安息香

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无机化学有机化学混合篇01 [复制链接]

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首先呢我们先讨论一个无机化学问题:

空间点阵形式及结构基元

首先要讲两个相关的概念:空间环境和化学环境

要从化学环境讲起

化学环境所包含的信息是:一个原子周围的所有原子、所有原子到该原子的距离、任意两个原子与该原子所成化学键的夹角,即化学组成、空间结构和周围环境的总和。如果说两个原子的化学环境相同,则表示上述三个方面均相同。

我们以存在手性中心的乳酸为例

不同的s-乳酸分子中的手性碳原子均满足上述各方面的要求,故可以说,无论是在单独看分子还是将s-乳酸结晶为晶体,这个碳原子的化学环境是相同的。

一对对映体中的两个碳原子手性不同(即两个分子中手性碳原子周围的排布方式不同),但是在溶液中,上述的三个方面均相同,可以说,这两个碳原子的化学环境相同;而在晶体中,由于化学键不能够自由地旋转,所以可以说键长键角会发生变化,此时两个异构体中的手性碳原子的化学环境不再一样。

空间环境:

空间环境和化学环境存在以下关系

空间环境=化学组成+空间结构+周围环境+排列取向=化学环境+排列取向

我们已经了解了化学环境,所以我们现在要了解排列取向,以金刚石为例:

大家都能理解金刚石中所有碳原子连接的原子都一样,只有一种C-C键长,而且键角都是标准的正四面体配位形式键角,可以说,金刚石中只有一种化学环境的碳原子。之后要考虑排列取向了,我们不难发现,从任何一个方向看过去,金刚石中的碳原子的化学键的取向有两种,沿同一方向投影可以表示为下图形式

所以,金刚石中的碳原子只有一种化学环境,但由于键的取向不同,其中的碳原子有两种空间环境。

空间点阵形式和结构基元

我们主要学习以下四个内容以及她们之间的联系

1、结构基元:晶体中的最小重复单位,由一到多个原子组成。

2、点阵点:一个结构基元抽象成的一个点

3、空间点阵形式:点阵点中圈出的布拉维格子(也就是一个晶胞中点阵点的堆叠形式)

4、三者的关系为:结构基元抽象为点阵点构成空间点阵后圈出布拉维格子(确定空间点阵形式)

结构基元:注意重复、最小这两个字眼,“重复”说的是结构基元的“平移重复性”,也就是一个结构基元中的所有内容经过平移后可以与另一个结构基元中的所有内容重合,而“最小”指的是一个结构基元中不能够截出更小的重复单位,通过学习空间环境的有关知识我们知道,相同空间环境的原子其周围的环境都一样,就是可以平移重合,也就是说一个结构基元中有且仅有同属于某一空间环境的一个原子,少了不符合“重复”,多了不符合“最小”。

如何确定结构基元?我提供的方法是这样的:

1、确定空间点阵形式

2、确定该点阵形式一个布拉维格子中的点阵点个数(也就是一个晶胞中的点阵点个数)

3、晶胞化学式除以上述点阵点个数。

确定空间点阵形式:由上述对结构基元的描述可以知道我们只需要找出任意一种相同空间环境的原子就可以了,然后我们将这种原子看作是点阵点,去确定她的空间点阵形式布拉维格子(当然我们可以对晶体进行扩展,也就是不仅限于一个晶胞)。

在这里,我们以CaTiO3为例。

一般情况下,我们都去找最少的原子,因为这样更加简单,比如在这个晶体中我们可以发现所有Ca的空间环境都相同(都有6个氧原子配位而且空间中的排列取向相同),即我们可以把一个Ca原子抽象成一个点阵点,所以纵观整个晶体中的Ca,为简单立方点阵形式,每个晶胞中有一个点阵点,所以她的结构基元为CaTiO3÷1=CaTiO3,如果选择分析Ti,也是一样的哦!

当然,我们可以分析稍微复杂一点的氧原子,晶体中的氧原子周围都连有两个钙原子,也就是说化学环境相同,而我们发现钙原子处在氧原子不同的方位,所以这些氧原子的空间环境不同,又有三个方向,所以氧原子一共有三种空间环境,同一种取向的棱上的氧原子空间环境相同,只看他们,抽象成点阵点,这样一来,也可以得出与上述相同的结论。

之后,我们要在点阵点中圈出布拉维格子,我总结为这样一句话

立方体面四方体,正交都有单斜底。

布拉维格子选取原理:先保证晶体的对称性,再满足直角最多,再满足最小。

拟将上述结论列为以下表格:

晶族

晶系

点阵形式

立方

立方

简单

面心

体心

底心

=简单四方

四方

四方

简单

面心

=体心四方

体心

底心

=简单四方

正交

正交

简单

面心

体心

底心

单斜

单斜

简单

面心

=简单三斜

体心

=底心单斜

底心

三斜

三斜

简单

面心

=简单三斜

体心

=简单三斜

底心

=简单三斜

六方

六方

简单

面心

=体心正交

体心

=底心单斜

底心

=简单正交

三方

R心

我们发现晶系和晶族存在分歧就在下述两个部分:

三方:六方晶族,三方晶系,R心六方点阵形式

六方:六方晶族,六方晶系,简单六方点阵形式

对称性分级:

高级:立方

中级:四方、六方、棱方

低级:正交、单斜、三斜

之后我们来讨论一个有机化学问题(答案将在下期发布):

Benzoin反应

安息香(苯偶姻)缩合反应是芳醛在CN-的催化作用下生成苯偶姻的反应,其通式如下

1、解释为什么参与反应的不能是脂肪族醛,只能是芳香醛?

2、芳环上的不同取代基对于反应会造成不同的影响,现在将该反应的历程分为以下几步进行讨论,催化剂亲核质子转移(去质子)对另一分子羰基化合物进行亲核催化剂离去

2-1如果反应中只有一种底物,请分别指出,芳环对位带有吸电子基团(EWG)和给电子基团(EDG)分别利于上述哪些步反应?(写序号即可)

2-2分别写出如果是决速步(以下称为观点一)或是决速步(以下称为观点二)反应的产物

3、更多的产物结果支持观点二,但理论上观点一得到的产物也可以经过一个简单的转化成为理论上观点二得到的产物,请写出这个转化过程。

4、写出以下反应的产物

5、从热力学的角度解释上述两种观点得到的产物那个更稳定?(提示:共轭体系的共振)

徐天翼.9.16

HBU的XTY

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