有机极性判断与分子极性的关系在有机化合物的溶解性中扮演着重要角色。有机化合物通常非极性或弱极性,这类化合物在极性较强的水中溶解度较低,在非极性或弱极性溶剂如汽油、苯、酒精中溶解度较高。这一现象可从分子极性的角度进行解释。
分子的极性主要由正负电荷的重心位置决定,即分子是否对称,以及化学键的极性。键的极性向量和决定了分子的极性大小。在烷烃中,由于σ键的极性极小,且分子结构对称,烷烃通常为非极性分子。然而,这种描述不够严格。
烷烃的极性取决于其分子结构的对称性。例如,甲烷(CH4)和己烷(C2H6)分子结构完全对称,偶极矩为零,为非极性分子。三甲烷(C3H8)的分子结构为折线型,键的极性不能完全抵消,因此具有极性。对于不含支链的烷烃,分子中碳原子数为奇数时,分子不完全对称,具有极性;分子中碳原子数为偶数时,分子结构仅在特定条件下(锯齿状反交叉式)能够使键的极性相互完全抵消,形成偶极矩为零的非极性分子。然而,由于烷烃分子中C—C键可以自由旋转,除了CH4和C2H6外,大部分烷烃分子都具有极性。
烷烃的极性较弱,偶极矩一般小于0.1D。分子的对称性、化学键的键角接近109°28′,以及SP3杂化方式成键,均有助于减小分子的极性。
烯烃和二烯烃的极性取决于双键的排列方式。乙烯、丙烯、1-丁烯等分子中的双键对称性不同,导致偶极矩的差异。以C=C绝对对称的反式烯烃分子的偶极矩为零,而含有奇数碳原子的烯烃分子不以C=C绝对对称,均具有极性。
炔烃中,乙炔和2-丁炔为直线排列,分子对称,无极性;而丙炔和1-丁炔因结构不对称,具有较大的极性,偶极矩分别为0.78D和0.80D。
芳香烃如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、联苯、萘等分子的极性取决于分子的对称性。苯分子无极性,而甲苯、乙苯等分子具有极性,偶极矩分别为0.36D、0.59D。在三甲苯中,只有间三甲苯分子的偶极矩为零,而联苯、萘的分子结构不具有极性。
总结而言,烃类化合物的极性取决于分子的对称性是否完全抵消键的极性。在分子中C—Cσ键的旋转不会导致碳原子排布的不同构象时,分子整体上表现为非极性。然而,烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃的分子中,由于结构对称性不同,极性范围从弱到强不等。大多数烃类衍生物具有不同程度的极性,偶极矩通常大于1D,与相应的烃类相比显著增加。
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