第二章烷烃和环烷烃

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第二章烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃
致分子中原子或基团在空间的排列方式不同而产 生的立体异构现象——构象异构。这种空间排列 方式——构象 conformation
(1)乙烷的构象
H3C CH 3
当C-C键旋转时, 可产生无数个构象
有两种典型conformation:
乙烷的两种典型构象的表示方法
优势构象
交叉式 staggered
H
重叠式 eclipsed
作业:P130 /1, 6, 7 ,8; P105 / 8(3) (4) *C2-C3键旋转 阅读Section 1. Alkanes and Cycloalkanes 全文
翻译 1.1第一段,1.2.2第一段,1.2.3 第四段
CH3 CH3 CH C Br
CH3 CH3
四、环烷烃的异构现象
1. 顺反异构 cis-trans isomer (P84) 环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构
HH
H
CH 3
CH 3 CH 3
顺-1,2-二甲基环丙烷
CH 3 H
反-1,2-二甲基环丙烷
练习:写答出案: 1-甲基-3-乙H基环己烷的顺反异构体CH 3
伯碳(1°):一级碳原子,只与1个其他碳原子直接相连
仲碳(2°):二级碳原子,只与2个其他碳原子直接相连
叔碳(3°):三级碳原子,只与3个其他碳原子直接相连
季碳(4°):四级碳原子,只与4个其他碳原子直接相连
CH3
CH3
H3C
C CH2
3° 2°
H
伯氢(1°H):伯碳上的H
仲氢(2°H):仲碳上的H
练习:预测2-甲基丁烷在室温下进行氯代反应所得的一氯代物
Cl
答 案 : C3 C H H C2C H H 3 +C 2l 光 C3 C H C2 C H H 3

有机化学第章烷烃和环烷烃

有机化学第章烷烃和环烷烃

脂环烃:碳原子之间相互连成环,其性质类似链烃 的碳氢化合物。
脂环烃
饱和脂环烃,又称环烷烃,通式:CnH2n
不饱和脂环烃
环烯烃 环炔烃
单环脂环烃:分子中只有1个碳环。 环丙烷
环丁烷
分子中含有两个或两个以上碳环结构的脂环烃称为双环或 多环脂环烃。
两个碳环共用一个碳原子的脂环烃,称为螺环烃(spiro hydrocarbon)。“螺”字表示两个碳环只共用一个碳原子,此 碳原子称为螺原子。
Alkyl group names are obtained by removing the –ane from the alkane name , and replacing it with -yl
中文名 英文名 中文名 英文名 甲烷 methane 甲基 methyl 乙烷 ethane 乙基 ethyl 丙烷 propane 丙基 propyl 丁烷 butane 丁基 butyl
2. 编号:从第一桥头(共用碳原子)开始,沿最长桥路到第二桥 头,再沿次长桥路回到第二桥头,然后编最短的桥路。(先编大 桥,再编小桥)。取代基的位置最小。
3.命名: 某基二环[n.m.p]某烷。 n.m.p---指各桥路上碳原子数。
2 1
3
7
4
6
5
8 6
4 5
7 1
2
3
1-甲基二环[4.1.0]庚烷
Homolog
同系物: 同系列中各化合物互称同系物。
同系列差:相邻两个同系物在组成上的不变差数 CH2。
烷烃中的伯、仲、叔、季碳原子。
伯碳原子:只与1个碳原子直接相连的碳原子。 (primary) 也称一级碳原子,以1° 表示。 仲碳原子:只与2 个碳原子直接相连的碳原子。 (secondary) 也称二级碳原子,以2 ° 表示。 叔碳原子:只与3 个碳原子直接相连的碳原子。 (tertiary) 也称三级碳原子,以3 ° 表示。 季碳原子:与4个 碳原子直接相连的碳原子。 (quaternary) 是四级碳原子,以4 ° 表示。

第二章 烷烃和环烷烃

第二章 烷烃和环烷烃

第二节 同系列和同分异构现象
一、同系列和同系物 • 烷 烃 的 分 子 通 式 为 CnH2n+2 , 环 烷 烃 的 分 子 通 式 为 CnH2n。 • 凡是具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合 物称为同系列(homologous series)。 • 同系列中的化合物互称同系物(homolog)。 • 同系物具有相似的化学性质,物理性质也随着碳链的 增长而表现出有规律的变化。
第 二 章 烷烃 环烷烃
exit
烃(hydrocarbons):
只含有C、H 两种元素的化合物 —— 碳氢化合物
碳原子之间均以C-C单键相连,其 余的价键均为H原子所饱和。 (saturated 烷烃 (alkanes) :甲烷、乙烷等; hydrocarbons) 环烷烃(cycloalkanes):
三级戊基 (Tert or t )
三级丁基 叔丁基
新戊基 (neo)
*3 有机化合物系统命名的基本格式
构型 +
R, S; D, L; Z, E; 顺,反
取代基
+
母体
官能团位置号 +名称
取代基位置号 + 个数 + 名称
(有多个取代基时,中文按顺 (没有官能团时 序规则确定次序,较优的在后。 不涉及位置号) 英文按英文字母顺序排列)
(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(P27) 。
(2) 支链烷烃的命名 *1 碳原子的级
CH3 H3C C CH3 CH2 CH3 CH
1oH 2oH 3oH

第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃

第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃

3
5
CH
3
HC CH
4
CH
烷烃:饱和开链烃。 特征:C与C以单键相连,其余价键都为氢原子饱和。 通式为:CnH2n+2
环烷烃:饱和环烃。 特征:C与C以单键相连成环,其余价键都为氢 原子饱和。 通式为:CnH2n (单环烷烃)
烷烃和环烷烃统称为饱和烃
烷烃和环烷烃主要存在于石油和天然气中, 天然气主要由甲烷以及少量的乙烷、丙烷和丁烷 组成。石油是一种复杂混和物,主要是含1到40个 碳原子的烃,通过精馏可以将石油分离成沸点不 同的有用馏分。 天然气: 汽油: 煤油: 柴油: 沥青: CH4~C4H10 C5H12~C12H26 C12H26~16H34 C15H32~C18H38 C20以上
烷基自由基



烷基自由基的类型
烷基自由基的结构
烷基自由基的稳定性:叔〉仲〉伯
烷基自由基的稳定性与C-H的均裂能有关:
CH3CH2CH2-H
离解能 (kJ/mol) 410
(CH3)2CH-H (CH3)3C-H
397 381
在烷烃氯化反应中,产生烷基自由基的步骤 是整个反应中最困难的一步。是控制反应速度的 步骤。生成的烷基自由基越稳定,所需的活化能 越小,反应越容易。
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
正己烷
(CH3)2CHCH2CH2CH3
异己烷
(CH3)3CCH2CH3
新己烷
• 系统命名法:
采用IUPAC(International Union of Pure and Applied Chenistry)国际纯粹与应用化学联合会的命 名原则,结合我国文字特点制定的。
键旋转引起的位能变化曲线

第二章 烷烃和环烷烃

第二章  烷烃和环烷烃
CH3 甲基 Me (正)丙基 Pr C H3C H2 乙基 Et i -Pr C H3C HC H 异丙基 3
C H3C H2C H2 C H3C H2C H2C H2 C H3C HC H 2 C H3
(正)丁基 Bu 异丁基 i -Bu
C H3C HC H C H3 仲丁基 2 s-Bu C H3 C H3 C C H3 叔丁基 t-Bu
在生理状况下,机体自由基一方面不断产 生,另一方面又不断清除,活性氧处于产生与清 除平衡状态。一旦活性氧的产生和清除失去平衡 ,过多的自由基就会造成对机体的损害,从而引 起多种疾病,并可诱发癌症和导致衰老。 天然抗氧化酶系统:超氧化物歧化酶(SOD) 、 过 氧 化 氢 酶 ( CAT)、 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 (GSH-Px)
构象异构
(一) 烷烃的构造异构(constitutional isomerism)
戊烷有3种碳链异构体
CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3
正戊烷 异戊烷
CH3 CH3-C-CH3 CH3
新戊烷
碳原子数 异构体数 4 5 6 7 2 3 5 9
碳原子数 8 9 10 20
异构体数 18 35 75 366 319
天然抗氧剂(自由基清除剂):VE、 Vc、 2巯基乙胺、谷胱甘肽、辅酶Qn(泛醌)、-硫辛酸 等
第二节 环 烷 烃
一、脂环烃的分类和命名
(一) 分类 C3-C4
根 据 环 数 多 少 分
小环 普通环
单脂环烃
C5-C6
C7-C12
中环
C13以上 大环 多脂环烃 桥环 螺环
(二) 命名
1. 单脂环烃: 在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo

2第二章烷烃和环烷烃

2第二章烷烃和环烷烃

H
109°28′
1.09×10 –10m
415 kJ/mol
2 乙烷的结构
H H
H H
H H C C H H H
H
H
C C
H
H
H H
H
乙烷的分子轨道示意图
烷烃碳链的锯齿状
伯碳原子(1 ):与一个碳原子相连 仲碳原子(2 ):与两个碳原子相连


仲(20)
碳 原 子 类 型
CH3 CH3 季(40)
b
d
二 环烷烃的结构与稳定性
电子云偏向
环平面外侧, 容易受等亲
共价键的形成是由于原子轨道相互交叠的结果, 交叠程度越大,键越稳定。sp3杂化轨道沿轨道 对称轴(两个成键原子连线)方向实现最大交盖, 形成109028′的键角。
弯曲键(香蕉键)
SP3杂化轨道扭 偏了一定角度
电试剂进攻,
故似烯烃进 行加成反应。
辛、壬、癸;10个碳以上,用数字十一、十二等表示。
如:C6H14 己烷 C8H18 辛烷 C12H26 十二烷
2 烷烃的命名 区别异构体用“正”、“异”、“新”。
直链烷烃——叫“正” CH3 具有 CH3-CH- 结构(端位第二个碳原子有2个CH3)——叫“异”
CH3 具有 CH3-C- 结构,即(端位第二个碳原子有3个CH3)——叫“新” CH3
(C-C 键能为345.6 KJ/mol;C-H 键能为415.3 KJ/mol)
烷烃的稳定性不是绝对的,在一定条件下 (如光、高温或催化剂的影响下)也可以 发生某些反应。
一 氧化反应
C n H 2n+2
3 n +1 + ( ) O2 2

《烷烃和环烷烃》课件

《烷烃和环烷烃》课件

第二章 烷烃和环烷烃
8
例1 CH3-CH2 5
32 1
CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3
CH2
CH3
CH3
3-甲基-5-乙基辛烷
取读 代作 基: 位位 次
连基 母
字名 体


例2 CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3 CH3 CH3
2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷 2,5-甲基-3,4二乙基己烷 2,5-2甲基 3,4-2乙基己烷
8 7 65 43 2 1
CH3
2024/8/14
22
第二章 烷烃和环烷烃
2、确定取代基小结
(给主链编号)
(1)近取代基端编号;
CH3
CH2CH3
(2)若两个不同取代 基位于相同位次时, 按次序规则使小取代
CH3CH2CHCH 2CHCHCH 2CH2CH3 CH2CH2CH3
CH3 CH3
基编号较小(不考虑 下一个取代基);
12
456
例3 6CH3-5CCHH-3CH2—3CCHH—2CCHH—3 1CH3
CH3 CH3
2,5-二甲基-3-异丙基己烷 2,5-二甲基-4-异丙基己烷
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第二章 烷烃和环烷烃

CH3 CH3
C7 H3C6 H25CH4CH3CHC2 HC1H 3 CH2 CH3

CH2 CH3
正戊烷
(CH3)2CHCH2CH3 (CH3)2C(CH3)2
异戊烷 新戊烷
第二章 烷烃和环烷烃
碳链异构的特点:
随着分子中碳原子数目增加,异构 体数目急剧增加。
例: C6H14 异构体数目 5个

2.烷烃和环烷烃

2.烷烃和环烷烃

③ 写出少二个碳原子的直链式为主链
CH3 H3C C CH3
CH3
新戊烷
第一节 分类、构造异构和碳原子的级
烃:仅由C、H两种元素组成的化合物。
烷烃 脂肪烃 烯烃 烃 脂环烃 炔烃
芳香烃
(2)单环烷烃的构造异构 环的大小和环上取代基的不同而引起的异构; 与单烯烃互为异构。
C4H8
H2C C CH3 CH3
e
四、环己烷的构象
1、椅式、船式和扭船式构象 角偏差(α) = (109.5o-120o) / 2=-5.25o 较大。
通过环内C-Cσ键旋转,调整其内角接近109.5o, 使完全无角张力——椅式和船式构象。
(1)椅式构象
H
H
H
5
H
6
H
1
H
4
3H
H
H
2
H
H
① 无角张力。
② C1、C3、C5上或C2、C4、C6上处于竖直向上或 向下的三个氢原子间距离为2.3Å,约等于氢原子范 德华半径之和(2.5Å)——无范德华排斥力(跨环张力)。
把支链作为取代基。
1、常见的烷基: 相应的烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团。
通式:CnH2n+1
常以 R- 表示
甲基(Me)—— CH3乙基(Et) —— C2H5-
异丙基(i-Pr)—— H3C CH
CH3
正丁基(n-Bu)—— CH3CH2CH2CH2-
异丁基(i-Bu)—— H3C CH CH2
一、烷烃的结构
结构
C:sp3 Csp3-Hs Csp3-Csp3 σ键
1、σ键:轴向重叠形成的共价键(头碰头), 呈圆柱形轴对称。
2、σ键特性 ① 原子轨道轴向重叠(重叠程度大,键较牢固)。 ② 成键轨道呈轴对称,可“自由旋转”。
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HH
0°Newman投影式H
H 60°H
H H
H H
H
H
H
重叠式(顺叠式)构象 交叉式(反叠式)构象
乙烷不同构象的能量曲线图
交叉式构象最稳定, 重叠式构象最不稳定。
(2) 正丁烷的构象
正丁烷沿C2和C3之间的σ键键轴旋转有四种典型构象。
CH3
H
H
H
H
CH3
对位交叉式 (反错式)
HCH3
H H3C
H H
伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子
H H CH3CH3 H C C C C CH3
H H H CH3 1。 2。 3。 4。
4种碳原子,3种氢原子。
2.2 命名
2.2.1 烷烃的命名
(A)烷基
(1) 常见烷基
CH3
CH3CH2
甲基(Me-) 乙基(Et-)
CH3CH2CH2 CH3CHCH3 丙基(Pr-) 异丙基(i-Pr-)
CH2 亚甲基
CHCH3 亚乙基
CH2CH2 1,2-亚乙基
C(CH3)2 亚异丙基
CH2(CH2)4CH2 1,6-亚己基(或六亚甲基)
(B)普通命名法(习惯命名法)
• 碳原子数用“天干”字——甲、乙、丙、丁、戊、己、
庚、辛、壬、癸和十一、十二……等数目字表示。
• 用“正”、“异”、“新”等前缀区别不同的构造异构
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH CH3
2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷
CH3
2.2.2 环烷烃的命名
•A. 单环脂环烃
(a) 在相应烷烃名称前加“环”字,称为“环某烷”;
(b) 使所有取代基编号尽可能小;
CH3
5 6 1 CH3
CH3
1
6
2
甲基环戊烷
4 3 2 CH3
1,2-二甲基环己烷
5
3 CH2CH3
4
1-甲基-3-乙基环己烷
CH3
CH3
H
H
顺-1,3-二甲基 环丁烷
H
H CH3
CH3
反-1,3-二甲基环 丁烷
HH
CH3 CH3
顺-1,4-二甲基 环己烷
H CH3
CH3 H
反-1,4-二甲基 环己烷
•B. 二环脂环烃
指分子碳架中含有两个碳环的烃。它又分为:
9885
660
环庚烷 7
4637
662
开链烷烃
659
由环丙烷到环戊烷,随环增大,每个亚甲基单元的燃
烧热依次降低;由环己烷开始,亚甲基单元的燃烧热趋于恒 定。
(3 )环丙烷和环丁烷的结构
由于角张力作用,使得环丙烷分子不稳定。
Angle strain
从环丁烷开始,成环碳原子均不在同一平面上。
环己烷分子中无张力;而七到十二个碳原子组 成的环烷烃,环内氢原子间的扭转张力使它们的稳 定性略有下降。
• 假定碳—碳键角的变形会产生张力,键角变形越大,张力 越大
Small ring
medium ring
Torsion angle
偏转角越小,环越稳定,反应活性越小。
(2 )燃烧热 判断环烷烃的稳定性
燃烧热 指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的 能量,其大小反映了分子能量的高低。
名称
成环 分子燃烧热 碳数 /KJ·mol-1
CH3 CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH3
CH CH3 CH3
5-丙基-4-异丙基壬烷
9
CH3
8
CH2
76
CH CH2
CH3
54
CH2 CH CH2 CH3
321
CHCH2CH3
3,7-二甲基-4-乙基辛烷 CH3
(5) 支链的命名
CH3
CH3 C CH2 CH3
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
部分重叠式 (反叠式)
H3C H
CH3 H
H H
邻位交叉式 (顺错式)
H3CCH3
H H
H H
全重叠式 (顺叠式)
正丁烷不同构象的能量曲线图
2.4.2 环烷烃的构象 Conformation
(1)环丙烷和环丁烷的构象
(2)环戊烷的构象
环戊烷 rotamer
蝴蝶型(环丁烷)
信封型
扭曲型
Envelope conformation twist conformation
例如:
H HCH
H
HH HCCH
HH
HHH HCCCH
HHH
HHHH HCCCCH
HHHH
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
2、环烷烃 nomenclature
单环烷烃通式为:CnH2n,n为碳原子个数。 双环烷烃通式为:CnH2n-2,n为碳原子个数。
单环脂环烃
CH3
二环脂环烃
螺环烃 桥环烃
7 6
1
3
5 4
2
2.1.2 构造异构
5
4
2,8-二甲基-1-乙基二环[3.2.1]辛烷
5
4
6 7 CH3
3
1
CH3 2
CH3
3,7,7-三甲基二环[4.1.01,6]庚

(b) 螺环烷烃 spiro compound
• 二环螺环烃命名时以“螺”为词头,称“螺某烷”;
• 将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数
字表示,用圆点分开放在方括号中,括号放在“螺”
CH2CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
环戊烷 甲基环丁烷 乙基环丙烷 1,1-二甲基环丙烷 1,2-二甲基环丙烷
(B)顺反异构
HH
顺-1,4-二甲基 环己烷
CH3 CH3
熔点:87.4
沸点:124.3
H CH3 CH3 H
反-1,4-二甲基 环己烷
分类
(2) 按“最低系列”原则编号
1
23
4
5
6
7
CH3 CH CH CH CH2 CH2 CH3
CH3 CH3 CH CH3
CH3
1
2
34
5
6
CH3 CH CH CH2 CH CH3
CH3 CH3
CH3
(3) 一些主要官能团按优先递减排序
后列出 -COOH , -SO3H , -COOR ,
-COCl , -CONH2 ,
(3)环己烷的构象 环己烷的六个成环碳原子不共平面,C-C-C键角为
109.5°,是无张力环。 环己烷有椅型和船型两种极限构象:
椅型 chair conformation 船型 boat conformation
椅型构象和船型构象可以互相转变。船型环己烷比椅
型能量高30kJ·mol-1,常温下平衡体系主要以稳定的椅型构 象存在。
(1 ) 烷烃的同系列和同系
同系列:通式相同,组成上相差“CH2”及 其 整倍数的一系列化合物。
同系物: 同系列中的各个化合物互为同系物。 系 差: “CH2”称为系差。
H
H
H
C H HCH H
H
C HH
H HCCH
HH
HHH
C
HCCCH H
HHH
HHHH HCCCCH
HHHH
(2) 烷烃的构造异构 构 造: 分子中原子互相连接的方式和次序
同分异构体: 分子式相同,构造不同的一类化合物
同分异构现象,构造异构体
CCCC
CC C C
戊烷的3个同分异构体 C
C
C
CCCCC
正戊烷
C CC CCC
CC C C
C
2,2-二甲基丙烷
C
C
C 2-甲基丁烷
丁烷的2个同分异构体
CH3
CH3 CH2 CH2 CH3
正丁烷
沸点:
-0.5 ℃
CH3 CH CH3
a
y
a
e a
e
e
a
a
e
e
a
e
a
a
a a
a
e
e
e
a
e
e e
(5)环己烷椅式构象的翻环作用
环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时,原来 的a键都变为e键,原来的e键都变为a键。
Axial bond
equatorial bond
一取代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取代 基越大,这种优势越明显。
第二章 烷烃和环烷烃
2.1 分类、同系列和构造异构 2.2 命名 2.3 结构 2.4 构象 2.5 物理性质 2.6 化学反应 2.7 来源与用途
2.1 分类、同系列、构造异构
2.1.1 分类
烃:由碳和氢两种元素组成的化合物。其中,饱和、 开链的称为烷烃,饱和、环状的称为环烷烃。
1、 烷烃 通式为:CnH2n+2,n为碳原子个数。
异丁烷
-11.73℃
烷烃构造异构体的数目
碳原子数
1~3 4 5 6 7
异构体数
1 2 3 5 9
碳原子数
8 9 10 15 20
异构体数
18 35 75 4,347 366,319
(3) 环烷烃的同分异构 isomerism
环烷烃的构造异构现象比脂肪烃复杂,如环烷烃C5H10的 构造异构体有:
(A)构造异构
-CH2-的 平均燃烧热
/KJ·mol-1
名称
成环 碳数
分子燃烧热 /KJ·mol-1
-CH2-的 平均燃烧热
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