有机化合物的结构特点(三
看清键极性、诱导与共轭效应、空间位阻的作用机制与边界
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有机化合物的结构特点(三
看清键极性、诱导与共轭效应、空间位阻的作用机制与边界
酮
有机化合物里,C=O 双键(羰基)是最常见的官能团之一。按羰基两端连接对象的不同,可分两类:一端连氢的醛,两端都连烃基的酮。本页聚焦酮。
羰基碳像枢纽,两侧都接碳(烃基);醛像终点站,只单侧连碳
羧酸
羧酸:定义、要点与典型应用
酯
羧酸有酸性的 -OH,醇有 -OH 在另一端。两类化合物一旦相遇脱去一分子水,就生成全新的物质——酯。酯既是羧酸的延伸,也自有独特之处。
酸松 -OH 的 H、醇松 -OH 的 OH,扣在一起放出一分子水
胺
前几页都围着氧和羰基打转——酮、羧酸、酯。现在把主角换成氮,看看含氮有机物里最常见的一类:胺。
手空了就想抓住点东西;氮有孤对电子就想结合 H+,这就是碱性的根源
酰胺
上一节我们认识了胺——氮带孤对电子、显碱性。但当氨基接上酰基变成酰胺后,性质大变:碱性几乎消失,结构变得平面,还成了蛋白质中连接氨基酸的关键纽带。这正是本节的主角——酰胺。
N 把孤对电子'借'给 C=O 共用——C-N 带部分双键难以旋转,N 也失去自由孤对电子而碱性大降
有机反应
上页我们认识了酮、羧酸、酯等官能团——它们不只是「结构标签」,而是分子里真正的反应枢纽。本页看有机反应本身。
木架(碳骨架)常保留,榫卯(官能团)拆换重组;强热下木架也会断
有机反应的特点
做红烧肉要一两个小时还可能糊底——有机反应也这样:慢、容易出副产物。原因就藏在上一页讲过的共价键里。
都要控火候;主菜之外常有配菜;火大或火小结果完全不同
共价键的类型
上一页我们说过有机反应的本质是旧键断裂、新键形成。那问题来了——同样是共价键,为什么 C–C 单键能自由旋转,而 C=C 双键却不行?这就涉及到共价键的两种基本类型。
握手(头对头)能自由转体;并肩贴靠(肩并肩)一转身就脱离
共价键的极性
上一页我们知道了共价键有非极性和极性之分。那为什么同样共用电子对,有的键「平分秋色」,有的却「偏向一方」?这背后藏着一个关键属性——电负性。
力气大的一侧把绳子拉过去更多,电子就像绳子一样偏向电负性大的原子
官能团的活性部位
前面我们认识了各种官能团——酮、羧酸、酯……但一个官能团里,是不是每个原子都同等参与反应?并不是。真正"动"起来的,只是其中几个特定原子或键位,这就是活性部位。
一栋楼几十间房,对外办业务的只有前台几个窗口;官能团里真正'接待'试剂的也只是几个特定原子或键位
基团相互影响
上一页把每个官能团当成「独立单元」看它的活性部位。但在真正的分子里,基团是肩并肩站着的——电子会在它们之间悄悄传递,让「同一个 OH」在不同环境里脾气完全不同。
独唱时音色固定;合在一起高音声部被低音牵制,低音也撑起高音——彼此影响,共同决定整体音响
有机化合物的同分异构现象
官能团决定性质,前页已经印证。但更戏剧性的是——同样是 C₂H₆O,乙醇溶于水(沸点 78°C),甲醚几乎不溶(沸点 -24°C)。分子式相同,结构一变,物理性质就天差地别。
积木(原子)相同,拼法(结构)不同,搭出的造型(分子)完全不同
空间结构(立体结构)
上一页讲到同分异构分构造异构和立体异构。立体异构的存在,归根结底是因为原子是生活在三维空间里的——这一页我们看它们具体怎么摆。
镜像对称但无论如何旋转都无法完全重合,互为对映体
碳价四面体学说
上页说到共价键有方向性,那碳的四个键到底往哪伸展?为什么甲烷分子不是平面四方?这一切要从 1874 年的一篇论文说起。
中心到四面伞骨末端等距,任意两骨不相邻——这正是正四面体的几何特征
立体异构
上一页我们留下一个悬念——碳是四面体,同样的四个基团换一种摆法,分子还是同一个吗?你的左手和右手,结构一模一样,却怎么也叠不到一起。
互为镜像、不可叠合;结构相同但无法对齐
本节要点
- ✓官能团定大类,微观结构定细节
- ✓共价键极性决定反应活性部位
- ✓基团间相互影响,性质不能孤立看
- ✓同分异构普遍,空间结构影响性质
- ✓有机反应慢、副反应多,条件决定方向
课后思考
先合上书自己想一想,再对照参考答案回看思路。
参考答案sp³ 杂化使键角稳定在 109.5°,是能量最低的选择;平面构型把键角压到 90°,张力过大。四面体正是有机分子立体异构和三维多样性的根源。
参考答案苯环的 p-π 共轭把氧上的负电荷分散开,稳定了酚氧负离子,所以苯酚酸性强。换无共轭的环己烷后,酸性与普通醇相近。
参考答案生物体内的酶与受体本身是手性的,能精确识别分子的三维形状。'功能'不仅取决于官能团,还严格依赖整体立体构型。