图书序言
分子式、结构式的写法与解读
化学式将元素符号写成式子,以表示分子的组成。化学式有好几种写法,可达到各种目的。下表以乙烷、乙醇、环己烷等化合物为例。
要描述分子的基本结构,必需知道构成分子的元素种类与个数,分子式提供了这些资讯,亦即,分子式可以告诉我们化合物的基本资料。其中,分子各种组成元素的比例特别重要,而实验式即是元素比例的表示法。例如,乙烷的分子式C2H6,代表一个乙烷分子是由两个碳原子与六个氢原子所组成,碳和氢的比例是1:3,因此实验式是CH3。乙醇、环己烷这两个化合物的分子式与实验式已列于表3.1,请参考。
另外,乙醇有一个称为羟基(OH)的官能基。分子的官能基会影响性质,而将官能基写出来的表示法,称作示性式,举例来说,乙醇有两种示性式的写法,可表示乙醇的碳氢骨架。若要完整表示分子的结构,则要使用结构式。结构式能够表示分子的结构,以及各组成原子的键结方式。为了明确说明有机化合物的分子结构,有机化合物通常都表示成结构式,但是如果分子过大,结构式会变得很复杂。因此,有些结构式会省略碳原子的C与氢原子的H,仅以线段表示碳原子和碳原子的键结,表3.1的结构式(ㄆ)即是此形式加上官能基的表示法。复杂的分子会同时使用结构式和示性式等,来表示分子结构。
E, Z命名法
双键所形成的几何异构物(立体异构物),可分为顺式(Cis)和反式(Trans)两种(参照第74 页)。然而,如图3.1,双键旁的位置都键结不同的原子或原子团,即无法单纯归类为顺式和反式。请看图3.1右部的化合物,对甲基(H3C)来说,Br(溴原子)是反式,而Cl(氯原子)是顺式。用这种表示法,必须指定一个原子或原子团,使人特别注意,再定义它的立体结构。拥有许多双键的化合物立体结构表示法相当复杂,因此IUPAC(国际纯粹暨应用化学联合会)制定「E, Z命名法」,以较简单的形式为几何异构物命名。目前一般人仍习惯使用顺式与反式等名称,正式名称则使用E, Z命名法,然而E, Z命名法是什么呢?请看图3.1,我们先将双键的两侧表示成X和Y,以突显结构的差异,接着为X、Y内的原子与原子团依大小排序。如果原子序较大的原子与原子团在双键的同一侧,便命名为Z;在双键的不同侧,则命名为E。