第 2 章烷類：有機化合物的特性

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1 有機化學第二章

本資料僅供修習本課程輔助教學使用不可作為其他

歐亞書局

本資料僅供修習本課程輔助教學使用，不可作為其他用途使用

第 2 章烷類：有機化合物的特性

2.1 官能基

2.2

烷類和烷基：異構物烷類和烷基異構物

2.3

支鏈烷類之命名

2.4

烷類的性質

2.5

乙烷的構形

2.6

化學結構的繪法

2.7

環烷類

2 8

環烷類中的順反式異構現象

歐亞書局第 2 章烷類：有機化合物的特性

2.8

環烷類中的順—反式異構現象

2.9

一些環烷類的構形

2.10

環己烷中的軸鍵和赤道鍵

2.11

環己烷構形的變動性

特論藥從哪裡來呢？

p.35

(2)

已知的有機化合物超過三千七百萬種。

每種有機化合物各有其獨特的物理性質（例如熔點）

和化學反應性。

化學家們由多年累積的經驗得知：這些有機化合物可以依據其結構特徵而分類成若干族，且各族中的成員通常都具有相似的化學反應性。

雖然三千七百多萬種化合物的反應性各不相同，但是許多族中化合物的化學性質是可預測的

許多族中化合物的化學性質是可預測的。

p.35

2.1 官能基

讓有機化合物得以依其反應性而分類成不同族的結構特徵稱為官能基（functional group），官能基是分子特徵稱為官能基（functional group）官能基是分子內部具有特定化學行為的原子團。

舉例來說，乙烯是一種造成水果成熟的植物荷爾蒙；

而發現於薄荷精油中的薄荷烯（menthene）則是另一 種更為複雜的分子，因為這兩種物質均含有一個碳—

碳雙鍵的官能基，所以此二者皆會和 Br₂發生反應，

並且以相同的方式得到產物，其產物皆為 Br原子加成 並且以相同的方式得到產物其產物皆為原子加成 至各個雙鍵的碳上（圖 2.1）。

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3

圖 2.1乙烯和薄荷烯分別與溴分子的反應。此二例中，碳—碳雙鍵

的官能基以相同方式與 Br2 反應，而分子的大小和複雜性並不重要。

歐亞書局第 2 章烷類：有機化合物的特性 p.36

具有碳—碳多重鍵的官能基

Functional Groups with Carbon Carbon Multiple Functional Groups with Carbon-Carbon Multiple

Bonds

烯類、炔類和芳香烴類（芳香族化合物）均含有 碳—碳多重鍵。烯類（alkenes）具有一個雙鍵；炔 類（alkynes）具有一個參鍵；而芳香烴類（arenes）

則在由碳原子形成的六員環中，具有交替出現的雙鍵和單鍵。由於這些結構的相似性，這些化合物也

鍵和單鍵。由於這些結構的相似性，這些化合物也具有化學的相似性。

p.36

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具有碳單一鍵結至高陰電性原子的官能基

Functional Groups with Carbon Singly Bonded to an p g y Electronegative Atom

烷基鹵化物（鹵烷）、醇、醚、烷基磷酸鹽、胺、硫醇、

硫化物和二硫化物均具有一個碳原子單一鍵結至一個高陰電性的原子。例如：鹵素、氧、氮或硫等。

烷基鹵化物具有一個碳原子與鹵素（－X）鍵結；醇具有 一個碳原子與一個羥基（－OH）的氧鍵結；醚具有兩個 碳原子與同一個氧原子鍵結；有機磷酸鹽具有一個碳原碳原子與同一個氧原子鍵結；有機磷酸鹽具有一個碳原子與一個磷酸基（－OPO₃²^－）的氧鍵結；胺具有一個碳

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在所有的情況下，這些鍵均具有極性，其中碳原子帶部分正電荷（δ＋），而陰電性較高的原子則帶部分負電荷

（δ－）。

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具有碳—氧雙鍵的官能基（羰基）

Functional Groups with a Carbon-Oxygen Double Bond p yg (Carbonyl Groups)

許多個不同族的化合物均含有羰基（carbonyl group），

即 C＝O。

羰基存在於絕大多數的有機化合物中，以及幾乎所有的生物分子內。這些化合物在許多方面都很相似，不同之處則在於與羰基碳鍵結的原子本身。

同之處則在於與羰基碳鍵結的原子本身。

羰基碳原子帶部分正電荷（δ＋），而羰基氧原子則帶部分負電荷（δ－）。

p.40

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2.2 烷類和烷基：異構物

乙烷中的 C－C 單鍵是由碳的 sp³-混成軌域經 s （頭對 頭）重疊而形成，假如藉由 C－C 單鍵而連接了三個、

頭）重疊而形成 假如藉由 C C 單鍵而連接了三個 四個、五個或甚至更多個碳原子，則我們可以產生很大的一族分子，稱為烷類（alkanes）。

烷類常被稱為飽和烴類（saturated hydrocarbons）：

烴類（hydrocarbons）是指它們僅含碳原子和氫原子；

飽和（saturated）則是由於只具有 C－C 單鍵和 C－H 單鍵，故每個碳含有最大可能的氫數。烷類的通式為 C_nH_2n＋2，其中n 為任一正整數。烷類有時也被稱為脂 肪族化合物（aliphatic compounds）。

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像丁烷這樣的化合物，其碳皆連接於同一列者，稱為直鏈烷類（straight-chain alkanes）或正烷類為直鏈烷類（straight chain alkanes）或正烷類

（normal(n) alkanes），而具有分枝碳鏈的化合物，

如異丁烷（2-甲基丙烷），則稱為支鏈烷類

（branched-chain alkanes）。此兩種烷類的差異是：

直鏈烷類中所有的碳，可用筆將其連成一條線，毋需重複筆畫或將筆移開紙面。然而，支鏈烷類中所有的碳，則必須重複筆畫或將筆移開紙面，才能以

一條線連接所有的碳。

p.42

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正如兩種 C₄H₁₀分子及三種 C₅H₁₂一般，具有相同的化學式但為不同的結構者，稱為異構物（isomers)。

化學式但為不同的結構者稱為異構物（isomers)

異構物具有相同數目及相同種類的原子，但這些原子的排列方式不同。例如：丁烷和異丁烷，其所含原子的連接方式不同，稱為結構異構物（constitutional isomers）。

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化學家們很少會畫出分子內所有的鍵，通常以簡縮結構式（condensed structure）表示丁烷，即

CH₃CH₂CH₂CH₃或 CH₃(CH₂) ₂CH₃。在簡縮結構式 中，C－C 鍵和 C－H 鍵不被繪出。

假如一個碳有三個氫與其鍵結，則寫成CH₃；如果一 個碳有兩個氫與其鍵結，則寫成 CH₂，其餘類推。還有更簡單者，即丁烷可以用n-C₄H₁₀代表，其中n 意 味著「正」，即直鏈的丁烷。

圖 2.2 一些丁烷（n-C₄H₁₀）的表示法。這些分子無論怎麼畫都相同，這些結構僅意味著丁烷具有一條由四個原子形成的連續鏈。

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圖 2.3 由直鏈烷類產生之各種烷基。

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關於烷基的命名：在圖 2.3 中，使用於 C₄烷基之字首，像是第二（sec-）代表二級（secondary）和第三

（tert-）代表三級（tertiary），其意乃指連接於分枝碳原子上之其他碳原子的個數，總共有四種可能性：

一級（1°）、二級（2°）、三級（3°）和四級

（4° ）。

符號 R 在本書中被用來代表一般的烷基，R 基可能 是甲基、乙基或任一其他的烷基，我們可以將 R 視 為分子的其餘部分，而不必特地加以載明。

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練習題 2.1

畫出異構物的結構

試舉出化學式 C₂

H

₆

O 之兩種異構物。

方法我們知道碳會形成四個鍵，氧會形成二個鍵，而氫會形成一個鍵，憑著直覺且利用試誤法，將這些部分組合在一起。

解答有兩種可能性：

2.3 支鏈烷類之命名

本書所用的命名系統是依據國際純粹及應用化學聯合 會（International Union of Pure and Applied

會（International Union of Pure and Applied Chemistry；IUPAC）所制定的命名系統。

在 IUPAC 命名系統中，化合物的英文名稱分成四個部 分：字首、主體、位標和字尾。「字首」述明分子內各種官能基的位置和特性；「主體」名稱是依據分子的主要部分，該部分可以顯示出碳原子的個數；「位標」說明主要官能基的位置；「字尾」說明主要官能標」說明主要官能基的位置字尾」說明主要官能基的種類。

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17

支鏈烷類如何命名，除了最複雜的支鏈烷類之外，其餘均可依照下列四個步驟加以命名：

餘均可依照下列四個步驟加以命名

步驟 1

找出烴的主體。

(a) 找出分子內「最長的連續碳鏈」，利用該鏈的名稱 作為主體的名稱。最長鏈通常不會很明顯，故可能必須要「轉彎」：

(b) 如果有兩條相同長度的鏈存在，則選擇具有較多分 枝點者作為主體：

枝點者作為主體

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步驟 2

將主鏈中的原子編上號碼。

將主鏈中的原子編上號碼

從較接近第一個分枝點的末端開始，將主鏈中的每個碳原子編上號碼：

第一個分枝發生在 C3 就是正確的編號系統，而發生在 C4 則為不正確的編號系統。

p.48

步驟 3

確認各取代基並且加上編號。

訂出稱為位標的編號，即依照各個取代基連接於主鏈上的位置加以編號。假如在同一個碳上有兩個取代基，

則給予相同的編號，而且取代基的個數必須與編號的個數相同。

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步驟 4

將命名寫成單一名詞。

利用連字號分隔不同的字首，並且用逗號分開各個編號。假如有兩個以上不同的側鏈存在，則依其英文字母順序來排列；若有兩個以上相同的側鏈存在，則使用適當的倍數，像是二（di-）、三（tri-）、四（tetra-）

等等的字首，而使用這些字母時，則毋需依其英文字母順序來排列。一些例子的全名如下：

母順序來排列。一些例子的全名如下：

p.48

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當我們在命名含有上述這些烷基的烷類之一時，未帶連字號的字首iso- 被視為烷基名稱的一部分而依其英連字號的字首iso- 被視為烷基名稱的一部分而依其英文字母順序來排列，而字首sec- 和 tert- 則否。因此，

異丙基和異丁基的英文字母順序視為i，而第二丁基

（sec-butyl ）和第三丁基（tert-butyl）的英文字母順序則視為b。

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練習題2.2 烷的命名

下列烷的 IUPAC 名稱為何？

方法此分子為具有八個碳的鏈（辛烷），而且有兩個甲基取代基。由較靠近第一個甲基取代基的末端開始 編號，則兩個甲基出現在 C2 和 C6 上。

編號 則兩個甲基出現在 C 和 C6 上 解答

p.49

練習題2.3 由名稱畫出結構

試繪出 3-異丙基-2-甲基己烷（3-isopropyl-2-methylhexane）的結構。

方法首先，寫出其主體名稱（己烷），並且繪出其碳鏈的結構：

接著，找出取代基（3-異丙基和 2-甲基），並且將 其放置於正確的碳上：

最後，再加上氫以完成整個結構。

p.49

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解答

2.4 烷類的性質

烷類的主要來源顯然是天然氣和石油沉積層。在很久以前，這些天然沉積層源自於植物和動物物質的分解，且前這些天然沉積層源自於植物和動物物質的分解且 主要來自於海洋物質的分解。天然氣（natural gas）主 要由甲烷組成，其中也含有乙烷、丙烷和丁烷。石油

（petroleum）是一種由烷類組成的複雜混合物，必須先 經過分離，然後再行精煉後才能使用。

現代的石油精煉法乃是先將原油分餾（fractional distillationdistillation）成三個主要部分，根據其沸點 d st at o d st at o ）成三個主要部分 根據其沸點

（bp）的不同可分成：直餾汽油（bp20—200℃）、煤 油（bp 175—275℃）和暖氣油或柴油（bp 250—

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圖 2.4 原油依其沸點可分餾成不同的部分。因蒸餾塔內溫度隨高

度增加而遞減，故蒸汽可以被冷凝且收集出不同的成分。

烷類有時被稱為石蠟（paraffins)。由於烷類對於其 他物質的化學親和力極小，且對於大多數實驗室內的試藥均不具反應性，故「石蠟」這個名稱正好適切地描述出烷類的行為。儘管如此，烷類與氧氣、氯氣及少數其他物質，在適當的條件下仍可進行反應。

當某種烷作為燃料，在引擎或火爐內與 O₂進行反應時，其產物為二氧化碳和水，並且釋出大量的熱。例如：甲烷與氧氣係根據下列方程式進行反應：

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當某種烷和氯氣的混合物照射紫外線（用hν 表示）

之後，會發生化學反應，此反應決定於兩種反應物的之後會發生化學反應此反應決定於兩種反應物的相對量和反應時間，烷的氫原子會被氯氣連續的取代，

形成氯化產物的混合物。例如：甲烷與氯氣反應後，

產生氯甲烷（CH₃Cl）、二氯甲烷（CH₂Cl₂）、三氯 甲烷（CHCl₃）和四氯甲烷（CCl₄）等的混合物。

2.5 乙烷的構形

一個碳—碳單鍵是由兩個原子軌域以頭對頭重疊而成。

因為不管連接於碳上其他原子的幾何排列，此種軌域重因為不管連接於碳上其他原子的幾何排列此種軌域重 疊的程度都相同，所以繞著碳—碳單鍵之旋轉是可能的。

繞著單鍵旋轉而造成原子有不同的空間排列稱為構形

（conformations），而具有不同空間排列的分子成為構 形異構物（conformers）。不過，構形異構物與結構異 構物（constitutional isomers）不同，因為不同構形異構 物之間的轉換速度太快，故無法將其分離。

物之間的轉換速度太快故無法將其分離

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25

圖 2.5 乙烷的兩種構形。繞著 C2C 單鍵旋轉而造成不同構形間

的轉換。

化學家們用兩種方式表示不同的構形，如圖 2.6 中所 示。鋸木架表示法（Sawhorse representation）是從示鋸木架表示法（Sawhorse representation）是從 斜角來觀察 C－C 鍵，並且藉由顯示所有 C－H 鍵而 說明其空間的關係。紐曼投影法（Newman

projection）是從末端來觀察 C－C 鍵，並且用一個 圓圈代表兩個碳原子，連結前方碳上的鍵是以連接至圓心的線表示，連結於後方碳上的鍵則是用連接至圓圈邊緣的線表示。

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圖 2.6 乙烷的鋸木架表示法和紐曼投影法。鋸木架表示法從斜角觀察分子，而紐曼投影法則是從分子的未端觀察分子。紐曼投影法的分子模型顯示的是：六個原子附著於單一原子，事實上，前方碳原子有三個綠色原子附著，後方碳原子有三個紅色原子附著，前方碳原子正好位於後方碳原子的前面。

實驗顯示：旋轉時會有一些輕微的能障（12 kJ/mol；2.9 kcal/mol），某些構形會比其他的構形更穩定。能量最 kcal/mol） 某些構形會比其他的構形更穩定能量最 低且最穩定的構形是全部六個 C－H 鍵彼此儘可能地遠 離［由紐曼投影法觀察為相錯（staggered）構形］，而 能量最高且最不穩定的構形是六個 C－H鍵儘可能地靠 近［由紐曼投影法觀察為相疊（eclipsed）構形］。在任 一瞬間，大約會有 99％的乙烷分子接近於相錯構形，

而只有約1％接近於相疊構形（圖 2.7）。

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27

圖 2.7 乙烷的相錯構形和相疊構形。相錯構形的能量較低且較穩

定，大約低了 12.0 kJ/mol。

圖 2.8 任何烷類最穩定的構形是當相鄰碳上的鍵為相錯排列，且碳鏈完全伸展，如此一來，大的基團可以彼此遠離，如圖中癸烷的結構所示。

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練習題 2.4

畫出紐曼投影法

沿著 1-氯丙烷（1-chloropropane）的 C1－

C2 鍵觀看，並

且繪出紐曼投影法中最穩定及最不穩定的構形。

方法一般而言，相錯是具有取代基之烷類最穩定的構形，

因其各較大基團彼此盡可能互相遠離；相疊則是具有取代基之烷類最不穩定的構形，因其各較大基團彼此盡可能互相靠近。

盡可能互相靠近

p.54

解答

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29

2.6 化學結構的繪法

化學家們設計了一種簡略方法以繪出骨架結構（skeletal structures），如此便可以大大地簡化此等工作。繪出骨 structures） 如此便可以大大地簡化此等工作繪出骨架結構很容易：

碳原子通常不繪出，碳原子假設位於二條線（鍵）的交叉點及每條線的末端。有時候為了強調或清楚起見，會特別將碳標明。

與碳鍵結的氫原子不繪出。因為碳永遠有四個價電子，

所以我們會在心裡將每個碳補上正確數目的氫原子。

除了碳和氫以外的所有原子才會加以顯示。

以下結構為一些實例。

p.54

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雖然像是－CH₃、－OH 和－NH₂等基團通常都先 寫出 C、O 或 N 原子，再寫出 H 原子，但是如果基 寫出 C O 或 N 原子再寫出 H 原子但是如果基 於使分子內的鍵結連接的情形更清楚，有時候書寫的 順序會相反而寫成 H₃C－、HO－和H₂N－。諸如

－CH₂CH₃等較大的單元則不會寫相反成

H₃CH₂C－，因為這樣會令人困惑。儘管沒有定義明確的規則可以涵蓋所有的情況，這多半是優先順序的問題。

問題

p.55

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練習題 2.5

說明骨架結構

綠薄荷（spearmint）的香味是因為其中含有一種稱為香 芹酮（carvone）的物質，其結構如下所示。請說明碳上（）鍵結多少個氫，並且算出香芹酮的分子量。

方法記住每條線的末端代表一個碳原子及三個氫，即 CH₃；雙向的交叉點代表一個碳原子及兩個氫，即 CH₂；三向的交叉點代表一個碳原子及一個氫，即 CH；四向的交叉點代表一個碳原子，且其上未接氫。

p.55

解答

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2.7 環烷類

到目前為止，雖然我們僅討論過開鏈烷類，但是含有碳原子環之化合物事實上更普遍，此種化合物稱為環烷類

（cycloalkanes）或脂環（alicyclic；aliphatic cyclic）化 合物。由於環烷類是由 CH₂為單元的環所組成，故其通 式為 (CH₂)_n或 C_nH_2n，並且以多角形骨架的圖形表示：

具有取代基之環烷類的命名規則與開鏈烷類的命名規則相似，對大多數的化合物而言，只有兩個步驟：

步驟 1 找出主體。

計算環上的碳原子數，以及最大取代基鏈的碳原子數。

假如環上碳原子數等於或大於取代的碳原子數，則此化合物命名為被烷基取代基的環烷；假如取代的碳原子數大於環上的碳原子數，則此化合物命名為被環烷子數大於環上的碳原子數，則此化合物命名為被環烷基取代的烷。

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步驟 2 將各取代基編號，且命名之。

對有取代基的環烷類而言，以連接點為起始點，並且

對有取代基的環烷類而言以連接點為起始點並且繞著環進行編號。假如有兩個以上的取代基存在，則依其英文字母的優先順序開始編號，並且繞著環進行編號，讓第二個取代基有最小的號碼。

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2.8 環烷類中的順—反式異構現象

從很多方面來說，環烷類的行為類似於開鏈的非環形

（acyclic）烷類，此兩類化合物均為非極性，且對大多

（acyclic）烷類此兩類化合物均為非極性且對大多 數的試劑均不具反應性。然而，此兩類化合物卻有一些重要的差異。差異之一為環烷類相較於其開鏈的相似物 更不易彎曲。雖然開鏈烷類繞著其 C－C 單鍵幾乎可以 自由地旋轉，然而環烷類的運動自由度卻小很多。例如：

環丙烷因受限於其幾何形狀，故為一種剛硬的平面分子，

在不打開環的情況下，環丙烷是不可能繞著其 C－C 鍵

旋轉（圖 2.9）。

p.58

圖 2.9 (a) 乙烷可以繞著其碳2碳鍵旋轉。(b)在不打開環的情況下，

環丙烷是不可能繞著其碳2碳鍵旋轉的。

(36)

因為環烷類為環形結構，故環烷類有兩側：一個「頂」

側和一個「底側。如此一來，有取代基的環烷類便側和一個「底」側。如此一來，有取代基的環烷類便 可能出現異構現象。例如：1,2-二甲基環丙烷（1,2- dimethylcyclopropane）有兩個異構物：其中一個異 構物的兩個甲基位於環的同側，另一個異構物的兩個甲基則位於環的異側。這兩個異構物均為穩定的化合物，在不打斷化學鍵的情況之下，兩者無法互相轉換

（圖 2.10）。

（圖 2.10）

p.58

圖 2.10 1,2-二甲基環丙烷有兩個不同的異構物：一個異構物的兩 個甲基在環的同側（cis），另一個異構物的兩個甲基在環 的異側（trans），兩者無法互相轉換。

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37

結構異構物之原子間有不同的連接順序，而兩個 1,2-二 甲基環丙烷雖有相同的連接順序，但其原子在空間中的甲基環丙烷雖有相同的連接順序但其原子在空間中的位向卻不同，這與互為結構異構物之丁烷和異丁烷的情 況不同（2.2 節）。此類環形化合物，其原子以相同的 順序連接，但在三維的位向不同者，稱為立體異構物

（stereoisomers）。一般來說，專有名詞立體化學

（stereochemistry）係用於涉及三度空間觀點的化學結 構和反應性。

兩個 1,2-二甲基環丙烷屬於立體異構物的子類別，稱為 順—反式異構物（cis－trans isomers) 。順—反式異構現 象常見於具取代基的環烷類及許許多多的環形生物分子中。

p.59

(38)

練習題2.6 命名順-反式環烷異構物

命名下列各物質，須包含順-或反-的字首：

方法在這些結構中，環大約位於本頁的平面上，楔形鍵伸出本頁之前，虛線鍵進入本頁之後。假如二個取代基皆伸出本頁之前或進入本頁之

如二個取代基皆伸出本頁之前或進入本頁之後，則此二者互為順式；假如一個取代基伸出本頁之前，另一個取代基進入本頁之後，則此二者互為反式。

p.59

練習題2.6 (續)

解答

(a) 反 1 3 二甲基環戊烷（trans 1 3 Dimethylcyclopentane）

(a) 反-1,3,-二甲基環戊烷（trans-1,3-Dimethylcyclopentane）

(b) 順-1,2-二氯環己烷（cis-1,2-Dichlorocyclohexane）

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39

2.9 一些環烷類的構形

環丙烷、環丁烷和環戊烷

Cyclopropane Cyclobutane and Cyclopentane Cyclopropane, Cyclobutane, and Cyclopentane

環丙烷是一種平的三角形分子，其 C－C－C 的鍵角 為 60

°

，如圖 2.11a 所示。這與正常四面體的角度為 109.5

°

之間的偏差造成了分子內的角張力（angle strain），進而升高了分子的能量，故造成環丙烷比 不具張力的烷類有更高的反應性。所有六個 C－H 鍵與其相鄰的 C H 鍵均為相疊的排列而非相錯

鍵與其相鄰的 C－H 鍵均為相疊的排列，而非相錯 的排列。

p.60

圖 2.11 (a) 環丙烷，(b) 環丁烷和 (c) 環戊烷的結構。環丙烷呈平面 狀，但環丁烷和環戊烷則呈些微皺褶狀。

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環丁烷和環戊烷呈現些微的皺褶狀而非平面狀，如 圖 2.11b-c所示。該皺褶狀造成 C－C－C 鍵角略小 圖 2.11b c所示該皺褶狀造成 C C C 鍵角略小 於平面狀者，故增加了角張力。然而，皺褶狀比平 面狀的環更可以減緩相鄰 C－H 鍵之間不利的相疊 作用。

環己烷 Cyclohexane

具有取代基的環己烷為最常見的環烷類，且廣泛地存

具有取代基的環己烷為最常見的環烷類，且廣泛地存 在於自然界中。許多化合物，包括類固醇（steroids）

和為數眾多的藥物，均具有環己烷的環形結構。例如：

作為調味劑的薄荷醇（menthol）具有三個取代基在 其六員環上。

(41)

41

環己烷並非為平面狀，而是皺褶成一無張力之三維形狀，稱為椅式構形（chair conformation），因其形狀稱為椅式構形（chair conformation）因其形 狀相似於躺椅，具有椅背、座位和擱腳處（圖 2.12）。

所有的 C－C－C 鍵角均接近四面體的理想角度 1098，

且所有相鄰的 C－H 鍵均為相錯的。

(42)

圖 2.12 環己烷之無張力的椅式構形。所有 C－C－C 鍵角皆接 近於 109

°

，而所有相鄰的 C－H 鍵皆為相錯的，如 (c) 中之側向 觀察圖所示。

以下為繪出椅式構形的三個步驟：

步驟 1步驟 1

繪出兩條平行線，向下傾斜且彼此略為分離，意即環己烷中的四個碳原子位於同一平面上。

步驟 2

將最預端的碳原子置於前述四個碳原子之右側，且高於該四個碳原子處，接著再連接兩個碳原子間的鍵。

步驟 3步驟 3

將最底端的碳原子置於中央四個碳原子之左側，且低於該四個碳原子處，接著再連接兩個碳原子間的鍵。請注

(43)

43

當我們觀察環己烷時，要記住的是：位置較低的鍵位於前方，而位置較高的鍵位於後方。假如這種約定未加以前方而位置較高的鍵位於後方假如這種約定未加以界定，則視覺的錯覺會造成相反的情形似乎也是正確的。

為了清楚起見，本書所有環己烷前面的（較低的）鍵是用加上深色陰影的方式來代表靠近讀者。

(44)

2.10 環己烷中的軸鍵和赤道鍵

環己烷的椅式構形造成了許多化學結構上的影響。

椅式構形的另一個影響是：環己烷環上的取代基有兩種 不同位置—軸向位置（axial positions）和赤道向位置 不同位置軸向位置（axial positions）和赤道向位置

（equatorialpositions）（圖 2.13）。六個軸向位置垂直 於環（平行於環的軸），而六個赤道向位置位於環的概略平面上（繞著環的赤道）。每個碳原子均具有一個軸向位置和一個赤道向位置，環的每一側各有三個軸向位置和三個赤道向位置呈交替排列。

(45)

45

圖 2.13 椅式環己烷中之軸向位置（紅色）和赤道向

位置（藍色），六個軸向氫平行於環的軸，六個赤道向氫位於繞著環的赤道帶上。

圖 2.14 繪出環己烷中軸鍵和赤道鍵的步驟。

(46)

2.11 環己烷構形的變動性

不同椅式構形之間可以很容易的相互轉變，此過程稱為環翻轉（ring-flip）。

為環翻轉（ring flip）

椅式環己烷的環翻轉可以由圖 2.15 說明。讓中間四個 碳保持在原處，將兩個末端碳摺往相反方向，即可造成椅式環己烷的環翻轉。椅式形狀中的軸向取代基，

在環翻轉之後會變成赤道向取代基，反之亦然。

舉列來說，軸向的甲基環己烷在環翻轉之後，變成赤道向的甲基環己烷。在室溫下，因為此種相互轉變快

道向的甲基環己烷。在室溫下，因為此種相互轉變快速地發生，所以軸向異構物及赤道向異構物無法分離。

p.63

圖 2.15 椅式環己烷中的環翻轉，其軸向位置和赤道向位置可相互轉變。起始結構中的軸向（紅色）變成環翻轉結構的赤道向，起始結構中的赤道向（藍色）經環翻轉後則變成軸向。

(47)

47

雖然軸向的甲基環己烷和赤道向的甲基環己烷可以快速地相互轉變，但是它們並非一樣的穩定，赤道向的構形地相互轉變但是它們並非一樣的穩定赤道向的構形 較軸向的構形穩定約 7.6 kJ/mol（1.8 kcal/mol），意即：

在任一瞬間約有 95％的甲基環己烷分子具有赤道向的 甲基。此能量差異是碳 1 上的甲基與碳 3和碳 5 上的軸 向氫原子，由於其不利的立體（空間）交互作用所造成，

此即所謂 1,3-二軸向交互作用（1,3-diaxial interaction），

其乃因軸向的甲基和鄰近軸向的氫過於靠近（圖 2.16），

所以在分子內引入了約 7.6 kJ/mol 的立體張力（steric strain）。

p.64

圖 2.16 軸向的甲基環己烷和赤道向的甲基環己烷。在軸向的甲基 環己烷中，其 1,3-二軸向立體交互作用（以空間填充模型較易看出

）使赤道向的構形多穩定了約 7.6 kJ/mol。

(48)

練習題 2.7

畫出具取代基環烷類的構形

試繪出 1,1-二甲基環己烷（1,1-dimethylcyclohexane）的 椅式構形，並指出其中何者為軸向的甲基，何者為赤道椅式構形，並指出其中何者為軸向的甲基，何者為赤道向的甲基。

方法先繪出椅式環己烷的環，然後在同一個碳加上兩個甲基，其中位於環之概略平面上的甲基為赤道向，

而另一個（在環的上方或下方）甲基則為軸向。

解答

p.65

特論

特論藥從哪裡來呢？

新藥從哪裡來呢？根據美國國家癌症學會（U.S.

National Cancer Institute）進行的研究，只有 33％的）％新藥為全人工合成且完全與任何的天然物無關，其餘 的 67％則或多或少來自天然物，雖然來自生物的各種 疫苗和基因工程蛋白質占新式分子藥物（NMEs）的 15%，但是大多數新藥都來自「天然物」—集合名詞，

一般泛指發現於細菌、植物和其他活有機體內的小分子。直接由有機體產生而未經修飾的天然物占新式分 子藥物（NMEs）的28％，而經實驗室內化學方法修飾 的天然物則占剩下的 24％。

第 2 章 烷類：有機化合物的特性

1

有機化學 第二章

第 2 章 烷類：有機化合物的特性

2.1 官能基

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2 8

2.8

2.9

2.10

2.11

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2.1 官能基

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

3

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Functional Groups with Carbon Carbon Multiple Functional Groups with Carbon-Carbon Multiple

Bonds

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5

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Functional Groups with Carbon Singly Bonded to an p g y Electronegative Atom

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7

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Functional Groups with a Carbon-Oxygen Double Bond p yg (Carbonyl Groups)

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9

2.2 烷類和烷基：異構物

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11

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13

15

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畫出異構物的結構

H

O 之兩種異構物。

2.3 支鏈烷類之命名

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17

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19

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21

練習題2.2 烷的命名

練習題2.3 由名稱畫出結構

2.4 烷類的性質

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23

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第 2 章烷類：有機化合物的特性

有機化學第二章

第 2 章烷類：有機化合物的特性