第七章 碳氧双键化合物的分类和命名
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例如： CHO 苯甲醛 CH2 CH C H 例如： 丙烯醛
饱和碳氧双键化合物 O
CH3 C H 例如： 乙醛
非共轭碳氧双键化合物 O
CH2 例如： CH CH2 C H 3-丁烯醛
7.1.2 同分异构现象 醛、羧酸及其衍生物的同分异构是由碳干异构引起的。而酮的同分异构现象除由 碳链变化引起的碳干异构外，羰基所在位置不同，也会引起异构现象。同类型的醛和 酮具有相同的分子通式。
CH3(CH2)7CH
CH(CH 2)7COOH
9-十八碳烯酸(油酸) 或9-十八碳烯酸
12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻油酸)
3
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.3 命名
羧酸衍生物的名称从相应的羧酸名称获得。 酸 酰氯 酸酐 酰胺 腈 酯
CH3COOH
乙酸
O O O
CH3COCl
乙酰氯
O CH3C O O
(CH3CO)2O
乙酐
CH3CONH2
乙酰胺
CH3CN
乙腈
CH3COOCH3
乙酸甲酯
O CH3 CH3 CH3C N
CCH2CH3
COOCH3
环己(基)甲酸甲酯
马来酐
O C C N CH3 O
乙丙酐
OC2H5 H C
N,N-二甲基乙酰胺(DMF)
OC2H5
O C O
己内酯
C NH
己内酰胺
O
OC2H5
H O H 偶极距 2.27D CH 3 2.85D CH 3 O
在羧酸和羧酸衍生物分子中，与羰基碳原子直接相连的是电负性较大的卤原子、氮原 子或氧原子，这些原子都能与羰基形成p-π共轭体系。但这些原子与羰基形成p-π共轭体系 的能力和这些原子的电负性差别将导致羧酸和羧酸衍生物分子性质之间的差别。
5wenku.baidu.com
最简单的羧酸是甲酸HCOOH。它同时具有醛和酸的性质。
O C R 酮 O 醌 R OH
碳氧双键 化合物
O C R 醛 H R
O C
O C R X 酰卤 R
O C
O
O C R R 酸酐
O C OR' 羧酸酯 R
O C NH 2 酰胺
1
R C
N
羧酸
腈
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.1 分类 碳氧双键化合物可以根据分子中烃基结构的不同分类：
共轭碳氧双键化合物 O 不饱和碳氧双键化合物 脂肪族碳氧双键化合物 碳氧双键化合物 芳香族碳氧双键化合物
N-甲基邻苯二甲酰亚胺
原甲酸三乙酯
碳原子的位置也可用希腊字母表示。
H O O
δ
γ
β
α
γ
β
α
α '
β '
γ '
4
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.1 结构特征
δ
C
δ
O
C原子为sp2杂化态，C原子的三个sp2杂化轨道以σ键和三个其它原子相连接，这三个σ键 处于一个平面中，C原子剩下一个2p轨道，与氧原子的2p轨道构成一个π键。由于碳和氧原子 的电负性差别很大， π电子云并不是由碳和氧原子均等地共享，易流动的π电子被强烈地拉向 电负性较大的氧原子。 羰基是强极性键，羰基的极性使醛、酮、羧酸和羧酸衍生物成为极性化合物。
R O ...... H R C N R H...... O N C R
δ CH ..... O 3 δ δ CH ............ O H C N 3 δ ..... CH H C N
3
CH3
6
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.2 物理性质
直链饱和一元羧酸的熔点随碳原子数目增加呈锯齿状增高，含偶数碳原 子的酸的熔点高于邻近两个奇数碳原子的酸。 二元羧酸都是晶体，极性比一元酸强，它们的熔点比一元酸高，在水中的溶 解度也比一元酸大。 二元羧酸的顺反异构体的熔点和溶解度与它们的结构有关。反式丁烯二酸的 对称性比顺式丁烯二酸好，极性较小，同时，顺式丁烯二酸能形成分子内氢键。 因此，反式丁烯二酸的熔点(287℃)比顺式(130℃)高，但顺式丁烯二酸的溶解度大。
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.2 物理性质
碳氧双键化合物的极性使它们的沸点、熔点、比重和在极性溶剂中的溶解度比分子量 相近的非极性化合物高。随着烃基加大，差别变小。 碳氧双键中的氧原子具有接受活泼质子形成氢键的能力。在水和醇中有一定溶解度；随着 烃基加大，在水和醇中溶解度变小。 醛酮本身不能形成分子间的氢键，它们的沸点、熔点比相同分子量的醇要低。
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
碳氧双键称为羰基。羰基碳原子与氢原子直接相连构成醛基；羰基碳原子与两个烃基直接相 连时，该羰基称为酮基；当羰基与羟基直接相连构成羧基。在化合物分子中，醛基和酮基作为取 代基时称为酰基。
7.1.1 分类 碳氧双键化合物可以根据所含官能团的不同分类：
醛：羰基碳原子与氢原子相连的化合物。 酮：羰基碳原子与两个碳原子相连的化合物。 醌：具有特殊环状的不饱和二酮。 羧酸：含有羧基的化合物。 酰氯：羧酸的羟基被卤素取代的化合物。 酸酐：两分子羧酸脱水形成的产物。 羧酸衍生物 羧酸酯：羧酸和醇分子之间脱水形成的产物。 酰胺：羧酸和氨(胺)分子之间脱水形成的产物。 腈：含有碳氮三键的有机化合物。 O
CH3 O
6 7
5
H
4
3
2
1 O
1-环己基-1-丙酮
1-苯基-1-乙酮(苯乙酮)
3-甲基-5-庚炔醛
H
CH3C CH3 CHCOOH
H C C COOH
Cl
CHCH 2COOH CH3
HOOC
3-甲基-2-丁烯酸
3-(4-氯苯基)-丁酸
(Z)-丁烯二酸(马来酸)
OH CH3(CH2)5CHCH 2CH CH(CH 2)7COOH
O CH3CH2CH2 H O H CH3CH2 O CH3
丁醛
2-甲基丙醛
2-丁酮
2
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.3 命名
醛、酮、羧酸的系统命名法是选择含有羰基或羧基的最长碳链作为主链，并从靠近羰基 或羧基的一端开始编号。
O CH 3 CH 3CH 2 2 CH 3 4 3 1 2-丁酮 2-苯基丙醛 O H CH 3CH 2 3 2 O 1
羧酸分子间能形成氢键，因此，羧酸的熔、沸点很高。低级羧酸在固态、液态都以二聚形 式存在，它们的沸点比分子量相同的醇还要高，甲酸在气态也以二聚体存在。 酰氯、酯的沸点比羧酸低。 酰胺分子间可以通过氢键而形成高度缔合分子，酰胺的沸点高于相应羧酸随着氮原子上的 氢被烃基取代，氮取代酰胺的缔合程度减小，沸点降低。但是氮取代酰胺仍可以通过偶极缔合 而形成缔合分子。因此，N,N一二取代酰胺的沸点仍高于相应羧酸。
饱和碳氧双键化合物 O
CH3 C H 例如： 乙醛
非共轭碳氧双键化合物 O
CH2 例如： CH CH2 C H 3-丁烯醛
7.1.2 同分异构现象 醛、羧酸及其衍生物的同分异构是由碳干异构引起的。而酮的同分异构现象除由 碳链变化引起的碳干异构外，羰基所在位置不同，也会引起异构现象。同类型的醛和 酮具有相同的分子通式。
CH3(CH2)7CH
CH(CH 2)7COOH
9-十八碳烯酸(油酸) 或9-十八碳烯酸
12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻油酸)
3
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.3 命名
羧酸衍生物的名称从相应的羧酸名称获得。 酸 酰氯 酸酐 酰胺 腈 酯
CH3COOH
乙酸
O O O
CH3COCl
乙酰氯
O CH3C O O
(CH3CO)2O
乙酐
CH3CONH2
乙酰胺
CH3CN
乙腈
CH3COOCH3
乙酸甲酯
O CH3 CH3 CH3C N
CCH2CH3
COOCH3
环己(基)甲酸甲酯
马来酐
O C C N CH3 O
乙丙酐
OC2H5 H C
N,N-二甲基乙酰胺(DMF)
OC2H5
O C O
己内酯
C NH
己内酰胺
O
OC2H5
H O H 偶极距 2.27D CH 3 2.85D CH 3 O
在羧酸和羧酸衍生物分子中，与羰基碳原子直接相连的是电负性较大的卤原子、氮原 子或氧原子，这些原子都能与羰基形成p-π共轭体系。但这些原子与羰基形成p-π共轭体系 的能力和这些原子的电负性差别将导致羧酸和羧酸衍生物分子性质之间的差别。
5wenku.baidu.com
最简单的羧酸是甲酸HCOOH。它同时具有醛和酸的性质。
O C R 酮 O 醌 R OH
碳氧双键 化合物
O C R 醛 H R
O C
O C R X 酰卤 R
O C
O
O C R R 酸酐
O C OR' 羧酸酯 R
O C NH 2 酰胺
1
R C
N
羧酸
腈
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.1 分类 碳氧双键化合物可以根据分子中烃基结构的不同分类：
共轭碳氧双键化合物 O 不饱和碳氧双键化合物 脂肪族碳氧双键化合物 碳氧双键化合物 芳香族碳氧双键化合物
N-甲基邻苯二甲酰亚胺
原甲酸三乙酯
碳原子的位置也可用希腊字母表示。
H O O
δ
γ
β
α
γ
β
α
α '
β '
γ '
4
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.1 结构特征
δ
C
δ
O
C原子为sp2杂化态，C原子的三个sp2杂化轨道以σ键和三个其它原子相连接，这三个σ键 处于一个平面中，C原子剩下一个2p轨道，与氧原子的2p轨道构成一个π键。由于碳和氧原子 的电负性差别很大， π电子云并不是由碳和氧原子均等地共享，易流动的π电子被强烈地拉向 电负性较大的氧原子。 羰基是强极性键，羰基的极性使醛、酮、羧酸和羧酸衍生物成为极性化合物。
R O ...... H R C N R H...... O N C R
δ CH ..... O 3 δ δ CH ............ O H C N 3 δ ..... CH H C N
3
CH3
6
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.2 物理性质
直链饱和一元羧酸的熔点随碳原子数目增加呈锯齿状增高，含偶数碳原 子的酸的熔点高于邻近两个奇数碳原子的酸。 二元羧酸都是晶体，极性比一元酸强，它们的熔点比一元酸高，在水中的溶 解度也比一元酸大。 二元羧酸的顺反异构体的熔点和溶解度与它们的结构有关。反式丁烯二酸的 对称性比顺式丁烯二酸好，极性较小，同时，顺式丁烯二酸能形成分子内氢键。 因此，反式丁烯二酸的熔点(287℃)比顺式(130℃)高，但顺式丁烯二酸的溶解度大。
7.2 碳氧双键化合物的结构特征和物理性质
7.2.2 物理性质
碳氧双键化合物的极性使它们的沸点、熔点、比重和在极性溶剂中的溶解度比分子量 相近的非极性化合物高。随着烃基加大，差别变小。 碳氧双键中的氧原子具有接受活泼质子形成氢键的能力。在水和醇中有一定溶解度；随着 烃基加大，在水和醇中溶解度变小。 醛酮本身不能形成分子间的氢键，它们的沸点、熔点比相同分子量的醇要低。
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
碳氧双键称为羰基。羰基碳原子与氢原子直接相连构成醛基；羰基碳原子与两个烃基直接相 连时，该羰基称为酮基；当羰基与羟基直接相连构成羧基。在化合物分子中，醛基和酮基作为取 代基时称为酰基。
7.1.1 分类 碳氧双键化合物可以根据所含官能团的不同分类：
醛：羰基碳原子与氢原子相连的化合物。 酮：羰基碳原子与两个碳原子相连的化合物。 醌：具有特殊环状的不饱和二酮。 羧酸：含有羧基的化合物。 酰氯：羧酸的羟基被卤素取代的化合物。 酸酐：两分子羧酸脱水形成的产物。 羧酸衍生物 羧酸酯：羧酸和醇分子之间脱水形成的产物。 酰胺：羧酸和氨(胺)分子之间脱水形成的产物。 腈：含有碳氮三键的有机化合物。 O
CH3 O
6 7
5
H
4
3
2
1 O
1-环己基-1-丙酮
1-苯基-1-乙酮(苯乙酮)
3-甲基-5-庚炔醛
H
CH3C CH3 CHCOOH
H C C COOH
Cl
CHCH 2COOH CH3
HOOC
3-甲基-2-丁烯酸
3-(4-氯苯基)-丁酸
(Z)-丁烯二酸(马来酸)
OH CH3(CH2)5CHCH 2CH CH(CH 2)7COOH
O CH3CH2CH2 H O H CH3CH2 O CH3
丁醛
2-甲基丙醛
2-丁酮
2
7.1 碳氧双键化合物的分类和命名
7.1.3 命名
醛、酮、羧酸的系统命名法是选择含有羰基或羧基的最长碳链作为主链，并从靠近羰基 或羧基的一端开始编号。
O CH 3 CH 3CH 2 2 CH 3 4 3 1 2-丁酮 2-苯基丙醛 O H CH 3CH 2 3 2 O 1
羧酸分子间能形成氢键，因此，羧酸的熔、沸点很高。低级羧酸在固态、液态都以二聚形 式存在，它们的沸点比分子量相同的醇还要高，甲酸在气态也以二聚体存在。 酰氯、酯的沸点比羧酸低。 酰胺分子间可以通过氢键而形成高度缔合分子，酰胺的沸点高于相应羧酸随着氮原子上的 氢被烃基取代，氮取代酰胺的缔合程度减小，沸点降低。但是氮取代酰胺仍可以通过偶极缔合 而形成缔合分子。因此，N,N一二取代酰胺的沸点仍高于相应羧酸。