第二章饱和烃：烷烃和环烷烃

第二章饱和烃：烷烃和环烷烃主要内容•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法•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备(1)开链烃(链烃),又叫脂肪烃.可分为:烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃等(2)闭链烃(环烃).又分为:脂环烃和芳香烃两类.烃的定义烃的分类:•分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫碳氢化合物,简称烃.烷烃和环烷烃—又叫饱和烃,由于石蜡是烷烃的混合物,故烷烃也称石蜡烃.例如:甲烷,乙烷,丙烷,丁烷(正丁烷,异丁烷),戊烷......2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.1烷烃和环烷烃的通式名称分子式构造式构造式的简写式CH4CH3CH3甲烷CH4乙烷C2H6名称分子式构造式构造式的简写式丙烷C3H8丁烷C4H10戊烷C5H12CH3CH2CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3NameCondensedStructureMethane（甲烷）CH4Ethane（乙烷）CH3CH3Propane（丙烷）CH3CH2CH3Butane（丁烷）CH3(CH2)2CH3PentaneCH3(CH2)3CH3HexaneCH3(CH2)4CH3HeptaneCH3(CH2)5CH3OctaneCH3(CH2)6CH3NonaneCH3(CH2)7CH3DecaneCH3(CH2)8CH3UndecaneCH3(CH2)9CH3DodecaneCH3(CH2)10CH3甲基:-Methyl——直链烷烃分子中，一个或几个-CH2-基团（亚甲基）连成碳链，碳链的两端再连有两个氢原子，因此直链烷烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H或：CnH2n+21.烷烃的通式•乙烷可看成甲烷的一个氢原子被甲基-CH3取代；•丙烷可看成乙烷上的一个H被甲基-CH3取代;•丁烷可看成丙烷的一个H被甲基-CH3取代：2.环烷烃的通式-CnH2n•环烷烃-由三个或三个以上-CH2-基团（亚甲基）连成一个或n个碳环.环丙烷简写:甲基环丙烷环丁烷同分异构体•——由于分子式相同,但它们的构造不同(分子中各原子相连的方式和次序不同).又叫构造异构体。•它们是两种不同的化合物.物理性质一定的差异.直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高.如：正丁烷的沸点：-0.5℃，熔点：-138.3℃，异丁烷的沸点：-11.7℃，熔点：-159.4℃，同分异构体•随着碳原子数的增加,烷烃的构造异构体的数目也越多.庚烷C7H16有9个构造异构体,辛烷C8H18有18个.环烷烃的构造现象与烷烃相似，但要比烷烃复杂.小环(3～4C)，普通环(5～7C)，中环(8～12C)，大环(12C以上)环烷烃由于环的大小及侧链的长短及位置不同而产生构造异构体。烷烃的通式CnH2n+2,直链烃的通式可写为:H-(-CH2-)n-H•同系物—在组成上相差一个或多个CH2,且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列.同系列中的各化合物互称同系物.•系差—同系列相邻的两个分子式的差值CH2称为系差.3.同系物2.2烷烃和环烷烃的命名法2.2.1.伯、仲、叔和季碳原子1.烷烃中碳原子的分类:•伯碳原子(primary碳原子),用“1º”表示；•仲碳原子(secondary碳原子),用“2º”表示；•叔碳原子(tertiary碳原子),用“3º”表示；•季碳原子(quaternary碳原子),用“4º”表示。•与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子课堂练习：指出下列烃分子的伯、仲、叔、季碳原子烷烃去掉一个氢原子后的原子团.常用R-，或(CnH2n+1-)表示,所以烷烃又可用通式RH表示.•:对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团.命名时“正”字常用n-代表.•甲基,乙基;•正丙基CH3CH2CH2-n-丙基•:去掉一个仲氢原子所得的烷基.用“sec-”表示.•2.2.2.烷基和环烷基正烷基仲烷基仲丁基1.烷基：sec-丁基•而CH3CH(CH2)n-(n0)型的烷基叫异烷基CH3用“iso-”表示.•iso-异丙基•iso-异戊基CH3CHCH2CH2-CH3•去掉一个叔氢原子所得的烷基.用“t-”或“tert-”表示.CH3CH3-C-t-丁基CH3异烷基:叔烷基:叔丁基:CH3CH3-CH2-C-t-戊基CH3CH3CH3-C-CH2-CH3•叔戊基:•新戊基:•亚甲基:•次甲基:2.环烷基•环丙基•环丁基•环戊基•环已基环丙基:环丁基:环戊基:环已基:•烷基（Alkyl）——烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用R-表示，英文用“yl”替代“ane”Methane——MethylCH3-MeEthane——EthylCH3CH2-Etn-Propane——n-PropylCH3CH2CH2-n-ProCH3CH2CH3isopropyl(CH3)2CH-i-Pron-Butane——n-ButylCH3CH2CH2CH2-n-BuCH3CH2CH2CH3sec-ButylCH3CH2CHCH3sec-Buiso-Butane——iso-Butyl(CH3)2CHCH2-i-Bu(CH3)2CHCH3tert-Butyl(CH3)3C-tert-Bu•部分烷基的英文表示：Et—乙基；Pr—丙基；i-Pr—异丙基；n-Bu—正丁基t-Bu—叔丁基（三级丁基）；Me—甲基；Ar—芳基Ph—苯基；Ac—乙酰基；R—烷基常用基团的英文简写•最早根据碳原子数命名：甲烷,乙烷,丙烷.....•支链烷（异构体）CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷2.2.3烷烃的命名1.普通命名法HHCH3CH3-C-CH3CH3-C-CH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3异丁烷异戊烷新戊烷三甲基甲烷二甲基乙基甲烷四甲基甲烷2.衍生物命名法3.系统命名法(IUPAC)(1)直链烷烃按碳原子数命名•10以内：依次用天干:甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(gui).•10以上：用中文数字:十一....烷.——把构造式中连续的最长碳链--作为母体称为某烷.若最长碳链不止一条,选择其中含较多支链的为主链.最长连续碳链有八个碳原子,该化合物母体的名称为辛烷•选择主链(2)带有支链的烷烃例1：例2：六个碳的主链上有四个取代基六个碳的主链上有两个取代基按最接近取带基的一端开始将主链碳原子用阿拉伯数字1,2,3...编号.(使取代基的位次最小)带有支链的烷烃编号:编号正确编号不正确a:把它们在母链上的位次作为取代基的前缀，2-甲基...b:有不同取代基时，简单的放在前面，复杂的放在后面;c:相同的取代基可以合并，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目用二，三，四.....表示.d:位次数字之间须用逗号“,”隔开，位次与基名之间需用短线“-”相隔。最后一个基名和母体名称直接相连。命名取代基(1):命名取代基(2):取代基:3-甲基5-乙基取代基:2,5-二甲基3,4-二乙基CH2CH3CH3CHCH2CHCH2CH33-甲基-5-乙基辛烷CH2CH2CH3(注意编号)CH3CH2CH-CHCH2CH3CH3-CHCHCH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷CH3CH3(注意主链)11例1:例2:CH3CH-CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CH-CH3CH31例3:2,3,7-三甲基-5-乙基辛烷P30习题2.5（4）2，4，5，5，9，10-六甲基十一烷当支链上有取代基时，取代支链的名称可放在括号中表明。2-甲基-5,5-二（1,1-二甲基丙基）癸烷2.2.4环烷烃的命名环丙烷环丁烷环戊烷环己烷CH3CH3CH31-甲基-4-异丙基环己烷（孟烷）★环烷烃的命名与烷烃类似，在烷字前加一“环”字。例：命名原则(A)以碳环作为母体,环上侧链作为取代基命名;(B)环状母体的名称是在同碳直链烷烃的名称前加一“环”字.(C)取代基较多时,命名时应把取代基的位置标出.(D)环上碳原子编号,以取代基所在位置的号码最小为原则.例1:1,2-二甲基环戊烷CH3CH312345•例2:例3:1,1,4-三甲基环己烷**小取代基为1位.1-甲基-3-乙基环己烷由于碳原子连接成环,环上C-C单键不能自由旋转.只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团,就有构型不同的顺反异构体.顺-1,4-二甲基环己烷环烷的顺反异构:例:1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷★如取代基为较长的碳链，将环作为取代基，作为烷烃的衍生物命名3-环己基己烷•其中两个碳环共用一个碳原子的叫螺化合物.•共用两个或以上碳原子的叫桥环化合物.★双环化合物--分子中含有两个碳环.螺原子桥头碳(a)组成环的碳原子总数命名为“某烷”,加上词头“螺”.(b)再把连接于螺原子的两个环的碳原子数(不含螺原子),按由小到大的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里,数字用圆点分开.螺[2.4]庚烷(A)螺化合物的命名:例1:例2:螺[3.4]辛烷--螺环上的编号,从连接螺原子(不含)上的一个碳开始,先编较小的环,然后经过螺原子再编第二个环.编号的顺序以取代基位置号码加和数最小为原则.例3:5-甲基螺[2.4]庚烷(c)带支链的螺烷(a)都有两个“桥头”碳原子(即两个环共用的碳原子)和三条连在两个“桥头”上的“桥”.(b)组成环的碳原子总数命名为某烷,加词头双环.(c)各“桥”所含碳原子数目,按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间的方括号里.二环[2.2.1]庚烷例1:(B)桥环化合物的命名桥头碳例2:二环[2.1.0]戊烷二环[3.1.1]庚烷例3:(d)环上碳原子编号:从一个桥头碳原子(含)开始,先编最长的桥至第二个桥头,再编余下的较长的桥,回到第一个桥头;最后编最短的桥.(e)编号的顺序以取代基位置号码加和数为较小.例5:1,7-二甲基二环[3.2.2]壬烷例4:6-甲基二环[3.2.2]壬烷命名下列各化合物：1-甲基-7-乙基螺[4，5]癸烷8-甲基二环[3，2，1]辛烷例6:8,8-二甲基二环[3.2.1]辛烷二环[2.2.2]-2,5,7-辛三烯例7:2.3烷烃和环烷烃的结构2.3.1甲烷的结构和sp3杂化轨道甲烷的球棒模型Stuart模型•sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3杂化轨道•——凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为键.以键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布.键甲烷的四个C-H键乙烷分子中C-C键(C-H键用直线表示)2.3.2其它烷烃的结构1.乙烷的C-C键Stuart模型2.其他烷烃：据测定，除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在一条直线上，而是曲折地排布在空间。这是烷烃碳原子的四面体结沟所决定的。如丁烷的结构：烷烃分子中各原子之间都以σ键相连接的，所以两个碳原子可以相对旋转，形成了不同的空间排布。实际上，在室温下烷烃（液态）的各种不同排布方式经常不断地互相转变着。(1)烷烃每增加一个CH2,燃烧热增值基本一定,平均为659kJ/mol.(2)环烷烃每增加一个CH2,燃烧热增加,平均每个CH2的燃烧热为Hc/n.(见P35表2-2)--环丙烷的Hc/n为697.1kJ/mol,比烷烃的每个CH2高38.5kJ/mol.这个差值就是环丙烷分子中每个CH2的张力能.--环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol2.3.3环烷烃的结构和环的稳定性张力能总张力能环的稳定性：环丙烷＜环丁烷＜环戊烷＜环己烷环丙烷的总张力能38.53=115.5kJ/mol环丁烷的总张力能27.64=110.4kJ/mol环戊烷的总张力能5.45=27.0kJ/mol环庚烷的总张力能3.77=25.9kJ/mol环辛烷的总张力能5.08=40.0kJ/mol...................(环丙烷,环丁烷不稳定,容易开环)•环己烷和以上的大环化合物的张力能很小或等于零,它