1、核居心、端在头、桥相连有机基团的分类与有机物结构的推断浙江省上虞市春晖中学 朱建敏有机物结构的推断是近几年高考有机题的重要知识点。从有机基团分类着手，解答有机物结构的推断题是解决这类问题的一种有效方法。有机物是由 C、H 以及 N、O、S 等元素组成，这些元素的原子则通过结合成许多基团来构成有机物。有机基团的分类方法很多，从组成的原子来看，可分为烃基和官能团。含一个碳原子的又可分为甲基、亚甲基，三价甲基和四价甲基，官能团可分为为羟基、醛基、羧基等。在有机物结构的推断中，我们在有机物结构中的位置还可以对它们进行分类。一、端、桥、核基分析上面列举的常见有机基团，不难发现在有机物结构中，有些基团只有
2、一个价键（俗称一只手） ，这样的基团在有机物分子中只能处在碳链的端点，不能处在碳链的中间。根据这一特点我们可以把这类基团称之为端基。氢原子、卤原子、羟基、醛基、羧基、氨基等都属于端基：H、Cl、OH、CHO、COOH、NH 2。有些基团中含有二个价键，即基团向外伸出了两只手。这类基团不能处在碳链的端点，但可以象桥梁一样把左右两边的基团联接起来，这类基团可称之为桥基。氧原子、硫原子、羰基、亚甲基等都属于桥基：O 、S 、CH 2、 。在含有与三价甲基、四价甲基类似基团的有机物结构中，各支链都交汇于这些基团，可视作有机物的核心，我们可把这类基团称之为核基。核基根据其价键的多少又可分为三叉基和十字基
3、，如 、 、 、 等都属于核基：。二、应用举例结合上述基团的分类方式，应用“核居心、端在头、桥相连”的结构组合原则，可解决一系列有机物结构的推断问题。例 1、 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nl、n 2、n 3、n 4，例如在下图所示的分子中 n1=5、n 2=1、n 3=1、n 4=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。C CHCONCH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3 (1)设烷烃分子中氢原子数为 n0。则 n0 与 nl、n 2、n 3、n 4 的关系是：n 0= 或n0= ；(2)如果某一烷烃其 n1=4、n 2
4、=2、n 3=0、n 4=1，试写出该烷烃的可能结构 ； (3)在烷烃烃分子中四种甲基个数之间的关系是 n1= 。解析：(1)根据每种甲基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 CnH2n+2 可以写出 n0=2(n1+n2+n3+n4)+2。(2)根据“核居心、端在头、桥相连”的结构组合原则，先将 “核基”四价甲基与“端基”甲基连成一个母体结构，然而把“桥基”亚甲基分别和相连后插入“核基”和“端基”之间，可得到如下二种结构：(3)从化学结构的角度分析， 如果是一个直链烷烃，无“核基” ，所以只有两个甲基，分别处在碳链的两端，而桥基的多少对“端基”没
5、有影响。 但如在碳链中加进一个“核基” ，则会增加支链。如加入一个三叉基，则会增加一条支链，支链的末端要一个甲基，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。例 2、某分子中含有的基团种类和个数分别如下，两个CH 3、一个OH、一个 、两个 CH2，问该物质可能有几种结构?解析：题中的CH 3、OH 都属于端基，为 核基，是CH 2桥基。以核基和端基先构建出该物质的母体结构（A ） ，用两个桥基单独连接核基和端基可得到结构（B）和（C）
6、，两个桥基先连成另一桥基后再连接核基和端基可得到结构（D）和（E） 。由此推断出该物质共有四种可能结构。CH3CH3CH3CH2CH2CCH3CH3CH3CH3CH2CCH2CH3CH3CH3CHCH结构 C母体结构 AOHCH3CHCH3结构 BOHCH3CH2CCH2CH3CH3结构 DCH2OHCH3CCH3CH3CH2结构CH3CH2OHCH3CH2CCH3结构 EOHCH3CH2CH2CCH3CH3例 3、有机化学中把具有 结构的碳原子称为伯碳原子，具有 结构的碳原子称为仲碳原子，具有 结构的碳原子称为叔碳原子，具有 结构的碳原子称为季碳原子。有一类烷烃 CmH2m+2 不能由任何的
7、 CmH2m 催化加氢得到。若烷烃中只有伯、仲、季碳原子而无叔碳原子。试回答：1季碳原子数目应满足什么范围（与 m 的关系）2写出 C13H28 的结构简式。3C 16H34 的各类碳原子各有几个，它有多少种满足条件的同分异构体。4计算 C20H42 满足已知条件的全部同分异构体数目。5若某类烷烃中任何相邻两个碳原子不都是季碳原子时，试给出该类烷烃的通式。解析：解答该题的关键，是烷烃 CmH2m+2 不能由任何的 CmH2m 催化加氢得到。分析一般烯烃加氢过程可得出烷烃 CmH2m+2 中不可能含有核基中的 ，即烷烃中只含有伯、仲、季碳原子，且桥基一定介于两个核动力基季碳原子之间。故可作如下解
8、答1设伯、仲、季碳原子各有 x、y、z，xyzm，3x2y2m2；考虑仲碳原子，若 y0，则 z (m2)/3，若 y 尽可能大，由于仲碳原子必介于两季原子间，则 yz1，故 z(m 1)/4，即(m1)/4 z(m2)/3。 2令 m13，3z 3/11，故 z3，y2，x8；(CH 3)3CCH2C(CH3)2CH2C(CH3)3。3令 m16，15/4z14/3 ，z4，y3，x10；共有 3 种（3 分） 4令m20，19/4z 6，z 6， y0，x14，或 z5，y3，x12；共 5611 种。5利用数学知识和思想对有机分子进行分析讨论，由 z(m1)/4 可得通式：C4a1 H8
9、a4 。练习11993 年报道合成了一种烃 A，其分子式是：C 1134H1146。A 分子只具有下列 a、b、c三种结构单元。己知 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。A 分子中有上述结构单元各多少个 ?22000 年，国家药品监督管理局发布通告暂停使用和销售含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺（英文缩写为 PPA）结构简式如下：HHCHHCHCHCCHCH3其中 代表苯基。苯丙醇胺是一种一取代苯，取代基是 。（1）PPA 的分子式是：_。（2）它的取代基中有两个官能团，名称是_基和_基（请填写汉字） 。（3）将 、H 2N、HO在碳链上的位置作变换，可以写出多种同分异构体，其中 5种的结构简式是：请写出另外 4 种同分异构体的结构简式（不要写出OH 和NH 2 连在同一个碳原子上的异构体；写出多于 4 种的要扣分）：_、_、_、_。（本文发表于中学生导报第 1067 期 第 1 版）
