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不饱和度

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在分析有机分子的分子式时,不饱和度(也称为缺指数(IHD)、双键当量或不饱和指数)是决定环数和π键总数的计算。有机化学中使用公式来帮助绘制化学结构。它没有单独提供关于这些组分的任何信息——具体的环数,或双键(每个一个π键)或三键(每个两个π键)。最终结构通过使用NMR、质谱和IR光谱以及定性检查来验证。它基于将实际分子式与如果结构饱和(没有环且仅包含σ键)与所有原子具有其标准价态的可能的分子式进行比较。在任何一种情况下,氧和其他二价原子都不会影响不饱和度,因为2-2=0。

不饱和度的解释

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对于碳氢化合物,DBE(或IHD)告诉我们非饱和结构中的环和/或额外键的数量,这等于使结构饱和所需的氢对数,仅仅是因为将两个元素连接到形成环或在结构中添加一个额外的键可减少对两个H的需求。对于非碳氢化合物,一对元素可以包括元素周期表中锂族和氟族中的任何元素,不一定是所有H。该公式的一种流行形式如下:IHD=C+1+N/2–H/2–X/2其中C、N、H和X分别代表碳、氮、氢和卤素原子的数量。RHS中的每个术语可以分别解释如下:

  • 除了末端碳外,每个通过单键连接到结构上的碳都需要一对氢原子与之相连——这就是公式中数字C的原因,它实际上代表了所需的氢对数饱和结构中的碳数。(如果将碳添加到结构中也是如此,无论是插入主链,连接到末端以替换H,还是从碳分支出来替换H。)

不饱和度

  • 两个末端碳中的每一个都需要一个额外的氢——这就是为什么将1添加到公式中的原因。(分支的终端不需要在计算中添加额外的氢,因为必须替换分支连接的氢,这对于以任何元素终止的分支都是如此。)
  • 除了末端氮外,链中的每个氮只需要一个H连接到它上面,这是一对氢的一半——这就是为什么+N/2出现在公式中,每两个氮的值为1。(如果将氮添加到结构中也是如此,无论它是插入主链,连接到末端以取代氢,还是从碳分支出来以取代氢。)
  • H/2表示氢对的数量,因为它为每两个氢原子给出1的值。在公式中减去它来计算不饱和结构中缺少多少对氢原子,这告诉我们缺氢的程度。(如果IHD=0,则没有氢对丢失,这对应于没有H缺陷。)
  • X/2的存在与H/2的原因相似。

在结构中添加氧原子不需要添加氢,这就是为什么在公式中没有出现氧原子数的原因。此外,该公式可以推广到CASA族的I族(氢和锂族)、IV族(碳族)、V族(氮族)和VII族(氟族)的所有元素元素周期表如下:IHD=G4+1+G5/2–G1/2–G7/2或者简单地说,IHD=G4+1+(G5–G1–G7)/2


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