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第二章烷烃•烃：仅仅由碳和氢两种元素组成的化合物烃（碳氢化合物,hydrocarbons）。开链烃环状烃（脂肪烃）烷烃烯烃炔烃脂环烃芳香烃烃第二章烷烃•烷烃：分之中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。第二章烷烃§1-1同系列和构造异构一、同系列和同系物•最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷等（CH4,C2H6,C3H8,C4H10,C4H10,……）•烷烃的通式：CnH2n+2。•同系列：具有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。（如：烷烃相邻两个化合物相差CH2。）。•同系物：同系列中的化合物为同系物。第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、构造异构•同分异构：相同分子式，不同分子结构。CHCHHOHHHCHOHHCHHHC2H6O乙醇甲醚第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、构造异构•构造异构：分子中原子的连接次序和方式不同。•象正丁烷和异丁烷这样由于碳骨架发生改变产生的构造异构又称为碳干异构。C4H10CHCHHCHCHHHHHHCHCHHCHHHHCHHH正丁烷异丁烷第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、构造异构•构造式的书写方法：CHCCHCHCHHHHHHHHHCHCHHCHCHHCHHHHHHCH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CHCH2CH3CH3(CH3)2CHCH2CH3CH3(CH2)3CH3蛛网式简写式键线式第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、构造异构•烷烃构造异构体数目：表1烷烃构造异构体数目碳原子数目异构体数目碳原子数目异构体数目111115921123553113802421418585315435765203663197930411164676381840624911788058319351075第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、碳原子和氢原子类型•碳原子类型：与一个碳原子相连的碳原子为一级碳原子，伯碳原子，以10表示；与二个碳原子相连的碳原子为二级碳原子，仲碳原子，以20表示；与三个碳原子相连的碳原子为三级碳原子，叔碳原子，以30表示；与四个碳原子相连的碳原子为四级碳原子，季碳原子，以40表示。•氢原子类型：与伯碳原子相连的氢原子为伯氢原子，以10H表示；与仲碳原子相连的氢原子为仲氢原子，以20H表示；与叔碳原子相连的氢原子为叔氢原子，以30H表示。第二章烷烃§1-1同系列和构造异构二、碳原子和氢原子类型CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3CH3CH2CHC10304020CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3第二章烷烃§1-2命名一、普通命名法1.命名原则•根据碳原子数目命名为“某烷”。用天干十个字（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）及中文数字表示碳原子数目。•对于直链烷烃在母体前加词头“正（n-）”。•仅在碳链一端第2碳原子上带有一个甲基则命名为“异某烷”（iso-，i-）。•仅仅在碳链一端第2碳原子上带有两个甲基则命名为“新某烷”（neo-）。第二章烷烃§1-2命名一、普通命名法2.命名实例CH3CCH2CH3CH3CH3CH3(CH2)10CH3正十二烷新戊烷n-十二烷neo-戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3正戊烷异戊烷n-戊烷iso-戊烷,i-戊烷第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法1.系统命名法•1892年日内瓦国际化学会议首次制订了《有机化学系统命名原则》，称为日内瓦命名法。后来经过IUPAC多次修订，现称为《IUPAC命名法》。IUPAC推荐全世界化学工作者使用。•中国化学会根据《IUPAC命名法》，并结合我国汉字的特点，1960年制订了《有机化学命名原则》，1980年进行了修订。现要求全国化学工作者使用。[中国化学会《有机化学命名原则》(1980)]第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法1.系统命名法（续）•系统命名法适用于所有的有机化合物。•烷烃的命名：对于直链烷烃，根据烷烃分子中碳原子命名为“某烷”；对于含有支链的烷烃，将其看作直链烷烃的取代衍生物来命名。第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法2.烷基的名称•支链：烷烃去掉一个氢原子后的原子团，通式为CnH2n+1—，称为烷基，常用R-表示。•常见烷基：第二章烷烃表1常见烷基名称烷基结构烷基名称英文名称简写符号CH3-甲基MethylMeCH3CH2-乙基EthylEtCH3CH2CH2-丙基n-Propyln-Pr(CH3)2CH-异丙基i-Propyl,iso-Propyli-PrCH3CH2CH2CH2-正丁基n-Butyln-Bu(CH3)2CHCH2-异丁基i-Butyl,iso-Butyli-BuCH3CH2CH(CH3)-仲丁基s-Butyl,sec-Butyls-Bu(CH3)3C-叔丁基t-Butyl,tert-Butylt-Bu第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法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，若有多个取代基，应使所有取代基均有最低编号。第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法2.烷烃的系统命名原则（续）•书写化合物名称：(1)支链置前，位次和基名之间用“-”隔开；(2)简单取代基置前（英文以字母顺序排列）；(3)相同取代基合并，数目用中文数字表示，位次之间用“,”隔开。•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。第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法2.烷烃的系统命名实例CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH312345678123456784-乙基辛烷(4-ethyloctane)不正确命名:4-乙基-辛烷CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH31234CH356122-甲基-3-乙基己烷不正确命名:3-异丙基己烷3-ethyl-2-methylhexane第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法2.烷烃的系统命名实例4-丙基-8-异丙基十一烷4-isopropyl-8-propylundecaneCH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3CH2CH3CH2CH3CH2CH33,4,6-三乙基辛烷3,4,6-triethyloctane第二章烷烃§1-2命名二、系统命名法2.烷烃的系统命名实例123456782，7-二甲基-4-(2-丁基)辛烷2，7-二甲基-4-(1-甲基丙基)辛烷2，7-二甲基-4-仲丁基辛烷23仲丁基2-丁基1-甲基丙基第二章烷烃§1-3构型一、甲烷的构型1.甲烷的构型第二章烷烃§1-3构型一、甲烷的构型2.sp3杂化和σ键s+px+py+pz4sp3109.5o杂化杂化光或2P2P2SSP32S基态激发态杂化态激发第二章烷烃§1-3构型一、甲烷的构型2.sp3杂化和σ键CHHHHCHHHH第二章烷烃§1-3构型一、甲烷的构型2.sp3杂化和σ键σ键：成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键。σ键的特点：（1）电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。（2）可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。（3）结合的较牢固。因C-H键键能415.3KJ/mol，C-C键键能345.6KJ/mol第二章烷烃§1-3构型二、其他烷烃的构型CHHHH109.5o1.09ÅCHHCHHHH109.3o1.54Å1.10Å•碳原子都是以SP3杂化轨道与其他原子形成σ键，碳原子都为正四面体结构。•C-C键长均为0.154nm,C-H键长为0.109nm,,键角都接近于109.5°。•碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因σ键能自由旋转所致）。第二章烷烃§1-4构象一、乙烷的构象•构象：构造一定的分子，通过单键的旋转而引起的分之中各原子在空间的不同排布称为构象。•理论上讲，乙烷分之中碳碳单键的自由旋转可以产生无数种构象（用模型操作示意），但极限构象只有两种，即交叉式和重叠式。•构象通常用透视式或纽曼(Newman)投影式表示第二章烷烃§1-4构象一、乙烷的构象CHHCHHHH12HHHHHH12HHHHHH12伞形式锯架式Newman投影式第二章烷烃§1-4构象一、乙烷的构象HHHHHH60oC1旋转HHHHHH60oC1旋转HHHHHH交叉式构象扭曲式构象（有无数个）重叠式构象staggeredconformerskewedconformereclipsedconformer原子间距离最远内能较低（最稳定）键电子云排斥内能较高（最不稳定）第二章烷烃§1-4构象一、乙烷的构象第二章烷烃§1-4构象一、乙烷的构象•扭转张力：旋转中所须克服能垒。(a)电子云排斥(b)相邻两H间的vonderwaals排斥力•描述：一般情况下(T-250oC)，(a)单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。(b)一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。第二章烷烃§1-4构象二、丁烷的构象•以正丁烷的C2—C3键的旋转来讨论丁烷的构象，固定C2，把C3旋转一圈来看丁烷的构象情况。•在转动时，每次转60°，直到360°复原可得到四种典型构象。对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式第二章烷烃§1-4构象二、丁烷的构象CH2H3C12CH3HHHCH3HC2旋转交叉式（anti）（反交叉式）部分重叠式甲基间距离最远最稳定CH2CH334123460oCH3HHHHH3CCH3HHHHH3C60oCH3HHCH3HH60o60oCH3HHCH3HH……全重叠式邻位交叉式（gauche）邻位交叉式（gauche）甲基间距离最近最不稳定较稳定较不稳定第二章烷烃§1-4构象二、丁烷的构象060120degreesofrotation36030024018014.63.822.614.63.8potentialenergy(Kcal/mol)CH3HHHCH3HCH3HHHCH3HCH3HHHHH3CCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHHHH3CCH3HHHCH3H第二章烷烃§1-4构象二、丁烷的构象•四种典型构象的稳定性次序为：•对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式•相对能垒:03.3KJ/mol14.6KJ/mol18.4~25.5KJ/mol•室温时，对位交叉式约占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。第二章烷烃§1-5物理性质一、分子间作用力•偶极-偶极作用：极性分子间的相互作用力。•色散力：瞬时偶极之间的相互作用力.大小与分子的极化率、分子的接触面积有关。例：卤代烷的极化率RIRBrRClRF•氢键：含有O-H，N-H，H-F的化合物之间的相互作用力。通常只有原子半径较小、电负性强、有未共用电子对的原子才能形成氢键。氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。氢键具有方向性、饱和性。•分子间力的大小顺序：氢键偶极—偶极作用力色散力第二章烷烃§1-5物理性质二、沸点•随着碳原子数的递增，沸点依次升高。•碳原子数相同时，支链越多，沸点越低。原因：沸点的高低与分子间引力（包括静电引力、诱导力和色散力）有关。烃的碳原子数目越多，分子间的力就越大。支链增多时，使分子间的距离增大，分子间的力减弱，因而沸点降低。.9.5.27.9.36.1CCC(CH3)4C(CH3)2CHCH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3第二章烷烃§1-5物理性质三、熔点•随着碳原子数的递增，熔点依次升高。第二章烷烃§1-5物理性质三、熔点•碳原子数相同时，分子对称性越高，熔点越高。-130℃(CH3)4C(CH3)2CHCH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3-17℃-160℃第二章烷烃§1-5物理性质四、密度•碳原子数增加，密度有所增加，但均小于1。第二章烷烃§1-5物理性质五、