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1、第二章 饱和烃（烷烃 环烷烃）,烃是有机物中最简单的一种，它只含有C、H两种元素，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃。其它脂肪烃均可看作是烃的衍生物，即烃中氢原被其它原子或原子团取代的产物。 烃根据结构和性质的不同分类,武汉大学医学有机化学2012,烃的分类,武汉大学医学有机化学2012,目录,2-1 烷烃 2-1-1 烷烃的通式、结构和同系列 2-1-2 烷烃的构造异构与命名 2-1-3 乙烷和丁烷的构象 2-1-4 烷烃的物理性质 2-1-5 烷烃的化学性质 2-1-6 重要的烷烃 2-2 环烷烃,武汉大学医学有机化学2012,2.1.1 烷烃的通式、同系列和同分异构,烃中的碳原子之间均以单
2、键相连，其它键都与H结合，形成的开链化合物叫烷烃。又叫饱和烃。 一、烷烃的通式和同系列,2。同系列：结构和性质相似，在组成上相差一个或数个CH2的一系列化合物，就是一个同系列。 3。系差：同系列中相邻碳数同系物分子在组成上相差一个CH2基团，这种同系列中相邻化合物在组成上的差别，称为系差。烷烃的系差为CH2 。 4。同系物：同系列中的化合物互称同系物。同系物的结构和性质都非常相似。,1。通式：即能够代表任意一个烷烃组成的式子。 烷烃的通式为CnH2n+2,武汉大学医学有机化学2012,2.1.2、烷烃的构造异构与命名,构造和同分异构 分子中原子相互连接的方式和次序叫做构造 丁烷（C4H10）：
3、,CCCC 和,CH3 -CH2 -CH2 -CH3,它们可各自形成一种分子。,武汉大学医学有机化学2012,正丁烷和异丁烷的性质差别,它们的熔、沸点相差都在11以上显然不是同一种分子 这种分子式相同，而结构和性质不同的化合物，互称同分异构体。把产生同分异构体的这种现象称为同分异构现象，由于同分异构现象是由构造的不同而引起的，所以也叫做构造异构。,武汉大学医学有机化学2012,同分异构体数目的推算,以C6H14为例，简要说明异构体的简单推算方法。 先写出最长的直链（无支链）CCCCCC 从最长链上减一个C，用该C做支链在长链上移动位置。, 减少2个C作为取代基，注意这两个C可以是两个甲基，也可
4、以是一个乙基。 若C数较大，则依次减少，直到不能再减为止,武汉大学医学有机化学2012,伯、仲、叔、季碳原子,1. 伯碳：一个C原子与另一个C原子直接相连，该C称为伯碳原子，用1表示 2. 仲碳：一个C原子与另二个C原子直接相连，该C称为仲碳原子，用2表示。 3. 叔碳：一个C原子与另三个C原子直接相连，该C称为叔碳原子，用3表示。 4. 季碳：一个C原子与另四个C原子直接相连，该C称为季碳原子，用4表示。,武汉大学医学有机化学2012,分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，则相应称为伯、仲、叔氢原子。,武汉大学医学有机化学2012,2.1.2.2 烷烃的命名,有机物之所以种类繁多，是因为它有数
5、目庞大的同分异构体。如C20的烷烃异构体数有36万多个，因此化合物的名称应与其分子结构一一对应。一个名称只能写出一个结构，而一个结构也只能写出一个唯一的名称。一个化合物的名称不能与其它类似化合物重复和混淆，否则这个命名就毫无意义了。 有机物的命名常用的有习惯法、衍生物法和系统法三种。,武汉大学医学有机化学2012,习惯命名法（普通法）,1. 按烃中的碳原子数叫“烷”，C10及C10以以下用“天干”数表示（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸），C10以上就用中文“十一、十二”表示。 例：,C4H10 C10H22 C11H24 C20H42,丁烷,癸烷,十一烷,二十烷,武汉大学医学有机化学2
6、012,习惯命名法,2. 在习惯命名法中，为了区别异构体， 不含支链的直链叫“正烷”。,含有一个支链形如,含有两个支链形如,，叫 “异烷”。,，叫 “新烷”。,武汉大学医学有机化学2012,例：C5H12的三个同分异构体,缺点：C原子数较少时可以采用，若C数较多、支链较多，则无法命名。,正戊烷,异戊烷,新戊烷,武汉大学医学有机化学2012,衍生物命名法,1. 烷基 我们把烷烃去掉一个H原子后剩下的原子团叫，用“R”表示。 例：CH4去掉一个H原子后形成的原子团， CH3，我们称之为甲基。 Me（甲基） CH3CH2CH2 叫丙基 nPr（正丙基）,另外有两个烷基容易混淆。,叫异丙基 iPr（异
7、丙基 ）,iBu（异丁基） s-Bu（仲丁基） t-Bu（叔丁基）,-C(CH3)3,武汉大学医学有机化学2012,衍生物命名法,A. 不论分子中有多少个碳，一律称为“甲烷”，其它均视为取代基。 如：CH4,叫甲烷。而CH3CH3可看作是甲烷中的一个H被一个甲基取代的产物，叫做甲基甲烷。 B. 取代基的书写次序按“由小到大”依次书写，取代基数目用大写中文“二、三”表示，并写在取代基名称前。例：,四甲基甲烷,二甲基乙基甲烷,武汉大学医学有机化学2012,衍生物命名法的不足,缺点：对C数较多，取代基较多的分子无法命名。如：,3，4，4三甲基3乙基庚烷,武汉大学医学有机化学2012,系统命名法（IU
8、PAC法）,烷烃的系统命名分直链和支链两种情况。 1. 直链 直链烷烃的命名同习惯法，只是不称为“正烷”，而直接称为“烷”。例： CH3CH2CH2CH2CH3 习惯法中称为正戊烷 系统法中称为 戊烷 2. 含支链烷烃的命名原则,武汉大学医学有机化学2012,含支链烷烃的命名原则,（1）. 选主链 选取含碳原子数最多的长链为主链，并按主链碳（直链）数命名称“烷”。例：,最长C链有4个C原子，就称“丁烷” ，余下的一个甲基作为取代基。,2甲基丁烷,武汉大学医学有机化学2012,最长碳链含6个C，共可选出三条，取代基数分别为2、3、4个，主链应选在使取代基最多的C链上。,2,5-二甲基-3，4-二
9、乙基己烷,武汉大学医学有机化学2012,（2）. 主链碳编号,为什么要给主链上的碳原子编上号码呢？ 为了表明取代基所处的位置，所以需要用阿拉伯数字给主链编号，该C的编号即是连在该C上取代基的位置。 编号原则：从最靠近取代基的一端开始给主链编号，并确定各取代基的位置，编号写在取代基名前，中间用一短横隔开，再写在主链名前就形成完整的命名。,武汉大学医学有机化学2012,无论从左或从右编，均在第2位遇到取代基，此时应以第三个取代基为准，并从使该取代基位置最小的一端编起。,2，4，8三甲基壬烷,武汉大学医学有机化学2012,3乙基4甲基庚烷,4甲基 3乙基庚烷,武汉大学医学有机化学2012,烷基大小次
10、序*,不论原子数多少，只要原子序较大，就视为较复杂，若连在主体上的第一原子的原子序数相同，则比较连在第一原子上的第二原子，大者较复杂，以此类推，直到比出大小。,武汉大学医学有机化学2012,武汉大学医学有机化学2012,练习：,1,3二甲基戊烷,2,3二甲基戊烷,注意：在烷烃命名中，1位不会出现甲基，2位也不会出现乙基，等等。,2,3,5三甲基4异丙基庚烷,武汉大学医学有机化学2012,写出下面分子的结构式： 2,4二甲基3,3二异丙基戊烷,练习,武汉大学医学有机化学2012,系统命名法小结：,1. 选主链 （最长碳链） 2. 主链编号（原则: 首先是 A. 最低系列。 其次才是 B. 较小基
11、团有较小位次） 3. 书写名称 （先小后大） 烷烃命名是其它类化合物命名法之基础，必须熟练掌握。,武汉大学医学有机化学2012,2.1.3 烷烃的构象,甲烷是烷烃中结构最简单的分子 经现代物理方法测定甲烷的分子为正四面体结构。 C原子处于正四面体中心，四个H原子位于正四面体的四个顶点。 甲烷中的四个C-H键完全相同。 键角10928，键长为0.110nm,武汉大学医学有机化学2012,C原子的sp3杂化,甲烷中碳采用sp3杂化方式（杂化轨道理论，美，鲍林提出，获1964年诺贝尔奖）,2s 2p 2s 2p sp3杂化轨道,这四个sp3杂化轨道的每个杂化轨道均含有1/4的s成份和3/4的p成份，
12、四个杂化轨道除方向不同外完全相同，这四个杂化轨道分别指向正四面体的四个顶点。,武汉大学医学有机化学2012,Sp3杂化轨道与p轨道比较,杂化轨道与末杂化前相比，电子云集中于一端，更利于电子云间的重叠，利于成键。杂化后，杂化轨道数目与杂化前相同，但杂化后整体能量降低，虽然电子激发时要吸收能量，但形成化学键后可放出更多的能量，因此体系的能量降低，较稳定。,武汉大学医学有机化学2012,烷烃的结构和形成,1. 结构 CH4及其它烷烃中的C在成键时采用sp3杂化方式 当4个H或C原子沿sp3杂化轨道的方向接近C原子时，H的1s或C的sp3与另外的C的sp3杂化轨道的电子云进行最大程度的重叠，形成共价键
13、。 烷烃中的杂化C的sp3杂化轨道间夹角接近10928，正是由于C原子采用sp3杂化，所以三个碳以上烷烃不是直线型的而是折线型，CCC键间夹角亦接近10928。,武汉大学医学有机化学2012,这种重叠的方式称为“头碰头”重叠，可以进行最大重叠，以这种重叠方式形成的共价键称为键。,武汉大学医学有机化学2012,2. 键： 成键电子云沿键轴方向以“头碰头”方式重叠而成的共价键。 在烷烃中的CH、CC键电子云的重叠方式均是沿着键轴的方向重叠而成，成键原子可绕轴旋转，而不影响电子云的重叠。 键的特点：电子云重叠程度最大，键比较牢固，原子在绕轴旋转时，键不会被破坏。由于键可以绕轴自由旋转，所以C2以上烷
14、烃分子构象是无穷的。,武汉大学医学有机化学2012,乙烃的构象,乙烷的构象 乙烷分子中的CC键可以自由旋转，在旋转中，由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断地发生变化，就形成许多不同的空间排列方式。 仅围绕单键旋转而引起分子中各原子在空间的不同排布方式，称为构象。 不同构象可用球棍模型、透视式或纽曼投影式表示。,纽曼投影式,球 棍 模 型,武汉大学医学有机化学2012,正丁烷的构象,以正丁烷的C2C3键的旋转来讨论丁烷的构象，固定C2，把C3旋转一圈来看丁烷的构象情况。 在转动时，每次转60，直到360复原可得到四种典型构象。 四种典型构象与能量的关系见P15图2-5 其稳定性次序为： 对位交叉
15、式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 相对能垒: 0 3.3KJ/mol 14.6KJ/mol 18.425.5KJ/mol 室温时,对位交叉式约占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。,武汉大学医学有机化学2012,戊烷的构象,如C5的构象可能是,等等构象，但其中以锯齿折线型最为稳定，书写时为了方便，仍写作CH3CH2CH2CH2CH3的形式。,武汉大学医学有机化学2012,2.1.4 烷烃的物理性质,物理性质是有机物性质的一个重要方面。主要指物态、熔点、沸点、密度（比重）、溶解度、折光率等等，这些数据是鉴定一个化合物的常规数据，叫做物理常数。 部分烷烃的物理常数列于书中P19，表22中
16、。,武汉大学医学有机化学2012,1. 物态：指物质的状态（固、液、气态）、颜色、气味等。 在常温下，C1C4的烷烃是气体，C5C16为液体C16以上为固体。正构烷烃随分子量增大而发生物态变化与卤素相似。F2、Cl2气体，Br2液体，I2固体。 2. 熔点：正构烷烃的熔点（丙烷除外），基本上是随着分子量的增加而升高，且分子的对称性越好，熔点则较高，并且偶数碳烷烃熔点升高比奇数碳烷烃升高要快。对于同碳数的烷烃，结构越对称，熔点越高，支链少，熔点低。,物理性质,武汉大学医学有机化学2012,熔点,直链烷烃的熔点与分子中所含碳原子数目的关系,武汉大学医学有机化学2012,3. 沸点：正烷烃沸点随C数增加而升高，并且相邻两同系物间的沸点差随分子量增加而减小，并趋于稳定。 在同碳数烷烃的异构体分子间
