药学类专业有机化学教学初探(3)

(3)碳负离子

电子带负电而原子核带正电，使电子远离原子核必然要克服原子核与电子之间的静电引力而做功，电子离原子核越远需要外力做功越多，体系的能量就越高，因此，体系就越不稳定。烷烃的碳原子为sp3杂化、烯烃的碳原子为sp2杂化、炔烃的碳原子为sp杂化，而s轨道的电负性大于p轨道，杂化轨道含s成分越多则电负性越大，轨道的电负性越大则电子越靠近原子核，整个体系能量就越低越稳定。因此，HC≡C-可以稳定存在而H2C=CH-和H3C-CH2-难以稳定存在。

3 杂原子等价原理是学习有机化学第三大法宝

有机化合物都含碳元素，是含碳的化合物。绝大多数有机化合物还含有氢，有的还含氮、氧、硫和卤素等[9]。“碳”字的“火”与“氢”字的“巠”组成一个“烃”字；碳元素符号为C，氢元素符号为H，那么，烃的代表式顺理成章为CxHy。由此，我们把碳元素C、氢元素H称之为有机化合物的本族元素，N、O、S、X、B以及Hg等称之为杂原子，这些杂原子之间可以相互替换。这就是我们提出的“杂原子等价原理”，该原理在有机化合物之间相互转化可起到很好的指导作用。

4 有机化合物的分类与转化

药学类专业有机化学涉及的有机化合物大体上有烷烃、烯烃、炔烃、二烯烃、芳香烃、卤代烃、醇、醚、醛、酮、酚、羧酸、酯、酰卤、酸酐、酰胺。其中，按传统有机化学教材对化合物的分类，酯、酰卤、酸酐称之为羧酸衍生物。本文作者提出便于教学与学习的一种分类，即：烷烃、烯烃、炔烃、二烯烃、芳香烃统称为烃类，卤代烃、醇、醚、醛、酮、酚、羧酸、酯、酰卤、酸酐、酰胺统称为烃类衍生物。这些衍生物在“杂原子等价原理”指导下，可实现相互转化，学得轻松也记得牢固。

4.1 烃类化合物

4.1.1 烷 烃

在烃类化合物CxHy中，当x=1时，因为碳原子为4价，y只能为4，此时碳与氢之间的键合达到“完”满，可称之为“完”烃。烃类通常具有可燃性，因此，给它加上一个“火”字旁，称之为“烷”烃。一个碳成为甲烷，两个碳成为乙烷，以此类推。

4.1.2 烯 烃

在烃类化合物CxHy中，当x=2时，因为碳原子为4价，y可取4。此时，该烃为C2H4，与乙烷C2H6相比少了2个氢H，“稀”与“少”为同义词，因此，C2H4相对于C2H6而言，可称之为“稀”烃。烃类通常具有可燃性，因此，给它加上一个“火”字旁，称之为“烯”烃。两个碳成为乙烯，三个碳成为丙烯，以此类推。

4.1.3 炔 烃

在烃类化合物CxHy中，当x=2时，因为碳原子为4价，y也可取2。此时，该烃为C2H2，与乙烷C2H4相比少了2个氢H，比“少”还要“少”为“缺”，因此，C2H2相对于C2H6而言，可称之为“缺”烃。烃类通常具有可燃性，因此，给它加上一个“火”字旁，称之为“炔”烃。两个碳成为乙炔，三个碳成为丙炔，以此类推。值得特别指出的是，如果我们把双键往两边拉开，那么，双键可以看作一个二元环，这与计算饱和度时一个环等价于一个双键吻合。因此，当x=6，y=6时，苯C6H6可看作是烯烃与环叠加的结果。同理，环烷烃可以看作环与烷烃叠加的结果。

4.2 烃类化合物的反应

烷烃化合物仅由C、H两个本族元素组成，并且C元素与H元素的电负性非常接近，因此，烷烃分子中的C-H和C-C键都是非极性的σ键。烷烃分子不存在部分正电荷δ+或部分负电荷δ-的可进攻位点，亲电试剂或亲核试剂无法进攻，因此，通常条件下一般与强酸、强碱、强氧化剂等不发生反应。但是，在紫外光照或高温等条件下，烷烃可与卤素发生自由基取代反应：CH4+Cl2→ CH3Cl+ …。由于卤素的电负性大于碳的电负性，卤素原子的引入打破了烷烃分子没有可被亲电试剂或亲核试剂进攻的没有破绽的均衡电子结构，揭开了有机化合物相互转化的序幕。有机化合物定义为含碳的化合物或碳氢化合物及其衍生物。据此定义以及杂原子等价原理，我们完全可以这么认为：烷烃的卤代反应打响了有机化合物相互转化的第一枪。

4.3 烃类衍生物之间的转化

有机化合物之间的转化大体上可分为杂原子之间的等价转化与官能团变化的不等价转化。

4.3.1 单杂原子之间的等价转化

以“杂原子等价原理”为依据，一个杂原子与另一个杂原子之间相互替换的转化，称之为单杂原子等价转化。例如：在CH3Cl分子中，Cl可通过亲核取代反应分别被-NH2(-NHR)、-OH(-OR)、-SH(-SR)等杂原子基团等价替换，分别形成胺、醇(醚)、硫醇(硫醚)。

文章来源：《华西药学杂志》 网址: http://www.hxyxzz.cn/qikandaodu/2021/0726/873.html