第2章 烷烃和环烷烃

1、了解烷烃和环烷烃的结构。2、掌握烷烃的命名、化学性质、环烷烃的化学性质。3、熟悉烷烃和环烷烃的构象异构。重难点：重点：烷烃的命名、化学性质。难点：烷烃和环烷烃的构象异构。学时数：5教学目的与要求在组成上仅含有碳与氢两元素的化合物叫碳氢化合物也称为烃（hydrocarbon）。脂肪烃饱和烃不饱和烃烯烃炔烃芳香烃苯型芳烃脂环烃分类非苯型芳烃概述链烃饱和烃(烷烃)不饱和烃烯烃炔烃环烃苯型芳烃脂环烃烃非苯型芳烃不饱和脂环烃饱和脂环烃(环烷烃)•烃另一种分类方法单环烃小环烃：C3—C4普通环烃：C5—C7中环烃：C8—C12大环烃：C13以上双环螺环烃按环数量分稠环烃桥环烃螺环烃：两环仅共用一个碳原子的脂环烃。共用的碳原子称为螺原子桥环烃：两环共用两个或两个以上碳原子的多环脂环烃。多环按大小分§1构造异构和碳原子的级构造：有机分子中原子或基团相互连接的方式和顺序。构型：有机分子中原子或基团在空间的排列方式和顺序。构象：因键轴旋转而产生的分子中原子或原子团的不同空间排列,每一种空间排列形象叫一种构象.碳链异构构造异构官能团异构（互变异构）位置异构同分异构对映异构构型异构顺反异构立体异构构象异构•一、构造异构与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子在同一反应中的反应性能是有一定差别。季碳原子，以4°表示（四级碳原子）伯碳原子，以1°表示（一级碳原子）仲碳原子，以2°表示（二级碳原子）叔碳原子，以3°表示（三级碳原子）烷烃碳链中的碳原子按照它们所连结的碳原子数目可分为四类：CH3CH2CHCH2CH3CH2CCH3CH3CH3•二、碳原子的级烷烃的分子式可用通式表示：CnH2n+2H–C–HH–C–C–HH–C–C–C–HH–C–C–C–C–HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH甲烷乙烷丙烷丁烷CH4C2H6C3H8C4H10三、烷烃的通式和同系列这些结构上相似而组成上相邻的两个烷烃的组成都是相差CH2。CH2叫做同系列差。①同系物化学性质相似。②同系物的物理性质随碳原子数的增加规律性变化。③第一个化合物的性质比较特殊。同系物的性质能用同一通式表示且结构和特性相似的一系列化合物，叫做同系列(homologous)。能用同一通式表示且结构和特性相似的化合物，叫做同系物(homolog)。§2命名•一、普通命名法(commonnomenclature)1.直链烷烃1-10个碳原子的直链烷烃，分别用词头“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的个数，在加上词尾“烷”,即:某烷如：CH4：甲烷(methane)C2H6：乙烷(ethane)C3H8：丙烷(propane)C4H10：正丁烷(n-butane)10个碳原子以上直链烷烃的用中文数字命名。如：C11H24：正十一烷(n-undecane)C12H26：正十二烷(n-dodecane)C20H42：正二十烷(n-eicosane)异戊烷CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-CH-CH2-CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3正戊烷新戊烷具有结构，即端位第二个碳原子有2个CH3——叫“异”CH3-CH-CH3具有结构，即端位第二个碳原子有3个CH3——叫“新”CH3-C-CH3CH3特点：直观、与总碳数有关。只适合直链烃或含碳较少(六碳以下）的烷烃。CHCH3CH3CH2CH2CH2CCH3CH3CH32.烷烃异构体的命名?•一、系统命名法(systematicnomenclature)系统命名法是采用国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）的命名原则，结合我国文字的特点，制定了中文系统命名法。(一)、直链烷烃的命名对于直链烷烃的命名,系统命名法和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。CH3CH2CH2CH2CH2CH3正己烷（普通命名法）己烷（系统命名法）例：通常情况下：对于直链烷烃采用系统命名法。（见教材44页）(二)支链烷烃的命名取代基的种类与氢原子的种类相同。CH3CH3乙烷（ethane)-CH2CH3乙基(ethyl)CH4甲烷(methane)-CH3甲基(methyl)取代基=烃-H1.取代基（substitutinggroup)：烃分子中去掉一个氢原子后，剩下的原子团叫烃基。通式为CnH2n+1，常用R-代表脂肪烷基。异丙基(iso-Pr)-CH2CH2CH3丙基(n-propyl)CH3CH2CH3丙烷（propane)CH3-CH-CH3CH3CH2CH2CH3丁烷（butane)-CH2CH2CH2CH3丁基(n-butyl)CH3CHCH2CH3仲丁基(sec-Bu)异丁烷（propane)CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3异丁基(iso-Bu)叔丁基(tert-Bu)此外，两价的烷基叫做亚基，三价的烷基，叫做次基。例如：。CH2CHCH3CHCCH3＞＞≡≡亚甲基亚乙基次甲基次乙基2、烷烃的系统命名原则选择主链（母体）：选择分子中最长的连续碳链作为主链，根据碳原子数目命名为“某烷”。当分子中存在多种等长时，则选择取代基多的碳链作为主链。给主链编号：从靠近取代基一端开始编号，当两个不同取代基处于相同位次时，次序规则（见本书第三章，第92页）中排列次序小的取代基具有较小的编号，即优先编号。书写化合物名称：(1)不同的取代基应按“次序规则”列出，较优基团（即较大基团）后写出。（英文以字母顺序排列）；(2)相同取代基合并，数目用中文数字表示，位次之间用“,”隔开，位次与名称之间用“-”连接。复杂支链的命名：(1)与烷烃类似；(2)支链编号从与主链相连的碳原子开始编号；(3)复杂支链的名称作为一个取代基看待。CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH31234567812345678CH3CH2CH2CHCHCH312123456CH2CH3CH34-乙基辛烷（4-methyloctane)2-甲基-3-乙基己烷（3-ethyl-2-methylhexane)4-丙基-8-异丙基己烷（4-Pr-2-isoproylundecane)6-甲基-3,7-二乙基壬烷（3,7-diethyl-6-methylnonane)复杂的取代基需要编号时，由与主链相连的碳原子开始编号。它们的全名可放在括号中（或用带撇号的数字来标明支链中的碳原子位置）。3-乙基-5-(1,2-二甲基丙基)癸烷或3-乙基-5-1',2'-二甲基丙基癸烷7-(1,2-二甲基丙基)-7-(1,1-二甲基戊基)十三烷CH3CH2CH-CH2-CH-CH2CH2CH2CH2CH3CH-CH3CH3CH-CH3CH3CH2123456789101/2/3/CH3-(CH2)5-C-(CH2)5-CH3CH3CH2CH2CH2-C-CH3CH3CH3-CH-CH-CH3CH312~678~12133/2/1/5/4/3/2/1/•三、环烷烃的命名①以相应的开链烃冠以“环”字来命名,英文命名则加词头cyclo。环碳原子的编号应从较小的取代基开始，且使取代基的位次最小。1-甲基-3-乙基环戊烷1-ethyl-3-methylcyclopentane环丙烷cyclopropane环丁烷cyclobutane环戊烷cyclohexane1-甲基-3-异丙基环己烷1-isopropyl-3-methylcyclohexane123451234561、单环烃的命名③环烷烃的C-C单键，因受环的限制不能自由旋转，可产生顺(cis-)、反(trans-)异构体。（第三章具体讲）②当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH21,4-二环丙基丁烷1,4-dicyclopropylbutane1-环丁基戊烷1-cyclobutylpentaneHHCH3CH3HCH3HCH3反-1,2-二甲基环丙烷trans-1,2-dimethylcyclopropane顺-1,2-二甲基环丙烷cis-1,2-dimethylcyclopropane①螺环烃编号方法-----从邻接于螺原子的一个碳原子开始，由小环到大环。②螺环烃命名方法-----用螺做词头，然后在方括号中写出每个环的碳原子数（不包括螺碳）从小环到大环。螺[3.4]辛烷spiro[3.4]octane123456785-甲基螺[3.4]辛烷5-methylspiro[3.4]octane123456782、螺环烃(spirohydrocarbon)的命名①桥环烃编号方法---从桥头碳开始，由大桥到小桥顺序编号。②桥环烃命名方法---参与成环的总碳数为母体，用某环作词头，词头与母体之间用方括号，并写上每条桥的碳数（先大桥后小桥）。1-甲基二环[4.1.0]庚烷1-methylbicyclo[4.1.0]heptane二环[2.2.2]辛烷bicyclo[2.2.2]octane1234567123456783、桥环烃(bridgedhydrocarbon)的命名Cl1234567812345678三环[3.2.1.02,4]辛烷1-甲基-2-乙基-6-氯二环[3.2.1]辛烷练习：给下列结构式命名四、英文命名法烷烃有其固有英文名称，环烷烃、桥环、螺环在前加“cyclo-”、“spiro-”前缀；烷基的英文命名只需将烷烃中的-ane改为-yl，烷基的个数分别用词头di、tri、tetra、penta分别表示二、三、四、五。2,3-dimethylbutane2,3,4-trimethylpentane基团次序(大小)以字母序数为序，其余与中文命名相同12345671234567not5-ethyl-3-methylheptane3-ethyl-5-methylheptane3-甲基-5-乙基庚烷三最、一并、次序规则三最：最长碳链、最小编号、最多取代基（主链原则）一并：相同取代基合并次序规则：书写时按次序规则，末优基团先写出。取代基位次相同时，按次序规则末优基团先编号。英文以字母顺序为序总结§3结构一、烷烃的结构1.碳原子均为sp3杂化2.各原子之间都以单键（σ）相连，键角接近109°28ˊ(甲烷是109°28ˊ)σ键的特点：沿键轴方向头对头重叠；两个成键原子可绕键轴“自由”旋转。实验证明，气态或液态的含多个碳原子的烷烃，由于σ键的自由旋转，能形成多种曲折形式。如正戊烷的碳链可以有几种代表形式：乙烷的结构σ键二、小环烷烃的结构（一）A.vonBaeyer（拜尔）张力学说（1885年）①成环的碳原子都在同一平面上，并构成正多边形。②正常的键角为109。28′（即四面体结构）。环烷烃成环时必须压缩正常的键角,从而产生角张力.如果和正常的键角偏差越大(键角的变形程度越大)，环的角张力越大,稳定性就越差，活性就越大。109。28′60。90。108。120。（109。28′－60。）/2=24。44′（109。28′－90。）/2=9。44′（109。28′－108。）/2=0。44′（120。－109。28′）/2=5。16′环丙烷最不稳定近代共价键理论对环烷烃的结构与稳定性的解释电子云偏向环平面外侧，容易受到亲电试剂进攻，故似烯烃进行加成反应。共价键的形成是由于原子轨道相互交盖的结果，交盖程度越大，键越稳定。弯曲键（香蕉键）105.5。CCCCCC109.5。丙烷环丙烷（二）环丙烷的结构§4构象构象(conformation)——由于碳碳σ键旋转而导致分子中原子或基团在空间的不同排列方式。构象异构体(conformationisomer)——由单键旋转而产生的异构体。其数目为无数多个，一般仅表示出其极端结构式。纽曼投影式NewmannprojectionformulaHHHHHH表示方法：锯架式(sawhorseformula)HHHHHH一、乙烷的构象纽曼投影式交叉式锯架式HHHHHH乙烷分子中两个极端的空间构象：HHHHHHHHHHHHHHHHHH重叠式交叉式重叠式稳定性：交叉式重叠式•二、丁烷的构象CH2H3C12C