第2章有机化合物的分类表示方式命名

2.1 有机化合物的分类

分类方法： 有机化合物的分类方法主要有两种：一种是按碳架分类，另一种是按官能团（functional group）分类。

按碳架分类

有机化合物

开链化合物（脂肪族化合物）

环状化合物

碳环化合物 → 脂环族化合物 / 芳香族化合物

杂环化合物 → 脂杂环化合物 / 芳杂环化合物

开链化合物（脂肪族化合物）：

碳原子互相连接成链状的化合物。因这类化合物最初是从动物脂肪中获取的，所以也称为脂肪族化合物（aliphatic compound）。

脂环族化合物

alicyclic compound
与脂肪族化合物性质类似

芳香族化合物

aromatic compound
含苯环，具有芳香性

杂环化合物

heterocyclic compound
环内有杂原子（非碳原子）

按官能团分类

仅由碳和氢两种原子组成的有机化合物称为烃（hydrocarbon）。烃分子中的一个或几个氢原子被其他元素的原子或原子团取代后的生成物称为烃的衍生物（derivative）。

表2-1 一些常见的有机化合物及其官能团

C=C

烯烃 alkene

碳碳双键 double bond

—C≡C—

炔烃 alkyne

碳碳叁键 triple bond

—X

卤代烃 halohydrocarbon

卤原子 halogen atom

—OH

醇 alcohol / 酚 phenol

羟基 hydroxy

—CHO

醛 aldehyde

醛基 aldehyde group

C=O

酮 ketone

羰基 carbonyl

—COOH

羧酸 carboxylic acid

羧基 carboxy

—NH₂

胺 amine

氨基 amino

—C≡N

腈 nitrile

氰基 cyano

—NO₂

硝基化合物

硝基 nitro

2.2 有机化合物的表示方式

2.2.1 有机化合物构造式的表示方式

构造（constitution）： 分子中原子的连接次序和键合性质叫做构造。表示分子构造的化学式叫做构造式（constitution formula）。

表2-2 有机化合物构造式的表示方式

表示方式	特点	示例（2-戊醇）
Lewis结构式	用黑点表示电子，显示所有价电子	显示所有原子和电子对
蛛网式	将共价电子改成短线，形似蛛网	H—C—C—C—C—C—H
结构简式	省略碳氢键和横向碳碳单键	CH₃CH₂CH₂CHCH₃(OH)
键线式	只用键线表示碳架，最简便	折线形式，省略H原子

键线式规则

• 两根单键之间或一根双键和一根单键之间的夹角为120°

• 一根单键和一根叁键之间的夹角为180°

• 分子中的碳氢键、碳原子及与碳原子相连的氢原子均省略

• 杂原子及与杂原子相连的氢原子须保留

2.2.2 有机化合物立体结构的表示方式

分子的结构除了指分子的构造外，还包括原子在空间的排列方式，即它们的立体结构。

伞形式表示法：

• 处于纸面上的键用实线表示

• 伸向纸面里面的键用虚楔形线表示

• 伸向纸面外面的键用实楔形线表示

习题 2-1

用键线式和结构简式写出C₅H₁₂，C₆H₁₄的所有构造异构体。

习题 2-2

将下列化合物改写成键线式。

2.3 有机化合物的同分异构体

同分异构现象（isomerism）： 在有机化学中，将具有相同分子式而具有不同结构的现象称为同分异构现象。而将分子式相同、结构不同的化合物互称为同分异构体（isomer），也称为结构异构体（structural isomer）。

同分异构体的分类关系

结构异构体（同分异构体）

构造异构体

碳架异构体 carbon skeleton isomer

位置异构体 position isomer

官能团异构体 functional group isomer

互变异构体 tautomeric isomer

价键异构体 valence bond isomer

立体异构体 stereo-isomer

构型异构体 → 顺反异构体 / 旋光异构体

构象异构体 conformational stereo-isomer

碳架异构体（carbon skeleton isomer）

因碳架不同产生的异构体称为碳架异构体。

C₄H₁₀

（正）丁烷 CH₃CH₂CH₂CH₃ 异丁烷 (CH₃)₂CHCH₃

C₅H₁₂

（正）戊烷异戊烷新戊烷

位置异构体（position isomer）

官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体称为位置异构体。

C₃H₈O

正丙醇 CH₃CH₂CH₂OH 异丙醇 CH₃CHCH₃(OH)

官能团异构体（functional group isomer）

因分子中所含官能团的种类不同所产生的异构体称为官能团异构体。

C₂H₆O

乙醇 CH₃CH₂OH（含羟基）甲醚 CH₃OCH₃（含醚键）

立体异构体（stereo-isomer）

分子中原子或原子团互相连接次序及键合性质均相同，但空间排列不同而引起的异构体称为立体异构体。

构型异构体：因键长、键角、分子内有双键或有环等原因引起的立体异构体。

构象异构体：仅由于单键的旋转而引起的立体异构体，有时也称为旋转异构体（rotamer）。

习题 2-3

写出分子式为C₃H₆O的所有的构造异构体。

2.4 烷烃的命名

烷烃（alkane）： 碳碳间、碳氢间均以单键相连的烃称为烷烃。无环的烷烃称为链烷烃，有环的烷烃称为环烷烃（cyclic alkane）。烷烃是有机化合物的母体化合物。

2.4.1 链烷烃的命名

1. 系统命名法

直链烷烃（n-alkane）的名称用"碳原子数＋烷"来表示。当碳原子数为1～10时，依次用天干——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸——表示；当碳原子数超过10时，用数字表示。

表2-3 一些正烷烃的名称

构造式	中文名	英文名	构造式	中文名	英文名
CH₄	甲烷	methane	CH₃(CH₂)₁₀CH₃	十二烷	n-dodecane
CH₃CH₃	乙烷	ethane	CH₃(CH₂)₁₃CH₃	十五烷	n-pentadecane
CH₃CH₂CH₃	丙烷	propane	CH₃(CH₂)₁₈CH₃	二十烷	n-icosane
CH₃(CH₂)₂CH₃	（正）丁烷	n-butane	CH₃(CH₂)₂₈CH₃	三十烷	n-triacontane
CH₃(CH₂)₃CH₃	（正）戊烷	n-pentane	CH₃(CH₂)₃₈CH₃	四十烷	n-tetracontane
CH₃(CH₂)₄CH₃	（正）己烷	n-hexane	CH₃(CH₂)₄₈CH₃	五十烷	n-pentacontane

（2）支链烷烃的命名

碳原子的级：

① 与一个碳相连的碳，是一级碳原子，用1°C表示（伯碳，primary carbon）

② 与两个碳相连的碳，是二级碳原子，用2°C表示（仲碳，secondary carbon）

③ 与三个碳相连的碳，是三级碳原子，用3°C表示（叔碳，tertiary carbon）

④ 与四个碳相连的碳，是四级碳原子，用4°C表示（季碳，quaternary carbon）

表2-4 一些常见烷基的名称

烷烃	烷基	普通命名法	系统命名法
甲烷 CH₄	CH₃—	甲基 (methyl, Me)	甲基 (methyl)
乙烷 CH₃CH₃	CH₃CH₂—	乙基 (ethyl, Et)	乙基 (ethyl)
丙烷 CH₃CH₂CH₃	CH₃CH₂CH₂—	正丙基 (n-propyl)	丙基 (propyl)
丙烷 CH₃CH₂CH₃	(CH₃)₂CH—	异丙基 (isopropyl, i-Pr)	1-甲基乙基
正丁烷	CH₃CH₂CH₂CH₂—	正丁基 (n-butyl)	丁基 (butyl)
	CH₃CH₂CH(CH₃)—	二级丁基 (sec-butyl)	1-甲基丙基
	(CH₃)₂CHCH₂—	异丁基 (isobutyl)	2-甲基丙基
	(CH₃)₃C—	叔丁基 (tert-butyl)	1,1-二甲基乙基

（iii）顺序规则（Cahn-Ingold-Prelog sequence）

顺序规则要点

① 将单原子取代基按原子序数（atomic number）大小排列，原子序数大的顺序在前

I > Br > Cl > S > P > F > O > N > C > D > H

② 如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其他原子

③ 含有双键或叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同的原子

④ 若参与比较顺序的原子的键不到四个，则可以补充适量的原子序数为零的假想原子

（v）命名原则和命名步骤

有机化合物系统命名的基本格式：

构型 + 取代基位置号+个数+名称 + 母体（官能团位置号+名称）

实例一：CH₃CHCH₂CHCHCH₃ (带甲基取代)

中文名称：2,3,5-三甲基己烷英文名称：2,3,5-trimethylhexane

2.4.2 单环烷烃的命名

只有一个环的环烷烃称为单环烷烃（monocyclic alkane）。环上没有取代基的环烷烃命名时，中文名称只需在相应的烷烃前加环，英文名称只需在相应的英文名前加cyclo。

环丙烷

cyclopropane
三元环

环丁烷

cyclobutane
四元环

环戊烷

cyclopentane
五元环

环己烷

cyclohexane
六元环

2.4.3 桥环烷烃的命名

桥环烷烃（bridged alkane）：

是指环与环之间共用两个或多个碳原子的多环烷烃。共用碳原子中的端碳原子为桥头碳（bridgehead carbon），两个桥头碳之间可以是一根键或碳链，称之为桥。

桥环烷烃命名格式：环数 + 带数字的方括号 + 母体烃的名称

二环[1.1.0]丁烷 bicyclo[1.1.0]butane 二环[3.2.1]辛烷 bicyclo[3.2.1]octane

2.4.4 螺环烷烃的命名

螺环烷烃（spirocyclic alkane）：

是指环与环之间共用一个碳原子的多环烷烃，共用的碳原子称为螺原子（spiro atom）。

螺环烷烃命名格式：螺数 + 带数字的方括号 + 母体烃的名称

螺[4.5]癸烷 spiro[4.5]decane 螺[5.5]十一烷 spiro[5.5]undecane

习题 2-7

请写出下列化合物的中、英文系统名称。

2.5 烯烃和炔烃的命名

2.5.1 烯基、炔基和亚基的命名

烯基（-enyl）：

烯烃去掉一个氢原子，称为某烯基。烯基的系统命名方法是将失去氢原子的碳称为基碳原子，定位为1位号。

乙烯基

vinyl / ethenyl
CH₂=CH—

丙烯基

propenyl / 1-propenyl
CH₃CH=CH—

烯丙基

allyl / 2-propenyl
CH₂=CHCH₂—

异丙烯基

isopropenyl
(CH₃)C=CH₂—

炔基（-ynyl）：

炔烃去掉一个氢原子即得炔基。炔基的系统命名原则与烯基一致。

乙炔基

ethynyl
HC≡C—

丙炔基

1-propynyl
H₃CC≡C—

炔丙基

2-propynyl
HC≡CCH₂—

2.5.2 烯烃和炔烃的系统命名

单烯烃的系统命名步骤

（1）先找出含双键的最长碳链，把它作为主链，并按主链中所含碳原子数把该化合物命名为某烯

（2）从主链靠近双键的一端开始，依次将主链的碳原子编号，使双键的碳原子位号较小

（3）把双键碳原子的最小位号写在烯的名称的前面，取代基的位号写在取代基之前

（4）若分子中两个双键碳原子均与不同的基团相连，可以采用Z-E构型来标示立体异构体

Z-E构型的确定

Z构型与E构型：

确定Z、E的原则是按顺序规则，两个双键碳原子上的两个顺序在前的原子（或基团）同在双键一侧的为Z构型（Z configuration）（德文Zusammen，在一起的意思），在两侧的为E构型（E configuration）（德文Entgegen，相反的意思）。

(Z)-2-丁烯 vs (E)-2-丁烯

Z构型：两个CH₃在双键同侧 E构型：两个CH₃在双键异侧

习题 2-11

(i) 写出分子式为C₄H₈的所有异构体；

(ii) 写出下列化合物的立体异构体

2.6 芳香烃的命名

芳香烃（arene）： 具有芳香性的烃称为芳香烃，一般是指分子中含有苯环的化合物。广义的芳烃，应包括非苯芳烃（non-benzenoid arene）。

2.6.1 含苯基的单环芳烃的命名

最简单的此类单环芳烃是苯（benzene）。苯的一元烃基取代物只有一种，命名方法有两种：

① 将苯作为母体，烃基作为取代基，称为×× 苯

② 将苯基（phenyl）作为取代基，苯环以外的部分作为母体，称为苯（基）××

甲苯

methylbenzene
toluene（俗名）

苯乙烯

phenyl ethylene
styrene（俗名）

异丙苯

isopropylbenzene
cumene（俗名）

苯的二元取代物位置表示

邻、间、对位表示法

邻位（ortho, o-）：两个取代基处于1,2-位置

间位（meta, m-）：两个取代基处于1,3-位置

对位（para, p-）：两个取代基处于1,4-位置

二甲苯的三种异构体

邻二甲苯 o-xylene (1,2-) 间二甲苯 m-xylene (1,3-) 对二甲苯 p-xylene (1,4-)

2.6.2 多环芳烃的命名

分子中含有多个苯环的烃称为多环芳烃（polycyclic arene）。主要有多苯代脂烃、联苯（biphenyl）和稠合多环芳烃（fused polycyclic arene）三类。

萘 naphthalene

两个苯环稠合
α位(1,4,5,8) β位(2,3,6,7)

蒽 anthracene

三个苯环线性稠合
α位 β位 γ位

菲 phenanthrene

三个苯环角状稠合
五对等同位置

芘 pyrene

四环稠合芳烃
高度对称结构

2.6.3 非苯芳烃的命名

分子中没有苯环而又具有芳香性的环烃称为非苯芳烃。单环非苯芳烃的结构一般符合Hückel规则，即它们都是含有4n+2个π电子的单环平面共轭多烯。

环丙烯正离子

2π电子 (n=0)
芳香性

环戊二烯负离子

6π电子 (n=1)
芳香性

环庚三烯正离子

6π电子 (n=1)
芳香性

[18]轮烯

18π电子 (n=4)
芳香性

2.7 烃衍生物的系统命名

烃的衍生物（derivative of hydrocarbon）： 烃分子中的氢被官能团取代后的化合物称为烃的衍生物。

2.7.1 常见官能团的词头、词尾名称

表2-6 常见官能团的词头、词尾名称

基团	词头名称（中/英）	词尾名称（中/英）
—COOH	羧基 carboxy	酸 -carboxylic acid / -oic acid
—SO₃H	磺酸基 sulfo	磺酸 -sulfonic acid
—COOR	烃氧羰基 R-oxycarbonyl	酯 R-carboxylate / R-oate
—COX	卤甲酰基 halo carbonyl	酰卤 -carbonyl halide / -oyl halide
—CONH₂	氨基甲酰基 carbamoyl	酰胺 -carboxamide / -amide
—CN	氰基 cyano	腈 -carbonitrile / -nitrile
—CHO	甲酰基 formyl	醛 -carbaldehyde / -al
C=O	氧代 oxo	酮 -one
—OH	羟基 hydroxy	醇/酚 -ol
—NH₂	氨基 amino	胺 -amine
—OR	烃氧基 R-oxy	醚 -ether
—X (F,Cl,Br,I)	卤代 halo	—
—NO₂	硝基 nitro	—

2.7.2 单官能团化合物的系统命名

命名步骤

① 选主链：选含母体官能团的最长链为主链

② 编号：按最低系列原则，即让官能团的位号尽可能小

③ 确定构型：若分子中有构型，须按确定构型的原则一一确定

④ 按名称基本格式写出全名

各类有机物的英文名称特征词尾

丙烷 propane 丙醇 propanol 丙醛 propanal 丙酮 propanone 丙腈 propanonitrile 丙酸 propanoic acid

2.7.3 含多个相同官能团化合物的系统命名

分子中含有两个或多个相同官能团时，应选含官能团最多的最长链作为母体。

4-丁基-2,5-庚二醇 (4-butyl-2,5-heptanediol)

含两个羟基，选七碳链为主链用"二醇"(-diol) 表示两个羟基

2.7.4 含多种官能团化合物的系统命名

主官能团的确定： 当分子中含有多种官能团时，首先要确定一个主官能团。确定主官能团的方法是查看表2-6，表中排在前面的官能团总是主官能团。

(S)-3-甲酰基-5-羟基戊酸

羧基（—COOH）排在最前面，是主官能团羟基（—OH）、醛基（CHO）为取代基

2.7.5 环氧化合物和冠醚的命名

环氧化合物：

一个氧原子和碳链上两个相邻的或非相邻的碳原子相连接而形成的环形体系。命名时用环氧（epoxy）作词头，写在母体烃名之前。

冠醚（crown ether）：

含有多个氧的大环醚，因其结构很像王冠，称为冠醚。命名时用"冠"表示冠醚，在"冠"字前面写出环中的总原子数（碳和氧），"冠"字后写出环中的氧原子数。

冠醚命名示例

18-冠-6 (18-crown-6) 12-冠-4 (12-crown-4) 15-冠-5 (15-crown-5)

章末习题

习题 2-28

用结构简式写出分子式为C₃H₈O的所有同分异构体，并用中英文系统命名法命名这些化合物。

习题 2-29

用键线式写出分子式为C₃H₇Br的所有同分异构体，并用中英文系统命名法命名这些化合物。

习题 2-30

用键线式写出分子式为C₃H₄O的所有同分异构体，并用中英文系统命名法命名这些化合物。

习题 2-31

写出符合下列条件的结构式及它们的中文系统名称。

(i) 分子式为C₈H₁₂ (ii) 无侧链的链形化合物 (iii) C₄与C₅用叁键相连

习题 2-32

写出分子式为C₁₀H₁₄的含苯芳香烃的结构式及它们的中文系统名称。

习题 2-33

写出1-甲基-2-溴环戊烯所有含最小螺环结构的构造异构体及其中文系统名称。

习题 2-35

分别写出下列化合物的无环状结构且含羰基的构造异构体的个数。

英汉对照词汇

acetylene 乙炔

acid anhydride 酸酐

alicyclic compound 脂环化合物

aliphatic compound 脂肪族化合物

alkane 烷烃

alkene 烯烃

alkyne 炔烃

arene 芳烃

aromatic compound 芳香族化合物

benzene 苯

biphenyl 联苯

bond-line formula 键线式

branched-chain alkane 支链烷烃

bridged alkane 桥环烷烃

Cahn-Ingold-Prelog sequence 顺序规则

carbon skeleton isomer 碳架异构体

chiral carbon atom 手性碳原子

chirality 手性

cis configuration 顺式构型

conformational stereo-isomer 构象异构体

configuration stereo-isomer 构型异构体

constitution formula 构造式

crown ether 冠醚

cyclic alkane 环烷烃

derivative 衍生物

E configuration E构型

epoxy compound 环氧化合物

functional group 官能团

functional group isomer 官能团异构体

fused polycyclic arene 稠环芳烃

geometric isomer 几何异构体

heterocyclic compound 杂环化合物

hydrocarbon 烃

isomer 同分异构体

isomerism 同分异构现象

lowest series principle 最低系列原则

naphthalene 萘

nomenclature 命名

optical isomer 旋光异构体

phenyl 苯基

position isomer 位置异构体

primary carbon 一级碳原子

quaternary carbon 四级碳原子

rotamer 旋转异构体

secondary carbon 二级碳原子

skeleton symbol 结构简式

spirocyclic alkane 螺环烷烃

stereo-isomer 立体异构体

structural isomer 结构异构体

tautomeric isomer 互变异构体

tertiary carbon 三级碳原子

trans configuration 反式构型

Z configuration Z构型

复习本章的指导提纲

基本概念

一级、二级、三级、四级碳原子，一级、二级、三级氢原子，最低系列原则，顺序规则，手性，手性碳原子，R-S构型，顺、反构型，Z-E构型。

基本知识点

有机化合物的类名，各类有机物的定义和特征官能团；同分异构体的分类关系，各类异构体的定义；构造式的四种表达方式，立体结构的基本表达方式；IUPAC、CCS命名法的基本要点，烷烃普通命名法的基本内容；有机化合物名称的基本格式；各类有机物、基、亚基、烯基、炔基英文名称的特征词头、词尾名称；常见官能团的词头、词尾名称，在烃的普通命名中各种词头的含义；顺序规则的基本内容；确定R-S构型、Z-E构型、顺反构型的原则。