有机化学高鸿宾第四版第二章饱和烃：烷烃和环烷烃.ppt

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1、第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃,2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.1 烷烃和环烷烃的通式2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构2.2 烷烃和环烷烃的命名2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子2.2.2 烷基和环烷基2.2.3 烷烃的命名普通命名法(2)衍生命名法系统命名法2.2.4 环烷烃的命名,2.3 烷烃和环烷烃的结构2.3.1 键的形成及其特性2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性2.4 烷烃和环烷烃的构象2.4.1 乙烷的构象2.4.2 丁烷的构象2.4.3 环己烷的构象2.4.4 取代环己烷的构象2.5 烷烃和环烷烃的物理性质2.5.1 沸点2.5.2 熔点2.5.3

2、相对密度2.5.4 溶解度2.5.5 折射率,2.6 烷烃和环烷烃的化学性质2.6.1 自由基取代反应 卤化反应 卤化的反应机理(3)卤化反应的取向与自由基的稳定性(4)反应活性与选择性2.6.2 氧化反应2.6.3 异构化反应2.6.4 裂化反应2.6.5 小环环烷烃的加成反应 加氢 加溴(3)加溴化氢,含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃等。,烷烃的通式：CnH2n+2,环烷烃的通式：CnH2n,2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构,2.2 烷烃和环烷烃的命名(nomenclature of alkanes and cycloalkanes),2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原

3、子,伯、仲、叔、季碳原子,伯、仲、叔氢原子,名称 缩写,用“正”、“异”、“新”分别表示直链、一端具有异丙基或叔丁基的构造异构体。,母体,直链烷烃的命名与普通命名法相同。,庚烷,(I),(II),当含有几个不同的取代基时，按照“次序 规则”，将“优先”的基团列在后面，各取 代基 之间用半字线“”连接。,当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四”表示其个数，逐个标明其位次 号，并用逗号分开。,5丙基4异丙基壬烷,3,7二甲基4乙基壬烷,1 2 3 4,当环上有不止一个取代基时，将成环碳 原子编号。编号时，使“次序规则”中“优先”的基团具有较大的位次号，且使 所有的取代基位号尽可能小。,1甲基

4、3乙基环己烷,1,1二甲基3异丙基环戊烷,IUPAC nomenclature of alkanes:,直链烷烃(unbranched alkanes),(5丙基4 异丙基壬烷),4-isopropyl-5-propylnonane,当两个或更多的相同取代基出现时，使用 前缀di-,tri-,tetra-等：,isooctane(异辛烷),sp3杂化轨道(hybrid orbitals):,基态,激发态,sp3 杂化态,在甲烷分子中，C 原子是sp3杂化。,s 轨道成分：1/4；p 轨道成分：3/4。,图 2.2 sp3杂化轨道,图 2.3 sp3杂化的碳原子,几何构型：四面体,sp3 1s

5、键,4个CH 键,图 2.4 甲烷的结构,图 2.5 甲烷的球棍模型,图 2.6 甲烷的比例模型,1个C键,6个CH键,sp3 sp3 键,sp3 1s 键,图 2.7 乙烷的球棒模型,图 2.8 乙烷的比例模型,图 2.9 乙烷的棍棒模型,图2.10 正丁烷的球棒模型,图2.11 正丁烷的比例模型,由于键呈圆柱状对称，C单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的其它原子或基团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象构象(conformation)。,由此产生的异构体构象异构体(conformers),在环丙烷分子中，两个相邻的C原子以sp3杂化轨道形成 CC 键时，以弯曲的方式交盖，从而未能最大

6、程度的交盖。因此，环丙烷不稳定。,乙烷的构象,纽曼(Newman)投影式：,交叉式与重叠式是乙烷分子的极限构象,由C2C3 键旋转产生的构象：,图 2.13 正丁烷构象的模型,2.4.2 丁烷的构象,固定C2原子，反时针旋转C3原子，得到以下正丁烷的极限构象,稳定性：对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠,2.4.3 环己烷的构象,环己烷的碳骨架不是平面结构，C键角为109.5。通过旋转键和键角的改变，可以得到两种构象：,图 2.15 环己烷椅型和船型构象的模型,在船型构象中，所有的CH键处于交叉式。,环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型构象，原来的a键变为e键，原来的e键变为a键：,一种椅

7、型构象经半椅型、纽船型、船型翻转成另一种椅型构象。在能量上：,椅型构象 纽船型构象 船型构象 半椅型构象,图2.16 环己烷的构象翻转,2.4.4 取代环己烷的构象,在一取代的环己烷分子中，取代基可以处在a键上，也可以处在e 键上：,当取代基处在a 键时，它与3,5位的H原子存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。,同时，取代基与相邻碳原子上的CH2处于邻位交叉，而当取代基处于e 键上时，取代基与相邻碳原子上的CH2处于对位交叉,取代基处在e 键上稳定。,取代基越大，它处于e 键的构象越稳定：,2.5 烷烃和环烷烃的物理性质,物理常数：单一纯净的有机化合物在一定的条件下其物理性质为一固定值。,烷

8、烃和环烷烃：无色、有一定的气味。,当C原子数相同时，含支链越多的烷烃，相应的沸点越低。,沸点/36.1 27.9 9.5,沸点与分子间的作用力van der Waals 力相关。,相对分子质量大的分子，其表面积增大，分子间van der Waals 力色散力增大，其沸点随之升高。,偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。,图2.17 烷烃的熔点与分子中所含碳原子数的关系图,C原子数相同烷烃的不同异构体，对称性较好的异构体具有较高的熔点。,熔点/-130-160-17,2.5.5 折射率 在一定的波长的光源和一定的温度条件下，折射率对确定的化合物是一个常数。,环戊烷 环戊基氯(93%),光或热的作用下，分子发生均裂，分解为2个氯原子。,自由基分别与反应物分子和产物分子反应。,丙烷 1氯丙烷(45%)2氯丙烷(55%),伯氢：9 产率：64%叔氢：1 36%,溴的反应性低，选择性高。,生产环己醇的方法,2.6.3 异构化反应2.6.4 裂化反应,