有机化学第五版第二章 烷烃应化

【学习要求】1.能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的命名原则。2.能用原子轨道杂化理论解释烷烃中碳原子的构型。3.掌握σ键的形成、结构特点及特性。4.掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。5.掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，密度等）存在的规律性的变化。6.掌握烷烃的氧化、裂化、取代反应。7.掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、历程及自由基的稳定性。第二章烷烃烃开链烃环烃饱和烃（烷烃）不饱和烃（烯、炔烃）不饱和环烃（环烯烃）饱和环烃（环烷烃）CH3CH3CH2CH2CHCH烃：分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃。第一节烷烃的同系列及同分异构现象一、烷烃通式CnH2n+2同系列：具有同一个通式，结构和化学性质相似在组成上相差一个或几个-CH2-的一系列化合物。同系差：同系列组成上的差异-CH2-。同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。二、烷烃的同分异构现象与同分异构体1．同分异构现象同分异构体：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。碳架异构：由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造异构)开链烷烃的构造异构只有碳架异构CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3CHCH2-CH3CH3CH3CCH3CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷2.同分异构体的书写有机化合物种类繁多，数目庞大，即使同一分子式，也有不同的异构体，若没有一个完整的命名（nomenclature）方法来区分各个化合物，在文献中会造成极大的混乱，因此认真学习每一类化合物的命名是有机化学的一项重要内容。现在书籍、期刊中经常使用普通命名法和国际纯粹与应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）命名法,后者简称IUPAC命名法。第二节烷烃的命名一、普通命名法二、系统命名法普通命名法对直链烷烃的命名与系统命名相同。(正)戊烷异戊烷新戊烷系统命名:2,2,4三甲基戊烷普通命名:异辛烷一、普通命名法普通命名法中，工业上常用的异辛烷是一个特例，不符合上述规定。命名有支链的烷烃时，用正表示无分支，用异表示端基有(CH3)2CH结构，用新表示端基有(CH3)3CCH2结构，这与烷基的普通命名法相同。例如戊烷的三个同分异构体的普通命名如下：二、系统命名法当碳原子数为1~10时，依次用天干-甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸-表示。例如：六个碳的直链烷烃称为己烷。碳原子数超过10时，用数字表示。十四个碳的直链烷烃称为十四烷。烷烃的英文名称是alkane，词尾用ane。（表1列出了一些正烷烃的中英文名称）1直链烷烃的命名直链烷烃（n−alkanes）的名称用“碳原子数+烷”来表示。表1正烷烃的名称构造式中文名英文名CH4甲烷methaneCH3CH3乙烷ethaneCH3CH2CH3丙烷propaneCH3(CH2)2CH3（正）丁烷n-butaneCH3(CH2)3CH3（正）戊烷n-pentaneCH3(CH2)4CH3（正）己烷n-hexaneCH3(CH2)5CH3（正）庚烷n-heptaneCH3(CH2)6CH3（正）辛烷n-octaneCH3(CH2)7CH3（正）壬烷n-nonaneCH3(CH2)8CH3（正）癸烷n-decaneCH3(CH2)9CH3（正）十一烷n-undecaneCH3(CH2)10CH3（正）十二烷n-dodecaneCH3(CH2)11CH3（正）十三烷n-tridecaneCH3(CH2)12CH3（正）十四烷n-tetradecaneCH3(CH2)13CH3（正）十五烷n-pentadecaneCH3(CH2)14CH3（正）十六烷n-hexadecaneCH3(CH2)15CH3（正）十七烷n-heptadecane构造式中文名英文名CH3(CH2)16CH3（正）十八烷n-octadecaneCH3(CH2)17CH3（正）十九烷n-nonadecaneCH3(CH2)18CH3（正）二十烷n-icosaneCH3(CH2)19CH3（正）二十一烷n-henicosaneCH3(CH2)20CH3（正）二十二烷n-docosaneCH3(CH2)28CH3（正）三十烷n-triacontaneCH3(CH2)29CH3（正）三十一烷n-hentriacontaneCH3(CH2)30CH3（正）三十二烷n-dotriacontaneCH3(CH2)38CH3（正）四十烷n-tetracontaneCH3(CH2)48CH3（正）五十烷n-pentacontaneCH3(CH2)58CH3（正）六十烷n-hexacontaneCH3(CH2)68CH3（正）七十烷n-heptacontaneCH3(CH2)78CH3（正）八十烷n-octacontaneCH3(CH2)88CH3（正）九十烷n-nonacontaneCH3(CH2)98CH3（正）一百烷n-hectaneCH3(CH2)132CH3（正）一百三十四烷n-tetratriacontanehectane以上20个碳以内的烷烃要比较熟悉，以后经常要用。烷烃的英文名称变化是有规律的，认真阅读上表即可看出。表中的正（n−）表示直链烷烃，正（n−）可以省略。2支链烷烃的命名有分支的烷烃称为支链烷烃（branched−chainalkanes）。（i）碳原子和氢原子的级①与一个碳相连的碳原子是一级碳原子，用1˚C表示（或称伯碳，primarycarbon），1˚C上的氢称为一级氢，用1˚H表示。②与两个碳相连的碳原子是二级碳原子，用2˚C表示（或称仲碳，secondarycarbon），2˚C上的氢称为二级氢，用2˚H表示。③与三个碳相连的碳原子是三级碳原子，用3˚C表示（或称叔碳，tertiarycarbon），3˚C上的氢称为三级氢，用3˚H表示。④与四个碳相连的碳原子是四级碳原子，用4˚C表示（或称季碳，quaternarycarbon）CH3CCH3CH3CCH3HCHHCH3(i)(i)(i)(i)(i)(ii)(iii)(iv)（ii）烷基的名称烷烃去掉一个氢原子后剩下的部分称为烷基。英文名称为alkyl，即将烷烃的词尾−ane改为−yl。烷基可以用普通命名法命名，也可以用系统命名法命名。表2列出了一些常见烷基的名称。CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH312甲基（methyl，缩写Me）乙基（ethyl，缩写Et）乙基（ethyl，缩写Et）（正）丙基（n−propyl，缩写n−Pr）丙基（propyl，缩写Pr）异丙基（isopropyl，缩写i−Pr）1−甲基乙基（1−methylethyl）甲烷CH4乙烷CH3CH3丙烷CH3CH2CH3甲基（methyl，缩写Me）烷烃相应的烷基普通命名法IUPAC命名法中文名称（英文名称）中文名称（英文名称）甲烷、乙烷分子中只有一种氢，只能产生一种甲基和一种乙基。丙烷分子中有两种不同的氢，可以产生两种丙基。表2一些常见烷基的名称CH3CH2CH2CH2CH3CH2CHCH3123CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3123CH3CCH3CH312（正）丁烷CH3(CH2)2CH3（正）丁基（n−butyl，缩写n−Bu）丁基（butyl，缩写Bu）二级丁基或仲丁基（sec−butyl，缩写s−Bu）1−甲（基）丙基（1−methylpropyl）异丁烷异丁基（isobutyl，缩写i−Bu）2−甲基丙基（2−methylpropyl）三级丁基或叔丁基（tert−butyl，缩写t−Bu）1,1−二甲基乙基（1,1−dimethylethyl）丁烷有两种异构体，每种异构体分子中都有两种不同的氢原子，所以能产生四种丁基。续表2CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH312343CH3CH2CHCH2CH312（正）戊烷CH3(CH2)3CH3（正）戊基（n−pentyl或n−amyl）戊基（n−pentyl）－1−甲基丁基（1−methylbutyl）－1−乙基丙基（1−ethylpropyl）戊烷有三种异构体，一共可产生八种戊基。续表2CH3CHCH2CH3CH3CH3CHCH2CH2CH31234CH3CHCHCH3CH3123CH3CCH2CH3CH31231234CH2CHCH2CH3CH3异戊烷异戊基（iso−pentyl）3−甲基丁基（3−methylbutyl）－1,2−二甲基丙基（1,2−dimethylpropyl）三级戊基或叔戊基（tert−pentyl）1,1−二甲基丙基（1,1−dimethylpropyl）－2−甲基丁基（2−methybutyl）续表2CH3CCH3CH3CH3CH3CCH2CH3CH3新戊烷新戊基（neopentyl）2,2−二甲基丙基（2,2−dimethylpropyl）*1括号中的正字可以省略；*2在英文命名时，正用n−，异用iso−或i−，新用neo，二级用词头sec−（或s−），三级用词头tert−（或t−）表示，后面有一短横线。续表2（iii）次序规则有机化合物中的各种基团可以按一定的规则来排列先后次序，这个规则称为次序规则（cahn−lngold−prelogsequence），其主要内容如下：①将单原子取代基按原子序数（atomicnumber）大小排列，原子序数大的顺序在前，原子序数小的顺序在后，有机化合物中常见的元素顺序如下：I＞Br＞Cl＞S＞P＞F＞O＞N＞C＞D＞H在同位素（isotope）中质量高的顺序在前。②如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时按原子序数排列，先比较最大的，仍相同，再顺序比较居中的、最小的。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，例如下列基团排列顺序为：C(CH3)3CCHCHCH2CH(CH3)2CH2CH3CH3C(C)(C)C(C)(C)HCCH3CH3CH3C(C)HC(C)HHCCH3HCH3CHHCH3CHHHCHCCH(C)(C)COHCH(O)O(C)此外如苯基、醛基、氰基等的排序如下：CNC(N)(N)N(C)(C)④若参与比较顺序的原子的键不到4个，则可以补充适量的原子序数为零的假想原子，假想原子的排序放在最后。例如：CH3CH2NHCH3中，N上只有三个基团，则它的第四个基团为一个原子序数为0的假想原子，四个基团的排序为：CH3CH2−＞CH3−＞H−＞假想原子。（Ⅳ）系统命名法命名原则①选主链：选择分子中最长的碳链为主链，写出相当于主链的直链烷烃的名称，作为母体，称为“某烷”；②编号：将主链碳原子进行编号，从离取代基最近的一端开始有几种编号可能时，应使取代基的位次和最小；③取代基：有相同取代基时应并在一起用汉字表示数目，位次分别用阿拉伯数字按由小到大表示出来，数字之间应加以逗号隔开。有几种不同的取代基时，按次序规则将取代基按由小到大的次序排列在母体名称的前面。④当具有相同长度的链可作为主链时，则应选具有支链数目最多的碳链作主链，编号时优先考虑小的基团。⑤如果支链上还有取代基，该取代了的支链名称可放在括号内或用带撇的数字表明支链中的碳原子。中文名称为2，3，5−三甲基己烷英文名称为2,3,5−trimethylhexane（在中文名称中，取代基个数用中文数字一、二、三……来表示。在英文名称中，一、二、三、四、五、六数字相应用词头mono、di、tri、tetra、penta、hexa表示。）CH3CHCH2CHCHCH3CH3CH3H3C6543212,3,5*1234562,4,5实例一中文名称是2，3，5−三甲基−4−丙基辛烷。英文名称是2，3，5−trimethyl−4−n−propyloctane。CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH3CH2CH3CHCHCH3CH3876543212,3,4,5*123456784,5,6,7678实例二实例三CHC