Types of absorption band and its characteristics
R带： n→π*引起的吸收，εmax<100。是由CO或NO2等单一发色团 引起的，溶剂的极性增加会导致紫移，其他带出现时，有时产生红 移，有时被强吸收带掩盖，浓溶液才会产生此吸收。
mass spectrometry (MS)
Determination of molecular weight and
molecu) spectroscopy
Analyses of function groups
-nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
Comprehensive analysis of MS, IR, NMR and UV
Verification of the structure by chemical
B带和E带：芳香族及杂芳香族化合物的特征吸收带。苯有三个吸收 谱 带 ： E1 带 184 nm(ε60 000) 、 E2 带 204 nm(ε7900) 和 B 带 256 nm(ε200)，这些谱带都是由π→π*跃迁造成的。前二者是由一个允 许跃迁引起的，后者是由高度对称的苯分子中禁止跃迁所引起。 B 带常有相当多的重峰的精细结构。并非所有芳香族化合物都有B带， B带在极性溶剂中，常常看不到其精细结构。助色团使E2向长波方 向移动，但一般不超过210nm。
nm；对确定化合物的结构有一定的用途。
X
X
C
2003-09
有机化合物波谱解析
17
§2.3 Types of absorption band and its characteristics
R带： n→π*引起的吸收，εmax<100。是由CO或NO2等单一发色团 引起的，溶剂的极性增加会导致紫移，其他带出现时，有时产生红 移，有时被强吸收带掩盖，浓溶液才会产生此吸收。
mass spectrometry (MS)
Determination of molecular weight and
molecu) spectroscopy
Analyses of function groups
-nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
Comprehensive analysis of MS, IR, NMR and UV
Verification of the structure by chemical
有机化合物的结构特点课件图文
性质上的差异，这种现象叫同分异构现象。具有同分异构现象
的化合物互为 同分异构体
。
第7页/共61页
2．常见同分异构现象
第8页/共61页
问题思考2：互为同分异构体的物质相对分子质量一定相 等，相对分子质量相等的不同物质一定互为同分异构体吗？
提示：不一定。相对分子质量相等的不同物质可能具有 相同的分子式，也可能具有不同的分子式，如CH3COOH与 CH3CH2CH2OH、NO2与CH3CH2OH、CO与N2等，它们的相 对分子质量相等，但分子式都不同，不是同分异构体。
【正确解答】 (1)分子组成相差一个或若干个CH2原子 团的物质，其分子结构不一定相似，如CH3—CH===CH2与
A说法错误。 (2)若两种化合物组成元素相同，各元素的质量分数也相 同，则它们的最简式必定相同。最简式相同的化合物可能是 同分异构体，也可能不是同分异构体，如HCHO(甲醛)和 C2H4O2(乙酸)，B说法错误。
(2)写出⑨的分子式：________。 (3)写出⑩中官能团的电子式：________、________。 (4)②的分子式为________，最简式为________。 【思路启迪】 (1)注意结构式、结构简式、键线式的区 别与联系；(2)注意比例模型和球棍模型的不同点。
第22页/共61页
【解析】 ①③④⑦是结构简式；②⑥⑨是键线式，所 有拐点和端点都有一个碳原子，碳原子不满足四个价键的由 氢原子补充；⑤是CH4的比例模型；⑧是正戊烷的球棍模 型；⑩是葡萄糖的结构式，其官能团有—OH和COH；②的 分子式为C6H12，所以最简式为CH2。
一、有机化合物中碳原子的成键特点
1．碳原子的结构及成键特点
(1)碳原子最外层有 4 个电子，不易得失电子形成
有机化学01有机化合物的结构
109°28′，从而使分子处在最稳定状态。
正四面体的体心到顶点的距离与边长的比
甲烷的四个C-H 键
2．碳原子的SP2杂化和烯烃的结构
激发 杂化
SP2
sp2 杂化轨道
碳碳双键相当于由一个C-Cσ键和一个C-Cπ键组成，平均键能为610.9 kJ.mol-1，其中C-Cσ键的平均键能为343.3 kJ.mol-1，π键的键能为263.6 kJ.mol-1，π键的键能较σ键的小。
3、碳原子的SP杂化和炔烃结构
（1） SP杂化
激发
杂化
2P SP
(2) 乙炔分子中的 键
•由炔烃叁键一个碳原子上的两个sp杂化轨道所组成 的键则是在同一直线上方向相反的两个键. •在乙炔中,每个碳原子各形成了两个具有圆柱形轴 对称的 键.它们是Csp-Csp和Csp-Hs.
H
CH
H
H
109.5o
如：CH2Cl2、CH2ClBr
说明甲烷是正四面体结构
H
H
C
H
H
矩形
C
H
H
H
H
锥体
H
H
C
H
H
四面体
近代物理方法测定结果
键角：109°28′ 键长：0.109nm 有力地证明甲烷是正四面体结构
1、碳原子的SP3杂化
sp3杂化轨道 一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道
为什么要杂化？
①只有杂化，才能形成四个等同的化学键。 ②杂化后，成键能力提高了。 ③杂化后，四个轨道尽可能距离最远，键角
H C
H
H
C H
sp2杂化
1. π键没有轴对称 2. π键易断裂，较活泼 3. π键有较大流动性
正四面体的体心到顶点的距离与边长的比
甲烷的四个C-H 键
2．碳原子的SP2杂化和烯烃的结构
激发 杂化
SP2
sp2 杂化轨道
碳碳双键相当于由一个C-Cσ键和一个C-Cπ键组成，平均键能为610.9 kJ.mol-1，其中C-Cσ键的平均键能为343.3 kJ.mol-1，π键的键能为263.6 kJ.mol-1，π键的键能较σ键的小。
3、碳原子的SP杂化和炔烃结构
（1） SP杂化
激发
杂化
2P SP
(2) 乙炔分子中的 键
•由炔烃叁键一个碳原子上的两个sp杂化轨道所组成 的键则是在同一直线上方向相反的两个键. •在乙炔中,每个碳原子各形成了两个具有圆柱形轴 对称的 键.它们是Csp-Csp和Csp-Hs.
H
CH
H
H
109.5o
如：CH2Cl2、CH2ClBr
说明甲烷是正四面体结构
H
H
C
H
H
矩形
C
H
H
H
H
锥体
H
H
C
H
H
四面体
近代物理方法测定结果
键角：109°28′ 键长：0.109nm 有力地证明甲烷是正四面体结构
1、碳原子的SP3杂化
sp3杂化轨道 一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道
为什么要杂化？
①只有杂化，才能形成四个等同的化学键。 ②杂化后，成键能力提高了。 ③杂化后，四个轨道尽可能距离最远，键角
H C
H
H
C H
sp2杂化
1. π键没有轴对称 2. π键易断裂，较活泼 3. π键有较大流动性
有机化合物的结构特点 课件
1．同分异构体的书写 准确、完整地写出同分异构体的结构简式，一般按碳链 异构→官能团位置异构→官能团异构的顺序规律来写。常用 方法为： (1)减碳对称法(适用于碳链异构)： 下面以C7H16为例写出它的同分异构体：
①将分子写成直链形式： CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3。
②从直链上去掉一个—CH3，依次连在剩余碳链中心对 称线一侧的各个碳原子上。甲基可连在2,3号碳上：
示例
①进一步省去碳、氢
的元素符号，只要求
表示出碳碳键以及与
键线 式
碳原子相连的基团 ②式中的每个拐点和 终点均表示一个碳原
CH3CH===CH CH3 可表示为
子，每个碳原子都形
成四个共价键，不足
的用氢原子补足
应用范围
表示复杂 有机物的 结构
种类 表示方法
球棍 模型
小球表示原子 ，短棍表示价 键
比例 模型
⑩是葡萄糖的结构式，其官能团有—OH 和
分子式为 C6H12，所以最简式为 CH2。 [答案] (1)①③④⑦ ⑩ ②⑥⑨ ⑤ ⑧
；②的
有机物键线式书写时的注意事项 ①一般表示3个以上碳原子的有机物；②只忽略 C—H键，其余的化学键不能忽略；③碳、氢原子不标 注，其余原子必须标注(含羟基、醛基和羧基中的氢原 子)；④计算分子式时不能单键的“—”可以省略，
将与碳原子相连的其他原子写在
结 其旁边，在右下角注明其个数② CH3CH===C
构 表示碳碳双键、碳碳三键的
H2
同“结
简 “===”、“≡”不能省略
CH3CH2OH 构式”
式 •③醛基(
)、羧基( CH3COOH
)可简化成—CHO、—COOH
种类
有机化学结构
二嗪（Diazine）是含有两个氮原子的六元杂环化合物，即二氮杂苯，分子式为C4H4N2。
它有以下三种异构体：三嗪（Triazine）是含有三个氮原子的六元杂环化合物，分子式为C3H3N3，有三种异构体：∙1,2,3-三嗪，也称“连三嗪”；∙1,2,4-三嗪，也称“不对称三嗪”；∙1,3,5-三嗪，也称“均三嗪”、“对称三嗪”。
1,2,3-及1,2,4-三嗪均未见其单独存在，但衍生物都已制得。
六嗪也称作“六氮苯”，是氮元素的一种单质，分子式为N6。
六嗪与N2、N4等互为同素异形体。
六嗪是氮苯（吖嗪）类物质的最后一个成员，其分子是由六个氮原子围成的六元环，相当于六个次甲基都被氮原子代替了的苯分子。
虽然吡啶（一氮杂苯）、哒嗪（邻二氮杂苯）、嘧啶（间二氮杂苯）、吡嗪（对二氮杂苯）、1,3,5-三嗪（1,3,5-三氮杂苯）和四嗪（四氮杂苯）等氮苯都已被发现，但六嗪与五嗪实际上仍未被观察到。
酸酐是具有两个酰基键合于同一氧原子上的有机化合物。
[1]若两侧酰基由同种羧酸衍生而来则称为对称酸酐，分子式可表达为：(RC(O))2O。
对称酸酐命名取决于相应羧酸命名，即词缀“酸”改为“酸酐”。
[2]因此(CH3CO)2O称为：“乙酸酐”（或醋酸酐、醋酐）。
混合酸酐（或不对称酸酐）以两侧酰基分别对应的羧酸命名，如：甲酸乙酸酐。
胺（拼音：àn；英文：Amine）是氨分子（NH3）中的氢被烃基取代后形成的一类有机化合物。
氨基（－NH2、－NHR、－NR2）是胺的官能团。
如果氮原子连着羰基(C=O)，那么该化合物则称为酰胺，其化学性质与胺并不相同。
胺分子可根据烃基的种类，分为脂肪胺和芳香胺。
此外，胺还可根据氨分子上被取代的氢原子数量，顺次分为伯胺（一级胺）、仲胺（二级胺）、叔胺（三级胺）。
此外，还有季铵盐（四级铵盐），可以看成是铵根离子（NH4+）的四个氢都被取代的产物。
酰胺可以看作羧酸与氨或胺缩合形成的化合物，是羧酸衍生物的一类。
第 6 章 有机化合物结构解析
第六章 有机化合物的结构解析
有机化合物的结构表征（即测定）—— 从分子水平认识 物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。
历史：过去主要依靠化学方法进行有机化合物的结构 测定，
缺点：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直
至1952年才完全阐明，历时147年。
Ｋ带 是二个或二个以上比键共轭时，π电子向π ＊ 反键轨道跃迁的结果，可简 单表示为π→π * 。
Ｒ带是与双键相连接的杂原子（例如Ｃ＝Ｏ、Ｃ＝Ｎ、Ｓ＝Ｏ等）上未成键电 子的孤对电子向π * 反键轨道跃迁的结果，可简单表示为 n→π * 。
E 1 带和E 2 带是苯环上三个双键共轭体系中的π电子向π ＊ 反键轨道跃迁的结 果，可简单表示为 π→π * 。
图1 吸收光谱 Fig.1 Absorption spectra
1-试剂/水；2-混稀配合物 （RE:8μg）/试剂
二.紫外光谱与分子结构的关系 1.电子跃迁的类型
①n-*: R带, max > 200 nm ② n-*: max < 200 nm ③ -*: k带，乙烯在远紫外 ④其他：-*，-*，-*
分子中某些价电子可以吸收一定波长的紫外光， 由低能级跃迁到高能级。
紫外及可见光谱： 以波长约为200~800nm范围的光源照射分子，
分子对光源产生吸收而得到吸收光谱。
1. 定义：分子吸收一定波长的紫外光时，引起电 子能级的跃迁，从低能级跃迁到高能级，所产 生的光谱称为紫外光谱。
2. 范围：4~800 nm
质荷比（m/z）是离子的质量（m）与其所带的电 荷（z）之比，m以原子量质量单位计算，z以电子电 量为单位计算。
一 基本原理 有机化合物的蒸气在高真空下（0.1~1Pa）受到能量
有机化合物的结构表征（即测定）—— 从分子水平认识 物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。
历史：过去主要依靠化学方法进行有机化合物的结构 测定，
缺点：费时、费力、费钱，试剂的消耗量大。 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直
至1952年才完全阐明，历时147年。
Ｋ带 是二个或二个以上比键共轭时，π电子向π ＊ 反键轨道跃迁的结果，可简 单表示为π→π * 。
Ｒ带是与双键相连接的杂原子（例如Ｃ＝Ｏ、Ｃ＝Ｎ、Ｓ＝Ｏ等）上未成键电 子的孤对电子向π * 反键轨道跃迁的结果，可简单表示为 n→π * 。
E 1 带和E 2 带是苯环上三个双键共轭体系中的π电子向π ＊ 反键轨道跃迁的结 果，可简单表示为 π→π * 。
图1 吸收光谱 Fig.1 Absorption spectra
1-试剂/水；2-混稀配合物 （RE:8μg）/试剂
二.紫外光谱与分子结构的关系 1.电子跃迁的类型
①n-*: R带, max > 200 nm ② n-*: max < 200 nm ③ -*: k带，乙烯在远紫外 ④其他：-*，-*，-*
分子中某些价电子可以吸收一定波长的紫外光， 由低能级跃迁到高能级。
紫外及可见光谱： 以波长约为200~800nm范围的光源照射分子，
分子对光源产生吸收而得到吸收光谱。
1. 定义：分子吸收一定波长的紫外光时，引起电 子能级的跃迁，从低能级跃迁到高能级，所产 生的光谱称为紫外光谱。
2. 范围：4~800 nm
质荷比（m/z）是离子的质量（m）与其所带的电 荷（z）之比，m以原子量质量单位计算，z以电子电 量为单位计算。
一 基本原理 有机化合物的蒸气在高真空下（0.1~1Pa）受到能量
有机化合物的结构及其反应
D-果糖 构造异构体
2.反映了分子基本的结构形式
H HO H H
CHO OH H OH OH CH2OH
H HO
CH2 OH O H OH H H OH
H OH
D-葡萄糖 构造异构体 CHO H H OH OH CH2OH
-D-吡喃葡萄糖
HO HO H H
D-甘露糖
2.1.4 有机化合物的构型
一、构型的概念、类型及基本内容 （1）概念：有机化合物分子中原子或基团在空间特定的排布方式。 （2）构型形成的原因：共价键的稳定性
含手性面
手性分子的类型 含手性轴
含手性中心
对称中心 对称面 对称轴
手性分子的判断
对称性
生物学性质 生物体对手性分子的选择 旋光性物质 化学性质 物理性质
反应条件
旋光性 其它
(二）分子手性的判断
反证法，由分子是否具有对称元素判断其是否具有手性。对称元素 主要包括对称轴、对称面和对称中心。 （1）对称轴：假设分子中有一直线（轴），当分子围绕这条线旋转某 一角度得到的形象与原先的形象完全相同时，这条线就是该分子的对称 轴。对称轴旋转的角度被360°除所得的商称为该对称轴的阶数，某阶数 的对称轴用Cn表示。如：
212有机化合物基本结构层次有机化合物结构构造构造的表示构造异构的基本类型构造的概念骨架异构取代基位置异构官能团异构侧链异构构型构型的概念顺反异构对映异构概念类型主要类型双键顺反异构环顺反异构基本概念及内容基本类型构型的表示构型判断构象构象的概念基础有机中的构象问题生物学体系中的构象问题几种典型构象构象的表示图21有机化合物结构层次及相关内容213有机化合物的构造一构造的定义
OH CH3 CHCOOH CHO H * OH H * OH H * OH CH2 OH
2.反映了分子基本的结构形式
H HO H H
CHO OH H OH OH CH2OH
H HO
CH2 OH O H OH H H OH
H OH
D-葡萄糖 构造异构体 CHO H H OH OH CH2OH
-D-吡喃葡萄糖
HO HO H H
D-甘露糖
2.1.4 有机化合物的构型
一、构型的概念、类型及基本内容 （1）概念：有机化合物分子中原子或基团在空间特定的排布方式。 （2）构型形成的原因：共价键的稳定性
含手性面
手性分子的类型 含手性轴
含手性中心
对称中心 对称面 对称轴
手性分子的判断
对称性
生物学性质 生物体对手性分子的选择 旋光性物质 化学性质 物理性质
反应条件
旋光性 其它
(二）分子手性的判断
反证法，由分子是否具有对称元素判断其是否具有手性。对称元素 主要包括对称轴、对称面和对称中心。 （1）对称轴：假设分子中有一直线（轴），当分子围绕这条线旋转某 一角度得到的形象与原先的形象完全相同时，这条线就是该分子的对称 轴。对称轴旋转的角度被360°除所得的商称为该对称轴的阶数，某阶数 的对称轴用Cn表示。如：
212有机化合物基本结构层次有机化合物结构构造构造的表示构造异构的基本类型构造的概念骨架异构取代基位置异构官能团异构侧链异构构型构型的概念顺反异构对映异构概念类型主要类型双键顺反异构环顺反异构基本概念及内容基本类型构型的表示构型判断构象构象的概念基础有机中的构象问题生物学体系中的构象问题几种典型构象构象的表示图21有机化合物结构层次及相关内容213有机化合物的构造一构造的定义
OH CH3 CHCOOH CHO H * OH H * OH H * OH CH2 OH
第九讲 有机化学结构理论
共价键的键参数
4) 键矩、分子偶极矩 δ+ H δCl 非极性共价键 H-H Cl-Cl 极性共价键 H-Cl
偶极矩()有方向性
H3C
δ + 部分正电荷 δ - 部分负电荷 箭头由正端指向负端、指向 电负性更大的原子。
C C CH3 Br CH3CH2 O CH2CH3
H
Cl
Br
净偶极矩指向 多原子分子的偶极矩，是各键的偶极矩向量和。
芳香性（休克尔规则） 1931 年德国化学家休克尔(Hückel)从分子轨道理 论的角度,对环状多烯烃(亦称轮烯)的芳香性提出
了如下规则，即Hückel规则。 其要点是:化合物是轮烯,共平面, 它的π电子数为4n+2 (n为0,1,2,3…,n整数), 共面的原子均为sp2或sp杂化。
双键与轮烯直接相连，计算电子数时，将双键写成其 共振的电荷结构，负电荷按2个电子计，正电荷按0计， 内部不计。如下面物质均有芳香性：
偶极矩的应用
• 丙烯与卤化氢加成时，主要产物是2-卤丙烷。即 当不对称烯烃与卤化氢加成时，氢原子主要加到 含氢较多的双键碳原子上，这一规律称为马尔科 夫尼可夫规则，简称马氏规则。
偶极矩的应用
•
CH3CH==CHCH3 + CH3CH2CH==CH2
• 在醇脱水或卤代烷脱卤化氢中，如可能生成两种烯 烃的异构体时，则在生成的产物中双键主要位于烷 基取代基较多的位置。这一规律称为扎伊采夫规则。 例如，2-丁醇脱水时，主要产物是2-丁烯，1-丁烯 是次要的。
例如，1-丁烯：
H 3C H
CH2=C
H CH2CH3
H 3C H H
没有顺反异构
CH3 H
CH3
顺-2-丁烯
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有机化学 结构分析
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯