第二章烷烃与环烷烃1

1第二章第二章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃五、烷烃的化学性质五、烷烃的化学性质第一节第一节 烷烷 烃烃 一、烷烃的结构一、烷烃的结构 二、异构和命名二、异构和命名 三、构象异构三、构象异构 四、烷烃的物理性质四、烷烃的物理性质 一、脂环烃分类和命名一、脂环烃分类和命名 第二节第二节 环烷烃环烷烃 二、结构和稳定性二、结构和稳定性四、环己烷的构象异构四、环己烷的构象异构三、环烷烃的性质三、环烷烃的性质2烃：只由 碳 和 氢 两种元素组成的化合物 (hydrocarbons).链烃第二章 烷烃和环烷烃 饱和烃 烷烃脂肪烃脂环烃（环烷烃 ,环烯烃 ,环炔烃）不饱和烃 烯烃炔烃 环烃芳香烃苯型芳香烃非苯型芳烃3天然气 甲烷（主要）、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷石 油 各种烃的混合物：汽油 C5-11，煤油 C11-15柴油 C15-18, 润滑油 C16-20 石蜡 C18-30, 沥青 C30-40 烃的主要来源 第二章 烷烃和环烷烃 煤 芳香烃等 4第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) 基态：第一节 烷 烃一、烷烃的结构 (一 ) sp3杂化 由于 2s轨道的能量与 2p 较接近 , 2s 上的 1个电子可以激发到 2pz 空轨道上5第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) sp3杂化 1s22(sp3)12(sp3)12 (sp3)12(sp3)1 杂化轨道电子排布 四面体结构四面体结构 ,轨道间夹角轨道间夹角为为 109.5o.碳原子并不直接以激发态的原子轨道参与形成共价键 , 而是 先杂化，再成键 。形成烷烃时，采取 sp3 杂化。6头碰头头碰头 重叠重叠形成形成 CH键键动画模拟动画模拟 :sp3 杂化与甲烷的结构杂化与甲烷的结构109.5o第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) 7第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) 头碰头重叠形成 C C键 键 : 旋 转 不影响 轨 道重叠程度 , 即 键 可沿 键轴 “自由 ”转动 ; 重叠程度大 , 稳 定性高 ; 键 的极化度小 .乙烷乙烷 (CH3CH3) 8(二 ) 碳原子的类型伯碳 (1)：只与 1个其他碳原子直接相连 , 一级碳原子 1111 12 23 4仲碳 (2)：只与 2个其他碳原子直接相连 , 二级碳原子叔碳 (3)：与 3个其他碳原子直接相连 , 三级碳原子季碳 (4)：与 4个其他碳原子直接相连 , 四级碳原子第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) 9伯氢 (1H)：伯碳上的 H仲氢 (2H)：仲碳上的 H叔氢 (3H)：叔碳上的 H不同类型的氢反应活性不一样111112 23第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (一、结构 ) 10二、烷烃的构造异构和命名第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 构 造 ： 分子中原子间相互连列的 次序和方式。构造异构（同分异构） ： 分子式相同 ，分子中原子间相互连接的 次序和方式不同 而形成不同化合物的现象。碳链异构 是构造异构的一种。如戊烷有 3种碳链异构体：正戊烷 异戊烷 新戊烷 11(一 ) 普通命名法 (习惯命名法 )，适用于简单的链烃。1. 按分子中碳原子总数叫 “某烷 ”。 10C 用 甲、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示，10C 用十一、十二 等中文数字表示。戊烷 戊烷 戊烷正 异 新2. 用 “正 ”、 “异 ”、 “新 ” 等字区别同分异构体。“n-” “iso-” “neo-”第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 12烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做 烃基。脂肪烃基 ：脂肪烃去掉 1个 H所剩下的部分。 “R-”烷基 ：烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分。l 烃基及其命名烃基的名称由相应的烃名确定。当烃分子中含有不同类型的氢时 , 会出现不同的烃基。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 13Methyl(Me)Ethyl(Et)Propyl(Pr)Isopropyl(i-Pr) 甲基甲基 乙基乙基 丙基丙基 异丙基异丙基 丁基丁基 仲丁基仲丁基 异丁基异丁基 叔丁基叔丁基 Isobutyl(i-Bu)sec-Butyl(s-butyl,s-Bu)tert-Butyl(t-butyl,t-Bu)Butyl(Bu)第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 14新戊基新戊基Neopentyl 叔戊基叔戊基tert-Pentyl, t-Pentyl 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 15（二）系统命名法直连烷烃的系统命名法与普通命名法相同，只是省去 “正 ”字：普通命名： 正 丁烷 正 庚烷 系统命名：丁烷 庚烷 支链烷烃可看作是直连烷烃的 烷基取代衍生物 。系统命名时 , 主要是确定 主链及取代基的位次、数目和名称。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 16l 烷烃系统命名法的要点分为三步： 一选 二编 三取代基 。1. 选主链（母体）：碳链最长，取代最多2. 编号：位次最低 (最低系列原则 )3. 取代基：先小后大 (优基置后 )第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 17辛烷3-甲基 -5-乙基母体名基名 连字符读作：位取代基位次2,5-二甲基 -3,4-二乙基己烷2,5-二甲基 -3-异丙基己烷2,5-二甲基 -4-异丙基己烷 12356123581 2 6542,5-2甲基 3,4-2乙基己烷2,5-甲基 -3,4二乙基己烷18辛烷 3-甲基 -3-乙基 -5-丙基 -4-异丙基 主要烷基的优先顺序：异丙基 丙基 乙基 甲基 3-ethyl-4-isopropyl-3-methyl-5-propyloctane在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (二、异构，命名 ) 19第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 三、烷烃的构象异构 (conformational isomerism)1. 乙烷的构象因 单键 旋转而使分子中原子或基团在空间产生不同的排列 形象称为 构象 。每一种空间排列形象就是一种构象 , 因构象不同而产生的异构现象称 构象异构 。20乙烷的两种典型构象 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 21构象的表示方法： 锯架式 和 纽曼投影式交叉式 重叠式 锯架式锯架式 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 22交叉式 (Staggered) 重叠式 (Eclipsed)Newman投影式投影式600第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 23227289249306构象的能量分析： 非键合的两原子或基团接近到相当于范德华半径之和时 , 二者间以弱的引力相互作用 ,体系能量较低；如果接近到这一距离以内 ,斥力就会急剧增大 ,体系能量升高。一些原子或基团的范德华半径 (pm)H C N O Cl CH3120 150 150 140 180 200乙烷的重叠式内能最高，最不稳定，而交叉式内能最低，最为稳定。这种构象称为 优势构象 。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 24动画模拟：乙烷的构象异构及能量变化12.6kJ/mol乙烷其它构象的内能介于交叉式与重叠式之间。随着乙烷分子中两个碳原子绕单键的相对旋转，能量不断变化。乙烷分子是处于交叉、重叠以及介于两者之间的 无数构象的动态平衡混合体系 , 但各种构象体存在的比率不同。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 25正丁烷各种构象的能差不大 , 室温下可迅速转化 , 正丁烷实际上是各种构象异构体的混合物 , 但对位交叉式为优势构象 , 约占 70%, 邻位交叉式约占 30%, 其他构象所占比例极小。全重叠式 邻位交叉式 部分重叠式 对位交叉式2. 丁烷的构象第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 26当正烷烃碳原子数增加时，尽管构象也随之更复杂，但仍然主要以 对位交叉式构象 状态存在。所以直链烷烃绝大多数是 锯齿形 的。如正戊烷主要以第 1 种构象形式存在，第 3 种为全重叠构象，最不稳定。正戊烷在液态和气态碳架运动的几种形式 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 27高碳数正构烷烃的优势构象 : 相邻碳的结构均为对位交叉 癸烷 C10H22 二十烷 C20H42 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (三、构象异构 ) 分子的构象对 生物大分子（蛋白质，核酸，酶）的结构和性能 产生重要的影响，还与许多 药物的活性 有密切的关系！28四、烷烃的物理性质 (熔点、沸点、密度、溶解性等 ) 碳原子数直链烷烃的熔点和沸点与分子中碳原子数的关系 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃 (四、物理性质 ) C1C4为气体C5C16为液体C17 固体29在同分异构体中 , 分支程度越高 , 沸点 越低。因为烷烃分子中支链的存在会影响分子间的相互靠近 , 减弱