《医学有机化学-第二章烷烃和环烷烃讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学有机化学-第二章烷烃和环烷烃讲解（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、有机化学,供中药等专业用,第二章 烷烃和环烷烃,重庆医科大学 赵旭东,学习要点 1.烷烃和环烷烃的定义、结构、命名、理化性质及同分异构现象 2.烷烃和环烷烃的构象异构现象；环烷烃的顺反异构现象,第二章 烷烃和环烷烃,制作：赵旭东 审校：王志江,由碳和氢两种元素组成的化合物叫做碳氢化合物，简称为烃,第一节 烷烃 第二节 环烷烃,制作：赵旭东 审校：王志江,烃的分类：,烃,（脂肪烃）,饱和烃 烷烃 不饱和烃,烯烃 炔烃,环烃,脂环烃 芳香烃,链烃,制作：赵旭东 审校：王志江,第一节 烷烃,一、烷烃的定义、通式和同系列,制作：赵旭东,1.烷烃又叫饱和烃，是指碳原子和碳原子之间以单键相连，碳原子的其它
2、共价键均与氢原子相连的化合物 例如：甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷 ,名称 分子式 构造式 构造式的简写式,甲烷 CH4,CH4,名称 分子式 构造式 构造式的简写式,丙烷 C3H8,丁烷 C4H10,戊烷 C5H12,CH3CH2CH3,CH3(CH2)2CH3,CH3(CH2)3CH3,制作：赵旭东,直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为： H-（-CH2-）n-H 或： CnH2n+2,2.烷烃的通式,乙烷可看成甲烷上的一个氢原子被甲基-CH3取代 丙烷可看成乙烷上的一个氢原子被甲基-CH3取代 丁烷可看成丙烷上的一
3、个氢原子被甲基-CH3取代,制作：赵旭东,同系列：在组成上相差一个或多个 CH2，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列 同系物：同系列中的各化合物互称同系物 系列差：同系列相邻的两个分子式的差值 CH2 称为系列差,制作：赵旭东,3.同系物,同系物的结构相似，性质也相近。除了烷烃同系列之外，还有其他同系列，同系列是有机化学中的普遍现象,二、烷烃的结构,（一）甲烷的立体构型,甲烷分子式为CH4，呈四面体构型碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的4个顶点上。键角为10928,甲烷的球棍模型,甲烷的四面体构型,制作：赵旭东,制作：赵旭东,甲烷的球棍模型,甲烷的比例模型,制作：赵旭东,
4、（二）烷烃碳原子的sp3杂化,一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道,键凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为 键。以 键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布,制作：赵旭东,甲烷的四个C-H 键,制作：赵旭东,除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结构所决定的,烷烃分子中各原子之间都以键相连接的，两个碳原子可以相对旋转，形成了不同的空间排布,制作：赵旭东,乙烷分子中C-C键（C-H键用直线表示）,（三）烷烃的分子结构,制作：赵旭东,（四）烷烃中的碳链异构和原子的类型,CH3CH2CH2CH2CH3 戊烷,碳链异构：具有相同
5、分子式，仅由于碳链结构不同而产生的同分异构现象,1.烷烃的碳链异构,C5H12,制作：赵旭东,2.碳原子和氢原子的类型,伯碳原子（ 1）：与另一个碳原子相连的碳原子,碳原子分类：按与其直接相连的碳原子个数不同分为伯、仲、叔、季碳原子,仲碳原子（ 2）：与另两个碳原子相连的碳原子,叔碳原子（ 3）：与另三个碳原子相连的碳原子,季碳原子（ 4）：与另四个碳原子相连的碳原子,制作：赵旭东,伯碳原子为：C1、C5、C6、C7、C8,仲碳原子为：C4,叔碳原子为：C3,季碳原子为：C2,伯、仲、叔碳原子上的氢原子，分别称为： 伯氢原子（1氢原子）；仲氢原子（2氢原子）；叔氢原子（3氢原子）,制作：赵旭东
6、,由于碳碳单键的旋转导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式称为构象 由单键的旋转而产生的异构体称为构象异构体 特点：C-C键旋转产生；数目无数；异构体不能分离。构象异构属于立体异构,三、烷烃的构象异构,制作：赵旭东,（一）乙烷的构象,透视式,交叉式,重叠式,“叉前园后”,纽曼投影式,（优势构象）,（劣势构象）,CH3CH3,制作：赵旭东,乙烷的重叠式构象,乙烷的交叉式构象,制作：赵旭东,0 60 120 旋转角度,位 能,重叠式,交叉式,交叉式,乙烷分子构象的能量曲线,重叠式、交叉式构象比较,制作：赵旭东,（二） 正丁烷的构象,CH3CH2CH2CH3 主要构象有：,对位交叉式,部分重叠式
7、,全重叠式,（劣势构象）,邻位交叉式,（优势构象）,稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,制作：赵旭东,正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线,四、烷烃的命名,命名法 （nomenclature）,普通命名法 （common nomenclature）,系统命名法 （systematic nomenclature）,制作：赵旭东,制作：赵旭东,（一） 普通命名法,碳原子数为十以内时，分别用天干“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”命名。在十一个碳以上的用中文数字十一、十二表示 如：CH4 甲烷 CH3CH3 乙烷 CH3CH2CH2CH3 丁烷 CH3(CH2)4CH3 己烷
8、CH3(CH2)6CH3 辛烷 CH3(CH2)9CH3 十一烷,1.直链烷烃的命名,凡是直链烷烃，都在名称前加“正”，以区别于有支链的异构体，但是“正”字通常可以省略,制作：赵旭东,具有 端链的在名称前加“新”字,如： CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷,2.带有支链烷烃的命名,具有 端链的在名称前加“异”字,制作：赵旭东,（二）系统命名法,烷基：烷烃分子中失去一个氢原子的剩余部分，其通式为CnH2n+1 ，常用R-表示,C,H,3,C,H,2,C,H,3,C,H,2,C,H,3,C,H,2,CH3,C,H,C,H,3,C,C,H,3,C,H,3,甲,基,乙,基,丙,基,叔,丁,基,异,
9、丙,基,常见的烷基有：,CH3,制作：赵旭东,选主链 编号 命名,系统命名法适用于结构较为复杂的烷烃,命名原则：“三最一简”,即最长碳链，最小位次，最多取代，先简后繁,制作：赵旭东,选主链 含有取代基最多的连续的最长碳链为主链，按C数命名为“某烷”若最长碳链不止一条，选择其中含较多支链的为主链,最长碳链，最多取代基,制作：赵旭东,最长连续碳链有八个碳原子，该化合物母体的名称为辛烷,例1：,制作：赵旭东,例2：,六个碳的主链上有四个取代基，六个碳的主链上有两个取代基,制作：赵旭东,编号 从靠近取代基的一端开始，将主链上的碳原子依次编号为1，2，3标出其位次,最小位次,制作：赵旭东,命名 主链为母
10、体化合物，取代基的位次与数目及名称之间用“-”短半字线连接，写于母体化合物之前,2 甲基戊烷,5 4 3 2 1,多个取代基如何命名？,制作：赵旭东,（1）当有多个相同取代基时，位次不能合并，名称合并，用中文大写数字表明取代基的数目,CH3 CH CH2 CH CH2CH3 CH3 CH3,1 2 3 4 5 6,2 , 4 二甲基己烷,CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 CH3 CH2CH3 CH3,7 6 5 4 3 2 1,3 甲基5 乙基庚烷,（2）当有多个不同取代基时，将小基团的位次、名称写在前面，大的基团的名称、位次写在后面，最后是母体名称“某烷”,制作：赵旭东,CH,3,
11、CH,CH,CH,CH,2,CH,3,CH,3,CH,2,CH,3,CH,3,2 , 4 二甲基3 乙基己烷,例1：,制作：赵旭东,CH2CH3 CH3CHCH2CHCH2CH3 3-甲基-5-乙基辛烷 CH2CH2CH3 （注意编号） CH3CH2CH -CHCH2CH3 CH3-CH CHCH3 2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 CH3 CH3 （注意主链）,1,1,例2:,例3:,制作：赵旭东,（2） 2，2，5三甲基己烷,课堂互动,制作：赵旭东,在室温下，C1C4的正烷烃为气体 C5C6的正烷烃为液体 C17以上的正烷烃则为固体,状态：,原因：烷烃是非极性分子，分子间只有微弱的色散力
12、相互吸引。从甲烷到丁烷，分子间的吸引力还不足以将它们凝聚成液态，因此都呈气态,五、 烷烃的物理性质,制作：赵旭东,2.同分异构体中，支链越多，沸点越低,（一）沸点bp,1.一般规律：,原因：随着烷烃分子量的增加，分子间作用力也增加，分子就不容易脱离液面，沸点也增高,链上每增加1个碳原子，沸点升高20 30,正烷烃 ：碳原子数目的增加，沸点相应增高,原因：受支链的影响，分子不能紧密靠在一起，接触面小，色散力比直链烷烃小,制作：赵旭东,原因：熔点不仅与分子间的作用力有关，还与分子在晶格中排列的紧密度有关。分子越对称，分子在晶格中的排列越紧密，熔点就越高,（二）熔点mp,直链烷烃： C数，mp ,但
13、含偶数碳的直链烷烃的熔点升高幅度比含奇数碳的大一些,2.同分异构体：对称性较好的异构体熔点较高,1.一般规律：,制作：赵旭东,（三）密度 随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近0.8左右。作用力随着分子质量的增加而增加，使分子间的距离相对地减少的缘故,烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳“结构相似者相溶”,（四）溶解度 当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进行,制作：赵旭东,燃烧： CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O =-881kJ/mol CH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O =-1538kJ/mol 高级脂肪酸： RCH
14、2CH2R + O2 RCOOH + RCOOH,（一）氧化反应,制作：赵旭东,六、烷烃的化学性质,烷烃分子中只有CC 单键和CH 键，表现出高度稳定性。与强酸、强碱、强氧化剂等不发生反应,制作：赵旭东,如CH4与Cl2在紫外光照射或 260 400下,（二）卤代反应,烷烃在光照、高温或在催化剂作用下，可发生共价键均裂的自由基（游离基）反应,卤代反应：烷烃分子中的氢原子被卤素取代的反应,CCl4,四氯化碳,制作：赵旭东,烷烃的卤代反应机理可分为：链引发、链增长、链终止三个阶段,1.链引发：形成自由基,（三）卤代反应的机理,2.链增长：反应阶段，延续自由基，形成产物,制作：赵旭东,制作：赵旭东,
15、3.链终止：消除自由基,制作：赵旭东,七、重要的烷烃,（一）甲烷,甲烷大量存在于自然界，是天然气、沼气的主要成分。甲烷是无色、无臭、无味的气体，燃烧时产生淡蓝色的火焰，生成二氧化碳和水，放出大量的热,制作：赵旭东,凡士林主要是1822个碳原子烷烃的混合物，呈软膏状半固体，不溶于水，溶于醚和石油醚。在医药上常用作软膏基质,石蜡为白色蜡状固体。医药上用于蜡疗、调节软膏的硬度、中成药的密封材料，是制造蜡烛的原料,（二）石油醚,石油醚是石油产品的一种，是戊烷和己烷等低分子量烃类的混合物。常温下为无色澄清的液体，有类似乙醚的气味，故称石油醚。用作有机溶剂,（三）凡士林,（四）石蜡,制作：赵旭东,课堂互动,制作：赵旭东,第二节 环烷烃,环烷烃是指碳原子间以碳碳单键连接成具有环 状结构的饱和烃，环烷烃的性质与饱和脂肪烃相似， 所以又叫饱和脂环烃,环烷烃及其衍生物广泛存在于自然界中，许多 药物中也有饱和脂环烃的结构,制作：赵旭东,一、环烷烃的分类和命名,（一）
