2.饱和脂肪烃(烷烃)

对应《有机化学》汪小兰第二章饱和烃(烷烃)本章目录2.1烷烃的通式、同系列和构造异构42.2烷烃的命名122.3.烷烃的结构302.4.乙烷和丁烷的构象332.5烷烃的物理性质432.6.烷烃的化学性质46烃：分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物（P12)烃的分类：烃开链烃碳环烃饱和烃（烷烃）不饱和烃脂环烃芳香烃饱和脂环烃烯烃不饱和脂环烃单环芳烃稠环芳烃非苯芳烃二烯烃炔烃CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CHCHCH3CH2CHCHCH2S2.1烷烃的通式、同系列和构造异构（P12)2.1.1.烷烃的通式：CnH2n+22.1.2同系列和同系物（homologouscompound）组成上相差一个或多个CH2并具有相同通式的且结构和性质相似的一系列化合物叫同系列,CH2称为系差，同系列中的各化合物互称同系物。能举出例子吗?2.1.3烷烃的构造异构（P12)烷烃的构造异构主要讨论碳胳异构A:CH3CH2OH,B:CH3OH,C:CH3OCH3下面的A.B.C中哪些互称同系物？烷烃碳胳异构体的推导方法烷烃异构体推导常用的方法是缩短碳链法。例如：推写出C6H14的所有同分异构体1、先写直链的:CCCCCC2、拿掉一个碳原子作为甲基，其余五个碳原子做主链，放在不同位置上得到2，3、4CCCCCCCCCCCCCCCCCC3、再拿掉一个碳变成两个甲基，放在主链不同位置上，得到5、6、7。CCCCCCCCCCCCCCCCCC4、支链长度必须小于主链的一半，支链只能为甲基。因此，C6H12的异构体数目为5个。即：CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC依次规律写出C7H14的所有构造异构，总共九个。1.CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH32.CH3CHCH2CH2CH2CH3CH33.CH3CH2CHCH2CH2CH3CH34.CH3CHCHCH2CH3H3CCH35.CH3CHCH2CHCH3CH3CH36.CH3CCH3CH3CH2CH2CH37.CH2CH2CCH2CH3CH3CH38.CH3CH2CCH2CH3HCH2CH39.CH3CCCH3CH3CH3CH3要求掌握给出分子式的化合物的全部构造异构的办法，七个碳原子有九个，八个碳原子有十八个，九个碳原子有七十五个异构体。实际上最多写七个碳原子。2.1.3.碳原子和氢原子的类型（P13)根据某一个碳原子上所连的碳原子的数目可将碳原子分为伯、仲、叔、季四类，分别用1°、2°、3°、4°表示，连在伯、仲、叔碳原子上的氢分别称为伯氢、仲氢和叔氢。CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3伯碳仲碳叔碳季碳伯氢仲氢叔氢2.1.4、烷基（Alkyl）(P14)烷烃去掉一个氢原子后所剩下的部分叫烷基，用R（Radical）表示。有机物中常见的烷基有：CH3甲基(methyl，Me-)CH3CH2乙基（ethyl,Et-）CH3CH2CH2正丙基（n-propyl,n-Pr-）CH3CHCH3异丙基（iso-propyli-Pr-）CH2CHCH2CH3正丁基（normalbutylorn-butyl,n-Bu-）CH3CHCH2CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3异丁基（isobutyl）叔丁基（tertiarybutyl）CH3CCH3CH3CH2-新戊基仲(另)丁基（secondarybutyl）CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CCH2H2.2.1.习惯命名法（也称普通命名法）（P14)（异戊烷）习惯命名法命名直链烷烃时，与系统命名法相同(多正字)。习惯命名法命名有支链的烷烃时，一般只适合于简单的烷烃。（正丁烷）（异丁烷）（正戊烷）（新戊烷）2.2烷烃的命名（P13)CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH异辛烷异辛烷中的异不符合命名的规定，是一个特例。二甲基，正丙基，异丙基甲烷CH3CHCH3CH3CH3CCH2CH2CH3甲烷又称沼气2.2.2.(甲烷)衍生物命名法以甲烷为母体,其它部分都作为取代基来命名.(一般总是选连有烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子)2.2.4俗名（通常根据来源命名）又如P39-2-(6)(7)(8)2.2.3.系统命名法：IUPAC(P14-16)CCS(ChinaChemicalSociety)(1)直链烷烃的命名:含10个碳原子以内的直链烷烃,从1-10依次用天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸加上烷来命名;而含碳原子10个以上的直链烷烃,用数目加上烷来命名。第一条规则：将各种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列，原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高的顺序在前。A.顺序规则IBrClFONCDH不同原子按原子序数排列同位素按质量数由高到低的顺序排列(2)支链烷烃的命名CHOHHCHCCCClHHHHHHHCHCCCHHHHHHHHHHHOCH2CH2CHCH3CH3CH2CHCH3CH2Cl12341234第二条规则若多原子基团的第一个连接原子相同，则比较与它相连的其它原子，先比较原子序数最大的原子，再比较第二大的，依次类推。若第二层次的原子仍相同，则沿取代链依次相比，直至比出大小为至。CCHCHCH2CH(CH3)2CCCCCHHHHHCCCHHHHHHHCCCCCHCCCCCHH第三条规则含不饱和键时排列顺序大小的规则：连有双键或叁键的原子可以认为连有两个或三个相同的原子。构型+取代基+母体R,S;D,L;Z,E;顺,反取代基位置号+个数+名称(有多个取代基时，中文按顺序规则确定次序，小的在前。英文按英文字母顺序排列)官能团位置号+名称(没有官能团时不涉及位置号)iso,neo参加比较i（异）,n-（正）,sec（二级）,tert（三级）,cis（顺）,trans（反）,di（二个）,tri（三个）,tetra（四个）不参加比较。B.有机化合物系统命名的基本格式C.命名步骤（A）确定主链：链的长短（长的优先），侧链数目（多的优先),侧链位次大小（顺序小的优先），各侧链碳原子数（多的优先），侧分支的多少（少的优先）。（B）编号：按最低系列原则编号。最低系列原则：使取代基的位置号码尽可能小。若有多个取代基，逐个比较，直至比出高底为止。（C）按名称基本格式写出全名。[注意]1）相同取代基数目用汉文数字二三...表示；2）取代基位号用阿拉伯数字表示；3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。c.命名:中文名称：2,3,5-三甲基己烷英文名称：2,3,5-trimethylhexaneCH3CHCH2CHCHCH3CH3CH3H3C6543212,3,51234562,4,5b.编号:第一行取代基编号为2,4,5;第二行取代基编号为2,3,5;根据最低系列原则,用第二行编号。a.确定主链:最长链为主链。实例一实例二CH3CH2CH2CHCHCHCHCH3CH2CH2CH3CH3CH3CH38765432112345678678a.确定主链：有两个等长的最长链。比侧链数:一长链有四个侧链，另一长链有二个侧链，多的优先。b.编号：第一行取代基编号4,5,6,7第二行取代基编号2,3,4,5;根据最低系列原则,选第二行编号c.命名：中文名称：2,3,5-三甲基-4-丙基辛烷实例三CH3CH2CHCHCH2CHCH3CH3CH2CHCH3CH3CH376532142345671567(1)确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。一长链侧链位次为2,4,5;而另一长链侧链位次为2,4,6,小的优先。(2)编号：黑色编号侧链位次2,4,5;蓝色编号侧链位次3,4,6。按最底系列原则选黑色编号。(3)命名：2,5-二甲基-4-异丁基庚烷;或2,5-二甲基-4-(2-甲丙基)庚烷CH3CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH2CHCH2CHCH2CH313121110987654321123456789101112138910111213实例四(1).确定主链：有两根等长的最长链。侧链数均为5。侧链的位次均为3，5，7，9，11。侧链的碳原子数由小到大依次为：1，1，1，2，8和1，1，1，1，9；根据多的优先原则，选择1，1，1，2，8优先。(2).编号：第二行编号和第一行编号取代基位次等同(均为3,5,7,9,11)，此时用最底系列原则无法确定选那一种编号，则用下面方法确定编号。中文，让顺序规则中顺序较小的基团位次尽可能小，所以，取第二行字编号。英文，按英文字母顺序，让字母排在前面的基团位次尽可能小，所以取第一行编号。(3).命名：中文3,5,9-三甲基-11-乙基-7-(2,4-二甲基己基)十三烷英文7-(2,4-dimethylhexyl)-3-ethyl-5,9,11-trimethyltridecane实例五CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH2CH2CHCHCH3CH3123457891011123456789101112345678111096(1).确定主链：有两根等长的长链。两根长链均有两个侧链。侧链位次均为4,5。侧链的碳原子数均为3,7。黑字长链4位无侧分支，5位有侧分支。绿字长链4,5位侧链均有侧分支。侧分支少优先。黑字长链优先(2).编号：黑字编号，取代基位置4,5。蓝字编号取代基位置7,8。取黑字编号。(3).命名：中文命名4-丙基-5-(1-异丙基丁基)十一烷英文命名5-(1-isopropylbutyl)-4-propylundecane2.3.烷烃的结构（P16)2.3.1.碳的SP3杂化和σ键的形成基态时C：1S22S22Px12Py12Pz0sp3杂化激发态sp3CHHHHCsp3HsCHHHH四个C-Hσ键CCHHHHHH六个C-Hσ键一个C-Cσ键C-Hσ键C-Cσ键σ键的定义*1.电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。*2.σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫σ键。σ键的特点C-C键长:0.154nmC-H键长:0.107nm键能:345.6kJ/mol键角:109.5o；楔型式实线-键在纸平面上;楔线-键在纸平面前;虚线-键在纸平面后。2.3.2烷烃分子立体形状书面表示方法之一：CCHHHHHH2.3.3烷烃分子立体形状模型表示法①棒球模型又叫凯库勒模型（Kekulé模型）②比例模型又叫斯陶特模型（Stuart模型)类似P28图2-13所示2.4.乙烷和丁烷的构象（P19-21)2.4.1基本概念构象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。构象异构体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。两面角HH单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度()，称为两面角。重叠式构象。两面角为0°时的构象交叉式构象。两面角为60°时的构象扭曲式构象。两面角在0-60o之间的构象。伞式交叉式构象重叠式构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH伞式，锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物2.4.2.乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法锯架式纽曼式重叠式构象交叉式构象2.4.3.乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距0.110nm0.154nm109.3o60o0.250nm0.110nm0.154nm109.3o0o0.229nmE重叠E交叉E=12.1KJmol-1每个C-H、C-H重叠的能量约为4KJmol-1当二个氢原子的间距少于0.240nm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。