可汗学院-有机化学小结

一、 命名(注意:英文是按字母排序的,与汉语不同)

 结构表达:线代表2个电子形成的公用电子对。如C—H

烷烃(alkane 含异、仲、叔碳支碳)、烯烃(alkene)、卤代烃(alkyl halides)的习惯命名或系统命名

1 meth,2 eth,3 prop,4 but,5 pent,6 hex,7 hept,8 oct,9 non,10 dec,11 undec 12 dodec 13 tridec 14 tetradec

isobutyl  sec-butyl  tert-butyl 异 仲 叔

halogen 卤素:fluorine chlorine  bromine iodine 

halide  卤化物:fluoride  chloride  bromide iodide 

二、空间结构

1. sp3杂化轨道与\delta 键、sp2杂化轨道与\pi

2. 纽曼投影式 Newman projection

交错构想 staggered conformatin、重叠构想 eclipse conformation

反式构象 anti-conformation(最稳定)、偏转构想 gauche conformation(最不稳定)

3. 环己烷的椅型构象和船型构象:

椅型构象CH2相互远离,构象更稳定。甲基环己烷2种椅型构象可画双纽曼图,其中一种满足反式构象,更稳定。

4. 同分异构体isomers 可分:结构异构体constitutional isomer 和 立体异构体stereoisomer。

立体异构体包括:对映体enantiomers 和 非对映体diastereomers

Enantiomers are just the mirror images. 对映体互为镜像。对映体R-S命名(按原子序数排序基团,R顺时针,右手性分子;S sinister 逆时针,左手性分子)

5. 烯烃的顺反和E-Z命名

原子序数找出优先基团,E表反面、分离,Z表正面、一起,如(Z)-but-2-ene

三、反应机理

1.  酸催化加成反应:水合氢离子hydronium ions 吸引双键碳的电子,形成碳正离子;碳正离子吸收水分子中的氧的电子;氧吸引其中一个H的电子;另一个水分子把一个电子给H又形成水合氢离子。

马氏规则与碳正离子carbocation:氢越多的碳更易得氢;基团越多的碳更易得基团。

2. 烯烃聚合反应:聚氯乙烯PVC polyvinyl chlorine

3. 亲核置换反应:SN2 和 SN1

SN2亲核试剂直接将电子给C,亲核试剂从一侧攻击,离去基团从另一侧离开,改变手性

SN1有机物本身C将一个电子给电负性强的卤素等,形成碳正离子,反应发生在同侧,不改变手性

在质子溶剂a protic sovent中,亲核性I->Br->Cl->F-;

在非质子溶剂 a aprotic sovent中,亲核性OH->F->Cl->Br->I-;

碱性basicity:OH->F->Cl->Br->I-(热力学概念)

4. 消去反应:E2 和E1

一般消去卤化物(如卤化氢)形成双键。

跟功能基团连接的C叫\alpha 碳,两边叫\beta 碳,连接更少氢的碳的氢的酸性更强,强碱更容易得到。

札依采夫规则:连接最少氢的碳易失去氢质子。超共轭现象 hyperconjugation。

E2酸性强的质子直接被强碱(如甲氧基纳)拿走。

E1形成叔碳正离子,整个分子有一定酸性,即给出质子。

对于SN2、E2一般要强亲核剂或强碱,一般在非质子溶剂中。

对于SN1、E1一般要弱亲核剂或弱碱,一般在质子溶剂中。

5. 自由基反应

引发步骤 initiation step :在提供能量的情况下,形成自由基 a free radical。

链增长步骤propagation step:反映掉一个自由基,却生成了另一个自由基。

链终止步骤termination step:当自由基数量足够多,自由基之间反应。

一旦一个自由基反应开始了,这些家伙非常活跃,就会开始和其它物质反应,随着反应进行,就会产生越来越多的自由基,发生连锁反应。

四、特殊基团(优先级 醇 胺

1. 醇 alcohol  甲醇 methanol 乙醇ethanol

2. 胺 amine 

伯胺(甲胺 methylamine) primary amine,仲胺 (二甲胺dimethylamine)secondary amine,叔胺(三甲胺 trimethylamine) tertiary amine

heptan-2-amine

苯胺 aniline, 3-bromo-4-nitro aniline

3. 醚 ether 甲醚(即二甲醚) methyl ether或methoxymethane  乙醚(即二乙醚)diethyl ether

环氧化合物epoxide 环醚,不行大多数醚,这个很有活性。

环醚2种命名方式:cyclohexene oxide 氧化环己烯   epoxy cyclohexane 环氧环己烷

4. 笨 benzene 是共振resonance 结构,这些电子在整个环上,这样能量最低。

芳香性 aromatic 休克尔规则:4n+2 芳香族化合物 aromatic compound ,如果不遵守4n+2,叫anti-aromatic

chlorobenzene 氯苯 , toluene 甲苯 ,phenol 苯酚,aniline 苯胺,苯甲酸 benzoic acid,苯甲醛 benzaldehyde

5. 醛 aldehyde 含羰基 carbonyl group

甲醛 formaldehyde或methanal  乙醛 acetaldehyde 或ethanal

6. 酮 ketone

丙酮 acetone

7. 酰基 acyl  CH3-C=O 乙酰基 acetyl

8. 羧酸 carboxylic acid

羧酸比醇酸性更强的原因是:一旦它给出质子,就会变得相当稳定(由于共振杂化体 resonance stabilization)

五、含基团的反应

1. SN2/SN1反应中胺的亲核作用

乙胺 ethylamine 在中性官能团中碱性最强的。

① SN2 

乙胺 攻击 溴化乙烷 形成 二乙基铵+ 和 Br-;乙胺夺走 二乙基铵+的氢质子,形成二乙基胺 和 乙基胺+。

二乙基胺 攻击 溴化乙烷 形成 三乙基铵+ 和 Br-;乙胺夺走 三乙基铵+的氢质子,形成三乙基胺 和 乙基胺+。

三乙基胺 攻击 溴化乙烷 形成 四乙基铵+(即季铵) 和 Br-。

②SN1 例如 叔碳上的卤素

2. 环醚的SN2/SN1开环反应 :生成2个羟基。

3. 芳香烃的亲电取代反应 :非常强的亲电试剂(通常带正电荷)与苯环反应。

例如:笨的溴化  笨和溴气在 溴化铁催化下 形成溴苯,即加入FBr3后,Br2变成强亲电试剂,打破苯环的芳香结构。

4. 酰基化反应

笨与乙酰氯在 氯化铝的作用下发生取代反应,最终形成苯乙酮 acetophenone,即酰基化了这个苯环。

5. 烯醇-酮互变异构

双键的一端连接一个羟基  与 酮  互变异构,即烯醇式分子  和 酮式分子(更稳定)

6. 酯化反应

一般在酸(如硫酸)催化作用下,醇被硫酸质子化,带一个正电,即在乙醇溶液中,质子也能释放出来;

7. 酰氯的形成

由乙酸 acetic acid 和 氯化亚砜 thionyl chloride 形成 乙酰氯 acetyl chloride

8. 酰氯的胺化

丁酰氯 butanoyl 和二甲基胺 生成N,N-二甲基丁酰胺

9. 羟醛反应

羰基旁边的碳叫\alpha 碳,\alpha 碳上的H的酸性要强于其它碳上的

在碱催化作用下,\alpha 碳上的H质子被夺走,由于共振resonance,形成烯醇离子enolate。

烯醇离子作为亲核试剂与醛发生反应,生成物有醛和醇,aldol的由来。

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