医学精品课件：第二章烷烃和环烷烃--陈

1、第二章 链烃和环烷烃,Alkanes and Cyclic Alkanes,烃（hydrocarbons）： 1、碳氢化合物，只含碳和氢。 2、是有机化合物的“母体”。 3、一切有机化合物可以看作是烃的衍生物,烃的分类,烃,脂肪烃,饱和烃,芳香烃,不饱和烃,脂环烃,非苯系芳香烃,烯烃,二烯烃,炔烃,苯系芳香烃,链烃,环烃,烷烃,SP3杂化 键角109 28 烷烃又称为饱和链烃，所有的键均为键。 键的特点： 成键原子可以绕键轴旋转而键不断裂 旋转的结果改变了分子空间排列,一、烷烃的结构,第一节 烷烃,乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取sp3杂化,二、烷烃的异构和命名,一）烷烃的异构 1、碳链异构

2、 分子式相同，碳原子的连接方式不同,碳原子的类型,伯(1) （pri-) 、仲(2) （sec-) 、叔(3) （tert-) 氢原子 不同类型氢原子反应性能不同,乙烷的构象可以有无数种 交叉式和重叠式构象是乙烷无数构象中的两种典型情况,2、构象异构,1)乙烷的构象,重叠式,交叉式,锯架式(Saw horse)表示法,构象异构：单键的自由旋转，使分子中原子或基团空间产生不同的排列形式,交叉式,重叠式,斥力最小 能量最低，稳定,斥力最大 能量最高，不稳定,纽曼（Newman ）投影式,2）正丁烷的构象,丁烷的C2-C3键轴旋转所形成的几种最典型构象的纽曼投影式,对位交叉式,邻位交叉式,部分重叠式

3、,全重叠式,稳定性顺序：对位交叉式邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式,二） 烷烃的命名,普通命名法,系统命名法,俗名,其他,1、普通命名法,1)直链烷烃: 按碳原子数目命名，10以下按天干顺序， 10以上中文数字表明碳原子数,甲烷methane 乙烷ethane 丙烷propane 丁烷butane 戊烷pentane,己烷hexane 庚烷heptane 辛烷octane 壬烷nonane 癸烷decane,烯烃：ene 炔烃：yne,链端为(CH3)2CH-：加“异”(iso)。 链端为(CH3)3C-：加 “新”(neo)。 直链烷烃：加 “正” （ n-常省略,2）含侧链的烷烃,2、系统

4、命名法,1)烃基：烃分子中去掉一个氢的原子所剩下的基团，简称为“基”“-yl”，烷烃的基叫作烷基,甲基,丙基,乙基,异丙基,异丁基,正）丁基,仲丁基,叔丁基,两价的烷基称为亚基,三价的烷基称为次基,脂肪烃基：常用R-代表； 芳香烃基：常用Ar-代表； 烃基的名称由相应的烃命名,2）取代基次序规则（p40,a. 按原子序数大小排列，大者优先。 IBrClSPONC D H b. 假使第一个原子相同，比较第二个原子。第二个原子也相同，则沿取代链逐次相比。 (CH3)3C-(CH3)2CH-CH3CH2-CH3- CH3CH2CH2CH2-CH3CH2CH2-CH3CH2- -CH2Cl-CH(CH

5、3)2 前：Cl H H 后：C C H,c. 有双键或叁键的基团，一个键相当于连一个原子 HCC-CH2=CH-CH3CH2- -COOH -CHO - CH2OH,注意：比较的是原子序数的大小，而不是几个原子的原子序数之和,3）系统命名法的要点,选择主链,最长的连续碳链,取代基最多,最多,最长,编号,a)等距两端同时遇不同取代基，小基团先编号，大基团后编号； (b)等距两端同时遇到相同取代基，则让其它取代基的位次最小,1从距离取代基最近的一端碳开始编号(最低系列原则,最低系列,2 ,7,8-三甲基癸烷（和17） (不是3,4,9-三甲基癸烷)（和16,小基团先编号,写出名称,多个相同取代基

6、合并，用二、三、四等表示,按取代基次序规则从小基团到大基团写出取代基,3,6-二甲基-4-丙基辛烷,三、 烷烃的物理性质,一）溶解度（自学）（二）熔点、沸点（bp) （1）沸点（bp） C1C4气态，C5C16液体，C17以上固体 随碳数增加，沸点增加,沸点,正戊烷 异戊烷 新戊烷 沸点 36 28 9.5,同碳数，直链比异构烷烃的沸点高，支链数增加， 沸点减小,2）熔点(mp,C1C3下降，直链C4以上随碳数增加，熔点呈锯齿型增加。 （双数碳原子的熔点比单数者增幅高，因为对称性要好,直链烷烃的熔点,正戊烷 异戊烷 新戊烷 熔点 129.7 -159.9 -16.6,同碳数，支链数增加，熔点减

7、小，但对称性增加，熔点增加,很稳定，不易发生离子型反应，可进行自由基反应,四、 烷烃的化学性质,一）稳定性,烷烃是饱和烃，分子中均为键，具有高度的化学稳定性。 在室温下，烷烃与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂通常都不发生反应。 常用作有机溶剂和药物的基质,二）卤代反应,卤代反应：烷烃的氢原子被卤素原子取代。 卤代反应主要指氯代和溴代反应。 甲烷的氯代反应，光照或高温条件下，可以得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）和四氯化碳的混合物,1.反应机制(历程) （自由基取代反应） reaction mechanism,烷烃的氯代反应是自由基（游离基）反应。 反应中间体自由基。 自由基中间体是高活性物

8、种，一旦形成就会连续进行下去直到消亡，故自由基反应是连锁反应。 自由基反应分三步：链引发、链增长和链终止,1）链引发,表示单电子转移方向,表示电子对转移方向,2）链增长,活泼的氯自由基引起连锁反应,3）链终止,生成稳定的化合物，反应终止,甲基自由基的结构,sp2杂化,卤素：F2Cl2Br2I2（不反应） H反应活性: 3H 2H 1H CH3 _H 与解离能有关，解离能越低，越易裂解,反应物活性越大,反应活性,游离基的稳定性：3R2R 1R CH3 游离基所属的C上取代基越多，游离基越稳定,第二节 环烷烃,一、环烷烃的分类和命名,根据环数: 单环、双环（二环）和多环,根据成环碳原子数目： 小环

9、（34个碳）、普通环（57个碳）、中环（811个碳）和大环（ 12个碳）；五元环和六元环最常见，又称常见环,二）单环环烷烃的命名,一）分类,简单环烷烃：称“环某烷,环戊烷,1,2,4-三甲基环己烷,1-甲基-4-异丙基环己烷,若支链复杂，则把环当取代基,3-环己基己烷,顺-1,2-二甲基环丙烷,反-1,2-二甲基环丙烷,分子中含有两个碳环的是双环化合物,两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；共用的碳原子称为螺原子,三）二环环烷烃,螺环化合物,桥环化合物,两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物，共用的碳原子称为桥头碳原子，称为二环烃,环丙烷 C-C-C 键角 105.5,二、环烷烃的

10、结构和稳定性,三个碳原子在一个平面 部分重叠，“弯曲键”，与正常的键相比，存在张力（达到最大重叠 的倾向），因此内能较高，环不稳定。 化学性质活泼：电子云分布在两个原子连线外侧，易受亲电试剂的进攻，如卤素、卤化氢,环丁烷C-C-C键角约111.5，四个C不在同一平面。分子中也存在着张力，但比环丙烷要稳定得多,环戊烷C-C-C键角为10928左右。四个碳在同一个平面，另一个碳在平面外，较稳定,稳定性：环己烷环戊烷环丁烷环丙烷,环己烷的六个成环碳原子不共平面，C-C-C键角保持正常键角10928 ，很稳定。通过键的扭动可以得到椅式和船式两种不同的排列方式（构象,椅式,船式,三、环烷烃的构象,一）环

11、己烷的构象,椅式 相邻C均处于交叉式 C1,C4相隔距离较远 较稳定,船式 C2,C3、C5,C6处于重叠式 C1,C4相隔距离较近 稳定性小,直立键（a键） 平伏键（e键） （与轴呈10928,中心轴,环己烷的六个碳原子分布在两个平面上。 中心轴垂直于两个平面,通过CC键扭动， a键 e键，e键 a键，但键的取向（朝向）不变。 在常温下，两种构象相互转化，达到平衡状态，这两种椅式构象是等同的,a、单取代环己烷的构象,两种椅式构象在能量上有差异，因此在互相翻转的平衡中，它们的含量不等,二）环己烷衍生物的构象,环己烷一元取代物的优势构象都是取代基在e键上的椅式构象,排斥力大，体系内能高，不稳定,

12、排斥力小，体系内能低，稳定,如二取代环己烷中，有四种位置异构，1,1位、1,2位、1,3位、1,4位，其中，后三者有顺反和构象异构 （1）椅式为最稳定的优势构象； （2）e-取代基最多的是优势构象； （3）环上有不同取代基时，大基团在e键 上为优势构象,b、多取代环己烷的构象,顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷的优势构象,四、十氢萘的构型和构象（不作要求,通性与开链烃相似。环烷烃与烷烃相似；环烯烃和环炔烃分别与烯烃和炔烃相似。 特性环烷烃的加成反应。环状构造使小环烃出现的一些特殊的化学性质。主要表现在环的稳定性上，小环较不稳定，大环则较稳定,五、环烷烃的性质,一）物理性质（自学） （二）化学性质,环烷烃可进行催化氢化反应生成链状的烷烃。 环的大小不同，反应的难易程度也不一样,1.氢化反应,2. 卤化反应,环丙烷在常温下，环丁烷在加热时发生反应， 环戊烷以上不反应,1）与卤素加成反应（亲电加成,环烷烃与烷烃一样，与卤素进行游离基取代反应,2）卤代反应（自由基取代,3）加卤化氢（亲电加成,环丙烷常温时可与卤化氢加成, 环丁烷常温时不反应，环戊烷以上不反应,环丙烷衍生物的加成符合马氏规则。（断裂在含氢最多和氢最少的C-C上,练习,2、下列烃中，熔点最高的是（ ） A、正戊烷 B、2-甲基丁烷 C、异戊烷 D、新戊烷,D,