烷烃和环烷烃

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1、第二章   烷烃和环烷烃   烷烃 （ alkane):分子中所有原子之间都以单键（ 键）结合的烃。烷烃中  H 原子和  C 原子之比达到最大，也称饱和烃 （ Saturated Hydrocarbon） 。  烃 （ hydrocarbon） : 只含有 C、 H两种元素的有机化合物。  第一节     烷   烃  同系列：具有 CnH2n+2通式 , 组成上相差 CH2及其整数倍。同系列中的各化合物互为同系物。同系物结构相似 , 化学性质相近。  一、通式、同系列和构造异构 &

2、nbsp;C H4C H 3 C H 3C H 3 C H 2 C H 3C H 3 C H 2 C H 2 C H 3C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3C 4 H 1 0C H 3 C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H C H 3C H 3 C 5 H 1 2同分异构体： 具有相同分子式的不同化合物。  构造异构体： 具有相同分子式 , 分子中原子或基团因   连接顺序不同而产生的异构体。  由碳架不同引起的异构，称 碳架异构 。 ( 属构造异构  ) 见书  P40  二   &

3、nbsp;饱和碳原子和氢原子的类型    1(1级、伯、 primary)碳； 1(1级、伯 )氢。    2(2级、仲、 secondary)碳； 2(2级、仲 )氢。    3(3级、叔、 tertiary)碳； 3(3级、叔 )氢。    4(4级、季、 quaternary)碳  三    命名  (一 ) 普通命名法（适用于简单化合物）  110个碳的烷烃 , 词头 :甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、  辛、壬、癸； 10个碳以上 , 用数字十一、十

4、二等表示。  碳架异构体用正、异、新等词头区分 。  C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3     C H 3 C H C H 2 C H 2 C H 3     C H 3 C C H 2 C H 3C H 3 C H 3C H 3正己烷                                异己烷     &nb

5、sp;                     新己烷  n-hexane                           isohexane                    neohexane  正 (n)：  表示直链； &n

6、bsp;  异 (iso)：  表示有  (CH3)2CH- 结构；    新 (neo)：  表示有  (CH3)3C- 结构。  (二 )  系统命名法 （ IUPAC命名法 ）  1.烷基 (alkyl) 定义 :烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩的原子团。用 R-表示。  通式 :  CnH2n+1 见书 P42表 2-2 国际纯粹和应用化学联合会  International Union of Pure and Applied Chemistry C H3C

7、H3C H2C H3C H2C H2C H3C HC H3C H2C HC H3C H3C H3C H3CC H3C H3CC H3C H3C H2甲 基   m e t h y l   ( M e )乙 基   e t h y l   ( E t )正 丙 基   n - p r o p y l   ( n - P r )异 丙 基   i s o p r o p y l   ( i - P r )仲 丁 基   s e c - b u t y l   ( s - B u )叔 丁 基 &nb

8、sp; t e r t - b u t y l   ( t - B u )新 戊 基   n e o p e n t y l                 2. 系统命名法 （ IUPAC命名法 ）  (1)选主链 ： 选 最长碳链 作主链 , 并以此链为母体烷烃 .若遇多个等长碳链 , 则 取代基多 的为主链。       C H 2 C H 2 C H 3C H 3 C H 2 C H C H 31 2 34 5 612345C H C H3C H

9、3C H C H 2 C H 3C H 2C H 3(2) 编号 : 近取代基端开始编号 , 使 取代基编号依次最小。        C H 3 C H C H C H 2 C H C H 3C H 3C H 3C H 3取 代 基 位 号    2 ， 3 ， 5取 代 基 位 号    2 ， 4 ， 5(3) 命名 ： 先写出取代基的位次、名称，再写出母体名称。  C H2C H2C H3C H3C H2C H C H31 2 34 5 63-甲基己烷       &n

10、bsp;3-methyl hexane  C H 3 C H 2 C C H 2 C H C H 3C H 3C H 3C H 2C H 34 - E t h y l - 2 , 4 - d i m e t h y l h e x a n e6         5             4         3        2       12 , 4 - 二 甲 基 - 4

11、 - 乙 基 己 烷  注意   1）取代基位号用阿拉伯数字表示；  2）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；  3）阿拉伯数字之间必须用逗号分开 ; 4）相同取代基数目用中文数字二、三  .表示；  5 )  不同取代基编号相同时，则应按“次序规则”  将优先基团给予较大的编号。一些烷基的优先次序        是：  叔丁基  > 异丙基  > 异丁基  > 丁基  > 丙基  >

12、 乙基  > 甲基  （ 4）含复杂支链烷烃的命名 ：复杂支链是指支链上还有取代基的烷基。   C H3C H2C H C H2C H2C H C H2C H2C H2C H3C C1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0C H2C H3C H3C H31'2'3'H33-甲基 -6 -（ 1,1-二甲基丙基）癸烷  或 3-甲基 -6-1,1-二甲基丙基癸烷  四    结构  1.  碳原子的 sp3杂化  (一 )烷烃中碳碳单键和碳氢单键的形成  

13、(1) 比较牢固，不易断裂  (2) 一般可以绕键轴自由旋转 (旋转不影响键电子云的交盖程度 ) 键的特点  乙烷分子  C CHHHHHH六个 C-H 键   一个 C-C 键  烷烃分子立体形状表示方法之一： 楔 形式  实线  - 键在纸平面上 ;楔线  - 键在纸平面前 ;虚线  - 键在纸平面后。            C CHHHHHHCHHHH（二）构象  构象 : 由碳碳单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方

14、式。  1.  乙烷的构象  HHHHHHHHC    CHHHHH HHHHHHH重  叠  式  伞形式                          锯架式                     纽曼式    重叠式      

15、交叉式  两种典型构象  交  叉  式  伞形式                        锯架式                纽曼式  HHHHHHC HHHHHHHHHHHCHHH构象的稳定性  排斥力最大 (存在扭转张力）             &nbs

16、p;             排斥力最小  内能高                                                                内能低  构象的稳定性

17、与内能有关 . 内能低 ,稳定 ;内能高 ,不  稳定。  内能最低的稳定构象称 优势构象 。 (见书 49图 2-9）  C    CHHHHHHC    CHHHHHH2 2 9 2 5 02.  正丁烷的构象  HHHHC H3H3CHHHC H3H3CC H3H HC H3H HHC H3HHC H3H H每 对 两 面 角 之 间 的 排 斥 力 ：   H C C H         1 2 / 3 = 4 k J / m o l  

18、C H3C C H        ( 1 4 . 6 - 4 ) / 2 = 5 . 3C H3C C C H32 2 . 6 - 8 = 1 4 . 63 . 8 k J / m o l四种典型构象  六    物理性质  物理性质主要指物质的物态、沸点、熔点、密度、溶解度、旋光性和光谱性质等。  1. 分子间作用力  ：  偶极偶极作用 （ dipole dipole）  色散力 （ Van der Waals）  氢键 （ Hydrogen bond） &nb

19、sp;偶极 -偶极作用  色散力：具加和性  2、  沸点 （ Boiling Point， bp）  分子量增大、分子极性增大，位阻减小都使沸点增大，存在氢键时沸点很高。  正戊烷  36C  新戊烷  9.5C  2、熔点 （ Melting Point， mp) 熔点随分子量的增大而升高 ,支链越多熔点越低 , 高度对称的分子 ,具有很高的熔点。  正戊烷     -130 异戊烷      -160 新戊烷     &

20、nbsp;-17 mp(C) C5H12 3、溶解度 （ Solubility）   相似相溶原理   极性化合物易溶于极性溶剂 . 非极性化合物易溶于非极性溶剂  4、比重 （ Density）                         烷烃比重小于  1 烷烃是非极性分子，不溶于水，易溶于有机溶剂  七   化学性质  (1)通常条件下较稳定 ,与强酸 .强碱 .强氧化剂  不发生反应

21、; (2)高温 ,催化剂条件下 ,可发生 键的断裂一类  的反应  化学性质取决于分子的结构。分子中只存在 键。   亦称反应历程 , 是描述反应由反应物到产物所经历的过程 . 2. 反应机理  烷烃的卤代反应 :自由基链锁反应                C H3 C l C l+ + C lH3C C lC l C H3H+ C l H + C H 3C l C l+ C l C lC l C H3+C H3C H3+H3C C lH3C C H3h v  o

22、 r  ( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )第 ( 2 ) ,   ( 3 ) 步 重 复 进 行( 5 )( 6 )链 引 发  i n i t i a t i o n链 转 移 ( 链 传 递 , 链 增 长 ) p r o p a g a t i o n链 终 止  t e r m i n a t i o nC lC l +C lC l   3. 自由基的结构  2.s pCC Co1 2 0HHH不同自由基的稳定性不同 : 4反应热  反应热   :（ H）  在标准状态下，反应物和产物的热焓

23、差 . 见书 P 65表 7 5. 活化能、过渡态和决定反应速度的步骤  A B A BC A BC反应物 过渡态 产物+ + C 活化能 (Ea) ：反应物与过渡态之间的能量差  活化能越小 ,反应速度越快  C    H   +     C lHHHs p2CHHHH C l CH HH+  C l     C lC     C l  +  C lHHHCHHHC l C l CHH H中间体 :甲基自由基  决速步骤  : 生成自由基的一步  反应进程  反应进