有机化学第2章 饱和烃

1、第二章 饱和烃,有机化学 Organic Chemistry,烃（碳氢化合物）：只由C、H两种元素组成的化合物。,饱和烃：分子中只含有CC单键和CH键的烃。,2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构,烷烃的通式 CnH2n+2, 直链烃的通式可写为: H-(-CH2-)n-H 同系物在组成上相差一个或多个 CH2，且结构和性质相似的一系列化合物称为同系列。同系列中的各化合物互称同系物。 系差同系列相邻的两个分子式的差值 CH2 称为系差。 如CH4， C2H6， C3H8，C5H10 等。,象丁烷和异丁烷异构，只是分子中各原子间相互结合的顺序不同而引起的，只是构造不同而导致的异构现象，又叫做构造异

2、构现象。,构造异构,正丁烷,异丁烷,烷烃的同分异构现象,一、伯、仲、叔、季碳原子 只与一个碳原子相连的称为“伯” 或一级碳原子，常用1o表示； 与两个碳原子相连的称为“仲” 或二级碳原子，常用2o表示； 与三个碳原子相连的称为“叔” 或三级碳原子，常用3o表示； 与四个碳原子相连的称为“季” 或四级碳原子，常用4o表示。 与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。 如：,2.2 烷烃的命名,2.2.1 烷基的概念,从烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团称为烷基。 烷基 名称 通常符号 CH3- 甲基 Me CH3CH2- 乙基 Et CH3CH2CH2- 正丙基 n-Pr (

3、CH3)2CH- 异丙基 i-Pr CH3CH2CH2CH2- 正丁基 n-Bu (CH3)2CHCH2- 异丁基 i-Bu CH3CH2CH(CH3)- 仲丁基 s-Bu (CH3)3C- 叔丁基 t-Bu 烷基的通式为CnH2n+1 ，常用R表示 。,二、烷基,1.习惯命名法 通常把烷烃称为“某烷”，“某”是指烷烃中碳原子的数目。由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。 如：C11H24，叫十一烷。 （1）凡直链烷烃叫正某烷。如：CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷 （2）只有(CH3)2CH- 端链的烷烃称为异某

4、烷。,2.2.2 烷烃的命名,（3）只有(CH3)3C- 端链的烷烃称为“新某烷”。,习惯命名法只能命名简单的化合物。,2.系统命名法,系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。 在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和习惯命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。如:CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷。 对于支链烷烃，把它看作是直链烷烃的烷基取代衍生物。,支链烷烃的系统命名法原则如下：,（1）选取主链（母体） a.选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。 b.分子中有两条以上等

5、长碳链时，则选择支链多的一条为主链。,例如：,( 2)对主链碳原子编号 a.从距离取代基最近的一端开始，将主链碳原子依次用1、2、3编号 。如：,b. 当取代基的位置相同时，则从连较简单的取代基一端开始编号。 c.若在上述基础上，编号仍有选择性，则使各取代基位置和最小。,(3)命名遵循以下原则： a.将支链（取代基）写在主链名称的前面。 b.取代基按“次序规则”小的基团优先列出。 常见烷基的大小次序：甲基乙基正丙基正丁基 2 R 3 R 3 R 2 R 1 R CH3 - 越稳定的自由基越易生成。 3 H 2 H 1 H,烷基自由基的稳定次序:,伯，仲，叔氢原子活泼性,将下列自由基按稳定性大小

6、排列成序,烷烃在空气中燃烧，当空气（氧气）充足时，生成二氧化碳和水，并放出大量热。例如：,在无机化学中，是用电子的得失，也就是氧化数的升降，来描述、判断氧化还原反应。而在有机化学中，加氧去氢为氧化，加氢去氧为还原。,其中C12C18的脂肪酸可直接与NaOH反应，制成高级脂肪酸的钠盐肥皂。这种制皂方法可节约大量的食用油。,在空气中燃烧：,这是汽油、柴油等作为动力燃料的依据。当燃烧不完全时，则有游离碳生成，在动力车尾气中有黑烟冒出。 烷烃的部分氧化 高级烷烃，如石蜡烃在KMnO4 、MnO2或Mn(Ac)2催化下，用空气或O2氧化，可得到的C12C18的脂肪酸。,2.6.2 氧化反应,2.6.3

7、异构化反应,化合物从一种结构转变成另一种结构的反应称为异构化反应。例如:,正构烷烃异构成带支链的烷烃，可以改善油品的辛烷值，提高油品的质量。,常温下烷烃很稳定，但隔绝空气加热到一定温度就开始分解。温度越高，分解越厉害。烷烃这种在高温下的热分解称为裂化。,裂解：指深度裂化。 目的：为了得到更多的低级烯烃。,2.6.4 裂化反应,2.7 烷烃的主要来源和制法,2.7.1 烷烃的来源石油和天然气,2.7.2 烷烃的制法,1烯烃的氢化 在催化剂存在下，氢气和烯烃混合振荡发生多相反应，生成与烯烃骨架相同的烷烃。由于烯烃较容易得到，因此，烯烃氢化是烷烃制备中最主要的反应。例如：,2 . Corey一Hou

8、se反应 将卤代烃先制成烷基铿RLi，加人卤化亚铜生成二烃基铜锉，然后再与另一分子的卤代烷RX作用发生偶联反应，得到烷烃R一R。本方法的发现者之一Corey E. J.因在有机合成中取得杰出成就而荣获1990年诺贝尔化学奖。例如：,3 . Wurtz反应 卤代烷和钠作用也得到碳链增长一倍的烷烃，反应可能经过烷基钠中间体的过程，卤代烃以溴代烷或碘代烷为好，伯卤代烷可以得到更高的产率。该反应又称Wurtz反应。,4 . Grignard试剂法 将卤代烷与金属镁在干燥的乙醚中反应，得到Grignard试剂RMgX（见8. 4. 4）。Grignard试剂和含活泼氢的化合物（如水、醇、氨等）作用得到烷

9、烃：,环烷烃-结构上具有环状碳骨架，而性质上与脂肪烃相似的烃类，总称环烷烃。 (1) 环烷烃-饱和的环烷烃叫环烷烃。单环通式CnH2n 环丙烷 CH2-CH2 简写: CH2 环丁烷 CH2-CH2 简写: CH2-CH2 甲基环丙烷 CH2 简写: CH-CH3 CH2,CH3,同分异构体,2.8 环烷烃,由于碳原子连接成环，环上C-C单键不能自由旋转。只要环上有两个碳原子各连有不同的原子或基团，就有构型不同的顺反异构体。,顺-1,4-二甲基环己烷,环烷烃的顺反异构:,例: 1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,立体异构体构造相同，分子中原子在空间的排列不同的化合物。,定义：只有一

10、个环的烷烃称为单环烷烃。,命 名 步 骤 （1）确定母体: 没有取代基的环烷烃本身就是母体, 命名时只须在相应的烷烃前加“环”, 环上有取代基的环烷烃以环为母体还是以链为母体视情况而定。 （2）编号要符合最低系列原则，让顺序规则中顺序较小的基团位次尽可能小。 （3）构型用顺反表示，分子没有对称性，构型用R、S表示。 （4）按名称的基本格式要求写出全名,单环烷烃的命名,2.8.1 环烷烃的命名,实 例,乙基环己烷,2-甲基-4-环己基己烷,侧链比较简单, 以环为母体, 链为取代基。 侧链比较复杂, 以链为母体, 环为取代基。,1,4-二甲基-2-乙基环己烷,实例,1,3-二甲基-5-乙基环己烷,

11、二环烷烃的命名,联二环己烷,螺4.4壬烷,二环4.4.0癸烷 (十氢化萘),二环2.2.1庚烷 (降冰片烷),联环烃,螺环烃(螺烃),桥环烃(桥烃),桥环烷烃,桥环烷烃命名时，按成环碳原子数称为“二环”或“双环”“某烷”。 将各桥碳原子数由大到小用数字表示，用下角圆点分开放在方括号中，将括号放在“二环”和“某烷”中间。 编号从一个桥头开始，沿最长桥到另一桥头，再沿次长桥回到起始碳，最后是最短桥。 将环上取代基位次和名称放在“二环”之前。,共用二个或多个碳原子的多环烷烃为桥环烷烃,7,7-二甲基二环2.2.1庚烷,1 6 2 7 5 3 4,3,7,7-三甲基二环4.1.0庚烷,8-甲基二环3.

12、2.1辛烷,二环螺环烃命名时以“螺”为词头, 称“螺”“某烷”； 将各环除螺原子以外的碳原子数由小环到大环用数字表示，用圆点分开放在方括号中，括号放在“螺”和“某烷”中间； 编号从较小环与螺原子相邻的碳开始，沿小环经螺原子到较大的环； 支链命名与桥环烷烃相同。,螺环烷烃,单环之间共用一个碳原子的多环烷烃为螺环烷烃。,螺2.4庚烷,螺5.5十一烷,1-甲基-7-乙基螺4.5癸烷,练 习,4、1,8-二甲基-2-乙基二环3.2.1辛烷 5、 顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷的稳定构象,烷烃是sp3杂化，键角109.5，环烷烃的碳也是sp3杂化，但键角不一定一样。 这样的键与一般的键不一样，它的电子云

13、没有轨道轴对称，而是分布在一条曲线上，故常称弯曲键。,环烷烃的性质,内角60,弯曲键比一般的 键弱，并且具有较高的能量。 这种因键角偏离正常键角而引起的张力叫角张力。 由于构象是重叠式而引起的张力叫扭转张力。,2.8.2 环烷烃的物理性质和化学性质,环烷烃的化学性质与相应的脂肪烃类似。 含三元和四元环的小环化合物有一些特殊的性质，易开环生成开链化合物，五、六元环较稳定。,2.7 环烷烃的反应,1885年，Baeyer提出张力学说：环中碳碳键角的变形会产生张力，键角变形程度越大，张力越大，环的反应活性越大。,张力学说,-在光或热的引发下发生卤代反应.,取代反应（共性）,光,光,热,反应生成的有支

14、链的化合物稳定：,开环反应-也叫加成反应（特性反应）,2.7.1 催化加氢,Ni 40,Ni 110,Pt 330,环丙烷的烷基衍生物与HX加成，环的破裂发生在含H最多和最少的两个碳原子之间，且符合马氏规律.,2.7.2 加卤素,四、五碳环不易开环，在常温下与卤化氢不反应。,2.8.3 加溴化氢,在常温下，环烷烃与一般氧化剂(KMnO4,O3)不反应。 在加热，强氧化剂作用或催化剂存在时，可用空气氧化成各种氧化产物： 例: CH2CH2COOH CH2CH2COOH,HNO3,2.7.4 氧化反应,Ba(OH)2,思考题：如何鉴别环丙烷与烯烃 ?,练 习,用简单的化学方法区别下列化合物。 甲基

15、环丙烷 丁烷 1-丁烯,2.8.3 环烷烃的来源和制备,石油中有一些五元和六元环烷烃及它们的衍生物，含量约0 . 1% l%，随产地不同而有所不同。纯粹的环己烷可以由苯加氢来制备，纯度不高的环己烷由石油重整产物分离得到。 合成脂环烃化合物通常有两个方法。一是用两端含有适当官能团的开链化合物为原料发生分子内的环化反应：,二是通过分子间反应得到：,制备三元环最简便的方法是卡宾和烯烃的加成，制备四元环可以通过烯烃在光照作用下的环加成反应，普环可以经由各种缩环反应得到，而合成六元环最重要的方法是DielsAlder双烯合成法。,(1) 环己烷椅式(Chair Form)构象的画法,锯架式,纽曼式,1

16、环己烷的椅式构象,2.8.4 环己烷的构象分析,*1. 有6个a (axial) 键，有6个e (equatorial) 键。(已为1H NMR 证明) *2. 有构象转换异构体 。（K=104-105/秒）,(2) 环己烷椅式构象的特点,椅型构象中的两种 C-H 键,a键 (直立键),e键 (平伏键),（1） 环己烷船式 (Boat form) 构象的画法,2. 环己烷的船式构象,锯架式,纽曼式,构象分布：环己烷椅式构象 : 环己烷扭船式构象 = 10000 : 1,一取代环己烷的构象,（95%),(5%),E = 7.6 KJ /mol-1,甲基环己烷椅式构象,二取代环己烷的构象,同一平面上的比较：在同侧为顺，在异侧为反。,1,2-二甲基环己烷的构象,顺1，2-二甲基环己烷, E = 0,反1,2-二甲基环己烷, E = 11.4 KJmol-1,顺1,3-二甲基环己烷构象,E = 22.8KJmol-1,1,3-二甲基环己烷构象,反1,3-二甲基环己烷