当量氢的概念及判断
有机分子中环境相同的h原子称为当量氢。
(1)分子中与同一个甲基相连的氢原子是等价的,如甲烷上的氢原子;甲烷空之间的立方结构是正四面体。
②.连接在同一个碳原子上的甲基上的氢原子是等价的,例如新戊烷(可以看作是甲烷分子中4个氢原子被4个甲基取代),它的4个甲基是等价的,每个甲基上的氢原子是等价的,也就是说新戊烷分子中12个氢原子是等价的;
③.镜像对称位置的氢原子(相当于平面成像中物像关系)是等价的,例如2,2,3,3-四甲基丁烷分子中的18个氢原子是等价的。
解决问题的等效氢法
“当量氢原子法”是判断异构体最基本的方法。一个分子中等价的氢原子有很多种,所以单取代基的结构也有很多种(一些特殊的氢原子可能不被取代,比如羟基上的氢)。
异构体被认为是由碳氢化合物中不同的氢被官能团取代而形成的。写的时候先写有机化合物的碳链结构,然后用“当量氢”定律判断可以取代的氢的类型。一般几个等价氢有几个取代位置,有几个异构体。该方法适用于卤代烃、醇、醛和羧酸异构体的书写。
例1。用分子式写出醇的异构体
分析:(1)不考虑羟基,写出的异构体中有三种碳链结构(H已省略)
(3)取代不同种类的H,得到各种醇的异构体。
等效氢也可以用来判断核磁共振谱中特征峰的个数和积分面积。不同化学环境中氢原子的峰位是不同的。特征峰的数量反映了有机分子中等价氢的类型。利用核磁共振仪的自动积分器可以自动积分每个峰的面积,得到的值用阶梯积分曲线的高度表示。不同特征峰的积分面积比(或特征峰的高度比)反映了不同种类的当量氢原子的数量比。比如在CH3CH2OH中,有三种h,然后有三个峰,强度比为3:2:1。在CH3OCH3中,只有一种h,然后有一个峰。CH3COOCH3中有两种等价的氢原子(注意这个分子没有对称轴),数比是3:3(或者分了以后变成1:1)。
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