有機化學課件：ch2烷和環(huán)烷

第二章烷烴和環(huán)烷烴1

由碳和氫兩種元素組成的化合物叫做碳氫化合物，簡稱為烴。一切有機化合物都可以看作是烴的衍生物，所以烴是有機化合物的“母體”。根據(jù)碳鏈的骨架以及碳原子之間化學鍵的不同，可以將烴作如下分類：

2第一節(jié)烷烴一、烷烴的結(jié)構(gòu)形成烷烴時，碳原子取sp3

雜化。頭碰頭重疊形成C—Hσ鍵3乙烷(CH3CH3)σ鍵:旋轉(zhuǎn)不影響軌道重疊程度,即σ鍵可沿鍵軸“自由”轉(zhuǎn)動;重疊程度大,穩(wěn)定性高;鍵的極化度小.4碳原子的類型烴分子中的碳原子可分為伯、仲、叔、季(1oC、2oC、3oC、4oC)四種類型：只與2個其他碳原子直接相連只與1個其他碳原子直接相連二、烷烴的構(gòu)造異構(gòu)和命名同分異構(gòu)(isomerism)：分子式相同，但分子中各原子的排列次序、結(jié)合方式或空間位置不同5異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)造異構(gòu)：碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、官能團異構(gòu)、互變異構(gòu)等分子中原子間的排列順序、結(jié)合方式立體異構(gòu)：順反異構(gòu)構(gòu)型異構(gòu)旋光異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)造相同，原子在空間排布方式不同碳鏈異構(gòu)如：C5H12（3種）6又如

C6H14（5種）命名有普通命名法和系統(tǒng)命名法兩種。A普通命名法將直鏈烷烴叫做正某烷，按天干順序甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸10個字分別表示10個以內(nèi)碳原子的數(shù)目，10個以上的碳原子就用十一、十二、十三……等數(shù)字表示。

含支鏈的烷烴用異、新等字來區(qū)別。7這種命名方法只適用于碳原子數(shù)較少的烷烴。基的命名

一個化合物從形式上消除一個單價的原子或基團構(gòu)成一價基，在烴類化合物中是除去一個氫原子以后的剩余部分?；鶕?jù)相應母體的名稱來命名。脂肪烴基：脂肪烴去掉1個H所剩下的部分。“R-”芳香烴基：芳香烴去掉1個H后剩下的部分。“Ar-”8甲烷甲基Methyl乙烷乙基Ethyl丙烷丙基Propyl丙烷異丙基Isopropyl丁烷仲丁基secbutyl丁烷異丁基iso-butyl丁烷叔丁基tertbutyl丁烷丁基butylCH3CH2CH2CH29烷烴同一碳上去掉2個H或3個H后,分別稱為亞基、次基。亞甲基 亞乙基 次甲基 次乙基10順序規(guī)則（次序規(guī)則p21）(a)按原子序數(shù)大小排列,大者“較優(yōu)”,同位素中原子量大者“較優(yōu)”。(b)如按a比較是相同的,則需再比較相鄰的第二個原子、第三個原子……直到比較出“較優(yōu)”基團為止。11(c)當基團含有雙鍵和三鍵時,可以認為雙鍵和三鍵原子連接著兩個或三個相同的原子。Z-型雙鍵>E-型雙鍵；R

構(gòu)型>S

構(gòu)型12

根據(jù)順序規(guī)則，一些常見原子和基團的優(yōu)先順序如下：－I、－Br、－Cl、－SH、－F、－OCOR、－OR、－OH、－NO2、－NR2、－NHCOR、－NHR、－NH2、－COOR、－COOH、―CONH2、―COR、―CHO、―CR2OH、―CH2OH、―CN、―C6H5、―CHR2(R≠－CH3)、―CH＝CH2、－CH2R、－CH3、D、H、孤對電子。比較CH2Cl和COOH的大小?13系統(tǒng)命名（適用于整本書中大多數(shù)化合物）碳鏈按不同方向編號時，可有兩種編號系列，順次比較兩系列的位次，最先遇到的位次最小者，定為“最低系列”1最低系列原則2命名原則含、長、多、低（1）選取包含最多官能團的最長碳鏈為主鏈（2）選取含有支鏈最多的碳鏈為主鏈（3）按官能團位次低及“最低系列”原則編號1415選擇取代基編號小的編號方式若有兩種編號方式滿足要求選擇小取代基編號小的編號方式若有兩種編號方式滿足要求16Note:*含復雜支鏈時，復雜支鏈編號時應從與主鏈相連的碳原子開始.*碳數(shù)超過10，且有官能團時，要在碳數(shù)和母體名稱間加“碳”字，以免誤會*基也可編號，基的編號從自由價開始*雙、三鍵共存時，母體為烯炔，選取同時含雙、三鍵的最長碳鏈為主鏈，編號遵循最低系列原則，若位次相同，選取雙鍵位數(shù)小者3－甲基庚烷17

總結(jié)上述命名原則，可以概括出“含、長、多、低”四個字。即選擇含有官能團的最長碳鏈為主鏈，使主鏈上連有盡可能多的取代基，編號時應使官能團具有最低位次，其次是取代基具有最低位次，并遵循“優(yōu)先順序規(guī)則”(基團處于相同位次時)和“最低系列原則”(基團處于不同位次時)。名稱書寫應正確使用阿拉伯數(shù)字、漢字、天干、逗號和半字線等，隨意亂用或使用不規(guī)范化都是不允許的?？偟脑瓌t:

判斷母體確認主鏈兩大原則規(guī)范書寫系統(tǒng)命名法小結(jié)182-乙基－1－戊烯3－甲基－2,4-己二烯5-庚烯－1-炔191-戊烯-4-炔(不叫4-戊烯-1-炔)3-甲基－1－己烯－5－炔2－十二碳烯2－十二烯×109876543212-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷此類題不考哦！20至此，可以命名“烷、烯、二烯、炔、烯炔”，運用同樣的原則，可以命名“醇、烯醇、醛、烯醛、酮、烯酮、酸、烯酸、二酸”等。2,2,6-三甲基庚烷3－甲基－1，1－二氯丁烷5－甲基－2－己烯4，4－二甲基－2－戊炔213－甲基－3－戊烯－1－炔3－甲基戊醛2－乙基－3－戊烯醛3－甲基－6－辛烯－4－酮226－羥基－3－庚酮3－甲基－4－乙基－3－羥基己酸2－甲基－3－丁酮酸3－甲基－4－氯己二酸23三、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)(conformationalisomerism)1.乙烷的構(gòu)象

因單鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列形象稱為構(gòu)象。每一種空間排列形象就是一種構(gòu)象,因構(gòu)象不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象稱構(gòu)象異構(gòu)。24構(gòu)象的表示方法：鋸架式和紐曼投影式交叉式重疊式鋸架式25交叉式(Staggered)重疊式(Eclipsed)Newman投影式60°0°構(gòu)象的能量分析：非鍵合的兩原子或基團接近到相當于范德華半徑之和時,二者間以弱的引力相互作用,體系能量較低；如果接近到這一距離以內(nèi),斥力就會急劇增大,體系能量升高。乙烷的交叉式內(nèi)能最低，最為穩(wěn)定。這種構(gòu)象稱為優(yōu)勢構(gòu)象。2612.5kJ/mol272.丁烷的構(gòu)象ABCD全重疊式部分重疊式對位交叉式ABCD鄰位交叉式28高碳數(shù)正構(gòu)烷烴的優(yōu)勢構(gòu)象:相鄰碳的結(jié)構(gòu)均為對位交叉

癸烷C10H22

影響構(gòu)象穩(wěn)定性的因素除非鍵合斥力外，還有偶極-偶極相互作用、氫鍵等，其優(yōu)勢構(gòu)象不一定是對位交叉式。如：2－氟－1－乙醇，鄰二醇類化合物等。29四、烷烴的物理性質(zhì)

沸點直鏈烷烴的沸點一般隨相對分子質(zhì)量的增加而升高。碳原子數(shù)相同時，含支鏈多的烷烴沸點低。熔點(mp)

直鏈烷烴的熔點分子質(zhì)量的增加而增加。一般含偶數(shù)碳原子烷烴的熔點通常比含奇數(shù)碳原子烷烴的熔點升高較多。自學相對密度

烷烴相對密度小于1，隨分子量的增加逐漸增大。溶解度

烷烴不溶于水，易溶于有機溶劑30烷烴分子中只有牢固的C—Cσ鍵和C—Hσ鍵，所以烷烴具有高度的化學穩(wěn)定性。室溫下烷烴與強酸、強堿、強氧化劑或強還原劑一般都不發(fā)生反應。五、烷烴的化學性質(zhì)(一)穩(wěn)定性有機化合物分子中的氫原子（或其它原子、基團）被另一原子或基團取代的反應稱為取代反應。被鹵原子取代叫鹵代(halogenation)。(二)鹵代反應311.甲烷的氯代反應生成的一氯甲烷還會繼續(xù)被氯代,生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四種產(chǎn)物的混合物。工業(yè)上把這種混合物作為溶劑使用。CH3-Cl+Cl2CH2Cl2+HCl 二氯甲烷CHCl3+Cl2CCl4+HCl 四氯化碳CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl 三氯甲烷322.甲烷的氯代反應機制（了解）烷烴鹵代反應是游離基的鏈反應(free-radicalchainreaction),其歷程分3步進行：②鏈增長(chain-propagatingstep)：延續(xù)自由基，形成產(chǎn)物。

Cl·+CH4—>CH3·+HClCH3·+Cl2—>CH3Cl+Cl·上述過程反復①鏈引發(fā)(chain-initiatingstep)：形成自由基。

需要光、熱或引發(fā)劑(如過氧化苯甲酰)

Cl:Cl

光或熱

Cl·+Cl·H=+242.7kJ·mol-133

Cl·+CH2Cl2—>CHCl2·+HClCHCl2·+Cl2—>CHCl3+Cl·

Cl·+CHCl3—>CCl3·+HClCCl3·+Cl2—>CCl4+Cl·③鏈終止(chain-terminating step)：消除自由基Cl·+Cl·—>Cl:ClCH3·+Cl·—>CH3ClCH3·+CH3·—>CH3CH3

Cl·+CH3Cl—>CH2Cl·+HClCH2Cl·+Cl2—>CH2Cl2+Cl·甲烷的溴代及其它烷烴的鹵代反應機制與氯代相似。343.烷烴鹵代反應的取向含有不同類型H的烷烴氯代時,可得到不同的氯代烴。55%45%伯氫與仲氫的活性比：

仲氫比伯氫活潑實驗結(jié)果表明：

烷烴鹵代的相對活性——3oH>2oH>1oH>CH4

鹵素的相對反應活性——F2>>Cl2>Br2>I2354.烷烴自由基的構(gòu)型與穩(wěn)定性自由基的空間構(gòu)型:

中心碳采取sp2

雜化，單電子占據(jù)p軌道36自由基的穩(wěn)定性：3°R·>2°R·>1°R·>CH3·自由基的穩(wěn)定性次序決定著反應的取向和反應活性。CH3—HRCH2—HR2CH—HR3C—ECH3·RCH2·R2CH·R3C·DH=436DH=393DH=406DH=379

烷基自由基的能量比較37

環(huán)烴又稱閉鏈烴，為碳骨架成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一類碳氫化合物。根據(jù)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，又可分為：環(huán)烴脂環(huán)烴(alicyclichydrocarbon)芳香烴(aromatichydrocarbon)——性質(zhì)似脂肪烴單脂環(huán)烴多脂環(huán)烴——性質(zhì)似苯苯型芳香烴非苯型芳香烴第二節(jié)環(huán)烷烴38一、脂環(huán)烴的分類和命名

(一)分類單脂環(huán)烴多脂環(huán)烴C3-C4小環(huán)C5-C6普通環(huán)C7-C12中環(huán)C13以上大環(huán)橋環(huán)螺環(huán)根據(jù)環(huán)數(shù)多少分39環(huán)丙烷環(huán)丁烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)辛烷2，4-二甲基-1-叔丁基環(huán)己烷1.單脂環(huán)烴:

在相應的烴名前加“環(huán)”字(二)命名1-甲基-3-叔丁基環(huán)戊烷取代基編號小小取代基編號小40當環(huán)上有復雜取代基時，可將環(huán)作為取代基命名。2-甲基-1-環(huán)丙基-5-環(huán)戊基戊烷1-環(huán)丙基丁烷1,3-二環(huán)己基丙烷412.橋環(huán)烴（補充）

兩個環(huán)共用兩個或更多個碳原子稱為橋環(huán)化合物。其中橋碳鏈的交匯點原子稱為橋頭碳原子。雙橋環(huán)烴可看作是2個橋頭碳原子之間用3道橋連接起來的。橋頭碳原子橋頭碳原子橋頭碳原子42按成環(huán)碳原子總數(shù)稱“二環(huán)[x.y.z]某烷(/烯)”(x>y>z)。方括號內(nèi)的3個數(shù)字表示三道橋上的碳原子數(shù)。

編號：從一個橋頭碳原子開始沿最長的橋到另一橋頭碳,再沿次長的橋回到第一個橋頭碳,最后編號最短的橋。12345678二環(huán)[3.2.1]辛烷補充

433.螺環(huán)烴（補充）脂環(huán)烴分子中兩個碳環(huán)共用一個碳原子稱為螺環(huán)烴，共用的碳原子稱為“螺原子”。螺原子按成環(huán)碳原子總數(shù)稱:“螺[x.y]某烷

”(x<y).編號從小環(huán)中與螺原子相鄰的一個碳原子開始，經(jīng)螺原子再到大環(huán)。有官能團的官能團優(yōu)先編。螺[4.5]癸烷2,6-二甲基81245610螺[4.5]癸烷補充

445,9-二甲基二環(huán)[4.3.0]-2-壬烯1-甲基-7-乙基螺[3.6]癸烷1-甲基-8-乙基螺[3.6]－5－癸烯2,7-二甲基二環(huán)[4.3.0]-2-壬烯補充

45二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性1885年,BaeyerAV假定,環(huán)烷烴具有平面正多邊形的結(jié)構(gòu)：60°90°108°120° 128.6135°Bondangle環(huán)上C－C之間的鍵角偏離正常鍵角109°28′,就會產(chǎn)生角張力，偏差角越大張力越大,分子越不穩(wěn)定。(一)張力學說環(huán)烷烴分子中的碳原子采取sp3雜化；除了環(huán)丙烷以外，其它環(huán)烷烴的碳原子都不在同一平面上。46分子中碳碳之間的鍵角能夠保持或盡可能接近109°28′。因此除了三、四元環(huán)為張力環(huán)以外，環(huán)戊烷及其以上的環(huán)烷烴都是穩(wěn)定的。環(huán)己烷（椅式構(gòu)象）47由于幾何形狀限制，環(huán)丙烷分子雖是平面結(jié)構(gòu)，但成鍵的電子云并不沿軸向重疊，而是形成一種彎曲鍵。鍵角與軌道的正常夾角有偏差,造成重疊程度小,鍵能下降,產(chǎn)生角張力48

脂環(huán)烴的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)與相應的脂肪烴相似。環(huán)烷烴性質(zhì)似烷烴。三、環(huán)烷烴的性質(zhì)但小環(huán)的環(huán)烷烴不穩(wěn)定,容易發(fā)生開環(huán)加成反應。(一)自由基取代反應：491.催化加氫催化加氫易到難：環(huán)丙烷>環(huán)丁烷>環(huán)戊烷>>環(huán)己烷(二)加成反應：50(2)加鹵素、鹵化氫環(huán)丙烷的烷基取代物與HX按馬氏規(guī)則開環(huán)加成，環(huán)的開裂總是在含最多H和最少H的碳原子間進行。51環(huán)丙烷及其烷基衍生物雖然很容易與溴反應，但不與高錳酸鉀反應，因此可以用高錳酸鉀鑒別脂環(huán)烴與烯烴。鑒別下列化合物:、 和完成反應：52(一)環(huán)己烷的兩種典型構(gòu)象——船式和椅式船式構(gòu)象

椅式構(gòu)象四、環(huán)烷烴的構(gòu)象異構(gòu)環(huán)戊烷構(gòu)象（了解）p2753構(gòu)象異構(gòu)的能量分析船式124356HHHHHHHHHHHH183pm重疊式空間張力142356重疊式的H透視式Newman投影式54椅式250pm交叉式交叉式的H椅式構(gòu)象

99.9%

船式構(gòu)象0.1%55環(huán)平面