《有机化学：第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃（1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机化学：第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃（1）（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃饱和烃：烷烃和环烷烃（1）主要内容主要内容主要内容主要内容uu 烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体uu 烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法， IUPACIUPAC命名法）命名法）命名法）命名法）uu 构象和构象异构体，构象式的表示法构象和构象异构体，构象式的表示法构象和构象异构体，构象式的表示法构象和构象异构体，构象式的表示法( (一一一一) ) 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构碳氢化合物碳氢化合物碳
2、氢化合物碳氢化合物烃烃烃烃 （hydrohydrocarboncarbons s）完全完全完全完全烷烷烷烷饱和饱和饱和饱和烃类烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）同系列：同系列：同系列：同系列：有相同通式、结有相同通式、结有相同通式、结有相同通式、结构上相差一定的构上相差一定的构上相差一定的构上相差一定的“ “原子团原子团原子团原子团” ”的一的一的一的一系列化合物。系列化合物。系列化合物。系列化合物。同系物：同系物：同系物：同系物：同系列中的化合同系列中的化合同系列中的化合同系列中的化合物为同系物。物为同系物。物为同系物。物为同系物。l l 烷烃的通式烷烃的通式烷烃的通式
3、烷烃的通式：C Cn nH H2n+22n+2 （例：（例：（例：（例：CHCH4 4, C, C2 2H H6 6, C, C3 3H H8 8, C, C4 4H H1010, , ） 同系列同系列同系列同系列（同系物（同系物（同系物（同系物, , HomologsHomologs）系差系差环烷烃的通式：环烷烃的通式： CnH2n烷烃的通式烷烃的通式 ： CnH2n+2甲烷甲烷Methane丙烷丙烷Propane丁烷丁烷Butane乙烷乙烷Ethane环丙烷环丙烷环丁烷环丁烷 环戊环戊 烷烷环己烷环己烷 环烷烃的通式：环烷烃的通式： CnH2n l l 同分异构现象，同分异构体和构造异构体
4、同分异构现象，同分异构体和构造异构体同分异构现象，同分异构体和构造异构体同分异构现象，同分异构体和构造异构体同分异构体同分异构体同分异构体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。分子式相同而结构不同的化合物则称为同分异构体。分子式相同而结构不同的化合物则称为同分异构体。分子式相同而结构不同的化合物则称为同分异构体。CH4C2H6C3H8无异构体无异构体无异构体无异构体 C1C3 C1C3烷烃无异构现象烷烃无异构现象烷烃无异构现象烷烃无异构现象构造异构体体体体分子式相同而分子构造不同的化合物。分子式相同而分子构造不同的化合物。分子式相同而分子构造不同的化合物。分子式相同而分子构造
5、不同的化合物。 C4 C4 以上烷烃出现同分异构现象以上烷烃出现同分异构现象以上烷烃出现同分异构现象以上烷烃出现同分异构现象C4H10C5H12C6H14C20H42366,319同分异构体数同分异构体数同分异构体数同分异构体数235-11.73沸点： -0.5 碳架异构碳架异构烷烃构造异构体的数目烷烃构造异构体的数目l l 碳原子的四种类型碳原子的四种类型碳原子的四种类型碳原子的四种类型1 1 C C（伯碳，一级碳）（伯碳，一级碳）（伯碳，一级碳）（伯碳，一级碳）primary carbonprimary carbon2 2 C C （仲碳，二级碳）（仲碳，二级碳）（仲碳，二级碳）（仲碳，二
6、级碳）secondary carbonsecondary carbontertiary carbontertiary carbon3 3 C C （叔碳，三级碳）（叔碳，三级碳）（叔碳，三级碳）（叔碳，三级碳）4 4 C C （季碳，四级碳）（季碳，四级碳）（季碳，四级碳）（季碳，四级碳）quaternary carbonquaternary carbon1 1 H H（伯氢）（伯氢）（伯氢）（伯氢）2 2 H H（仲氢）（仲氢）（仲氢）（仲氢）3 3 H H（叔氢）（叔氢）（叔氢）（叔氢）( (二二) )烷烃的命名烷烃的命名二种类型二种类型二种类型二种类型 2 2 C C 二种类型二种类型二
7、种类型二种类型 1 1 C C 二种类型二种类型二种类型二种类型 1 1 C C 分析下列化合物所含碳原子种类分析下列化合物所含碳原子种类分析下列化合物所含碳原子种类分析下列化合物所含碳原子种类 碳原子种类的碳原子种类的碳原子种类的碳原子种类的扩展扩展扩展扩展1 1 自由基自由基自由基自由基（伯自由基）（伯自由基）（伯自由基）（伯自由基）2 2 自由基自由基自由基自由基（仲自由基）（仲自由基）（仲自由基）（仲自由基）3 3 自由基自由基自由基自由基（叔自由基）（叔自由基）（叔自由基）（叔自由基）1 1 碳负离子碳负离子碳负离子碳负离子（伯碳负离子）（伯碳负离子）（伯碳负离子）（伯碳负离子）3
8、3 碳正离子碳正离子碳正离子碳正离子（伯碳正离子）（伯碳正离子）（伯碳正离子）（伯碳正离子）调课通知9.26日星期三的课调至9.28日星期五具体时间和教室另行通知n n 普通命名法普通命名法普通命名法普通命名法 用于简单化合物的命名用于简单化合物的命名用于简单化合物的命名用于简单化合物的命名n n IUPACIUPAC命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）（IUPACIUPAC: : 国际纯粹与应用化学联合会，国际纯粹与应用化学联合会，国际纯粹与应用化学联合会，国际纯粹与应用化学联合会， I Internationalnternational U Un
9、ionnion ofof P Pureure andand A Appliedpplied C Chemistryhemistry） 2.2.3 2.2.3 烷烃的命名烷烃的命名烷烃的命名烷烃的命名基础：基础：基础：基础：普通命名法普通命名法普通命名法普通命名法1.1.普通命名法普通命名法普通命名法普通命名法中文名中文名中文名中文名英文名英文名英文名英文名甲甲甲甲烷烷烷烷乙乙乙乙烷烷烷烷丙丙丙丙烷烷烷烷methmethaneaneethethaneaneproppropaneane 碳原子碳原子碳原子碳原子数目数目数目数目 + + + + 烷烷烷烷 英文命名用词尾英文命名用词尾英文命名用词尾英
10、文命名用词尾- - aneane表示烷烃表示烷烃表示烷烃表示烷烃 碳原子数为碳原子数为碳原子数为碳原子数为110110用用用用天干天干天干天干（甲、乙、丙、（甲、乙、丙、（甲、乙、丙、（甲、乙、丙、壬、壬、壬、壬、 癸）癸）癸）癸）表示表示表示表示C1C2C3 异构词头用词头异构词头用词头异构词头用词头异构词头用词头“ “正正正正” ”、“ “异异异异” ”和和和和“ “新新新新” ”等区分等区分等区分等区分 相应的英文词头为相应的英文词头为相应的英文词头为相应的英文词头为 n n- - - - (normal)(normal)、isoiso和和和和neoneo（注意不加（注意不加（注意不加（
11、注意不加“ “- - - -” ”）中文名中文名中文名中文名英文名英文名英文名英文名正正正正丁烷丁烷丁烷丁烷异异异异丁烷丁烷丁烷丁烷正正正正戊烷戊烷戊烷戊烷异异异异戊烷戊烷戊烷戊烷新新新新戊烷戊烷戊烷戊烷n n- -butbutaneaneisoisobutbutaneanen n- -pentpentaneaneisoisopentpentaneaneneoneopentpentaneaneC4C5C6正正正正己烷己烷己烷己烷异异异异己烷己烷己烷己烷新新新新己烷己烷己烷己烷n n-hex-hexaneaneisoisohexhexaneaneneoneohexhexaneane中文名中文名中
12、文名中文名英文名英文名英文名英文名如何命名？如何命名？如何命名？如何命名？正庚烷正庚烷正庚烷正庚烷正辛烷正辛烷正辛烷正辛烷正壬烷正壬烷正壬烷正壬烷正癸烷正癸烷正癸烷正癸烷正正正正十一十一十一十一烷烷烷烷正正正正十二十二十二十二烷烷烷烷正正正正十三十三十三十三烷烷烷烷正正正正二十二十二十二十烷烷烷烷n-heptn-heptaneanen-octn-octaneanen-nonn-nonaneanen-decn-decaneanen-undecn-undecaneanen-dodecn-dodecaneanen-tridecn-tridecaneanen-eicosn-eicosaneane碳原子
13、数为碳原子数为碳原子数为碳原子数为1010以上时用以上时用以上时用以上时用大写数字大写数字大写数字大写数字表示表示表示表示C7C8C9C10C11C12C13C20中文名中文名中文名中文名英文名英文名英文名英文名2.2.IUPACIUPAC命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）命名法（系统命名法）基本方法：基本方法：基本方法：基本方法： 选定一条最长链作为选定一条最长链作为选定一条最长链作为选定一条最长链作为主链主链主链主链（以（以（以（以普通命名法普通命名法普通命名法普通命名法命名）命名）命名）命名） 其它支链作为主链上的其它支链作为主链上的其它支链作为主链上的其它支链
14、作为主链上的取代基取代基取代基取代基。普通命名法：普通命名法：普通命名法：普通命名法：异丁烷异丁烷异丁烷异丁烷IUPAC命名法：命名法：2- -甲基甲基丙烷丙烷l l 取代基（烷基）取代基（烷基）取代基（烷基）取代基（烷基）：烷烃：烷烃：烷烃：烷烃去掉一个氢原子去掉一个氢原子去掉一个氢原子去掉一个氢原子后留下的原子团后留下的原子团后留下的原子团后留下的原子团烷烃烷烃烷烃烷烃烷基烷基烷基烷基International Union of Pure and Applied Chemistryl l 一些常见的烷基一些常见的烷基一些常见的烷基一些常见的烷基l l 主链的选择主链的选择主链的选择主链的选
15、择和取代基位置编号和取代基位置编号和取代基位置编号和取代基位置编号最长链为主链最长链为主链取代基编号数最小取代基编号数最小取代基最多的链为主链取代基最多的链为主链小基团排在前面（英文小基团排在前面（英文以字母顺序排列）以字母顺序排列）不同基团编号相不同基团编号相同时，同时，使小取代基使小取代基编号最小编号最小相同取代基合并用相同取代基合并用大写大写数字表示（数字表示（英文英文表示基团数目用词头表示基团数目用词头 di, tri, tetra, penta, hexa 表示）表示）用用“,”隔开隔开(4) 支链的命名支链的命名10 9 8 7 6 5 4 3 2 12-甲基甲基-5-(1,1-二
16、甲基丙基二甲基丙基)癸烷癸烷5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷1234567893,7-二甲基二甲基-4-乙基壬烷乙基壬烷2.2.4 环烷烃的命名环烷烃的命名 环烷烃的命名与烷烃相似，它在烷烃名称环烷烃的命名与烷烃相似，它在烷烃名称 前加上前加上“环环”字，称字，称“环某烷环某烷”。环上的支链。环上的支链 作为取代基，将其位次号和名称放在环某作为取代基，将其位次号和名称放在环某 烷之前。烷之前。 当环上有不止一个取代基时，将成环碳当环上有不止一个取代基时，将成环碳 原子编号。编号时，使原子编号。编号时，使“次序规则次序规则”中中 “优先优先”的基团具有较大的位次号，且使的基团具有较大的位次
17、号，且使 所有的取代基位号尽可能的小。所有的取代基位号尽可能的小。123456124531-甲基甲基-3-乙基环己乙基环己 烷烷1,1-二甲基二甲基-3-异丙基异丙基环戊环戊 烷烷习题习题2.3习题2.4 1，2，4，5，6习题 2.6 1，22.3 烷烃和环烷烃的结构烷烃和环烷烃的结构2.3.1 键的形成及其特性键的形成及其特性C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的电子构型：碳原子在基态时的电子构型：sp3杂化轨道杂化轨道(Hybrid orbitals) :基态基态2p2s1s电子电子跃迁跃迁激发态激发态2p2s1ssp3-杂化态杂化态杂化杂化1ssp3图图 2
18、.1 sp3 杂化轨道形成过程示意图杂化轨道形成过程示意图在在甲烷分子中，甲烷分子中，C 原子是原子是sp3杂化。杂化。S 轨道成分：轨道成分：1/4； p 轨道成分：轨道成分：3/4。图图 2.2 sp3杂化轨道杂化轨道图图 2.3 sp3杂化的碳原子杂化的碳原子几何构型：四面体几何构型：四面体sp3-1s 键键4个个CH 键键图图 2.4 甲烷的结构甲烷的结构杂化轨道要点(3) 杂化只能发生在能级接近的轨道之间，(1 ) 轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合,由此产生的杂化轨道也是原子轨道。 (2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同，而杂化轨道中的电子则处于相同能级。杂化后能级相当于
19、杂化前有关电子能级的中间值。(7) 杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不同，成键时键角不同，分子的空间结构也不同。(4) 各种杂化轨道的“形状”均为葫芦形，由分布在原子核两侧的大小叶瓣组成，轨道的伸展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见往往不给出小叶瓣。(5) 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数(6) 杂化轨道可分为等性杂化轨道与不等性杂化轨道两种。图图 2.5 甲烷的球棍模型甲烷的球棍模型图图 2.6 甲烷的比例模型甲烷的比例模型键的特性：键的特性： 键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。小
20、，可沿键轴自由旋转。 CC 键是由两个碳原子各以一个键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。如：乙烷分子的结构如：乙烷分子的结构乙烷的结构乙烷的结构 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有除了具有CH键外，还有键外，还有CC 键。键。 由于由于键是沿成键轨道方向交盖而成，在键是沿成键轨道方向交盖而成，在 碳链中，碳链中，CCC的键角保持了接近的键角保持了接近 109.5。对于直链烷烃，其三维形状是。对于直链烷烃，其三维形状是 曲折型，而不是直线型。曲折型，而不是直线型。1个个C键键6个个CH键键sp3
21、sp3 键键sp3 1s 键键图图 2.7 乙烷的球棒模型乙烷的球棒模型图图 2.8 乙烷的比例模型乙烷的比例模型图图 2.9 乙烷的棍棒模型乙烷的棍棒模型图图2.10 正丁烷的球棒模型正丁烷的球棒模型 图图2.11 正丁烷的比例模型正丁烷的比例模型正十五烷正十五烷曲折型曲折型2.3.2 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃的结构与环的稳定性环烷烃的结构与环的稳定性每个每个CH2的燃烧的燃烧 (KJ/mol) 每个每个CH2的燃烧热的燃烧热 (KJ/mol)小小环环C3C4环丙烷环丙烷 697.1环丁烷环丁烷 686.1中中环环C8 C11环辛烷环辛烷 663.8
22、环壬烷环壬烷 664.6环癸烷环癸烷 663.6普普通通环环C5 C7环戊烷环戊烷 664.0环己烷环己烷 658.6环庚烷环庚烷 662.4大大环环C12 环十四烷环十四烷 658.6环十五烷环十五烷 659.0对比：对比：对比：对比：开链烷烃每个开链烷烃每个CHCH2 2的燃烧热：的燃烧热：658.6 KJ/mol环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据环烷烃的燃烧热数据n n 环的大小与稳定性环的大小与稳定性环的大小与稳定性环的大小与稳定性稳定性稳定性小环小环普通环普通环中环中环 环烷烃的稳定性：环烷烃的稳定性：环己烷环己烷 环戊烷环戊烷 环丁烷环丁烷 环丙烷环丙烷环的环的
23、张力越小，相应的环烷烃越稳定。张力越小，相应的环烷烃越稳定。环丙烷的结构：环丙烷的结构：图图2.12 丙烷及环丙烷分子中碳碳键丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况原子轨道交盖情况2.4 2.4 烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象烷烃和环烷烃的构象Space FillingModelBall and Stick ModelC:C: sp sp3 3 杂化，成杂化，成杂化，成杂化，成 键键键键构象构象 ( (comformation) ) 和构象异构体和构象异构体 C CC C单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的 单键的旋转使分子中的原子或基团
24、在空间产生不同的排列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）（构象）（构象）（构象） 不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象） 乙烷的两种构象乙烷的两种构象l l 描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式伞形式伞形式伞形式伞形式锯架式锯架式锯架式锯架式NewmanNewman投影式
25、投影式投影式投影式键电子云排斥，键电子云排斥，键电子云排斥，键电子云排斥， von der waals排斥力，排斥力，内能较高内能较高内能较高内能较高（最不稳定）（最不稳定）（最不稳定）（最不稳定）1.1.乙烷的构象乙烷的构象乙烷的构象乙烷的构象交叉式构象交叉式构象交叉式构象交叉式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象扭曲式构象重叠式构象重叠式构象重叠式构象重叠式构象staggeredstaggeredconformerconformerskewedskewedconformerconformereclipsedeclipsedconformerconformer原子间距离最远原子间距离最远原子间
26、距离最远原子间距离最远内能较低内能较低内能较低内能较低（最稳定）（最稳定）（最稳定）（最稳定）（有无数个）（有无数个）（有无数个）（有无数个） 小于两个小于两个H 的的von der waals 半半径（径（1.2）之和，）之和，有排斥力有排斥力l l 乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图乙烷构象转换与势能关系图旋转中须克服能垒旋转中须克服能垒扭转张力扭转张力 电子云排斥电子云排斥 相邻相邻两两H间的间的von der waals排排斥力斥力一般情况下一般情况下( T-250oC): 单个乙烷分子：绝大部分时间单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。在稳定
27、构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。大多数分子在稳定的构象式上。2.2.丁烷的构象丁烷的构象丁烷的构象丁烷的构象对位交叉式（对位交叉式（对位交叉式（对位交叉式（antianti）（反交叉式）（反交叉式）（反交叉式）（反交叉式）部分重叠式部分重叠式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式（gauchegauche）全重叠式全重叠式全重叠式全重叠式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式（gauchegauche）甲基间距离甲基间距离最远最远(最稳定最稳定)较不稳定较不稳定较稳定较稳定甲基间距离最近甲基间距离最近（最不稳定）
28、（最不稳定）l l 丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图3.3.其它烷烃的构象其它烷烃的构象其它烷烃的构象其它烷烃的构象规律规律: 大基团总是大基团总是占据反是对位交叉占据反是对位交叉最稳定最稳定最不稳定最不稳定立体异构体：立体异构体：立体异构体：立体异构体： 由原子或基团在由原子或基团在由原子或基团在由原子或基团在空间空间空间空间的排列（或连接）方式不同所产生的的排列（或连接）方式不同所产生的的排列（或连接）方式不同所产生的的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括异构体（包括异构体（包括异构体（包括构型异构体构型异构体构型异构体构型异构体和和和和构象异构体构象异构体构象异构体构象异构体）n n 立体异构体、立体异构体、立体异构体、立体异构体、构型异构体与构象异构体构型异构体与构象异构体构型异构体与构象异构体构型异构体与构象异构体构型异构体构型异构体构型异构体构型异构体 不可转换不可转换不可转换不可转换 理论上可分离理论上可分离理论上可分离理论上可分离构象异构体构象异构体构象异构体构象异构体 可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换可通过单键旋转转换 一般无法分离一般无法分离一般无法分离一般无法分离
