13.在烷烃分子中的基团:-CH3、-CH2-、
、
中的碳原子分别称为伯、仲、叔、季碳原子,数目分别用n1、n2、n3、n4表示.例如
分子中,n1=6, n2=1, n3=2, n4=1.试根据不同烷烃的组成和结构,分析出烷烃(除甲烷外)中各原子数的关系.
(1)烷烃分子中氢原子个数为n0, n0与n1、n2、n3、n4的关系是n0=________或n0=________.
(2)四种碳原子数之间的关系为________.
(3)若某分子中n2=n3=n4=1,写出该分子的可能的结构简式.
解析:(1)因为伯、仲、叔、季碳原子结合的H原子分别为3、2、1、0个,所以根据伯、仲、叔碳原子数即可确定烷烃分子中H原子数为3n1+2n2+n3;根据烷烃的分子通式为CnH2n+2,n=n1+n2+n3+n4,即可确定烷烃分子中的H原子数为2(n1+n2+n3+n4)+2.
(2)由(1)中H原子数的关系可得3n1+2n2+n3=2(n1+n2+n3+n4)+2,整理即得n1=n3+2n4+2.本题还可以利用仲、叔、季碳原子的自身特点求解:仲碳原子(-CH2-)只有2个余价,我们可以直接将其插入碳链中,而无须再接其他原子或原子团;叔碳原子(
)插入碳链中,还有一个余价,因此它还须要连接一个一价基团,即-CH3;
季碳原子(
)插入碳链中,还有二个余价,因此它还须要连接两个一价基团,即-CH3,再加上两端所连的两个一价基团(-CH3),因此所含-CH3个数(即伯碳原子数)为叔碳原子数+季碳原子数的2倍+2.
(3)该烷烃分子中含有一个仲碳原子、一个叔碳原子、一个季碳原子,由第(2)小题可知,伯碳原子数(-CH3)为5个,由于-CH3只能连在链端,而不能夹在中间,所以我们只须将-CH2-、
、
进行组合连接,然后再补上-CH3即可.
答案:(1)n3+2n2+3n1 2(n1+n2+n3+n4)+2 (2) n1=n3+2n4+2
