第二章饱和烃(烷烃和环烷烃---有机化学

第二章饱和烃:烷烃和环烷烃第二章饱和烃:烷烃和环烷烃2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.2烷烃和环烷烃的命名2.3烷烃和环烷烃的结构2.4烷烃和环烷烃的构象2.5烷烃和环烷烃的物理性质2.6烷烃和环烷烃的化学性质2.7烷烃和环烷烃的主要来源和制法第二章目录烃：“火”代表碳，“”代表氢，所以“烃”的含义就是碳和氢。烃——分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物。烷烃——碳原子完全被氢原子所饱和的烃。烃是有机化合物的母体。烃开链烃(脂肪烃)不饱和烃烯烃炔烃二烯烃环状烃脂环烃()``......芳香烃(CH3)......``饱和烃烷烃第二章饱和烃:烷烃和环烷烃2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构CHHH氢数甲烷乙烷丙烷丁烷分子式CH4C2H6C3H8C4H10结构式CCHHHHHHCCHHHHHCHHCCHHHHHCHHHCHHHH碳数241321+222+223+224+2烷烃的通式为CnH2n+2。2.1.1烷烃和环烷烃的通式第二章饱和烃:烷烃和环烷烃H2CH2CCH2CH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2H2CCH2CH2环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环烷烃的通式为CnH2n通式----表示某一类化合物分子式的式子。同系列----结构相似，而在组成上相差－CH2－的整数倍的一系列化合物。同系物----同系列中的各个化合物叫做同系物。同系物化学性质相似，物理性质随分子量增加而有规律地变化。举例：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…均属烷烃系列。环丙烷、环丁烷、环戊烷…均属环烷烃系列。乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸…均属脂肪酸系列。烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.2烷烃和环烷烃的构造异构这两种不同的丁烷,具有相同的分子式和不同的结构式，互为同分异构体。同分异构体——分子式相同，结构式不同的化合物。同分异构现象——分子式相同，结构式不同的现象。CCHHHHCHHHCHHHCCHHHHHCHHCHHHm.p-159C。b.p11.7C。m.p-138C。b.p-0.5C。丙烷中的一个氢原子被甲基取代，可得到两种不同的丁烷：第二章饱和烃:烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃分子中，随着碳原子数增加，同分异构体迅速增加。举例(同分异构体的写法)：CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC6H14：烷烃和环烷烃的构造异构CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC7H16有9个同分异构体：C10H22可写出75个异构体；C20H42可写出366319个异构体。第二章饱和烃:烷烃和环烷烃C5H10(环烷烃)有5个异构体：CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH3C6H12(环烷烃)有12个异构体!同分异构现象是造成有机化合物数量庞大的重要原因之一。烷烃和环烷烃的构造异构2.2烷烃和环烷烃的命名2.2.1伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢2.2.2烷基和环烷基2.2.3烷烃的命名2.2.4环烷烃的命名第二章饱和烃:烷烃和环烷烃2.2烷烃的命名与三个氢原子相连的碳原子,叫伯碳原子(第一碳原子、一级碳原子),用1°表示与二个氢原子相连的碳原子,叫仲碳原子(第二碳原子、二级碳原子),用2°表示与一个氢原子相连的碳原子,叫叔碳原子(第三碳原子、三级碳原子),用3°表示与四个碳原子相连的碳原子,叫季碳原子(第四碳原子、四级碳原子),用4°表示烷烃和环烷烃的命名CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3季碳，4oC仲碳，2oC伯碳，1oC伯碳，1oC叔碳，3oC2.2.1伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢•连在伯碳上氢原子叫伯氢原子(一级氢，1°H)•连在仲碳上氢原子叫仲氢原子(二级氢，2°H)•连在叔碳上氢原子叫叔氢原子(三级氢，3°H)第二章饱和烃:烷烃和环烷烃CH3CCH2CHCH3CH3CH3CH3伯氢，1oH叔氢，3oH伯氢，1oH仲氢，2oH2.2.2烷基和环烷基烷基(alkylgroups):从烷烃中去掉一个H原子,剩余的结构部分RHR名称缩写CH3HCH3甲基MeCH3CH2HCH3CH2乙基Et(methyl)(ethyl)CH3CH2CH2HCH3CH2CH2正丙基(propyl)Pr一些烷基的名称与表示CH3CHCH3异丙基(iso-propyl)i-Pr－CH3CH2CH2CH2HCH3CH2CH2CH2正丁基(butyl)BuCH3CH2CHCH3仲丁基(sec-butyl)s-BuCCH3CH3CH3叔丁基(tert-butyl)t-BuCH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3异丁基(iso-butyl)i-BuRHR名称缩写2.2.3烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法亦称为习惯命名法，适用于简单化合物。对直链烷烃，叫正某(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二)烷。例：CCCCCCCCCCCCCCCCCCC正辛烷正十一烷烷烃和环烷烃的命名新庚烷异己烷CH3-C-CH2-CH2-CH3CH3CH3CH3-CH-CH2-CH2-CH3CH3对有支链的烷烃：有结构片断者叫异某烷；有结构片断者叫新某烷。例：CCCCCCCC(2)衍生物命名法衍生物命名法适用于简单化合物。衍生物命名法是以甲烷为母体，选择取代基最多的碳为母体碳原子。例如:CH3CHCH3CH2CH3CCH3CH3CH3CH3二甲基乙基甲烷四甲基甲烷第二章饱和烃:烷烃和环烷烃(3)系统命名法（重点）烷烃的命名直链烷烃：与普通命名法相似,省略“正”字。如:系统命名是由三部分构成：Chemistry，InternationalUnionofPureandApplied缩写作IUPAC母体取代基的位次与名称化合物的名称碳原子的个数•选取最长的碳链作为主链。对于相等长的碳链，选取含支链最多的碳链。•根据主链的碳原子数，称“某”烷。(a)选择主链，确定母体支链烷烃的命名，按以下步骤进行：CHCHCHCH2CH2CH3CH3CH3CH3CHCH3CH2CH3庚烷(b)为主链上的碳原子编号•从靠近支链一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时，要使支链的位次号较小(符合“最低系列”规则)。CHCH2CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CH2CH3CH2CH3987654321CHCH2CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CH2CH3CH2CH3219876543(I)(II)3,6,73,4,7(c)确定化合物的名称•将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在取代基名称的前面，加上它的位次号，并用半字线“–”将两者连接。•当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，将“优先”的基团列在后面，各取代基之间用半字线“–”连接。•当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四……”表示其个数，逐个标明其位次号，并用逗号分开。CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3CH3CHCH2CH3CH35–丙基–4–异丙基壬烷1234567893,7–二甲基–4–乙基壬烷CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3756891234系统命名法总结:简化成四个“最”:最长,最多,最小,最简单☆最长:而不是最直☆最多:若有2个或2个等长的最长链,选择取代基最多的一条做主链☆最小:(最低系列原则:取代基的位次和最小)☆最简单:书写时先写简单的取代基(依据次序规则)2.2.4环烷烃的命名(1)单环环烷烃CH2CH2CH2CH2CH2即环戊烷CH3甲基环丁烷CH3CH31,2-二甲基环戊烷烷烃和环烷烃的命名CH3CH2CH3123456CH3CH3CH(CH3)2124531–甲基–3–乙基环己烷1,1–二甲基–3–异丙基环戊烷(2)二环环烷烃•分子中含有两个碳环的是双环化合物。•两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；•两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。联二环己烷二环[4,4,0]癸烷螺[4,4]壬烷二环[2,2,1]庚烷(联环烃)(螺环烃)(稠环烃)(桥环烃)第二章饱和烃:烷烃和环烷烃(a)桥环烷烃的命名先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次：双环[3.1.1]庚烷5-甲基双环[2.1.0]戊烷76543212-甲基双环[2.2.1]庚烷7,7-二甲基双环[2.2.1]庚烷1234567CH31234567CH354321烷烃和环烷烃的命名固定格式：双环[a.b.c]某烷(a≥b≥c)(b)螺环烷烃的命名先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环编到大环。例：CH3CH376543211,3-二甲基螺[3.5]壬烷5-甲基螺[2.4]庚烷7123456H3C第二章饱和烃:烷烃和环烷烃固定格式：螺[a.b]某烷(a≤b)2.3烷烃和环烷烃的结构2.3.1σ键的形成及其特性2.3.2环烷烃的结构与环的稳定性饱和烃的结构第二章饱和烃:烷烃和环烷烃2.3烷烃和环烷烃的结构2.3.1σ键的形成及其特性第二章饱和烃:烷烃和环烷烃激发杂化(线性组合)4个sp杂化轨道33个sp2p轨道2个spp轨道(sp杂化)3(sp杂化)(sp杂化)2C:2s2p22s轨道p轨道C:1s22s22px12py12pz0对实验事实的解释：①sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。②4个sp3杂化轨道间取最大的空间距离为正四面体构型，键角为109.5°(动画，sp3杂化碳)。构型——原子在空间的排列方式。③四个轨道完全相同。激发杂化(线性组合)4个sp杂化轨道3杂化的结果：σ键的形成及其特性sp3杂化的碳原子几何构型：四面体∵CH4中的4个杂化轨道为四面体构型(sp3杂化)∴H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因为顶点方向电子云密度最大),形成4个σsp3-s键。σ键——电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称,可自由旋转。第二章饱和烃:烷烃和环烷烃sp3–1sσ键4个C－Hσ键图2.4甲烷的结构CHHHH由于sp3杂化碳的轨道夹角是109.5°，所以烷烃中的碳链是锯齿形的而不是直线。乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取sp3杂化：乙烷CCHHHHHH-s3sp-sp3sp3丁烷σ键的形成及其特性1个C－Ｃσ键6个C－Hσ键sp3–sp3σ键sp3–1sσ键图2.7乙烷的球棒模型σ键的特点：①σ键电子云重叠程度大，键能大，不易断裂；②σ键可自由旋转(成键原子绕键轴的相对旋转不改变电子云的形状)；③两核间不能有两个或两个以上的σ键。第二章饱和烃:烷烃和环烷烃成键方式:轨道在轴线(两核连线）之外头碰头、斜侧式重迭,重迭程度较小,形成的键比通常的σ-键弱，比π-键强，称香蕉键。1、环丙烷2.3.2环烷烃的结构与环的稳定性斜侧式重叠头碰头重叠角张力:键角105.5°偏差40，具有角张力。扭转张力:相邻碳上的H均为重叠式构象，具有扭转张力环丁烷的构象（球棒模型）2、环丁烷成键方式:轨道也为斜侧式重叠,但斜侧程度小.形成的键也是香蕉键。斜侧式重叠角张力:键角111.50偏差20，有角张力。扭转张力:相邻碳上的氢均为交叉式构象无扭转张力。环丁烷的构象——翼式3、环戊烷成键方式:轨道正常重叠，基本保持了109028‘的正常键角环戊烷的构象—信封式123452.4烷烃和环烷烃的构象2.4.1乙烷的构象2.4.2丁烷的构象2.4.3环己烷的构象饱和烃的构象第二章饱和烃:烷烃和环烷烃2.4.1乙烷的构象构象——由于围绕C-C单键旋转而产生的分子中各原子或原子团在空间的排列方式。第二章饱和烃:烷烃常用Newman投影式表示烷烃的构象。Newman投影式的写法：(1)从C-C单键的延线上观察：前碳后碳(2)固定“前”碳，将“后”碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。最典型的有两种：重叠式和交叉式。乙烷的构象HHHHHHHHHHHH交叉式构象重叠式构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH锯架式Newman投影式楔型式乙烷的构象交叉式构象交叉式构象重叠式