大学有机化学 第二章 饱和烃

1、第二章福曼和碳氢化合物，查恩氢卡邦，重点：烷烃和环烷烃的名字；烷烃的碳链异构，博，种，t，分支碳原子和博，种，t-氢原子；乙烷和正丁烷的结构(定义、稳定性、透视、纽曼投影)；环己烷及其衍生物的结构；烷烃的结构特性键和环烷烃的结构和稳定性；烷烃的物理性质；环烷烃的化学性质；困难：烷烃的结构和环烷烃的立体异构化；取代环己烷的主导结构；卤化反应机理；梁、种、t-碳自由基的相对稳定性和梁、种、t-氢的反应活性。本章第1章，烷烃的结构，通识，同系列，碳原子类型，2，烷烃的命名法，3，烷烃的异构形成现象，4，烷烃的化学性质，5，环烷烃的分类和命名，6，环烷烃的结构和稳定性，1，烷烃的结构，分子通识，同系列

2、，碳原子类型，1，烷烃的结构，甲烷分子：碳原子的SP3混合，4个C-HR键。正四面体组成，密钥角度为10918 。C-H密钥长度为110pm。烷烃是分子中的碳原子以单个键连接在一起，剩下的价键是完全与氢结合而成的化合物。碳原子轨道的SP3混合，甲烷的棒球模型和四面体组成，乙烷的结构：乙烷(CH3-CH3)分子中的两个碳原子分别叠加到SP3混合轨道上，形成C-Cr键长154pm，每个碳的剩余SP3混合轨道与氢原子的1s轨道重叠，甲烷分子由正四面体组成，随着碳链的增加，高级烷烃的碳链呈锯齿状。键的特征：键原子可以沿着键轴“自由”旋转。身高稳定性高。身高的极化度小。烷烃的分子公式是CnH2n 2。具

3、有相同分子同构的结构特征的一系列化合物称为同系物(homologous series)。同系列化合物互相称为同族体。两个相邻同族之间的成分差异(CH2)称为阶差。2，分子通识和同系物，同系物特性同系物也有类似的化学特性，物理性质也随着碳链的增长呈现出规律的变化。3，饱和碳原子类型，碳(10):直接连接到另一个碳原子；第二次碳(20):直接与其他两个碳原子相连。第三次碳(30):直接与其他三个碳原子相连。铁碳(40):直接与四个不同的碳原子相连。4，梁，物种，t-氢原子，2，烷烃的名称Nomenclature of Alkanes，通用命名系统命名其命名方法以1-10内碳原子的数量表示为千干单词

4、甲、b、c、d、e、磁、g、神、壬兰、德内。从11个碳原子开始用中国数字表示。1，一般命名法，线性烷烃，名称前面加n-这个单词称为正模烷烃。但是，通常省略“正”(n-)字。例如：CH3CH2CH3丙烷、CH3(CH2)10CH3十二烷、甲烷(ethane)乙烷(ethane)丙烷(butane)丁烷(butane)、heptane、octane、nonane、decane、undecane、dodecane、decane、iso-、neoan、neo、neo-等单词、异丁烷、异戊烷、末端基，没有那个盆地的烷烃被称为“新烷烃”。新戊烷，新己烷，2，氢卡维尔，碳氢化合物：从碳氢化合物分子中除去一个

5、氢原子后剩下的原子团称为碳氢化合物基。脂肪族碳氢化合物系：用“R-”表示。(例如烷基)芳烃系：标记为“Ar-”。甲基(Me)乙基(Et)丙基(n-pr)异丙基(iso-pr)，丁基(n-Bu) 2-丁基(sec-Bu)异丁基(iso-pr)被称为IUPAC命名法的国际纯应用化学联合会(IUPAC)多次修订。我国根据这个命名原则结合汉字的特点，制定了我国有机化合物系统命名法，即有机化学命名法。线性烷烃的系统名称方法与常规命名方法相同。盆地烷烃的命名点决定了主链，并说明了处理置换的位置问题，概括为三个词：“长”、“多”、“低”。选择最长的碳链作为主链，在主链中应用尽可能多的替代base，在替代标准

6、中应用最低位，即最低系列原则。烷烃系统命名法的要点：2，4-二甲基己烷，(最长的碳链；编号方向，从取代准则第一次相遇的末端开始编号；合并相同的替代条件)。命名中常见错误：2-二甲基己烷，2，4-甲基已烷，2，4-2甲基已烷，2，4二甲基已烷，1 2 3 4 5 6，6 5 4 3 1，如果在等距离发现取代通风，比较第二取代通风的位置。2，3，5-三甲基己烷2，3，5-trimethyl hexane，6 5 4 3 2 1，1 2 3 4 5 6，用于替换英语名称中默认合并数1，2，3，4，5，6的数字相应单词头分别为mono，di，to，如果替代条件不同，则替代条件将按照顺序规则首先列出，父

7、组将列在后面。如果指定了英语名称，替代标准将按第一个字母顺序排序。2-甲基-4-乙基己烷4-乙基-2-甲基己烷，主要烷基优先是叔丁基异丙基异丁基丙基乙基甲基。课堂练习：P12，问题2-2使用派生的命名法命名以下化合物：问题2-3使用系统命名法命名以下化合物：问题2-4是烷基或结构，3，烷烃的异构现象，异构现象(isomerism)是分子表达式相同，分子中每个原子的排序顺序或空间位置不同，产生几种不同化合物的现象。有机化合物的同分异构现象是由异构现象、异构构成、立体异构、碳链异构、位置异构、官能团异构、互变异构、构成异构、结构异构、反异构、异构、异构、不同连接顺序产生的异构，n-戊烷，1，烷烃的

8、碳链异构(carbon-chain isomerism)，异戊烷，新戊烷，2，烷烃的结构异构(conformational isomerism)因结构不同而产生的异构现象称为结构异质性。(1)乙烷的两种极限结构形式：叠加和交叉，结构的表示方法：锯、交叉、纽曼投影：叠加、交叉、交叉、交叉，在两个碳原子之间的距离最长，相互之间的力最小，内部的能量最大，在叠加式中，两个氢原子相互相对，距离最近，相互作用力最大，因此内部能量最高，结构不稳定。交型和叠加型是乙烷的两种极限结构，另一种形式在这两种结构之间。(2)丁烷的结构，丁烷的四个极限结构，四个极限结构的稳定性顺序：交叉相邻交叉部分重叠完全重叠，4，烷

9、烃的化学性质，1，烷烃的卤化反应，取代反应：有机化合物卤化反应是有机化合物中氢原子被卤代烃取代的。通常指氯和溴。，烷烃的卤化反应机制：自由基的链反应，过程分三个阶段进行：链发生、链生长、链终止。a，链的起始，(1)甲烷的卤化，b，链的增加，H H=7。5KJ/mol，c，c，链的终止，h=-112。9 kj/mol，其他烷烃的卤化反应也是自由基层反应过程。但是氢很容易根据卤素区分。氢的顺序是(从容易到难)tert-氢-2氢氘，其他碳生成的自由基的稳定性顺序是(从容易到难):30 20 10 CH3，讨论标题，1)甲烷氯化亚洛桑的混合物，为什么？2)甲烷和氯同时发光，为什么不诱发甲基自由基？反反

10、应物到转移状态，系统的能量继续上升，转移状态时能量达到峰值，之后系统的能量迅速减少。反应物和过渡状态的能量之间的差异称为活化能，用Ea表示。为了使反应发生，分子碰撞提供的最低能量称为活化能。有效碰撞，激活分子活化能越小，反应速度越快。活化能越大，反应速度越慢。反应速度最慢的阶段速度控制阶段，在对甲烷氯的多阶段反应中，控制反应速度的阶段是什么？甲烷氯化反应链生长阶段的能量变化，(2)其他烷烃的卤化，1oH和2oH被取代的概率为： 62，氢的相对反应活性：1oh :2 oh=(45/6) : (55/2)=，3，高温和厌氧存在下化合物的热分解反应。单个电子传递由弯钩箭头表示。5，环烷烃的分类和命名

11、，1，环烷烃的分类，环相碳原子数，小环(三元环，4元环)，普通环(5元环，6元环)，中心(7元环到12元环)，大环，2，环烷烃的名字，(1)单环脂肪碳氢化合物的名字，环碳氢化合物的名字是在相应的烷烃或烯烃前面加一个环字。英语命名添加cyclo。从连接取代通风的碳原子开始编号。将替换标准的位置和名称写在单词“ring”之前。1-甲基-2-乙基环己烷2-ethyl-1-甲基环己烷，如果戒指有复杂的取代物，可以将环命名为替代物。1-环丁基戊烷1-环戊烯，1，2-二甲基环丙烷的顺反异构体。逆-1，2-二甲基环丙烷，顺-1，2-二甲基环丙烷，环烯烃或环炔烃炔烃中2-键或3键结合，4-甲基环己烯4-甲基环

12、己烯，(2)环连接在环上的两个碳原子称为“桥头”。“2环”一词的头，总碳原子称为“烷烃”。两个环连接的碳原子是桥头堡碳原子，另一个碳原子是桥碳原子，每个桥的碳原子数是从大到小的，分为以下各点，放在方括号里，方括号放在“二环”和“莫阿尔汗”之间。环的编号是从一个桥头堡碳原子开始，沿着最长的桥头堡碳原子，然后沿着长的桥重新开始的桥头堡碳原子，最短的桥头堡碳原子的最后编号；环连接环的情况下，环用作取代体，其位置为环中碳原子的阶数，取代环的顺序和名称，在“取代”前附加即可。，2-甲基-6-乙基二环3.1.0己烷，1-甲基-2-异丙基二环2.2.2辛烷，5-甲基二环2.1.1己烷，(3环化的碳原子总数称

13、为(烷烃)。两个碳环除蜗牛原子外，碳原子的数量用方括号内的阿拉伯数字表示，从小到大，数字用下面的角点区分。环上编号的顺序从小环上与螺杆原子相邻的碳原子开始，沿小环上编号，通过螺旋原子进入较大的环。环上连接分公司时，分公司作为替代的基础。其位置是环中碳原子的阶数，取代基的阶数和名字位于“海螺”一词之前。7-甲基蜗牛4.5，蜗牛5.5，1-乙基螺2.5辛烷，注：桥碳氢化合物和螺环碳氢化合物在编号上不同。6、环烷烃的结构和稳定性，在烷烃分子中，碳原子在SP3-SP3混合轨道沿轨道对称轴相互叠加，形成键。叠加度好，与其他原子形成的角度为109.5。在环烷烃分子中，碳原子也使用SP3混合轨道进行了结合，

14、但环状碳原子形成的结合角不一定是109.5，环的大小不同，结合角也不同。1，提出了环烷烃的稳定性及其解释，(1)拜耳张力说，3元环和职员环不稳定，5元和6元环稳定的原因，其近点是(a)根据碳原子的正四面体模型，碳键的夹角为10918 。(b)假设碳原子成了环，那么原子都在平面上。结合角的偏转导致分子内有角度张力，偏转角度越大，张力越大的分子越不稳定。环丙烷-三角形，键之间的角度为60，键向内偏转2444 。环丁烷-四边形，键之间的角度为90，键向内旋转944 。环戊烷-五角形，键之间的角度108，接近10928 。结论：3，4元环是张力环，5，6元环没有张力环，因此3，4元环不稳定，5，6元环稳定。紧张理论可以成功地解释一些现象。但是，环组成的原子都在同一平面上，与事实不符，所以假设有限度。环烷烃除了环丙烷以外，其他环碳原子不在同一平面上。(2)在开环或大环化合物中，轨道达到最大叠加，在环丙烷分子中，轨道部分重叠，在所有环烷烃分子中，碳原子为SP3杂化，结合角接近10928 。在环丙烷分子中，耦合的电子云不会沿轴叠加，而是形成一种称为香蕉结合的曲线键。