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有機化學的基礎60(上) 原子間的鍵結與異構物
2009/04/19 23:17
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1.      碳與碳之間的鍵結形式,除了單鍵、雙鍵,還有三鍵。

2.      「氮」的外層「混成軌域」模型,由「2s」、「2p」電子軌域混合成2個「sp混成軌域」和2個獨立的「p軌域」。

(注:s是指電子圍繞原子核運動的球形軌道;p是指電子圍繞原子核運動的啞鈴型軌道,有平行x軸、y軸、z軸三種;2就是指電子活動的第二能階,第一能階最靠近原子核,其次是第二能階,這也是氮的最外層活動區域。)

3.      2個獨立的「p軌域」,垂直分布在「sp混成軌域」的上下兩邊,正好可以像三明治一樣夾住「sp混成軌域」,使得氮原子和其他原子鍵結的時候,形成「三鍵」,就像「炔類alkynes」。(注:混成軌域,不同殼層的電子,活動軌道混合,變形成新的軌道)

4.      nitrile,是由氮與碳組成的一個分子化合物,其中的「氮」原子以「sp混成軌域」與「碳」原子鍵結,形成「三鍵」;

5.      在有機分子中,nitrile這個官能基稱為cyano group氰基;當nitrile形成陰離子(-CN )或處在無機試劑中時,就稱cyanide ion氰離子。(注: C是碳,N是氮,化學鍵三鍵,- 負電)

6.      我們舉一個例子說明nitrile構成的有機分子:乙氰acetonitrile ,化學式H3CC≡N,碳與氮以三鍵相連的部分,看起來就像一直線

7.      接下來,我們討論含有某種氧的分子化合物,這種氧的特徵是「sp3混成軌域」,意思是它只能跟其他原子形成單鍵。

8.      什麼樣的化合物含有「sp3混成軌域」的氧原子?最基本的就是水,水由一個氧和二個氫組成;如果水的其中一個「氫原子」被「碳氫化合物」取代,那就變成alcoholes;如果的二個氫原子」被「碳氫化合物」取代,那就變成「醚ethers」。

9.      「氧」與「碳」的化合物,化學鍵就跟「氮」與「碳」化合物一樣,可分為「單鍵」、「雙鍵」、「三鍵」。

10.  首先,我們要了解「氧」的外層電子「混成軌域」。氧的外層電子活動區域有2s軌域與2p軌域,所有的軌域混合,可以形成四個「sp3混成軌域」;

11.  我們可以把四個「sp3混成軌域」,想像成一個球體有「4隻腳架」可以向四方延伸,把這四隻腳架的頂端,用想像的虛線連起來,看起來就是一個「四面體」構成的「三角錐」。

12.  但是「氧」的外層只有6個電子,所以,勢必有一個「sp3混成軌域」沒有電子填入,那麼,就應該有三個「sp3混成軌域」了?

13.  但是因為氧的陰電性很強,原子核會盡可能地吸走所有的電子,使得氧有一部分的電子會被原子核控制,而無法參與其他鍵結活動;扣除被原子核吸走的電子,剩下的電子只能夠形成二個「sp3混成軌域」。

14.  能夠顯現出以上理論的模型,就是水分子。從路易斯點狀電子圖,可以看出外層電子的狀態,有「4個電子」被氧原子核控制,另外有「2個電子」與「氫」原子的電子共同參與鍵結,這樣一來,每個原子(氧、氫)的外層電子空位都填滿了,可說是。

15.  同時,「氫--氫」的角度,又非常接近「伸出4隻腳的球體」夾腳,如果用想像的虛線,連起「2個氫」與「2組孤對電子」的頂端,看起來很接近「四面體三角錐」。

16.  但是因為2組孤對電子會「同性相斥」,推擠的結果導致另一端的2個「氧-氫」化學鍵夾角被壓縮成「105°(注:沒有外力施壓的情況下,應該像甲烷那樣每個夾腳都是109.5°)

17.  醇類alcohols的基本模型是「R-O-H」,R代表「碳氫原子群」、O代表「氧」、H代表「氫」、「-」代表化學鍵。

18.  醇類,就是「氧」的一端和「碳」鍵結,另一端和「氫」鍵結。「甲醇Methanol」,就是「碳」的那一端有一個「甲基CH3」與「氧」鍵結,這是最單純的醇類。

19.  比較看看會發現,「甲醇Methanol」的構造跟「甲基胺methylamine」很像,差別就是「甲醇」的「氧」,有「二組」孤對電子,「甲基胺」的「氮」,只有「一組」孤對電子。

20.  就像「胺類」,可以依據「H2N胺基」的「位置」不同,而有許多不同的異構物,「醇類」也可以依據「OH氫氧基」的「位置」分別為不同的異構物命名。

21.  例如,6碳的醇類共有3種異構物:1-己醇1-hexanol2-己醇2-hexanol2-甲基-2-戊醇2-methyl-2-pentanol

22.  根據IUPAC規則,所有醇類的命名都要在尾端寫「-anol」,表示這個分子有「OH group 氫氧基」;阿拉伯數字123……,說明OH group 氫氧基」在主鍊的「位置」。

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