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文章编号:1005-6629(2010)10-0071-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
不饱和度的计算对分析有机化合物的结构具有重要意义。在中学化学教学中, 解答有机方面的习题也常常涉及[1-4]。所谓不饱和度是指分子中含有双键、三键和环结构的情况。一个双键或饱和的环,不饱和度为1;三键的不饱和度为2;苯环的不饱和度则为4。关于不饱和度的计算不少文献都有介绍。然而有所不足的是,一般文献所介绍的多是用公式计算,例如公式:
U=1+n4+1/2(n3-n1)[5-6] (1)
U=n4+1+1/2(4n6+3n5+n3-n1)[7] (2)
以上两式中U代表不饱和度,n1,n3,n4,n5,n6分别代表有机分子中1、3、4、5、6价原子的个数。利用这类公式计算不饱和度,要么应用范围受限,如式(1)不适合有5价以上原子的分子;要么复杂难记,很容易遗忘,如式(2)。其实就连式(1)也很难做到较长时间不忘,同时这些公式的推导过程也比较复杂,令人费解。本文给出一种道理简单易懂,容易在理解基础上掌握且日后可以随时回忆起,同时又适合于含各种价数原子的有机分子不饱和度求算方法,即碳氢等价物法。
何为碳氢等价物法呢?该法的基本思想是:将分子中除碳、氢之外的其它原子,按其价数折合为具有同样成键功能(也可理解为具有相同化合价)的碳氢等价物。例如卤原子是一价的,而碳氢基团“CH3―”因能再与一个氢原子相连因而也可视为是一价的,二者在成键功能方面等价;又比如磺酸中的硫原子为6价,而以单键相连接的两个碳原子,即基团“C-C”因能够再与6个氢原子相连,也相当于是6价的,所以后者可作为6价硫及其它6价原子的碳氢等价物等等。据此可得有机化合物分子中常见的1-6价原子相应的碳氢等价物,见表1。
需要进一步指出的是,虽然上表中2价原子的碳氢等价物为“CH2”,但基于有机分子中增减几个“CH2”并不改变分子的不饱和度这一事实,求算分子的不饱和度时对2价原子可以不予考虑(这也就是不饱和度的计算公式中不涉及2价原子的原因)。同样道理,上表中一价原子的碳氢等价物“CH3”也可减去一个“CH2”而以“H”代之。
利用碳氢等价物法求算有机分子不饱和度的基本步骤是:首先按照前述表1,将分子中碳、氢之外的其它原子依其价数折合为相应的碳氢等价物;然后再将分子中原有的C、H原子分别与等价所得的C、H原子数目相加,得到整个分子的碳氢折合式CnHx;最后与相同碳原子数的烷烃CnH2n+2比较,二者的氢原子数之差除以2即是所求不饱和度。
下面举二例加以说明。
例1某季铵盐分子式为C21H38BrN,利用碳氢等价物法求其不饱和度。
解:季铵盐分子中的N为5价, 但在普通胺中应看作3价,碳氢等价物为C2H;Br为1价,可等价为H原子;整个分子的碳氢等价折合式为C23H40,较相应的饱和烃C23H48少8个H,故知其不饱和度为4。与该分子式相符的化合物之一是医学上用作消毒剂的新洁尔灭,其化学名称为溴化二甲基苄基十二烷基铵,结构式见图1(a)。
解:磺酸分子中的S为6价,碳氢等价基团为C2;分子中的O是2价,碳氢等价物为CH2,3个O总的碳氢等价基团为C3H6;所以该分子的碳氢折合式为C15H14,其较相应的饱和烃C15H32少18个H,故不饱和度为9。(显然,这里也可将2价氧原子忽略不予考虑,得分子的碳氢折合式为C12H8,与相应的饱和烃C12H26相比同样可求得该分子的不饱和度为9)。α-萘磺酸或β-萘磺酸都是与之相符的化合物,它们的结构式见图1(b)和(c)(萘环不饱和度为7,加两个硫氧双键,总的不饱和度为9)。
参考文献:
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