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关于有机物结构的两条新思路 -基团分类和结构插入有机物是由碳、氢以及氮、氧、硫等原子构成的，这些原子通过结成许多基团来构成有机物的。CH3甲基CH三价甲基CH2亚甲基C四价甲基按原子组成，这些基团可以分为烃基和官能团；只含一个碳原子的烃基按其含有的氢原子数可细分为甲基、亚甲基、三价甲基和四价甲基，如下图所示；官能团按其对有机物性质的影响又可细分为羟基、醛基、羧基等。其实，从这些基团在有机物结构中的位置还可以对它们进行分类。一 依据位置对基团进行分类：BrOHCHOCOOHCH3H无论怎样，甲基对外只伸出一个价键(俗称一个手)，它只能处在碳链的一端，不能处于中间，可把这种基团称为端基；氢原子、卤原子、羟基、醛基、羧基等都属于端基：OCSOCC亚甲基对外伸出两只手，它不能处在碳链的一端而只能处在碳链的中间，它就象桥梁一样把左边和右边的两个基团联接起来，可把这种基团称为桥梁基；氧原子、硫原子、羰基等都属于桥梁基：N而三价甲基和四价甲基，在含有这些基团的有机结构中，支链交汇于这些基团，据此，可把它们统称为中心基，根据它们的形状可分别称为三叉基和十字基；下述两项也属于三叉基：CHCH3CHCCH2CH3CH3CH3CH3CH3例一：设烷烃分子中含有的甲基、亚甲基、三价甲基和四价甲基的数目分别为n1、n2、n3、n4，例如在下图所示的分子中n1 =6，n2 =1，n3 =2，n4 =1。试根据不同烷烃的组成和结构，分析出烷烃(除甲烷外)中各基团数的关系。(1)设烷烃分子中氢原子数为n0 。则n0与n1、n2、n3、n4的关系是：n0= 或n0= ；(2)四种甲基个数之间的关系是n1= 。分析：(1) 根据每种基团含有的氢原子数可以立即写出氢原子总数n0=3n1+2n2+n3 ；另外根据烷烃通式，氢原子总数比碳原子总数的两倍还多2，可以写出：n0=2(n1+n2+n3 +n4 )+2；(2) 从数学的角度可以有很多的方法得出四种甲基个数之间的关系。下面从化学结构的角度来解答这个问题。在一个直链烷烃中，甲基只有两个，分处在碳链的两端，在这两个甲基之间是亚甲基，一个亚甲基作为桥梁基或多个亚甲基相联成一个长桥梁基把两个甲基联接起来，桥梁基的有无或多少都对甲基的个数不造成影响；但如果碳链中加进一个三叉基，则会增加一条支链，支链的末端要一个甲基，即便是在支链中增加一个三叉基，也是这样，所以，每增加一个三叉基就要增加一个端基；同理，在一个烷烃中每增加一个十字基，不论它是在主链上还是在支链上，都会相应的增加两条支链从而增加两个甲基。所以，在烷烃中的甲基总数为n1=2n4 +n3 +2。二 结构插入：关于结构插入，先看一个例题。例二：合成大分子烃的研究已经取得了很大成效，其中C1134H1146已被合成。现模拟C1134H1146的一种同分异构体，其分子是一种只含CC、CC和CH三种共价键的链烃分子，则该模拟分子中含多少个CC？分析：如果没有CC，则该烃只含CC和CH，即烷烃。所以可把该烃视为在一个烷烃中插入多个CC而形成。设题中模拟分子是在CxH2x+2中插入y个CC而形成，根据C、H原子守恒有：x+2y=1134；2x+2=1146。解得：x=572，y=281。上例体现了一种结构插入的思想。但并未对基团插入的位置进行详细分析。CH3CH3CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CCH3CH2CH2CH2如果没有中心基，两个端基就可以构成一个完整结构，例如两个甲基直接相联就形成乙烷；如果有中心基(三叉基或十字基)，在它伸出的每个手上接上端基就形成完整结构，例如，2-甲基丙烷就是在三叉基上接三个甲基，2，2-二甲基丙烷就是在十字基上相接四个甲基。至于桥梁基，不论有多少，都可以直接插入到或几个相联成一个长桥梁基后再插入到任意两个另外的基团之间，如两个端基之间、端基与中心基之间、中心基与中心基之间，而对它两边的基团结构不会造成影响，例如，2，2-二甲基己烷就可看成是在2，2-二甲基丙烷中插入了三个桥梁基(亚甲基)或是插入了一个由三个亚甲基组成的长桥梁基。CH例三：某分子中含有的基团种类和个数分别如下：两个CH3，一个OH，一个 ，两个CH2，问该物质可能有几种结构？CH分析：该题中甲基和羟基都属于端基， 是中心基，CH2是桥梁基，排除中心基后可立即写出该物质的结构(母体)如下图；再在其中分别插入两个桥梁基后得到结构1和结构2；把两个桥梁基合成一个长桥梁基插入后又得到结构3和结构4：母体结构CHCH3CH3OHCHOHCH2CH2CH3CH3结构1CHOHCH2CH2CH3CH3结构2CHOHCH2CH3CH3CH2结构3CHOHCH2CH3CH3CH2结构4所以，该物质共有四种可能结构。三 综合任用：例四：1993年报道合成了一种烃A，其分子式是：C1134H1146。A分子只具有下列a、 b、 c三种结构单元。已知A分子中没有苯环连苯环或脂基连脂基的结构，而且除苯环外不再有另外的环。求A分子中有上述结构单元各多少个？aCCbC(CH3)3c分析：根据题意，a基团与a基团不能直接相连，b与b、c与c、b与c也不能直接相连，c只能与a相连，b必须插在a与a之间，而且相邻的两个a基团之间只能通过一个b基团相接。根据基团分类和结构插入的思想，a基团是中心基(三叉基)，c基团是端基，b基团是桥梁基，由它们依照上面的条件构成的最简单的结构是下图结构0，但此中无b基团，插入b基团后的最简单结构是结构1(注意b与c不能直接相连)，稍微复杂一点的结构就是结构2：结构1accaccb结构2accaccbacb结构0accc结构0中含有一个a基团、三个c基团，据此可简写为ac3；结构1可简写为a2bc4，它比前面的物质多了一个a、一个b和一个c；结构2可简写为a3b2c5，它比前面的物质又多了一个a、一个b和一个c；比结构2又复杂一点的是下图3，可简写为a4b3c6，它又比前面的物质多了一个a、一个b和一个c；accacbacbaccb结构3至此可形成一系列物质，题中物质就位于这一列，这一系列物质中相邻分子其组成之差是abc，所以，可设题中物质是由结构0插入了x个(abc)而形成的，可写成为ax+1bxcx+3，（x1，正整数）。至