不飽和度,又稱缺氫指數或者環(huán)加雙鍵指數,是有機物分子不飽和程度的量化標志,用希臘字母Ω表示,在有機化學中用來幫助畫化學結構,在推斷有機化合物結構時很有用。以下就是不飽和度計算公式
不飽和度公式可以幫助使用者確定要畫的化合物有多少個環(huán)、雙鍵、和叁鍵,但不能給出環(huán)或者雙鍵或者叁鍵各自的確切數目,而是環(huán)和雙鍵以及兩倍叁鍵(即叁鍵算2個不飽和度)的數目總和。最終結構需要借助于核磁共振(NMR),質譜和紅外光譜(IR)以及其他的信息來確認。
1)從有機物分子結構計算不飽和度的方法
根據有機物分子結構計算,Ω=雙鍵數+三鍵數×2+環(huán)數
如苯:Ω=3+0×2+1=4 即苯可看成三個雙鍵和一個環(huán)的結構形式。
補充理解說明:
單鍵對不飽和度不產生影響,因此烷烴的不飽和度是0(所有原子均已飽和)。
一個雙鍵(烯烴、亞胺、羰基化合物等)貢獻1個不飽和度。
一個三鍵(炔烴、腈等)貢獻2個不飽和度。
一個環(huán)(如環(huán)烷烴)貢獻1個不飽和度。環(huán)烯烴貢獻2個不飽和度。
一個苯環(huán)貢獻4個不飽和度。
一個碳氧雙鍵貢獻1個不飽和度。
一個-NO2貢獻1個不飽和度。
例子:丙烯的不飽和度為1,乙炔的不飽和度為2,環(huán)己酮的不飽和度也為2。
2)從分子式計算不飽和度的方法
第一種方法為通用公式:
Ω=1+1/2∑Ni(Vi-2)
其中,Vi代表某元素的化合價的絕對值,Ni代表該種元素原子的數目,∑代表總和。這種方法適用于復雜的化合物。
第二種方法為只含碳、氫、氧、氮以及單價鹵素的計算公式:
Ω=C+1-(H-N)/2
其中,C代表碳原子的數目,H代表氫和鹵素原子的總數,N代表氮原子的數目,氧和其他二價原子對不飽和度計算沒有貢獻,故不需要考慮氧原子數。這種方法只適用于含碳、氫、單價鹵素、氮和氧的化合物。
第三種方法簡化為只含有碳C和氫H或者氧的化合物的計算公式:
Ω =(2C+2-H)/2
其中C和H分別是碳原子和氫原子的數目。這種方法適用于只含碳和氫或者氧的化合物。
補充理解說明:
(1)若有機物為含氧化合物,因為氧為二價,C=O與CH2"等效",
如CH2=CH2(乙烯)、CH3CHO(乙醛)、CH3COOH(乙酸)的不飽和度Ω為1。
(2)有機物分子中的鹵素原子取代基,可視作氫原子計算不飽和度Ω。
如:C2H3Cl的Ω為1,其他基團如-NH2、-SO3H等都視為氫原子。
(3)碳的同素異形體,可將其視作氫原子數為0的烴。
如C60(足球烯,或者富勒烯,Buckminster fullerene)
(4)烷烴和烷基的不飽和度Ω=0
如CH4(甲烷)
(5)有機物分子中含有N、P等三價原子時,每增加1個三價原子,則等效為減少1個氫原子。
如,CH3NH2(氨基甲烷)的不飽和度Ω=0。
(6)C=C碳碳雙鍵的不飽和度Ω=1;碳碳叁鍵的不飽和度Ω=2。
(7)立體封閉有機物分子(多面體或籠狀結構)不飽和度的計算,其成環(huán)的不飽和度比面數少數1。
如立方烷面數為6,其不飽和度Ω=6-1=5
(8)對于烴的含氧衍生物(CnHmOz),由于氫原子的最大值也是2n+2(如飽和一元醇CnH2n+2O),所以其不飽和度也為零,依此類推,飽和一元醛(CnH2nO),飽和一元羧酸(CnH2nO2),由于含有一個碳氧雙鍵而比同碳數的飽和一元醇減少了2個氫原子,也可視為其不飽和度Ω=1。這樣,對于一個有機物分子--烴或烴的含氧衍生物,只要知道了其不飽和度,就能推斷出其可能的結構。即有下列關系:
若Ω=0,說明有機分子呈飽和鏈狀,分子中的碳氫原子以CnH2n+2(此為飽和烴分子式通式)關系存在。
若Ω=1,說明有機分子中含有一個雙鍵或一個環(huán)。
若Ω=2,說明有機分子中含有兩個雙鍵或一個三鍵或一個雙鍵一個環(huán)或兩個環(huán)。
若Ω≥4,說明有機分子中可能含有苯環(huán)(C6H6)。
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