有機化學課件 第二章 飽和碳氫化合物 - 副本

2.1

烷烴、環(huán)烷烴的命名

2.1.1烷烴的命名(普通命名系統(tǒng)命名)2.1.2環(huán)烷烴的命名(單環(huán)與雙環(huán)環(huán)烷烴的命名)2.2

烷烴、環(huán)烷烴的構象與構象分析

2.2.1烷烴的構象乙烷的構象正丁烷的構象構象異構體與穩(wěn)定性

2.2.2環(huán)烷烴的構象環(huán)烷烴的結構與穩(wěn)定性環(huán)烷烴及其衍生物的構象

(環(huán)己烷和取代環(huán)己烷的構象)2.3

烷烴、環(huán)烷烴的物理與化學性質

第二章飽和碳氫化合物1.烷烴碳原子和氫原子的種類及烷基的概念

1)伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子

2)烷基(alkyl)R-

烷烴分子去掉一個氫原子后余下的基團-ane-yl2.1烷烴、環(huán)烷烴的命名2.1.1烷烴的命名2.普通命名法（適用于簡單化合物）1~10個碳的烷烴,詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，10個碳以上,用中文數(shù)字十一、十二等加“烷”表示。

碳架異構體(構造異構體的一種)用正、異、新等詞頭區(qū)分。

正己烷異己烷新己烷

n-hexaneisohexaneneohexane構造異構體：具有相同的分子式，分子中的原子或基團因連接順序不同而產(chǎn)生的異構體。3.系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）1)選主鏈：選最長碳鏈作主鏈,并以此鏈為母體烷烴.若遇多個等長碳鏈,則取代基多的為主鏈。2)編號:

近取代基端開始編號,并遵守“最低系列編號規(guī)則”。取代基距鏈兩端位號相同時,編號從次序小的基團端開始。

次序規(guī)則①

單原子取代基,按原子序數(shù)大小排列.原子序數(shù)大,次序大；原子序數(shù)小,次序?。煌凰刂匈|量高的,次序大。②

多原子基團第一個原子相同,則依次比較與其相連的其它原子。

③

含雙鍵或叁鍵的基團,則作為連有兩個或叁個相同的原子。(3)命名：中文名稱按基團次序規(guī)則，較小的基團列在前；英文名稱按基團首字母的字順先后列出。5-丙基-4-異丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane[注意]1)相同取代基數(shù)目用中文數(shù)字二、三...表示；

2)取代基位號用阿拉伯數(shù)字表示；

3)阿拉伯數(shù)字與漢字之間必須用短橫線分開；

4)阿拉伯數(shù)字之間必須用逗號分開。

5)iso(異)、neo(新)、cyclo（環(huán)）參與比較英文字

母排序,而i-(異)、

n-(正)、sec(二級)、tert(三級)、cis(順)、trans(反)、di(二個)、tri(三個)、tetra(四個)

等不參與比較。

支鏈上連有取代基,則從和主鏈相連的碳原子開始將支鏈碳原子依次編號,并將支鏈上取代基位號、名稱連同支鏈

(取代基)的名寫在括號內。2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷(4)含復雜支鏈的烷烴命名(不要求）2-methyl-5-(1,1-dimethylpropyl)decaneIUPAC命名中允許使用“異”、“仲”、“叔”、“新”等。2.1.2環(huán)烷烴的命名1)

單環(huán)環(huán)烷烴的命名(1)

按成環(huán)碳原子數(shù)目稱為環(huán)某烷。1-甲基-3-乙基環(huán)己烷1-ethyl-3-methylcyclohexane？

2-甲基-4-乙基-1-丙基環(huán)己烷4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexane遵守最低系列原則

(2)

長鏈作母體，環(huán)作取代基。3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane1-甲基-3-乙基-5-丙基環(huán)己烷1-ethyl-3-methyl-5-propylcyclohexane

遇相同編號時，次序小的基團定位“1”。環(huán)作取代基時，cyclo參與比較英文字母排序。(3)順、反環(huán)烷烴

受環(huán)的限制,σ鍵旋轉受阻，環(huán)上取代基在空間排列方式不同,產(chǎn)生順反(幾何)異構。——構型異構——

順(cis):

兩個相同取代基在環(huán)同側；

反(trans):

兩個相同取代基在環(huán)異側。

順-1,4-二甲基環(huán)己烷反-1,4-二甲基環(huán)己烷cis-1,4-dimethylcyclohexanetrans-1,4-dimethylcyclohexane順-1,2-二甲基環(huán)丙烷cis-1,2-dimethylcyclopropane2.2.1烷烴的構象與穩(wěn)定性2.2烷烴、環(huán)烷烴的構象

構象:由單鍵旋轉而產(chǎn)生的分子中原子或基團在空間的不同排列方式。1)乙烷的構象

兩種極限構象重疊式（由H-C-C-H組成的兩面角為0°)交叉式（由H-C-C-H組成的兩面角為60°)重疊式

楔形式鋸架式紐曼式

（傘形式）（Newman式）交叉式

楔形式鋸架式紐曼式

（傘形式）（Newman式）

介于重疊式與交叉式之間的無數(shù)構象稱為扭曲式構象。乙烷各種構象勢能關系圖2)

構象的穩(wěn)定性[分析乙烷兩個極限構象]

排斥力最大排斥力最小

內能高內能低

非鍵連相互作用力：不直接相連的原子間的作用力。

構象的穩(wěn)定性與內能有關.(內能低,穩(wěn)定;內能高,不穩(wěn)定)

能量最低的穩(wěn)定構象稱優(yōu)勢構象。乙烷不同構象的能量曲線圖?轉動能：12.5kJ/mol?每對重疊氫H-C-C-H

排斥力~4kJ/mol(重疊張力/扭轉張力)?

室溫下,構象異構體處于迅速轉化的動態(tài)平衡中，不能分離。

?

平衡狀態(tài)中,分子傾向以穩(wěn)定構象形式存在.

——構象分布——平衡狀態(tài)時各構象所占的比例3)

重疊式與交叉式構象的能差及構象分布部分重疊式

全重疊式部分重疊式4)

正丁烷的構象繞C-2和C-3之間σ鍵旋轉16.019.016.0構象穩(wěn)定性：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式

(0)(3.8)(16.0)(19.0)室溫下，正丁烷構象異構體處于迅速轉化的動態(tài)平衡中，不能分離。最穩(wěn)定的對位交叉構象是優(yōu)勢構象。

計算每對二面角之間的排斥力？計算題：2.2.2環(huán)烷烴的構象與穩(wěn)定性

為什么小環(huán)化合物容易開環(huán)并且三元環(huán)比四元環(huán)更容易開環(huán),而五元環(huán)、六元環(huán)相對穩(wěn)定？

角張力(Baeyer張力)

與正常鍵角偏差而引起的張力.

五元以上的環(huán)會不會因環(huán)數(shù)增大而不穩(wěn)定？

燃燒熱標準條件下1mol烷烴完全燃燒成二氧化碳和水,放出的熱量。

鏈狀烷烴每個CH2燃燒熱為：658.6kJ/mol

與鏈狀烷烴單位CH2燃燒熱(658.6kJ/mol)比較：

扭轉張力

扭轉張力愈大，相應的環(huán)烷烴愈不穩(wěn)定。

環(huán)烷烴穩(wěn)定性的排列順序：環(huán)己烷>環(huán)戊烷>環(huán)丁烷>環(huán)丙烷

環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷具有非平面構象

燃燒熱高于開鏈烷烴數(shù)值越大，內能越高，穩(wěn)定性越差。(1)環(huán)己烷的構象

極限構象：

椅式船式

椅式構象

基本不存在

非鍵連作用角張力扭轉張力1)

環(huán)己烷及其衍生物的構象與穩(wěn)定性a鍵：直立鍵(豎鍵)(axialbonds)e鍵：平伏鍵(橫鍵)(equatorialbonds)構象翻轉

a鍵轉變成e鍵，e鍵轉變成a鍵；

環(huán)上原子或基團的空間關系保持,即鍵的上下取向不改變。

船式構象

基本存在

非鍵連作用扭轉張力

穩(wěn)定性：椅式構象環(huán)己烷>船式構象環(huán)己烷

室溫下，平衡有利于椅式構象（優(yōu)勢構象），99.9%。(2)取代環(huán)己烷的構象a一取代環(huán)己烷的構象平衡有利于-CH3處于e鍵的構象(優(yōu)勢構象)。[構象分析]

非鍵連作用鄰交叉型對交叉型

平伏鍵甲基環(huán)己烷比直立鍵甲基環(huán)己烷穩(wěn)定：7.1kJ/mol

鄰交叉對交叉b二取代環(huán)己烷的構象aa鍵型ee鍵型ae鍵型ae鍵型(優(yōu)勢構象)(能量等同的構象異構體)順式(cis):

反式(trans):

比較順式和反式1,4-二甲基環(huán)己烷的穩(wěn)定性。

ea鍵型ee鍵型aa鍵型

甲基ee鍵型異構體比甲基ea鍵型異構體穩(wěn)定。(優(yōu)勢構象)1.指出下列構象異構體中哪一個是優(yōu)勢構象。

（優(yōu)勢構象）

較大的基團處于e鍵的構象異構體相對穩(wěn)定。[討論]3.指出下列各環(huán)己烷衍生物(1)是順式還是反式(2)是否處于最穩(wěn)定的構象.如果不是,將環(huán)翻轉畫出最穩(wěn)定構象.反式反式順式順式優(yōu)勢構象優(yōu)勢構象2.3烷烴/環(huán)烷烴的物理性質與分子間的非共價作用

物理性質與化合物的結構和分子間的作用力有關。2.3.1分子間的非共價作用力(1).氫鍵一個分子中帶有部分正電荷的氫原子(氫鍵給體)和另一分子(或同一分子)中帶有部分負電荷的雜原子(氫鍵受體)之間的相互作用。氫鍵用虛線表示：X—H----Y1)具有與電負性大的雜原子相連的氫原子。2)具有孤電子對的雜原子。

雜原子的電負性越大,原子半徑越小,形成的氫鍵越強。形成氫鍵的條件:

氫鍵的飽和性

氫鍵的方向性

一個氫原子只能與一個雜原子形成氫鍵。

同一直線上(即鍵角180°)形成氫鍵,可減少雜原子間電子的排斥,使形成的氫鍵更穩(wěn)定。

氫鍵對分子構象的影響

氫鍵影響化合物熔/沸點及水溶性分子間氫鍵使熔點、沸點升高；分子內氫鍵使熔點、沸點下降。形成分子間氫鍵會使水溶性增加。當羥基有可能參與形成分子內氫鍵,則對位交叉構象不一定是優(yōu)勢構象.

(2).偶極-偶極作用力極性分子間的相互作用力。

偶極-偶極作用力大，熔沸點高，水溶性增強。δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-一分子偶極正端對另一分子偶極負端的相互吸引作用。

(3).VanderWaals(范德華作用力也稱色散力）范德華作用力是分子在不斷運動中，產(chǎn)生瞬時偶極之間的相互作用。大小與相對分子質量、分子的極化率(分子的變形)和分子接觸面積有關。vanderWaalsforces——areinduceddipole-induceddipoleinteractions4.2BoilingPointsofAlkanes烷烴是非極性分子，分子間存在著范德華作用力．2.3.2烷烴/環(huán)烷烴的物理性質狀態(tài)，沸點(bp)，熔點(mp)，相對密度，溶解度…

熔點不僅與分子間作用力有關，還與分子在晶格中堆積的緊密程度、分子的對稱性有關