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1、,第二章 烷烃和环烷烃,主要内容 烷烃的通式，构造异构 烷烃的命名（普通命名法， IUPAC命名法） 烷烃的结构 构象和构象异构体，构象式的表示法 物理性质 化学性质 主要来源及制法,一. 烷 烃（Alkanes, Paraffins）,含有碳碳重键的烃类化合物。 烯烃、炔烃等。,环丙烷,环己烷,碳原子间均以CC单键相连，其余价键均为H原子饱和。 烷烃(alkanes)：甲烷、乙烷 环烷烃(cycloalkanes):,烃,脂肪烃,脂环烃,碳骨架 的 类型,开 链：,环状：,丙烯、丁烷,另一种分类方法,烷烃的通式 ： CnH2n+2,2.1.1 烷烃和环烷烃的通式,2.1 烷烃和环烷烃的通式和
2、构造异构,环烷烃的通式： CnH2n,(CH2)*2 = C2H4 n = 2,同分异构现象和同分异构体（碳架异构体）,（CONSTITUTIONAL ISOMERS， STRUCTURAL ISOMERS）,同分异构体 具有相同的分子式，但原子的连接顺序不同的分子,C4 以上烷烃出现同分异构现象,C4H10,C5H12,C6H14,C20H42,366,319,同分异构体数,2,3,5,二. 烷烃和环烷烃的命名 (nomenclature of alkanes and cycloalkanes),碳原子的四种类型,1 C（伯碳，一级碳）,primary carbon,2 C （仲碳，二级碳）
3、,secondary carbon,tertiary carbon,3 C （叔碳，三级碳）,4 C （季碳，四级碳）,quaternary carbon,2o氢原子,1o氢原子,3o氢原子,二种类型 2 C,二种类型 1 C,二种类型 1 C,分析下列化合物所含碳原子种类,碳原子种类的扩展,1自由基 （伯自由基）,2自由基 （仲自由基）,3自由基 （叔自由基）,1碳负离子 （伯碳负离子）,3碳正离子 （叔碳正离子）,普通命名法 用于简单化合物的命名 衍生命名法 IUPAC命名法（系统命名法） （IUPAC: 国际纯粹与应用化学联合会， International Union of Pure
4、and Applied Chemistry）,烷烃的命名,基础：普通命名法,普通命名法,中文名,英文名,甲烷,乙烷,丙烷,methane,ethane,propane,碳原子数目 + 烷 英文命名用词尾- ane表示烷烃,碳原子数为110用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示,C1,C2,C3,异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分 相应的英文词头为 n- (normal)、iso和neo（注意不加“-”）,中文名,英文名,正丁烷,异丁烷,正戊烷,异戊烷,新戊烷,n-butane,isobutane,n-pentane,isopentane,neopentane,C4,C5,
5、C6,正己烷,异己烷,新己烷,n-hexane,isohexane,neohexane,中文名,英文名,如何命名？,如何命名？,正庚烷,正辛烷,正壬烷,正癸烷,正十一烷,正十二烷,正十三烷,正二十烷,n-heptane,n-octane,n-nonane,n-decane,n-undecane,n-dodecane,n-tridecane,n-eicosane,碳原子数为10以上时用大写数字表示,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C20,中文名,英文名,以甲烷为母体，把其它的烷烃看作是甲烷的衍生物。,选择连接烷基最多的C原子作为母体甲烷 按照 “先小后大”的原则将各个烷基依次列
6、出。,2 衍生命名法,3. IUPAC命名法（系统命名法）,基本方法： 选定一条最长链作为主链（以普通命名法命名） 其它支链作为主链上的取代基。,普通命名法：异丁烷,IUPAC命名法：2-甲基丙烷,支链烷烃的命名分三步： 选主链、定编号、正名称。,中国化学会. 有机化学命名原则(1980). 科学出版社,1983,一些常见的烷基,主链的选择和取代基位置编号,最长链为主链 取代基编号数最小,不同基团编号相同时，使小取代基编号最小,含支链的取代基的命名,注：有关一些其它基团的“顺序规则”放第三章介绍,仲丁基 2-丁基 1-甲基丙基,这样选取主链及编号是否合适？,环烷烃(cycloalkane),环
7、烷烃的类型,(单)环烷烃,通式：CnH2n,桥环烃（稠环）,桥环烃,螺环烃,（与烯烃通式相同）,联环烷烃,以环为母体，名称用“环” （英文用 “cyclo”）开头。 环外基团作为环上的取代基,普通环烷烃的命名,环丙烷,环己烷,甲基环丙烷,cyclopropane,cyclohexane,methyl-cyclopropane,1, 3-二甲基环己烷,1-甲基-4-异丙基环己烷,1, 3-dimethyl-cyclohexane,1-isopropyl-4-methylcyclohexane,取代基位置数字取最小,顺反异构用“顺”或“反”注明基团相对位置。 英文用 “cis”和“trans”表示
8、。,顺-1,3-二甲基环戊烷,(cis-1, 3-dimethylcyclopentane),反-1,3-二甲基环戊烷（两者为对映异构体）,(trans-1, 3-dimethylcyclopentane),镜面,环烷烃(cycloalkane),环烷烃的类型,(单)环烷烃,通式：CnH2n,桥环烃（稠环）,桥环烃,螺环烃,（与烯烃通式相同）,联环烷烃,环可作为取代基 （称环基） 相同环连结时，可 用词头“联”开头。,环丙基环己烷,3-甲基-4-环丁基庚烷,联环丙烷,cylcopropylcyclohexane,4-cyclobutyl-3-methylheptane,bicyclopropa
9、ne,联环烷烃,桥环烃（Bridged hydrocarbon）的命名,桥 头 碳：几个环共用的碳原子， 环的数目：断裂二根CC键可成链状烷烃为二环；断裂三根CC 键可成链状烷烃为三环 桥头碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出 环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链,桥头碳原子,十氢萘,8-甲基二环4. 3. 0壬烷,用“,“隔开,bicyclo2. 2. 1heptane,8-methylbicyclo4. 3. 0nonane,三环2. 2. 1. 02, 6庚烷,tricyclo2. 2. 1. 02, 6heptane,螺环烃（spiro hydrocarbon）的命名,编号从小环开始
10、 取代基数目取最小,除螺C外的碳原子数 (用“.“隔开),组成桥环的碳原子总数,环烷烃的其它命名方法 :,Decahydro-naphthalene,十氢萘,萘,naphthalene,莰烷,2-莰酮（樟脑）,camphane,camphor,按形象命名,按衍生物命名,2.3 烷烃的结构,C: sp3 杂化，成 键,2.3.1 键的形成及其特性,碳原子采取sp3杂化,s 轨道成分：1/4； p 轨道成分：3/4。,sp3杂化轨道,sp3杂化的碳原子，几何构型：四面体,甲烷的结构,sp3 1s 键,4个CH 键,乙烷的结构,1个C键， 6个CH键,表 2.2 一些环烷烃的燃烧热,分子燃烧热,/(
11、kJmol-1),-CH2-的 平均燃烧热,/ (kJmol-1),环丙烷 3 2091 697 环丁烷 4 2744 686 环戊烷 5 3320 664 环己烷 6 3951 659 环庚烷 7 4637 662 环辛烷 8 5310 664 环壬烷 9 5981 665 环癸烷 10 6636 664 环十五烷 15 9885 660 开链烷烃 659,名称,环大小,与开链烷烃 燃烧热的差,/(kJmol-1),38 27 5 0 3 5 6 5 1,2.3.2 环烷烃的结构与稳定性,环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。,环烷烃的稳定性：,环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷,环的张力越
12、小，相应的环烷烃越稳定。,图2.12 丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况,2.4 构象 (comformation) 和构象异构体,CC单键是可以旋转的 单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象） 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）,描述立体结构的几种方式,伞形式 Wedge-and-dash,锯架式 Sawhorse,Newman投影式 Newman Projection,纽曼(Newman)投影式写法,键电子云排斥， von der waals排斥力，内能较高（最不稳定）,乙烷的构象,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,staggered confor
13、mer,skewed conformer,eclipsed conformer,原子间距离最远 内能较低 （最稳定）,（有无数个）,乙烷构象转换与势能关系图,旋转中须克服能垒扭转张力 电子云排斥 相邻两H间的von der waals排斥力,一般情况下( T-250oC): 单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。 一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。,丁烷的构象,交叉式（anti） （反交叉式）,部分重叠式,邻位交叉式 （gauche）,全重叠式,邻位交叉式 （gauche）,甲基间距离最远(最稳定),较不稳定,较稳定,甲基间距离最近 （最不稳定）,稳定性：对位交叉 邻位
14、交叉 部分重叠 全重叠,丁烷构象转换与势能关系图,其它烷烃的构象,规律: 大基团总是占据反式对位交叉,最稳定,最不稳定,环丙烷的结构,角张力（angle strain）： 环的角度与sp3轨道夹角差别引起的张力,Newman投影式,所有C-H 键均为重叠式构象，有扭转张力,平面型,环烷烃的结构及构象,环丁烷的构象,若为平面型分子,稳定构象,角张力 扭转张力,角张力稍增加, 扭转张力明显减小,90o,重叠式构象,扭曲式构象,88o,环己烷的结构及构象,如果环己烷的 6 个碳原子在同一平面上: 将有角张力 将有扭转张力,环己烷不是平面型分子,环己烷碳架是折叠的,椅式构象 (chair form),
15、船式构象 (boat form),C2, C3, C5, C6 共平面,两者互为构象异构体,椅式构象,HH之间距离均大于H的Van der Waals半径之和（2.40 ）,交叉式,环己烷椅式构象的画法,相间的两根键相互平行（画 Z 字形） 六个碳原子交替分布在两个平面上 每个碳均有一根C-H键在垂直方向，上平面的向上 画，下平面的向下画 其它C-H键分别向左（左边的三个）或向右（右边 的三个），且上下交替,两种类型C-H键,a键 (axial bond) 竖键, 直键, 直立键,e键 (equatorial bond) 横键, 平键, 平伏键,椅式构象中C-H键的顺反关系,相邻碳上的a键和e键为顺式 两个相邻的a键（或e键）为反式,a键和e键的相互转换,翻转后,原来的a键转变为e键,而e键转变为a键,船式构象,有几组HH之间距离均小于H的Van der Waals半径之和（2.40 ）,重叠式 （有扭转张力）,旗杆键,环己烷的其它构象式,半椅式 (half chair form),扭船式
