65第二章 饱和烃

第二章饱和烃2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构甲烷(CH4)CH4乙烷(C2H6)CH3CH3丙烷(C3H8)CH3CH2CH3烷烃的通式：CnH2n+2同系列：具有同一个分子结构通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列，叫同系列。同系列中的化合物互称为同系物。2.1.1烷烃和环烷烃的通式2020/1/303环烷烃的通式CnH2n2020/1/304同分异构现象：分子式相同而结构相异，因而其性质也各异的不同化合物，称为同分异构体。构造异构构性异构碳架异构官能团位置异构官能团异构顺反异构旋光异构异构的生成(C4H10)HHHHHHHH123HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH1/3位碳上的氢甲基取代2位碳上的氢被甲基取代2.1.2烷烃和环烷烃的构造异构HHHHHHHHHH2341CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH31/4位碳上的氢甲基取代2/3位碳上的氢甲基取代CH3CHCH2CH3异构的生成(C5H10)C5H10HHHHHHHHHH123CH3CH3CH3CH3CH31/3位碳上的氢甲基取代2位碳上的氢被甲基取代CH3CHCH2CH32020/1/308随着烷烃分子中的碳原子数目的增多，烷烃的构造异构体数目将急剧增加。碳原子数异构体数碳原子数异构体数C1C2C31C935C42C1075C53C11159C65C12355C79C13366319C818C1441118467632020/1/309脂环烃的定义和命名CH2CH2CH2可简写为环丙烷2020/1/3010含四个碳原子的环烷烃CH2CH2CH2CH2CH3即2020/1/3011写出分子式C5H10的环烷烃的异构体构造式。（提示；包括五环、四环和三环。）碳原子的分类HHHHHHCH3CH3HHCH3CH3°1°2°4°3°2°1°1°1°1伯(1°)仲(2°)叔(3°)季(4°)2020/1/3013烷基命名规则1.去掉直链烷烃末端氢原子所得的基团为正烷基；2.去掉直链烷烃中一个仲氢原子所得的基团为仲烷基；型的基团为异烷基；3.CH3CH(CH2)nCH34.去掉一个叔氢原子所得的基团为叔烷基；2.2.2烷基和环烷基2020/1/3014CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH2CH3正丁基CH3CH2CHCH3仲丁基异戊基CH3CCH3叔戊基CH3CCH3CH3CH2CH3叔丁基2020/1/3015常见烷基的命名(R)烷(烯，炔)烃去掉一个氢原子后所剩余的部分，称为某基。甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、芳基等可分别用英文缩写式Me，Et，Pr，Bu，Ph，Ar表示。“正”用n-'表示；“仲”用s-”表示；“异”用“i-”表示；“叔”用“t—”表示。甲基CH3—methyl乙基CH3CH2—ethyl丙基CH3CH2CH2—n—propyl异丙基(CH3)2CH--i-propyl丁基CH3CH2CH2CH2—n—butyl异丁基(CH3)2CHCH2一i-butyl叔丁基(CH3)3C--t-butyl仲丁基CH3CH2(CH3)CH—s-butyl2020/1/3016烷基的系统命名法简单的烷基通常用普通的命名法来命名。比较复杂的烷基采用系统命名法命名。2020/1/3017烷烃的习惯命名法1.用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二…表示烷烃中碳原子的数目；2.直链烷烃冠以“正”字；3.端头为（CH3)2CH,其余部分为直链的烷烃，为异烷烃；3.端头为（CH3)3C,其余部分为直链的烷烃，为新烷烃.Ch3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷烷烃的衍生物命名法(以甲烷为衍生物的母体)CH3CH3CH3HCH3CH2CH3HCH3CH3CH3CH3CH3异丁烷三甲基甲烷异戊烷二甲基乙基甲烷新戊烷四甲基甲烷2020/1/3020取代基的次序规则与主链相连的相对原子质量(原子序数)越大，顺序越优先；如果与主链相连的第一个相对原子质量相同，则采用外推法逐个进行比较；在命名中优先基团后列出。一CH3，一CH2CH3,一CH2CH2CH3，一CH2(CH2)2CH3,—CH2(CH2)3CH3，—CH2(CH2)4CH3，—CH2CH2CH(CH3)2，一CH2C(CH3)2，一CH2C6H5，一CH(CH3)22020/1/3021系统命名法1.选主链；选择最长的碳链为主链，当具有相同长度的碳链可作为主链时，应选择支链最多的碳链；CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3CH3CHH3CCH3CHCHCH3CH31234562，5－二甲基－3，4－二乙基己烷2020/1/30222.编号；从离取代基最近一端开始对主链碳原子进行编号，当主长度和支链数目相同时，应遵循最低系列原则，即逐个比较两种编号法中表示取代基位置的字，最先遇到取代基位置较小者，定为最低系列。CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH-CH-CH3H3CCH3CH3CH2CH31234567899876543212，3，8－三甲基－6－乙基壬烷（不是2，7，8－三甲基－4－乙基壬烷）2020/1/30233.命名。A.用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二…表示烷烃中主链碳原子的数目；B.取代基名称放在主链名称的前面，用连字符（－）连结；取代基在主链上的位置用阿拉伯数字表示，阿拉伯数字与取代基名称用连字符连结。C.如果在一个主链上同时连有多个取代基，按次序规则，优先基团后列出。如果在主链上有多个相同取代基，可合并书写，其表示位置的数字应分别用阿拉伯数字表明，合并的取代基个数用中文数字标明,中文数字放在取代基名称前面。2020/1/3024CH3-CH-CH2-CH-CH-CH3CH3H3CCH3(CH3)2-CH-CH2-CH-(CH3)-CH-(CH3)22,3,5-三甲基己烷CH3-CH-CH2-CH-C2H5CH3CH2CH2CH33－甲基－5－乙基庚烷CH3-CH2-CH-CH-C-CH2-CH2-CH3CH3CH2CH3CH3CH-CH3CH34,5-二甲基－3－乙基－5－异丙基辛烷30页习题2.52020/1/30252.2.4环烷烃的命名以碳环为母体，侧链为取代基母体的名称同直链烷烃，不同在于前加一“环”取代基的位置用阿拉伯数字表示编号以取代基的位置最小为原则2020/1/3026（1）单环环烷烃的命名CH3CH3123451，2－二甲基环戊烷123456CH2CH3CH31－甲基－3－乙基环己烷31页习题2.62020/1/3027顺反异构当环上有两个碳原子各连有不同的原子和基团，相同基团位于环平面同侧的为顺式，在环两边的为反式。2020/1/3028CH3HCH3HCH3HHCH3CH3HCH3HCH3HHCH3或或顺－1，4－二甲基环己烷反－1，4－二甲基环己烷33页习题2.72020/1/3029集合环烷烃1231'2'3'环戊基环己烷cyclopentylcyclohexane1,1’-联环丙基（烷）1,1’-Bicyclopropyl1,1’-Bicyclopropane定义：两个或两个以上的环系各以一个碳原子用单键或双键直接相连而成的化合物称为集合环烷烃。2020/1/3030螺环化合物－共用一个碳原子CH2CH2CH2CH2CH2CH2螺[2.4]庚烷（）2020/1/3031螺环化合物的命名组成环的碳原子总数称为某烷加上词头“螺”两个环的碳原子数，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。2020/1/3032例子CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2即螺[3.4]辛烷2020/1/3033桥环化合物—共用两个及以上碳原子CH2CH2CHCHCH2CH2CH2桥头碳双环[2.2.1]庚烷2020/1/3034双环化合物的命名组成环的碳原子总数称为某烷加上词头“双环”各“桥”的碳原子数，按由大到小的次序写在“双环”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。2020/1/3035螺环和桥环化合物的编号规则螺环:从连接在螺原子上的一个碳原子开始,先编较小的环,然后经过螺原子再编第二个环.桥环:从一个桥头碳开始,先编最长的桥至第二个桥头,再编较长的桥,依次编号.取代基的位置号码之和较小为原则。2020/1/3036CHCH2CH2CH2CH2CH2CH31234657CH3CH31234567895－甲基螺[2.4]庚烷1,7-二甲基双环[3.2.2]壬烷2020/1/3037CH3CH311223344556677888,8－二甲基双环[3.2.1]辛烷双环[2.2.2]2,5,7-辛三烯33页习题2.72.3烷烃和环烷烃的结构用物理方法测得甲烷分子为一正四面体结构，碳原子居于正四面体的中心，和碳原子相连的四个氢原子，居于四面体的四个角，四个碳氢键键长都为0.110nm，所有H—C—H的键角都是109．5°甲烷的结构2020/1/3039sp3杂化的碳原子几何构型：四面体2020/1/3040甲烷的结构CHHHH2020/1/3041甲烷的球棍模型2020/1/3042甲烷的比例模型2020/1/3043乙烷的结构CH3CH3C2H6每个碳原子为正四面体结构C—H键长=110pmC—C键长=153pm2020/1/3044sp3–sp3σ键sp3–1sσ键1个C－Ｃσ键6个C－Hσ键2020/1/3045σ键的特性：•σ键呈圆柱形对称，键能较大，可极化性小，可沿键轴自由旋转。•由于σ键是沿成键轨道方向交盖而成，在碳链中，C－C－C的键角保持接近109.5°。对于直链烷烃，其三维形状是曲折形，而不是直线形。2020/1/3046乙烷的球棒模型2020/1/3047乙烷的比例模型2020/1/3048乙烷的棍棒模型2020/1/3049正丁烷的球棒模型正丁烷的比例模型正十五烷2020/1/30502.3.2环烷烃的结构与稳定性环烷烃随着环的大小不同，其稳定性不尽相同。燃烧热：1mol化合物完全燃烧生成CO2+H2O放出的热量通过测定分子燃烧热可以确定环烷烃内能的大小烷烃分子中，每个亚甲基的燃烧热平均658.6KJ/mol2020/1/3051表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃烧热/(kJ·mol-1)环丙烷32091697环丁烷42744686环戊烷53320664环己烷63951659环庚烷74637662环辛烷85310664环壬烷95981665环癸烷106636664环十五烷159885660开链烷烃659名称环大小与开链烷烃燃烧热的差/(kJ·mol-1)382750356512020/1/3052环丙烷的结构：CH2CH3CH3109.5°CCCHHHHHH60°114°105.5°丙烷及环丙烷分子中碳碳键原子轨道交盖情况2020/1/3053环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。环己烷环戊烷环丁烷环丙烷环烷烃的稳定性：37页习题2.82020/1/30542.4烷烃和环烷烃的构象37页构造构型构象44页习题2.102020/1/3055由于σ键呈圆柱状对称，C－Ｃ单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的其它原子或基团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象——构象(conformation)。2.4.1乙烷的构象由此产生的异构体——构象异构体(conformers)2020/1/3056乙烷的构象—棒球模型交叉式重叠式2020/1/3057HHHHHHHHHHHH重叠式交叉式乙烷的透视式构象2020/1/3058乙烷的newman投影式HHHHHHHHHHHH重叠式交叉式2020/1/30590°60120°180°240°300°360°12kJ/mol2020/1/3060丁烷的构象及其能量CH3CH3HHHHHHCH3CH3HH全重叠式全交叉式2020/1/3061CH3HHH