Question

有机化学中的不饱和度是什么?

Answer 1

1.简述
不饱和度又称缺氢指数,(英文名称:Degree of unsaturation)是有机物分子不饱和程度的量化标志,用希腊字母Ω表示.规定烷烃的不饱和度是0（所有的原子均已饱和）.

2.不饱和度的计算方法
2.1. 从有机物分子结构计算不饱和度的方法
根据有机物分子结构计算,Ω＝双键数＋叁键数×2＋环数
如苯：Ω=3+0×2+1=4 即苯可看成三个双键和一个环的结构形式.
补充理解说明：
单键对不饱和度不产生影响,因此烷烃的不饱和度是0（所有原子均已饱和）.
一个双键（烯烃、亚胺、羰基化合物等）贡献一个不饱和度.
一个叁键（炔烃、腈等）贡献两个不饱和度.
一个环（如环烷烃）贡献一个不饱和度.环烯烃贡献2个不饱和度.
例子：丙烯的不饱和度为1,乙炔的不饱和度为2,环己酮的不饱和度也为2.
2.2. 从分子式计算不饱和度的方法
第一种方法为通用公式：
Ω＝1＋1/2∑Ni(Vi-2)
其中,Vi 代表某元素的化合价,Ni 代表该种元素原子的数目,∑ 代表总和.这种方法适用于复杂的化合物.
第二种方法为只含碳、氢、氧、氮以及单价卤素的计算公式：
Ω＝C＋1－(X－N)/2
其中,C 代表碳原子的数目,H 代表氢和卤素原子的总数,N 代表氮原子的数目,氧和其他二价原子对不饱和度计算没有贡献,故不需要考虑氧原子数.这种方法只适用于含碳、氢、单价卤素、氮和氧的化合物.
第三种方法简化为只含有碳C和氢H或者氧的化合物的计算公式：
Ω ＝(2C＋2－H)/2
其中 C 和 H 分别是碳原子和氢原子的数目.这种方法适用于只含碳和氢或者氧的化合物.
补充理解说明：
（1）若有机物为含氧化合物,因为氧为二价,C=O与C=C“等效”,所以在进行不饱和度计算时可不考虑氧原子.
如CH2=CH2（乙烯）、CH3CHO（乙醛）、CH3COOH（乙酸）的不饱和度Ω为1.
（2）有机物分子中的卤素原子取代基,可视作氢原子计算不饱和度Ω.
如：C2H3Cl的Ω为1,其他基团如-NH2、-SO3H等都视为氢原子.
（3）碳的同素异形体,可将其视作氢原子数为0的烃.
如C60（足球烯,或者富勒烯,Buckminster fullerene)
（4）烷烃和烷基的不饱和度Ω=0
如CH4（甲烷）
（5）有机物分子中含有N、P等三价原子时,每增加1个三价原子,则等效为减少1个氢原子.
如,CH3NH2（氨基甲烷）的不饱和度Ω=0.
（6）C=C 碳碳双键的不饱和度Ω=1；碳碳叁键的不饱和度Ω=2.
（7）立体封闭有机物分子（多面体或笼状结构）不饱和度的计算,其成环的不饱和度比面数少数1.
如立方烷面数为6,其不饱和度Ω=6－1=5

3. 不饱和度计算的用途
不饱和度在有机化学中主要有两个用途:
3.1. 检查对应结构的分子式是否正确
有机题中经常有一些复杂结构的物质,要求写分子式或判断给出的分子式是否正确,这时就可以利用不饱和度来检查：
先写出分子式,然后根据分子式计算不饱和度,然后根据结构数不饱和度,若相等,则说明分子式正确.例如：甲苯的分子式为C7H8,计算出不饱和度为4,而双键（其实不是双键,但在计算不饱和度时可以看作双键）和环的不饱和度都是1,所以总的为4.
3.2. 根据不饱和度推测分子式可能具有的结构
例如,C4H4的不饱和度为3,则可能是3个环；2个双键一个环；1个双键一个三键；……