第二章、飽和烴：烷烴和環(huán)烷烴一、烷烴和環(huán)烷烴通式和結(jié)構(gòu)異構(gòu)分子中僅僅含有碳?xì)鋬煞N元素有機(jī)化合物稱為碳?xì)浠衔铮ê?jiǎn)稱烴），是最簡(jiǎn)單有機(jī)化合物。依據(jù)分子碳架，能夠分為：

烴

烯烴烷烴炔烴脂肪烴芳香烴脂環(huán)烴

飽和脂環(huán)烴（環(huán)烷烴）不飽和脂環(huán)烴第1頁1.烷烴和環(huán)烷烴通式a.烷烴中，C原子四個(gè)共價(jià)鍵除了以單鍵與C原子相互結(jié)合成碳鏈外，其余共價(jià)鍵都和H原子結(jié)合（被H原子所飽和）所以稱為飽和烴。烷烴廣泛存在于自然界，從天然氣和石油中分離出來烷烴有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等。從CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3能夠看出，每增加1個(gè)C原子，就增加2個(gè)H原子?！嗤闊N通式：CnH2n＋2第2頁b.由碳和氫兩種元素組成而性質(zhì)與烷烴相同飽和碳環(huán)化合物稱為環(huán)烷烴?！喹h(huán)烷烴通式：CnH2n凡是含有同一通式，在組成上相差一個(gè)或多個(gè)CH2一系列化合物，稱為同系列,同系列中化合物稱為同系物。同系物含有類似化學(xué)性質(zhì)，為學(xué)習(xí)和研究提供了方便第3頁2.烷烴和環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)異構(gòu)a.烷烴：分子式相同，而結(jié)構(gòu)不一樣化合物稱為同分異構(gòu)體。伴隨C原子增加，異構(gòu)體數(shù)目增加，比如，戊烷有三種異構(gòu)體，己烷有五種異構(gòu)體。碳骨架不一樣引發(fā)結(jié)構(gòu)異構(gòu)又稱碳架異構(gòu)第4頁b.環(huán)烷烴：與環(huán)烷烴類似，但比環(huán)烷烴復(fù)雜異構(gòu)現(xiàn)象是造成有機(jī)化合物數(shù)目龐大原因之一二、烷烴和環(huán)烷烴命名1.伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子某一個(gè)碳原子與一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)碳原子相連時(shí)，該C原子稱為：伯、仲、叔、季碳原子（1°、2°、3°、4°）。與伯、仲、叔碳原子相連H原子對(duì)應(yīng)地稱為：伯、仲、叔氫第5頁2.烷基和環(huán)烷基烷烴和環(huán)烷烴分子從形式上去掉一個(gè)氫原子后剩下部分分別稱為烷基和環(huán)烷基。烷基通式為CnH2n＋1，通慣用R—表示.環(huán)烷基通式為CnH2n-1正烷基：去掉直鏈烷烴末端氫原子所得原子團(tuán)叫正烷基。命名時(shí)用“正”或“normal”第一個(gè)字母“n”表示。仲烷基：去掉一個(gè)仲氫原子所得烷基叫仲烷基。用“仲”或“secondary”前三個(gè)字母“sec”表示。叔烷基：去掉一個(gè)叔氫原子所得烷基叫叔烷基。用“tertiary”前一個(gè)字母“t”表示。第6頁異烷基：鏈端倒數(shù)第二位碳原子上帶有一個(gè)甲基支鏈。用“isomeric”前一個(gè)字母“i”表示。第7頁烷烴分子從形式上去掉兩個(gè)氫原子后剩下基團(tuán)稱為亞烷基第8頁3.烷烴命名(1).普通命名法依據(jù)C原子數(shù)目來命名，十個(gè)C以內(nèi)用十個(gè)天干名稱來表示：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸(gui)。為了區(qū)分同分異構(gòu)體，通常采取一些詞頭來表示：正（n）——表示直鏈烷異（i）——表示鏈端第二位C原子上帶有一個(gè)甲基。新（neo）——表示鏈端第二位C原子上帶有兩個(gè)甲基適合用于簡(jiǎn)單有機(jī)化合物第9頁(2).衍生物命名法將烷烴看作是甲烷烷基衍生物。適合用于簡(jiǎn)單、含碳原子較少烷烴。文獻(xiàn)中極少使用。標(biāo)準(zhǔn)：1、選擇連有烷基最多C原子作為甲烷C原子，而把與此C原子相連基團(tuán)作為甲烷H原子取代基。2、取代烷基按大小排列，簡(jiǎn)單在前，復(fù)雜在后。(3).系統(tǒng)命名法當(dāng)前有機(jī)化合物最慣用命名法是IUPAC（InternationlUnionofPureandAppliedChemistry,國際純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)）系統(tǒng)命名法。我國現(xiàn)用系統(tǒng)命名法是依據(jù)IUPAC要求標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合我國文字上特點(diǎn)而制訂。第10頁標(biāo)準(zhǔn)：1、直鏈烷烴以C原子數(shù)目命名，十以內(nèi)以天干名稱表示（與習(xí)慣命名相同，只是去掉“正”字），十以上以漢字?jǐn)?shù)字（十一、十二等）表示。2、帶有支鏈烷烴選主鏈：選擇支鏈最多，最長(zhǎng)碳鏈作為母體，按碳鏈數(shù)目，稱為某烷。第11頁b.編號(hào)：將主鏈上碳原子從靠近支鏈一端開始依次用阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)；當(dāng)主鏈編號(hào)有幾個(gè)可能時(shí)，應(yīng)選定支鏈含有“最低系列‘編號(hào)“最低系列”是指當(dāng)碳鏈以不一樣方向編號(hào)，得到兩種或兩種以上不一樣編號(hào)序列時(shí)，則順次逐項(xiàng)比較各序列不一樣位次，首先碰到位次最小者，定為“最低系列”。c.命名取代基:命名時(shí)將取代基名稱寫在主鏈名稱之前，取代基位次用主鏈上碳原子編號(hào)表示，寫在取代基名稱之前，二者之間用半字線“-”相連。第12頁當(dāng)含有幾個(gè)不一樣取代基時(shí)，取代基排列次序，按“次序規(guī)則”(見第三章3.3.3)所要求“較優(yōu)”基團(tuán)后列出，如:當(dāng)含有幾個(gè)相同取代基時(shí)，相同基團(tuán)合并，用：二、三、四……表示其數(shù)目，并逐一標(biāo)明其所在位次，位次號(hào)之間用“,”號(hào)分開。假如烷烴比較復(fù)雜，在支鏈上還連有取代基時(shí)，可用帶撇數(shù)字標(biāo)明取代基在支鏈中位次或把帶有取代基支鏈全名放在括號(hào)中。第13頁練習(xí)：第14頁4.環(huán)烷烴命名依據(jù)分子中環(huán)數(shù)目，可分為單環(huán)脂環(huán)烴、二環(huán)脂環(huán)烴和多環(huán)脂環(huán)烴。(1)單環(huán)環(huán)烷烴命名

以碳環(huán)作為母體，環(huán)上側(cè)鏈作為取代基，名字前面加環(huán)字。環(huán)上碳原子編號(hào)次序，以取代基所在位置最小為標(biāo)準(zhǔn)。(2)二環(huán)環(huán)烷烴命名

二環(huán)脂環(huán)烴依據(jù)環(huán)連接方式可分為以下四種類型：第15頁聯(lián)環(huán)烴：兩個(gè)環(huán)彼此以單鍵（或雙鍵）直接相連。螺環(huán)烴：兩個(gè)環(huán)共用一個(gè)碳原子。稠環(huán)烴：兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)相鄰碳原子。橋環(huán)烴：兩個(gè)環(huán)共用兩個(gè)不直接相連碳原子。(1)橋環(huán)烴命名結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是都有兩個(gè)橋頭碳原子和三條連在橋頭上“橋”編號(hào)：先編最長(zhǎng)橋，從橋頭碳原子開始編號(hào)。命名：依據(jù)組成環(huán)碳原于總數(shù)命名為“某烷”，加上詞頭“雙環(huán)”。再把各“橋”所含碳原子數(shù)目，按由大到小次序?qū)懺凇半p環(huán)”和“某烷”之間方括號(hào)里，數(shù)字用圓點(diǎn)分開。環(huán)上碳原子編號(hào)則從一個(gè)橋頭碳原子開始，先編最長(zhǎng)橋至第二個(gè)橋頭；再編余下較長(zhǎng)橋，回到第一個(gè)橋頭，最終編最短橋。而編號(hào)次序以取代基位置號(hào)碼加和數(shù)較小為標(biāo)準(zhǔn)。第16頁(2)螺環(huán)烷烴命名結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)碳環(huán)共用一個(gè)碳原子（螺原子）化合物。編號(hào)：先編小環(huán)，從連接在螺原子上某碳原子開始編號(hào)。命名：依據(jù)組成環(huán)碳原子總數(shù)，命名為“某烷”，加上詞頭“螺”。再把連接于螺原子兩個(gè)環(huán)碳原子數(shù)目，按由小到大次序?qū)懺凇奥荨焙汀澳惩椤敝g方括號(hào)里，數(shù)字用圓點(diǎn)分開。環(huán)上有取代基時(shí)，碳原子編號(hào)是從連接在螺原子上一個(gè)碳原子開始，先編較小環(huán)，然后經(jīng)過螺原子再編第二個(gè)環(huán)。第17頁三、烷烴和環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)1.σ鍵形成及其特征

原子軌道沿核間聯(lián)線(鍵軸)相互交蓋，形成對(duì)鍵軸呈圓柱形對(duì)稱軌道，稱為σ軌道。σ軌道上電子稱為σ電子。σ軌道共價(jià)鍵稱為σ鍵。在甲烷分于中，已知碳原子為sp3雜化，C—Hσ鍵是由碳原子sp3雜化軌道與氫原子1s軌道在對(duì)稱軸方向交蓋而成。第18頁sp3雜化碳原子形成甲烷

sp3雜化碳原子形成乙烷

由兩個(gè)和兩個(gè)以上碳原子組成烷烴，其C—Hσ鍵也是由碳原子sp3雜化軌道與氫原于1s軌道在對(duì)稱軸方向交蓋而成。不一樣之處是，C—Cσ鍵是由兩個(gè)碳原子各以一個(gè)sp3雜化軌道在對(duì)稱軸方向交蓋而成六個(gè)C—Hσ鍵和一個(gè)C—Cσ鍵

四個(gè)C—Hσ鍵第19頁

其它烷烴上碳原子所連接四個(gè)原子或原子團(tuán)并不完全相同，所以每個(gè)碳上鍵角并不完全相同。除乙烷外，烷烴分子碳鏈并不排布在同一條直線上，而是波折地排布在空間。為了書寫方便，碳鏈依然寫成直鏈形式。也可用鍵線式來書寫烷烴分子結(jié)構(gòu)。用鋸齒型線角及其端點(diǎn)來代表碳原子，除氫原子外其它原子或原子團(tuán)必須寫出。第20頁2.環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)與環(huán)穩(wěn)定性(1)燃燒熱與環(huán)穩(wěn)定性環(huán)烷烴燃燒熱

環(huán)烷烴比開鏈烷烴含有較高能量環(huán)越小，張力能越大，分子越不穩(wěn)定

環(huán)己烷是個(gè)無張力環(huán)

環(huán)己烷和C12以上大環(huán)化合物都是很穩(wěn)定化合物。第21頁（a）鍵角偏離正常鍵角,環(huán)烷烴中碳原子成鍵軌道為SP3，正常鍵角應(yīng)為109.5°（b）重合式構(gòu)象引發(fā)張力(2).

環(huán)烷烴不穩(wěn)定原因第22頁3.烷烴和環(huán)烷烴構(gòu)象構(gòu)象：因?yàn)閲@單鍵旋轉(zhuǎn)而引發(fā)分子中各原子在空間不一樣排列方式稱為構(gòu)象。(1)乙烷構(gòu)象乙烷構(gòu)象是是無窮多，其中有經(jīng)典意義兩種構(gòu)象是重合式和交叉式構(gòu)象乙烷分子繞C－C單鍵360o時(shí)要經(jīng)過三個(gè)重合式和三個(gè)交叉式構(gòu)象。這兩種構(gòu)象可分別用透視式和紐曼（M.S.Newman）投影式表示：第23頁Newman投影式是從C—Cσ鍵延長(zhǎng)線上觀察，兩個(gè)碳原子在投影式中處于重合位置。

表示距離觀察者較近碳原子及其三個(gè)鍵。表示距離觀察者較遠(yuǎn)碳原子及其三個(gè)鍵。每一個(gè)碳原子所連接三個(gè)鍵，在投影式中互呈120°角。

第24頁(1)重合式構(gòu)象中，兩個(gè)碳原子上H原子相互重合，不論C－H鍵上σ電子對(duì)之間，或H原子之間距離均最近，相互排斥力最大，所以能量最高，是最不穩(wěn)定構(gòu)象

(2)在交叉式構(gòu)象中，兩個(gè)H原子相互交織，不論C－H鍵上б電子對(duì)之間，或H原子之間距離均最遠(yuǎn)，相互排斥力最小，所以能量最低，是最穩(wěn)定構(gòu)象

(3)重合式能量比交叉式能量約高12.6kj/mol，這種能量差叫做能壘。單鍵旋轉(zhuǎn)并不是完全自由，不過在室溫下，分之熱運(yùn)動(dòng)即可越過此能壘，而使各種構(gòu)象快速互變，所以在室溫想乙烷是無數(shù)構(gòu)象組成平衡混合物第25頁(2)丁烷構(gòu)象第26頁

丁烷四種經(jīng)典構(gòu)象能量高低為：對(duì)位交叉式>鄰位交叉式>部分重合式>全重合式

第27頁(3)環(huán)己烷構(gòu)象環(huán)己烷不是平面結(jié)構(gòu)。它較為穩(wěn)定兩種構(gòu)象是椅型構(gòu)象和船型構(gòu)象

椅型構(gòu)象中，全部C—C—C鍵角基本保持109．5°，而任何兩個(gè)相鄰碳上C—H鍵都是交叉式。所以環(huán)己烷椅型構(gòu)象是個(gè)無張力環(huán)。船型構(gòu)象中，全部鍵角也都靠近109．5°，故也沒有角張力，但其相鄰碳上C-H鍵卻并非全是交叉義。C-2和C-3上C—H鍵，以及C-5和C-6上C—H鍵都是重合式。另外，在船型構(gòu)象中，C-1和C-4上兩個(gè)向內(nèi)伸氫原子之間，因?yàn)榫嚯x較近而相互排斥，這也使分子能量有所升高。椅型比船型穩(wěn)定。環(huán)己烷椅型和船型構(gòu)象是相互轉(zhuǎn)化

第28頁環(huán)己烷分子經(jīng)過C—C鍵不停扭動(dòng)，它能夠由一個(gè)椅型翻轉(zhuǎn)為另一個(gè)椅型。構(gòu)象翻轉(zhuǎn)后，原來a鍵全部變成e鍵；同時(shí)原來e鍵全部變成a鍵。常溫下，這兩種構(gòu)型改變?yōu)榭赡娴?9頁4.取代環(huán)己烷構(gòu)象(1)一取代環(huán)己烷構(gòu)象

在平衡體系中，e鍵甲基環(huán)己烷占95%，a鍵甲基環(huán)己烷只占5%(2)多取代環(huán)己烷構(gòu)象

ae

型

順-l，2-二甲基環(huán)己烷

aa

型ee

型反-1，2-二甲基環(huán)已烷第30頁當(dāng)環(huán)己烷上連有多個(gè)取代基時(shí)，往往是e鍵取代基最多構(gòu)象較穩(wěn)定。假如環(huán)上有不一樣取代基時(shí)則體積大取代基在e鍵構(gòu)象較穩(wěn)定。五、烷烴和環(huán)烷烴物理性質(zhì)烷烴是非極性分子，所以分子間作用力主要是色散力，碳原子數(shù)目越多分子間色散力越大。支鏈烷烴支鏈越多，分子間接觸面積越小，色散力就越小。烷烴物理性質(zhì)都與這點(diǎn)相關(guān)。第31頁1）沸點(diǎn)：分子間作用力越大，沸點(diǎn)越高4）溶解度：“相同相溶”規(guī)則數(shù)碳原子數(shù)目——數(shù)目↑，b.p↑碳原子數(shù)目相同——支鏈↑，b.p↓支鏈數(shù)目相同——對(duì)稱性↑，b.p↑

2）熔點(diǎn)：烷烴熔點(diǎn)較低M↑，m.p↑，含偶數(shù)C，m.p↑多；含奇數(shù)C，m.p↑少從而形成了“偶上奇下”兩條曲線。3）密度：全部烷烴密度小于1第32頁六、烷烴和環(huán)烷烴化學(xué)性質(zhì)1.自由基取代反應(yīng)烷烴和環(huán)烷烴分子中氫原子被其它原子或集團(tuán)取代反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)。經(jīng)過自由基取代分子中氫原子反應(yīng)，稱為自由基取代反應(yīng)。(1)鹵化反應(yīng)烷烴和環(huán)烷烴分子中氫原子被鹵原子取代反應(yīng)，稱為鹵代反應(yīng)或鹵化反應(yīng)第33頁(2)鹵化反應(yīng)機(jī)理對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)描述和理論解釋叫反應(yīng)歷程或反應(yīng)機(jī)理。在光照或高溫下，烷烴氯代反應(yīng)屬自由基鏈反應(yīng)或自由基反應(yīng)。甲烷反應(yīng)歷程以下：第34頁(3)鹵化反應(yīng)取向與自由基穩(wěn)定性以1°H反應(yīng)活性為1第35頁解釋：第36頁H原子反應(yīng)活性次序?yàn)椋?°H＞2°H＞1°H，顯然，自由基形成難易應(yīng)為：輕易形成自由基，一