碳氫等價物法求算有機分子的不飽和度

文章編號:1005-6629(2010)10-0071-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

不飽和度的計算對分析有機化合物的結構具有重要意義。在中學化學教學中， 解答有機方面的習題也常常涉及[1-4]。所謂不飽和度是指分子中含有雙鍵、三鍵和環結構的情況。一個雙鍵或飽和的環，不飽和度為1;三鍵的不飽和度為2;苯環的不飽和度則為4。關于不飽和度的計算不少文獻都有介紹。然而有所不足的是，一般文獻所介紹的多是用公式計算，例如公式:

U=1+n4+1/2(n3-n1)[5-6] (1)

U=n4+1+1/2(4n6+3n5+n3-n1)[7] (2)

以上兩式中U代表不飽和度，n1，n3，n4，n5，n6分別代表有機分子中1、3、4、5、6價原子的個數。利用這類公式計算不飽和度，要么應用范圍受限，如式(1)不適合有5價以上原子的分子;要么復雜難記，很容易遺忘，如式(2)。其實就連式(1)也很難做到較長時間不忘，同時這些公式的推導過程也比較復雜，令人費解。本文給出一種道理簡單易懂，容易在理解基礎上掌握且日后可以隨時回憶起，同時又適合于含各種價數原子的有機分子不飽和度求算方法，即碳氫等價物法。

何為碳氫等價物法呢?該法的基本思想是:將分子中除碳、氫之外的其它原子，按其價數折合為具有同樣成鍵功能(也可理解為具有相同化合價)的碳氫等價物。例如鹵原子是一價的，而碳氫基團“CH3—”因能再與一個氫原子相連因而也可視為是一價的，二者在成鍵功能方面等價;又比如磺酸中的硫原子為6價，而以單鍵相連接的兩個碳原子，即基團“≡C-C≡”因能夠再與6個氫原子相連，也相當于是6價的，所以后者可作為6價硫及其它6價原子的碳氫等價物等等。據此可得有機化合物分子中常見的1-6價原子相應的碳氫等價物，見表1。

需要進一步指出的是，雖然上表中2價原子的碳氫等價物為“CH2”，但基于有機分子中增減幾個“CH2”并不改變分子的不飽和度這一事實，求算分子的不飽和度時對2價原子可以不予考慮(這也就是不飽和度的計算公式中不涉及2價原子的原因)。同樣道理，上表中一價原子的碳氫等價物“CH3”也可減去一個“CH2”而以“H”代之。

利用碳氫等價物法求算有機分子不飽和度的基本步驟是:首先按照前述表1，將分子中碳、氫之外的其它原子依其價數折合為相應的碳氫等價物;然后再將分子中原有的C、H原子分別與等價所得的C、H原子數目相加，得到整個分子的碳氫折合式CnHx;最后與相同碳原子數的烷烴CnH2n+2比較，二者的氫原子數之差除以2即是所求不飽和度。

下面舉二例加以說明。

例1某季銨鹽分子式為C21H38BrN，利用碳氫等價物法求其不飽和度。

解:季銨鹽分子中的N為5價， 但在普通胺中應看作3價，碳氫等價物為C2H;Br為1價，可等價為H原子;整個分子的碳氫等價折合式為C23H40，較相應的飽和烴C23H48少8個H，故知其不飽和度為4。與該分子式相符的化合物之一是醫學上用作消毒劑的新潔爾滅，其化學名稱為溴化二甲基芐基十二烷基銨，結構式見圖1(a)。

解:磺酸分子中的S為6價，碳氫等價基團為C2;分子中的O是2價，碳氫等價物為CH2，3個O總的碳氫等價基團為C3H6;所以該分子的碳氫折合式為C15H14，其較相應的飽和烴C15H32少18個H，故不飽和度為9。(顯然，這里也可將2價氧原子忽略不予考慮，得分子的碳氫折合式為C12H8，與相應的飽和烴C12H26相比同樣可求得該分子的不飽和度為9)。α-萘磺酸或β-萘磺酸都是與之相符的化合物，它們的結構式見圖1(b)和(c)(萘環不飽和度為7，加兩個硫氧雙鍵，總的不飽和度為9)。

參考文獻:

[1]胡冰.有機物的不飽和度及其應用[J].中學生數理化(高考版)，2009，(12):53～55.

[2]王宏.有機物“不飽和度”的概念及其應用[J].課程教材教學研究(教育研究版)，2008，(5):15～16.

[3]周平.有機化合物不飽和度的計算和應用[J].中學化學教學參考，2005(04):20～21.

[4]吳秀平.利用“不飽和度”確定有機物結構和分子式[J].高中數理化，2004，(06):38～39.

[5]常建華，董綺功.波普原理及解析(M).北京: 科學出版社，2001:6.

[6]陳其瑞.有機分子不飽和度在解題中的應用[J].化學教學，1992，(04):47.

[7]李潤卿，范國梁，渠榮遴.有機結構波譜分析(M). 天津:天津大學出版社，2002:138.