有机化合物中碳原子的类型

(一)碳原子的特性

1.碳原子的化合价　碳元素位于元素周期表的第2周期第ⅣA族,最外电子层有4个电子。碳原子在化学反应中,既不容易失去电子,也不容易得到电子,因此碳原子一般与其他原子以共用电子对的形式形成4个共价键。在有机化合物分子中,碳原子显示4价。例如,甲烷的分子式为CH4,结构式为:

上式不仅表示甲烷分子中所含元素的种类和原子的数目,而且还表示分子中原子间的连接顺序和成键方式,这种表示分子中原子间的连接顺序和成键方式的化学式,称为结构式。

2.碳碳键的类型　碳原子的4个共价键不仅能跟其他原子相结合,而且碳原子之间也可以通过共价键相结合,两个碳原子之间共用一对电子形成的化学键,称为碳碳单键;两个碳原子之间共用两对电子形成的化学键,称为碳碳双键;两个碳原子之间共用3对电子形成的化学键,称为碳碳三键。这三种碳碳键可表示如下。

3.碳原子的连接形式　碳原子之间可以相互连接形成长短不一的链状和各种不同的环状,构成有机化合物的基本骨架,称为碳架。根据碳原子之间的连接方式不同,碳架可分为链状碳架和环状碳架两类。

碳原子之间几个或几十个,甚至更多的碳原子之间相互结合形成长短不一、首尾不相连接的碳链叫作链状碳链,简称开链。碳原子之间首尾相连接而形成的环状的碳链叫作环状碳链,简称碳环。

由此可以看出,在有机化合物中碳原子成键方式和连接形式的多样性是造成有机化合物种类繁多的原因之一。

(二)同分异构现象

有机化合物的结构决定其性质。例如:分子组成为C2H6O的化合物,具有以下2种不同的结构式。

前者是我们熟悉的酒精,常温下是液体,与水互溶,与钠反应,而后者是甲醚,在常温下是气体,不与钠反应。这种分子组成相同,而结构不同的化合物,互称为同分异构体,这种现象称为同分异构现象。

同分异构现象在有机化合物中普遍存在,这也是造成有机化合物种类繁多的又一个重要因素。每一种物质都有其一定的结构。对于含有碳原子很多的有机物,完全展开来写结构式是不易的。为了方便起见,常用结构简式表示(又称示性式)。例如乙醇和甲醚的结构简式分别为:

重点提示

碳原子价键及价键类型是决定有机物结构特点的重要因素。