有机化学课件（浙江大学）第2章脂肪烃和脂环烃

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1、第2章 脂肪烃和脂环烃,本章内容,2.1脂肪烃的分类和构造异构 2.2脂肪烃的命名 2.3 脂肪烃的结构和顺反异构 2.4 烷烃的构象 2.5 脂肪烃的物理性质 2.6 炔氢的酸性,2.7 脂环烃的命名 2.8 环烷烃的构象,2.1脂肪烃的分类和构造异构,脂肪烃:烷烃（alkanes）、烯烃（alkenes）和炔烃（alkynes）烷烃: 烷烃（饱和烃）中, 碳和碳以单键相连, 通式为CnH2n+2。,C3H8 CH3CH2CH3,烯烃的碳链中含有碳碳双键,分子链中只有一个双 键的称为单烯烃，通式为 CnH2n。 含有两个双键的称为二烯烃，通式为CnH2n-2。 含有多个双键的称为多烯烃。,烯

2、烃,乙烯,1,3-戊二烯,双键和叁键称为不饱和键，烯烃和炔烃属于不饱和烃。,炔烃,炔烃的碳链中含有碳碳叁键,只含有一个叁键的炔烃的通式为CnH2n-2 。,同系列、同系物、系差,结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的各个化合物互称为同系物。同系列中，相邻的两个分子式的差值称为系列差,同系列、同系物、系差,烷烃的分子式都符合通式CnH2n+2，称为烷烃同系列符合CnH2n通式的烯烃称为烯烃同系列。符合CnH2n-2通式的炔烃称为炔烃同系列。,2. 脂肪烃的构造异构,同分异构现象：具有分子式相同而结构不同的现象。 同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物则称为同分异构体。,正丁烷 异丁

3、烷,b.p. -0.5 ， m.p. -138.3 b.p. -11.7 ，m.p. -159.4 ,分子中各原子的连接方式和顺序称为构造。 由于分子中各原子的连接方式和顺序不同产生的异构称为构造异构(constitutional isomerism)。 烷烃中的构造异构都是由于碳的连接顺序不同而产生的，这样的异构体又称碳干异构体。 官能团在碳链中的位置不同所产生的异构，称官能团位置异构,构造，构造异构，碳干异构体，官能团位置异构,碳干异构体，官能团位置异构,构造异构,只与一个碳原子相连的称为伯碳（或称一级碳原子），用1C 表示，伯碳上所连的氢称为伯氢，用1H表示。 与两个碳原子相连的称为仲碳

4、（或称二级碳原子），用2C表 示，仲碳上所连的氢称为仲氢，用2H表示。 与三个碳原子相连的是叔碳（或称三级碳原子, tertiary）， 用3C表示，叔碳上所连的氢称为叔氢，用3H表示。 与四个碳原子相连的是季碳（或称四级碳原子），用4C表示。,伯碳（氢）仲碳叔碳,2.2 脂肪烃的命名,1.普通命名法（1） 对于十个碳以内的脂肪烃，碳数用天干甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。十一个碳及多于十一个碳的用数字表示。（2）饱和烷以“烷”字结尾，相应的碳数放在“烷”字之前。（3）含有双键的以“烯”字结尾，碳原子数分别放在“烯”之前。（4）含有叁键的以“炔”字结尾，碳原子数分别放在“炔”字之前

5、（5）“正”(n-)表示直链，“异”(iso-)表示具有(CH3)2CH-结构的异构体，“新”(neo-)表示具有(CH3)3CCH2-结构的异构体。,2. 系统命名法,系统命名法是由国际纯化学和应用化学联合会 （International Union of Pure and Applied Chemistry，简称）拟定的世界统一的有 机化合物命名原则，称为系统命名法。我国根据这个命名法，结合中文的特点，制定了中文 的命名原则。,(1)取代基的命名,烃分子中的一个氢原子去掉后剩余的原子团称为基团或取代基。 （1）烷烃去掉一个氢原子后的原子团叫某烷基,甲基 乙基 十八烷基,（2）烯烃去掉一个氢

6、原子后的基团命名为某烯基,乙烯基 1-丙烯基 烯丙基 异丙稀基,（3）炔烃去掉一个氢原子后的基团命名为某炔基,乙炔基 炔丙基 丙炔基,（4）烷烃中去掉两个氢原子后剩余的基团称为亚基，从不同碳原子上去掉两个氢原子，应该标明去掉氢原子的位置。,(2)烷烃的命名,第一步选择主链：选择最长的连续碳链作为母体结构，称为某烷, 支链作为取代基（即烷基）；如果构造式中较长碳链不止一条时，则选择带有最多取代基的一条为主链,命名时将烷基写在母体名称的前面，称为某基某烷。,2，3-二甲基戊烷,第二步给定编号：如果烷基在母体碳链上可因位置不同而引起异构现象时，就必须对母体碳链进行编号，并用数字指明烷基所连的碳原子。

7、编号时，以离取代基最近的一端为1。,3+5=8 4+6=10,第三步正确书写：有的烷基不止一次地作为支链出现，可用二、三、四.等中文数字来表示相同烷基的数目，并用阿拉伯数字指明每个烷基的位置，表示取代基位次的阿拉伯数字之间要用逗号分开；阿拉伯数字与汉字之间用“-”半字线分开。如果有几种不同的烷基连接在母体链上，按次序规则从小到大的先后次序来命名。,2，4-二甲基-3-乙基戊烷,次序规则,(1) 将各取代基的原子按原子序数大小排列，大者为较优基团。有机化合物中常见的元素其顺序由大到小排列如下：IBrClSPFONCDH,(2)如果两个基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子

8、序数排列，先比较最大的，若仍相同，再依次比较第二、第三个原子。如CH2Cl与CHF2，第一个均为碳原子，再按顺序比较与碳相连的其它原子。在CH2Cl中为C（Cl、H、H），在CHF2中为C（F、F、H）。ClF，故CH2ClCHF2。,(3)含有双键或叁键的基团，可认为连有两个或三个相同的原子。,在英文名称中，“一、二、三、四”数字相应用词头“mono, di, tri, tetra”表示，取代基列出的顺序按取代基名称第一个字母的排列顺序先后列出，简单的取代基英文数字词头不参加字母顺序排列。,5-ethyl-3,3-dimethylheptane,3.烯烃和炔烃的命名,第一步选择主链：选择一条

9、包含碳碳双键在内的最长碳链为主链，按主链碳原子的数目命名为某烯。如主链的碳原子数超过10个时，应在烯字前加一“碳”字。,烯烃的命名,3-十三碳烯 4-甲基-2-戊烯,第二步给定编号：编号时，应使双键的位次近可能的小，以双键两个碳原子中编号较小的阿拉伯数字表示双键的位次，写于烯烃名称的前面，并用半字线隔开。如不会发生误会时，也可不标双键的位次。若双键正好在主链中央，主链碳原子则应从靠近取代基的一端开始编号。,第三步正确书写：取代基的命名与烷烃命名相同，将其位次、数目、名称分别写在烯烃名称之前。,5-甲基-4-乙基-2-己烯,炔烃的命名,第一步选择主链：选择一条包含碳碳叁键在内的最长碳链为主链，按

10、主链碳原子的数目命名为某炔。,4-乙基-2-己炔,第二步给定编号：编号时，应使叁键的位次近可能的小。 第三步正确书写：取代基的命名与烷烃命名相同，将其位次、数目、名称分别写在炔烃名称之前。,3-丙基-1，4-己二炔,特别注意分子中同时含有双键和叁键的化合物称为烯炔。选择含有双键和叁键最长碳链为主链。碳链的编号应从最先遇到双键或叁键的一端开始，并以双键在前、叁键在后。若在主链两端等距离处遇到双键或叁键时，编号要从靠近双键的一端开始。,3-戊烯-1-炔 3-乙基-1-庚烯-5-炔,2.3 脂肪烃的结构和顺反异构,1. 烷烃、烯烃和炔烃的结构,（1）.烷烃的结构,甲烷的结构,碳原子sp3杂化,甲烷分

11、子的模型,（i）楔形式,（ii）球棍模型,（iii）斯陶特比例模型,烷烃的结构烷烃分子中的碳原子以SP3杂化轨道与别的原子形成键,具有四面体的结构.每个碳原子上键角并不完全相同,接近于109.5.碳链并不排布在一条直线上,而是曲折排布在空间.两个碳原子可以相对旋转,可形成不同的空间排布.,（2）烯烃的结构烯烃分子的双键碳原子为sp2杂化，三个sp2杂化轨道处于同一平面，每个sp2杂化轨道之间的夹角为120，未参加杂化的p轨道垂至sp2杂化轨道平面，sp2杂化轨道的空间形状,sp2杂化轨道,键的形成,乙烯分子所有碳原子和氢原子都分布在一个平面上,乙烯 乙烷,烯烃的两个碳原子为sp2杂化，它是由1

12、个键和1个键组合而成。,乙烯分子 一个碳碳键 （两个碳原子各以1个sp2杂化轨道沿轴向互相重叠） 4个碳氢键 （2个sp2杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠） 一个键 （未参与杂化的p轨道，其对称轴相互平行侧面重叠）,The sigma-bond framework for ethene based on sp2-hybridized carbon atoms,The overlapping p orbitals of ethene,P轨道相互作用形成成键轨道和反键轨道,The interaction of orbitals to form the bonding and antibondin

13、g molecular orbitals of bond,轨道能级,小结 (a).键比键活泼 C=C键能:611 KJmol-1C-C键能:347 KJmol-1）,键的键能小于键的键能,形成键的p轨道重叠程度比键小，键不如键牢固。,(b).碳碳双键键长比碳碳单键键长短,sp2杂化的碳原子s成分比sp3杂化碳原子的s多。,C=C键长:0.133nm C-C键长:0.154nm,(c).C=C双键易发生反应电子云对称均匀分布于分子平面上方和下方, 电子离成键的原子核较远，电子受原子核的束缚力较小。 电子有较大的流动性，容易受外界影响而发生变形，极化度比键大，易发生反应。,(d).存在立体异构(顺

14、反异构)电子云没有对称轴C=C不能自由旋转。,Rotation of a carbon atom of a double bond through an angle of 90results in the breaking of the bond,3.炔烃的结构,炔烃的结构特征是分子中含有碳碳叁键的结构单元,线性分子，炔烃三键的两个碳原子为sp杂化，炔烃三键由1个键和2个键组成。,乙炔分子中的键,乙炔的键,乙炔分子的圆筒形 电子云,炔烃中三键形成过程(1),小结 键能 乙炔：837kJ/mol，乙烯：611kJ/mol, 乙烷：347kJ/mol 键长 CC键： 乙炔：0.120nm，乙烯：0

15、.133nm, 乙烷：0.154nm CH键： 乙炔：0.106nm，乙烯：0.108nm, 乙烷：0.110nm,2. 1, 3-丁二烯的结构及共轭体系,1,3-丁二烯,（1）累积二烯烃：两个双键连到同一个碳原子上,丙二烯,（2）共轭二烯烃：两个双键中间隔一个单键,1,3-丁二烯,（3）孤立二烯烃：两个双键中间至少隔两个单键,1,4-戊二烯,(1). 1,3-丁二烯的结构.,1, 3-丁二烯所有原子在同一平面上,1,3-丁二烯的P轨道,-4C:sp2 -P轨道:垂直分子平面，彼此平行,处理共轭分子结构的理论方法分子轨道法 和价键法,-键p轨道发生重叠形成键(C1C2及C3C4,C2C3) -电子的离域和离域键(共轭双键)四个p电子的运动范围扩展到四个碳原子的周围，这种现象称为电子的离域，这样形成的键称离域键 -电子的离域会使键长平均化1,3-丁二烯中，碳碳双键键长（0.137nm）比一般烯烃的双键（0.134nm）稍长，碳碳单键（0.147nm）比一般烷烃的单键（0.154nm）短。,