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第二章 烷烃和环烷烃 烃：分子中仅含有碳、氢二种元素的有机化合物。 烃的分类： 1 烃 (开)链烃 环烃 饱和烃 烷烃 不饱和烃 脂环烃 芳香烃 环烷烃 烯烃 苯型芳香烃 炔烃 环炔烃 环烯烃 非苯型芳香烃 2 第一节 烷烃 分子中碳原子以单键相联成链，剩下的价完全 被氢原子所饱和的化合物称为烷烃。 3 一、烷烃的结构 甲烷（CH4）：最简单的烷烃 4 （一）碳原子的sp3杂化轨道 甲烷分子的正四面体结构 5 Sp3 杂化 基态激发态 碳原子的sp3杂化 杂化态 6 7 8 9 Sp3 杂化轨道 重叠程度大，成键能力强 10 球棍模型斯图尔特模型（比例模型 ） 11 （二）键的形成及其特性 12 键有方向性，两个成键原子必须沿着对称轴方向 接近，才能达到最大重叠。 键的特点： 成键电子云沿键轴对称分布，两端的原子可以沿 轴自由旋转而不改变电子云密度的分布。 键是头碰头的重叠，与其它键相比，重叠程度 大，键能大，因此，化学性质稳定。 13 (二）、烷烃的同系列和同分异构现象 （一）同系列及分子通式 名称 分子式 结构简式 甲烷 CH4 CH4 乙烷 C2H6 CH3-CH3 丙烷 C3H8 CH3CH2CH3 己烷 C6H14 CH3CH2CH2CH2CH2CH3 通式 CnH2n+2 将具有相同的结构特点和通式的一系列化合物 称为同系列。同系列中的化合物互称同系物。 14 1. 构造异构 15 正戊烷 异戊烷 新戊烷 16 三、烷烃的命名 （一）普通命名法 普通命名法又叫习惯命名法，它仅适用于结构比 较简单的烷烃，其命名原则有以下两点： 1. 对于直链烷烃，根据其碳原子数命名为“某烷”或“ 正某烷（n-某烷）”。10个碳以下的烷烃分别用甲、 乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，10个碳 以上的烷烃用中文数字十一、十二、十三等表示。 17 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 癸烷（ n-癸烷） CH3（CH2）11CH3 十三烷（ n-十三烷） 2. 对于有端基有如 而其它部分为直 链的烷烃在碳原子总数前加“异”或“iso, i)命名。如： 异庚烷或i-庚烷 正庚烷或n-庚烷 18 3. 对于端基有如 则在碳原子总数前加“新” 命名。如： 新庚烷 19 烷基的名称： 20 （二）系统命名法 (IUPAC法) 1. 选择最长的碳链为主链，将支链看作取代基，根据 主链碳原子的数目称为“某烷”。 2. 从靠近支链的一端开始编号，用与取代基相连的主 链碳原子的编号代表取代基的位置，并用阿拉伯数字 标出，取代基与其位号之间用一半字线“-”隔开。 1 2 3456 3-甲基己烷 21 3. 如有几个不同的取代基，则按由简到繁的顺序排 列，相同的取代基可以合并，并用中文数字标出其 数目。 1234567 2,2,5-三甲基-4-乙基庚烷 22 4. 若有二种或多种编号可能时，应使取代基的位次 和保持较小，若有二条或多条同等长度的最长碳链 ，则应取取代基最多的最长碳链为主链。 1234567 1 234 5 67 2,2,6-三甲基-4-乙基庚烷2,6,6-三甲基-4-乙基庚烷 23 1 2 3 4 567 1 3 4 567 2 2-甲基-3-乙基庚烷 3-异丙基庚烷 24 P. 28 1. （12） 丙烷丁烷己烷 异丁烷2-甲基丁烷3-乙基己烷 25 根据与碳原子直接相连的碳原子数的多少，将 碳原子分为伯、仲、叔与季四级。与1个碳原子直接 相连的碳为伯碳；与2个碳原子直接相连的碳为仲碳 。依此类推。并分别用符号1、2、3与4表示。 连在伯、仲叔碳原子上的氢分别称为伯氢、 仲氢和叔氢。 26 四、烷烃的物理性质 （一）物质状态 通常状态下，C1C4气体； C5C16液体； C17以上 固体 （二）沸点 随分子量增大而升高 （三） 熔点 （四） 溶解度：极性相似相溶 （五） 相对密度 27 五、烷烃的化学性质 （二）卤代反应 1. 甲烷的氯代反应 28 2. 卤代反应历程(游离基连锁反应） 链引发: 链增长: 链终止: H3CH +ClH3C +HCl4KJ/mol H3C +Cl2H3CCl +Cl+108kJ/mol 29 3. 其它烷烃的卤代 30 游离基的稳定性:3 2 1 CH3 卤代反应中卤素的活性： F2 Cl2 Br2 I2 CH3 CH3 C CH3 CH3CHCH3 CH3CH2CH3 31 六. 烷烃的构象异构（P. 56） 构象（conformation）：由于围绕单键（C-C） 旋转所可能引起的分子内基团在空间排列成多种不 同形式,这种不同的形式称为构象。 （一）乙烷的构象 理论上讲，乙烷的构象有无数种，但其典型 构象只有二种，即交叉式构象和重叠式构象。 32 交叉式构象 staggered 重叠式构象 eclipsed 锯架式(saw horse)纽曼投影式（Newman projections） 乙烷的二种典型构象，交叉式构象较稳定，为 优势构象。 33 乙烷分子中不同构象的能量曲线 二面角 重叠式重叠式 交叉式 交叉式 交叉式 34 （2）丁烷（CH3CH2CH2CH3)的构象 丁烷的构象比较复杂，绕C1-C2、C2-C3、C3- C4均可产生构象，但绕C1-C2和C3-C4所产生的构象 与乙烷相似，下面我们主要讨论绕C2-C3旋转所引起 的构象异构。若将甲基视为一个基团，的构象与乙 烷相似，但其典型构象有四种。 35 对位交叉式 部分重叠式 邻位交叉式 全重叠式 36 对位交叉式构象较稳定，为优势构象。以上四 种典型构象，它们的稳定性大小顺序为： 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠 式 37 060120180240300360 旋转角 能量（ KJ/mol) 对位交叉式 部分重叠式 全重叠式 邻位交叉式 14 19 3.3 正丁烷各种构象的能量曲线图 38 第二节 环烷烃 一、环烷烃的分类 单环 双环 多环 39 小环（C3-C4） 常见环（C5-C6） 中环（C7-C11） 大环（C12） 单环环烷烃可分类为： 40 二、单环烷烃的命名 单环烷烃的命名与烷烃相似，以碳环为母体， 命名时在前面加“环”字即可。例如： 环丙烷环丁烷环戊烷环己烷 环庚烷环辛烷 41 当环上有取代基时，将环进行编号，编号时从取 代基开始，沿使取代基位次和较小的方向进行。若有 多个取代基且不相同时，从较小的取代基开始，命名 时将取代基放在前面，并用阿拉伯数字标出取代基的 位置。 1,3-二甲基环戊烷1-甲基-4-异丙基环己烷甲基环己烷 1 2 3 45 1 23 4 5 6 42 如果连有复杂取代基，可将环作为取代基命名 1 2 34 2-甲基-3-环丙基丁烷 43 三、环烷烃的结构与稳定性 环烷烃的稳定性次序： 44 四、环烷烃的性质 （二）环烷烃的化学性质 3. 加成反应 （1）催化加氢 45 （2） 加卤素 Br2 BrCH2CH2CH2Br Br2 BrCH2CH2CH2CH2Br 当用Br2 / H2O与环丙烷反应时，溴水的红棕 色会消失，此反应可用于鉴别区分环丙烷类化合 物。 46 P. 29 10. 用简单的化学方法鉴别下列各组化合物 A B Br2 / H2O AB 溴水的红棕色消失 A B 溴水不褪色 47 u卤代反应 Br2 , h Br Br2 , h Br 48 （2） 加卤化氢 49 断裂的键：含氢最多和含氢最少的碳原子 间 加成方向：卤化氢的氢原子加到含氢较多 的碳原子上 50 五、环己烷的构象（P. 60） （一）环己烷的椅式、船式构象 椅式构象 船式构象 51 1 23 4 1 4 56 HH HH H H H H 26 1 1 2 3 4 4 5 6 HH HH HH HH 3 2 5 6 船式，不稳定 椅式，稳定 52 （二）椅式构象中直立键和平伏键 1 3 5 2 4 6 在椅式椅象中，C1、C3、C5与C2、C4、C6各构成一 个平面，这两个平面是平行的。与平面垂直的价键称为a 键或直立键，与中心轴成10928夹角的称为e键或平伏键 。中心轴是经过C1、C3、C5所形成的三角形中心并与其 所形成的平面垂直的直线。 a a a a a a e e e e e e 53 54 （三）取代环己烷的构象 1. 单取代环己烷的构象 单取代环己烷，取代基必需在e键（平伏键）上才稳定。 不稳定 稳定（优势构象） 55 甲基与H相距近、斥 力大，不稳定。 甲基与H相距远、斥力 小，稳定。 56 2. 二取代环己烷的构