1、第二章 烷烴和環(huán)烷烴 (4章部分內(nèi)容)烷烴的同系列和同系物（定義）烷烴的命名烷烴的結(jié)構(gòu)及乙烷、丁烷的構(gòu)象，環(huán)烷烴及其衍生物的構(gòu)象分析烷烴的性質(zhì)（含物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)）烷烴的來源及制備1烴: 碳和氫的化合物22.1 烷烴(alkane)的構(gòu)造和同分異構(gòu)現(xiàn)象3甲烷 乙烷 丙烷 丁烷一. 同系列和同系物4CH4C2H6C3H8C4H10化合物結(jié)構(gòu)相似，而組成上相差CH2或它的倍數(shù)的許多化合物組成一個系列，叫同系列，其中各化合物稱同系物。56烷烴從丁烷開始有異構(gòu)現(xiàn)象，即分子式相同而構(gòu)造式不同的現(xiàn)象稱同分異構(gòu)現(xiàn)象, 二. 同分異構(gòu)現(xiàn)象又如, C5H12如，C4H10, 2甲基丙烷， 或異丁烷正丁烷7正戊

2、烷2-甲基丁烷2,2-二甲基丙烷81. 寫出最長鏈形式C-C-C-C-C-C3.寫出少兩個C的直鏈式，（兩種異構(gòu)體）。2.寫出少一個碳原子的直鏈，另一個碳當(dāng)支鏈取代直鏈碳 上的一個H原子（兩種異構(gòu)體）。 三. 構(gòu)造異構(gòu)及異構(gòu)體的推法1) 異構(gòu)體的寫法(C6H14)92)伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子：1o：伯；2o：仲；3o：叔；4o：季。10 伯碳原子(第一碳原子) 仲碳原子(第二碳原子) 叔碳原子(第三碳原子) 季碳原子113）有機化合物的異構(gòu)現(xiàn)象有多種形式，這種直鏈、 支鏈異構(gòu)僅是其中的一種，稱為碳架異構(gòu)。同分異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)立體異構(gòu)碳架異構(gòu)位置異構(gòu)官能團異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)12正丁

3、烷 異丁烷(2-甲基丙烷) 正戊烷 異戊烷(或 新戊烷(或 2-甲基丁烷) 2,2-二甲基丙烷)5 種異構(gòu)體C4H10C5H12C6H147個碳有9種異構(gòu)體; 10個碳有75種例如:132.2 烷烴的命名14一. 普通命名法（或稱習(xí)慣命名）:用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸等表示10碳以下的碳原子數(shù)目，十個以上就用十一、十二.等表示；用“正(n-)”代表無支鏈, “異(iso-)”代表側(cè)鏈, “新(new-)” 代表四個碳原子相連的化合物，如CH4 甲烷, CH3CH(CH3)2 2-甲基丁烷（或異丁烷） n-C11H24 正十一烷 (CH3)4C 新戊烷（或2，2二甲基丙烷） 15甲

4、乙丙丁戊己庚辛壬癸但以上命名法僅適用于簡單和碳原子較少的化合物。注意：在詞尾加上ane為某烷，加上yl稱某基163）烷基: 烴分子去掉一個氫原子而剩下的部分。17烷基（Alkyl）烷烴分子中從形式上消除一個氫的部分，通常用 R- 表示，英文 用 “ yl ” 替代 “ ane ”Methane Methyl CH3- Me Ethane Ethyl CH3CH2- Et n-Propane n-Propyl CH3CH2CH2- n-Pro CH3CH2CH3 isopropyl (CH3)2CH- i-Pron-Butane n-Butyl CH3CH2CH2CH2- n-BuCH3CH2C

5、H2CH3 sec-Butyl CH3CH2CHCH3 sec-Buiso-Butane iso-Butyl (CH3)2CHCH2- i-Bu (CH3)2CHCH3 tert-Butyl (CH3)3C- tert-Bu 部分烷基的英文表示：18Et乙基；Pr丙基；i-Pr異丙基；n-Bu正丁基t-Bu叔丁基（三級丁基）；Me甲基；Ar芳基Ph苯基；Ac乙?；?；R烷基常用基團的英文簡寫19International Union of Pure and Applied Chemistry 國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會二. 系統(tǒng)命名法IUPAC命名法20命名原則(共6條)：1) 選最長的鏈作為主

6、鏈，依碳原子數(shù)稱某烷，支鏈當(dāng)取代基 2) 支鏈的編號數(shù)最小，用1,2,3,4.表示, 而不用(1),(2),(3),(4).3) 支鏈名稱要寫在主鏈前面，不同取代基時，小的寫在前，大的 寫在后，幾個相同的取代基合并起來，用數(shù)字一，二，三,四 表明。所以上面的化合物命名為:3-甲基4,6-二乙基5正丙基壬烷3-methyl-4,6-diethyl-5-n-propyl-nonane21例2224) 當(dāng)有等長碳鏈為主鏈時, 則應(yīng)取含取代基最多的為主鏈。2,3,5-三甲基-4-正丙基-庚烷235) 如果碳鏈上任一端第一取代基的位置都相同，則應(yīng)使所 有取代基的位置的數(shù)字和為最小。2,2,3,5-四甲基

7、己烷而不是2,4,5,5-三甲基己烷246) 如支鏈上還有取代基時, 這個取代了的支鏈的名稱， 可以放在括號中或用帶撇的數(shù)字表示。2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)-5- (1,1-二甲基丁基)癸烷25烷基二、三命名原則：2627己烷28戊烷2-甲基戊烷293,5-二甲基庚烷3-甲基-5-乙基庚烷2,3,3,7,8-五甲基癸烷30 2.3. 烷烴的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象31一. 碳原子的四面體構(gòu)型甲烷的習(xí)慣寫法CH4 或結(jié)構(gòu)參數(shù)為：H-C-C 鍵角 109.5oC-H 鍵長 0.109 nmC-H 鍵能 415 KJ/mol在空間的結(jié)構(gòu)形式32二. 碳原子的 sp3雜化及雜化軌道基態(tài)時，C原子的電子層排

8、布為： 1S2, 2S2, 2P2( 2Px1, 2Py1, 2Pzo（空的）)所以，C 可以為二價，如CO；四價，如CO2，而，有機化合物一般為四價，怎么辦呢？ 要求雜化，這必將是 S 軌道上的電子在能量的作用下，發(fā)生躍遷到 2Pz 軌道上所致。躍遷所需要的能量在成鍵時得到補償。33不同能量的軌道，重新組合成能量相等的原子軌道稱雜化軌道。（稱打亂重來，這種打亂重來的過程叫雜化）。一個S軌道，三個P軌道經(jīng)過雜化后形成四個能量相同的四個軌道，稱sp3 雜化軌道，每個雜化軌道中，S成份占 1/4(25%)，P成份占3/4(75%). 雜化軌道比單獨的S或P軌道方向更強。其形狀就象“不倒翁”，即一頭

9、大一頭小，這主要是S軌道成份和P軌道成份多少而形成的。3435這種一定構(gòu)造的分子中的原子在空間的排列狀況，稱為構(gòu)型(configuration) (四面體構(gòu)型) .C-H 鍵三. s 鍵36乙烷C-C 鍵這種沿著軌道電子云的軸向疊合所形成的鍵, 稱為-鍵.鍵的特點：可以繞軸向自由旋轉(zhuǎn), 而不會破壞鍵的疊合程度。37烷烴的鍵參數(shù): 鍵能(kJ/mol) 鍵長(nm) 鍵角 C-C 345.6 0.154 C-H 415.3 0.109 109o2838立體結(jié)構(gòu)39球棍模型40比例模型41甲烷的電子結(jié)構(gòu)42烷烴的結(jié)構(gòu)模型432. 烷烴的構(gòu)象(conformation) (configuration

10、, 構(gòu)型) 同一構(gòu)型的化合物，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生分子中原子 在空間不同的排列形式，稱為構(gòu)象。1) 乙烷的構(gòu)象44鍥(xie)型式Newman 投影式45交叉式重疊式交叉式46乙烷構(gòu)象的勢能圖可見交叉式最穩(wěn)定,為優(yōu)勢構(gòu)象.472) 丁烷的構(gòu)象對位交叉式部分重疊式鄰位交叉式完全重疊式48丁烷構(gòu)象的勢能圖能量：全重疊 部分重疊 鄰位交叉 對位交叉49幾個概念：1）構(gòu)造（constitution）：分子中原子間的連接次序；2）構(gòu)型（configuration）：一定構(gòu)造的分子中，原子和 基團在空間的排布；3）構(gòu)象（conformation）：一定構(gòu)型的分子中，由于單 鍵的旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致原子和基團在空間的

11、不同排布。構(gòu)型是固定的，而構(gòu)象一般是瞬間的。構(gòu)型的變化須破壞化學(xué)鍵，而構(gòu)象的變化則不會發(fā)生鍵的斷裂。502.4 烷烴的來源和制備51來源52石油中的烷烴： 名稱 碳原子數(shù) 沸點（C） 汽油 C5C12 40200 煤油 C11C16 200270 柴油 C15C18 270340 潤滑油 C16C20 石蠟 C20C30 m.p 50 瀝青 C30C60 固體 注意：石油，汽油，石油醚和醚的區(qū)別53 2.5 烷烴的物理性質(zhì)54物態(tài): 可由化合物的沸點和熔點來判斷, 室溫及常壓下：C1C4氣體; C5C16 液體; C17 固體。比重: 均小于1. 隨著C 原子數(shù)目的增加而升高，最后接近0.78

12、.溶解度:不溶于水, 溶于某些有機溶劑；沸點和熔點: 隨著分子量的增大而有規(guī)律的變化；55直鏈烷烴，bp正比于分子量，見表2。直鏈烷烴的bp比同數(shù)C原子的支鏈烷烴的bp高，支鏈越多， bp越低。bp 68.9oC 60.3oC 58oC由于烷烴為非極性分子，分子間的力主要由色散力產(chǎn)生。原子核電子不停地運動，產(chǎn)生瞬時的相對位移，使電荷暫時不重合，產(chǎn)生瞬時偶極距，而有很弱的吸引力。碳原子的數(shù)目多，色散力大，近距離內(nèi)才能作用，即分子排列繁多，整齊，色散力大。56熔點：正比于分子量，并有含奇數(shù)C原子的熔點低于含偶數(shù) C原子的熔點。如圖所示。57分子間的相互作用58 2.6 烷烴的化學(xué)性質(zhì)59氧化反應(yīng)（

13、完全氧化）Oxidation Reaction C-H, C-C鍵斷裂的反應(yīng)6061工業(yè)上常用高級烷烴通過氧化反應(yīng)來制備高級脂肪醇和脂肪酸622. 熱解反應(yīng) 在無氧、高溫條件下，烷烴分子中的 C-C、C-H 鍵會發(fā)生均裂產(chǎn)生小分子。63反應(yīng)機理：熱解是自由基反應(yīng)(Radical Reaction)。64熱解反應(yīng)的理論意義：1）測鍵能；2）測自由基的穩(wěn)定性：自由基的穩(wěn)定性: 叔烷基自由基 仲 伯 CH3為什么？65-p 超共扼：由H-C鍵向帶單電子C的P軌道間的相互作用（對不同自由基穩(wěn)定性的解釋）:663) 自由基的結(jié)構(gòu) 甲基自由基:673. 鹵代反應(yīng)681) 甲烷的氯代692) 其他烷烴的鹵代

14、70反應(yīng)速度為：叔碳氫 : 仲碳氫 : 伯碳氫 1600 : 82 : 171從以上的反應(yīng)示例可以看出，不同級別C上的H的反應(yīng)活性不同，一般為：3o H 2o H 1o H CH4 中的H這是因為不同級別C-H 鍵的離解能的不同所致：1o H CH3-H 415 kg/mol2o H (CH3)2CH-H 395 kg/mol3o H (CH3)3C-H 382 kg/mol722.7. 烷烴鹵代反應(yīng)的機理731. 甲烷的氯代機理74凡有利于產(chǎn)生自由基的因素，均有利于此反應(yīng)的進行；1個 Cl 原子可以使鏈平均進行5000次;Cl2 的反應(yīng)活性較 Br2 大約250,000倍.75762. 不同

15、鹵素反應(yīng)活性的比較773. 過渡態(tài)理論78798081828384例題1例題2光光思考題 寫出下列反應(yīng)的主要產(chǎn)物:85 2.8. 環(huán) 烷 烴86通式：CnH2n分類、異構(gòu)和命名分類單環(huán)化合物小環(huán) C3C487普環(huán) C5C7 中環(huán) C8C12大環(huán) C12 的環(huán)(2) 多環(huán)化合物 螺環(huán)橋環(huán)882) 環(huán)烷烴的異構(gòu)(1)由于環(huán)的大小及取代基位置的不同而有各種構(gòu)造異構(gòu)體;三元環(huán)最簡單, 無構(gòu)造異構(gòu)體;含四個碳原子的環(huán)烴，僅有兩個構(gòu)造異構(gòu)體；C. 含5個碳原子的環(huán)烷烴有5個構(gòu)造異構(gòu)體。89(2) 由于環(huán)的存在阻礙了單鍵的旋轉(zhuǎn)，故而環(huán)烷烴有順反異構(gòu)體。A. 三元環(huán)B. 四元環(huán)903) 命名單環(huán)烷烴簡單環(huán)烴的

16、命名與烷烴相似，只需加 “環(huán)”字即可；B. 當(dāng)有2個取代基時, 則從取代基開始編號，并以最小和數(shù)為原則；環(huán)丙烷 環(huán)丁烷 環(huán)戊烷91C. 必要時須注明立體構(gòu)型;D. 復(fù)雜化合物也可將環(huán)的部分當(dāng)作取代基。92D. 從橋頭碳原子處，由大環(huán)開始編號；將各“橋”所含的碳原子數(shù)寫入方括號中。雙環(huán)3.2.1辛烷7,7-二氯雙環(huán)4. 1. 0庚烷(2) 多環(huán)化合物: 命名較為復(fù)雜, 以二環(huán)化合物為例.將參加成環(huán)的總碳原子數(shù)作為母體烴; 如,有8個碳原子， 則稱為辛烷。B. 簡單橋環(huán)可用“二環(huán)”、“三環(huán)”等作詞頭；C. 二環(huán)“連接”處的碳原子為橋頭碳原子；又如,93E. 螺環(huán)由小環(huán)開始編號;螺2. 4庚烷若環(huán)上

17、有取代基團時,如,命名為: ?4-甲基-螺2. 4庚烷456794立方烷棱型烷金剛烷三環(huán)3. 3. 1. 13. 7癸烷雙環(huán)4.4.0癸烷或十氫萘還有:952. 環(huán)烷烴的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)物態(tài)：常溫下，C3C4 為氣體; C5C10 為液體; C12 為固體.沸點：較含同數(shù)碳原子的烷烴高；比重：較含同數(shù)碳原子的烷烴高, 但 1.2) 化學(xué)性質(zhì) 一般與烷烴相似，但由于“張力”的存在，小環(huán)化合物具有一些特殊性, 如,易開環(huán)。96(1) 催化加氫（開環(huán)）97(2) 加鹵素98(3) 加HXH加在含H較多的碳原子上.99（4）氧化1003、小環(huán)的“張力”學(xué)說和環(huán)烴的穩(wěn)定性1013. 環(huán)烷烴的構(gòu)

18、象和構(gòu)象分析1) 環(huán)丁烷的構(gòu)象1022) 環(huán)戊烷的構(gòu)象1033) 環(huán)己烷的構(gòu)象及構(gòu)象分析椅式船式重疊的氫原子104扭曲式105106環(huán)己烷的椅式構(gòu)象分析（1）分子中有兩個平行的平面，C1、C3、C5和C2、C4、C6；（2）12個氫原子分成兩類：一類垂直于環(huán)平面，一類與環(huán)平面平行。a-鍵（直立鍵）e-鍵（平伏鍵）107環(huán)己烷的椅式構(gòu)象分析（3）環(huán)己烷的椅式構(gòu)象也可用紐曼投影式表示（4）a-鍵與e-鍵間可以通過環(huán)的翻轉(zhuǎn)而相互轉(zhuǎn)化。108109分子模型1104）取代環(huán)己烷的構(gòu)象分析（1）單取代環(huán)己烷以取代基為e-鍵的構(gòu)象最穩(wěn)定；111（2）有多個取代基時，以較多取代基為e-鍵的構(gòu)象穩(wěn)定；若取代基不同時，以較大的取代基為e-鍵的構(gòu)象穩(wěn)定；（3）多取代環(huán)己烷的順反異構(gòu)，以二甲基取代為例：112順-1,2-二甲基環(huán)己烷反-1,2-二甲基環(huán)己烷順-1,3-二甲基環(huán)己烷反-1,3-二甲基環(huán)己烷順-1,4-二甲基環(huán)己烷反-1,4-二甲基環(huán)己烷1134) 十氫萘