有机化学(医学专业)第四章烷烃和环烷烃

1、第四章第四章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃 第一节第一节 烷烷 烃烃烷烃的命名烷烃的命名1 1烷烃的结构烷烃的结构2 2烷烃的构象异构烷烃的构象异构3 3烷烃的物理性质烷烃的物理性质4 4烷烃的化学性质烷烃的化学性质5 5一、烷烃的命名一、烷烃的命名1. 1. 饱和碳原子的类型饱和碳原子的类型 C CC CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C CH HC CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 31 12 23 34 45 56 67 78 89 9C C1 1 、C C6 6 、C C7 7、C C8 8、C C9 9 C C3 3、C C5 5 C C4

2、 4 C C2 2 伯碳原子、一级碳原子、伯碳原子、一级碳原子、1 1仲碳原子、二级碳原子、仲碳原子、二级碳原子、2 2 叔碳原子、三级碳原子、叔碳原子、三级碳原子、3 3 季碳原子、四级碳原子、季碳原子、四级碳原子、4 4 2. 2. 烷烃的英文名称烷烃的英文名称 甲烷甲烷 methanemethane乙烷乙烷 ethaneethane丙烷丙烷 propanepropane丁烷丁烷 butanebutane戊烷戊烷 pentanepentane己烷己烷 hexanehexane 庚烷庚烷 heptaneheptane辛烷辛烷 octaneoctane壬烷壬烷 nonanenonane癸烷癸烷

3、 decanedecane 3. 3. 普通命名法普通命名法（正、异、新）（正、异、新）CH3CHCH2CH2CH3CH3CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 n n- -己烷己烷正己烷正己烷n-n-hexanehexane正正 normal normal n-n- 异异 isoiso- -isoiso- -hexanehexane 异己烷异己烷CH3CCH3CH3CH2CH3新己烷新己烷neo-neo-hexanehexane新新 neo-neo- 只只适用于直链或含碳原子数较少的烷烃适用于直链或含碳原子数较少的烷烃普通命名法普通命名法4. 4

4、. 常见的烷基（常见的烷基（R-R-） - -aneane - -ylylCH3CHCH3isopropylisopropyl iso-Priso-Pr 异丙基异丙基 m e t h y lm e t h y l M eM e 甲基甲基e t h y le t h y l E tE t 乙基乙基n-propyl n-propyl n-n-PrPr ( (正正) ) 丙基丙基CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3n-butyl n-Bu (正正)丁基丁基 sec-butyl sec-Bu 仲丁基仲丁基 iso- butyl iso-B

5、u 异丁基异丁基 tert-butyl t-Bu 叔丁基叔丁基 CH3CH2CH2CH25. 5. 系统命名法（系统命名法（IUPACIUPAC命名法）命名法） 选主链：选择含有取代基最选主链：选择含有取代基最多多的的连续连续的的编号：从靠近取代基的一端开始编号编号：从靠近取代基的一端开始编号最最长长碳链为主链碳链为主链取代基：优先基团后列出取代基：优先基团后列出CHCHCH3CH3CH2CH3CHCH3CH2CH2CH32-甲基甲基-3-乙基乙基-4-甲基庚烷甲基庚烷 2,4-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 3-乙基乙基-2,4-二甲基庚烷二甲基庚烷 3-ethyl -2,4-dimet

6、hylheptane 2,4-dimethyl-3-ethylheptane 1234567?如何命名？如何命名？异丙基异丙基 异丁基异丁基 丁基丁基 丙基丙基 乙基乙基 甲基甲基优先次序优先次序2,6-2,6-二甲基二甲基-3-3-乙基庚烷乙基庚烷 1 12 23 34 45 56 67 7服从服从最低系列最低系列原则原则C C H H3 3C C H HC C H H2 2C C H H3 3C C H H2 2C C H HC C H H2 2C C H HC C H H3 3C C H H3 3C C H H3 3取代基位次：取代基位次： 从左边数起从左边数起 2,5,6 2,5,6

7、从右边数起从右边数起 2,3,6 2,3,6 二、烷烃的结构二、烷烃的结构1. C1. C的的spsp3 3杂化杂化激发态：激发态：2 2s s1 1 2 2p p1 1 2 2p p1 1 2 2p p1 1x y zx y z激发激发杂化轨道杂化轨道 1 1s s2 22(2(spsp3 3) )1 12(2(spsp3 3) )1 12 (2 (spsp3 3) )1 12(2(spsp3 3) )1 1 杂化杂化基态：基态：2 2s s2 2 2 2p p1 1 2 2p p1 1 2 2p p0 0 x y zx y z2 2s s2. 2. 甲烷的形成甲烷的形成1091092828

8、甲烷的棍球模型甲烷的棍球模型 甲烷的比例模型甲烷的比例模型 CHCH 键键3. 3. 乙烷分子（乙烷分子（CHCH3 3-CH-CH3 3）的形成的形成头碰头重叠形成头碰头重叠形成 C CCC键键 绕键轴绕键轴“自由自由”旋转旋转C C与其它与其它四个四个原子直接键合，原子直接键合，C Cspsp3 3杂化杂化三、烷烃的构象异构三、烷烃的构象异构 构象构象 conformationconformation 由于碳碳由于碳碳单单构象异构体构象异构体 conformational isomerconformational isomer间的不同排列方式间的不同排列方式键的旋转，导致分子中原子或原子团

9、在空键的旋转，导致分子中原子或原子团在空异构属于立体异构）异构属于立体异构）因单键的旋转而产生的异构体（构象因单键的旋转而产生的异构体（构象1. 1. 乙烷的构象乙烷的构象重叠式重叠式交叉式交叉式纽曼纽曼NewmanNewman投影式投影式锯架式锯架式 交叉式交叉式 HHHHHH重叠式重叠式 HHHHHH交叉式交叉式 HHHHHH重叠式重叠式 HHHHHH构象的表示式构象的表示式乙烷构象之间的能量变化乙烷构象之间的能量变化HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH旋转角度旋转角度/ /能能 量量重叠式重叠式斜交式斜交式交叉式交叉式交叉式交叉式0 60 12012.6kJmol-1 交叉式

10、交叉式稳定的优势构象稳定的优势构象 乙烷分子构象的能量曲线乙烷分子构象的能量曲线2. 2. 正丁烷的构象正丁烷的构象 1 2 3 4CH3CH2CH2CH3CH3CH3HHHH对位交叉式对位交叉式CH3CH3HHHH邻位交叉式邻位交叉式CH3CH3HHHH部分重叠式部分重叠式CH3H3CHHHH全重叠式全重叠式正丁烷的构象正丁烷的构象壬烷壬烷戊烷戊烷庚烷庚烷对位交叉式占对位交叉式占 6363 邻位交叉式邻位交叉式 占占 3737 3. 3. 构象与药物的构效关系构象与药物的构效关系OHOHHHNH2HH对位交叉式对位交叉式HOHOCH2CH2NH2多巴胺多巴胺1 1 2 2抗震颤麻痹药抗震颤麻

11、痹药立体结构对药效的影响立体结构对药效的影响: :一、原子间距离对药效的影响；一、原子间距离对药效的影响；二、立体异构对药效的影响；二、立体异构对药效的影响；1 1、对映异构、对映异构2 2、构象异构、构象异构四、烷烃的物理性质四、烷烃的物理性质1.1. bpbp、mpmp、密度：随、密度：随C C原子数原子数而而 2.2. 烷烃支链烷烃支链 ， bpbp 3. 3. 烷烃对称性烷烃对称性 ，mpmp4. 4. 正烷烃密度正烷烃密度0.8g.cm0.8g.cm-3-35. 5. 烷烃易溶于有机溶剂、难溶于水烷烃易溶于有机溶剂、难溶于水四、烷烃的四、烷烃的物理性质物理性质碳原子数碳原子数直链烷烃

12、的熔点和沸点与分子中碳原子数的关系直链烷烃的熔点和沸点与分子中碳原子数的关系 C1C4C1C4为气体为气体C5C16C5C16为液体为液体C17 C17 固体固体密度密度1 g/cm Cl Cl2 2 Br Br2 2 I I2 2烷烃卤代反应的取向烷烃卤代反应的取向1-1-溴丙烷溴丙烷 3%3%CH3CH2CH3Br2CH3CH2CH2Br CH3CHCH3Br光光 照照1271272-2-溴丙烷溴丙烷 97%97%活性次序：叔氢活性次序：叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢CH3CHCH3CH3Br2+CH3CCH3CH3BrCH3CHCH2CH3Br+光光 照照1271272-2-甲基甲基-2-2-

13、溴丙烷溴丙烷2-2-甲基甲基-1-1-溴丙烷溴丙烷（99%99%）（痕量痕量） 自由基的构型与稳定性自由基的构型与稳定性？ sp sp3 3 spsp3 3 sp sp2 2 CHCH4 4 CHCH3 3 CHCH3 3ClCl四面体四面体 平面构型平面构型 四面体四面体 C CH HH HH H甲基自由基甲基自由基P P轨道中一个电子轨道中一个电子透视式透视式CHCH3 3 (435) (435)甲基自由基甲基自由基CHCH4 4CHCH3 3CHCH2 2 (410) (410)乙基自由基（乙基自由基（1 1）CHCH3 3CHCH3 3H / kJmolH / kJmol-1-1(CH

14、(CH3 3) )2 2CH (397)CH (397)异丙基自由基（异丙基自由基（2 2） (CH(CH3 3) )2 2CHCH2 2(CH(CH3 3) )3 3C (385)C (385)叔丁基自由基（叔丁基自由基（3 3） (CH(CH3 3) )3 3CHCHRH R RH R HH碳氢键的键离解能（形成自由基需要的能量）碳氢键的键离解能（形成自由基需要的能量）离解能越小，自由基越稳定，越易形成离解能越小，自由基越稳定，越易形成甲基自由基甲基自由基 R R3 3C RC R2 2CH RCHCH RCH2 2 CHCH3 3 . . . . .稳定性稳定性3 32 21 1第二节第

15、二节 环烷烃环烷烃环烷烃的命名环烷烃的命名1 12 23 34 4结构与稳定性结构与稳定性环烷烃的性质环烷烃的性质环己烷的构象环己烷的构象2. 2. 环烷烃的命名环烷烃的命名H2CH2CCH2CCHCH2CH3CH3CH3骨架式骨架式= =1 12 23 34 45 51,1-1,1-二甲基二甲基-2-2-乙基环戊烷乙基环戊烷 2-ethyl-1,1-dimethyl2-ethyl-1,1-dimethylcyclocyclopentane pentane 环丙烷环丙烷 环丁烷环丁烷 环戊烷环戊烷 环己烷环己烷CH3HCH2CH3HCH3HHCH2CH3CHCH2CH3CHCH3CH32-2-

16、甲基甲基-3-3-环戊基戊烷环戊基戊烷 顺顺-1-1-甲基甲基-2-2-乙基环己烷乙基环己烷 反反-1-1-甲基甲基-2-2-乙基环己烷乙基环己烷 2-ethyl-1-methylcyclohexane 2-ethyl-1-methylcyclohexane trans-trans-2-ethyl-1-methylcyclohexane 2-ethyl-1-methylcyclohexane ciscis- -二、环烷烃的结构和稳定性二、环烷烃的结构和稳定性稳定性：环己烷稳定性：环己烷 环戊烷环戊烷 环丁烷环丁烷 环丙烷环丙烷影响因素：环张力（影响因素：环张力（角张力角张力、扭转张力、空间张力

17、）、扭转张力、空间张力）环己烷环己烷环丙烷环丙烷109109282860606060105105二、环烷烃的结构与稳定性二、环烷烃的结构与稳定性18851885年年, , Baeyer AV Baeyer AV 假定假定, , 环烷烃具有平面正多边形的结构环烷烃具有平面正多边形的结构：6060 9090 108108 120120128.6 128.6 135135键角键角 环上环上C CC C之间的键角偏离正常键角之间的键角偏离正常键角10910928, 28, 就会就会产生产生(angle strain), (angle strain), 偏差角越大张力越大偏差角越大张力越大, , 分子越

18、分子越不稳定。不稳定。 结论：三、四元环为结论：三、四元环为张力环张力环(strained rings)(strained rings) ，五元环为无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。五元环为无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。 ( (一一) ) 张力学说张力学说 Fig.Fig. Heats of combustion /CHHeats of combustion /CH2 2 for cycloalkanes for cycloalkaneskJmol-1 从环丙烷到环戊烷从环丙烷到环戊烷, 每个每个CH2的燃烧热逐渐降低的燃烧热逐渐降低, 说明环越小说明环越小越不稳定。从环己烷到

19、更大的环烷烃越不稳定。从环己烷到更大的环烷烃, 每个每个CH2的燃烧热与环的燃烧热与环戊烷的接近戊烷的接近, 说明大于五元的环并不是张力环说明大于五元的环并不是张力环, 而是稳定的。而是稳定的。三、环烷烃的性质三、环烷烃的性质（一）物理性质（一）物理性质（二）化学性质（二）化学性质bpbp、mpmp、密度比同碳原子数的烷烃高、密度比同碳原子数的烷烃高 2. 2. 环丙烷、环丁烷环丙烷、环丁烷 易开环发生加易开环发生加成成1. 1. 环戊烷、环己烷环戊烷、环己烷 自由基取代反自由基取代反应应（与烷烃相似）（与烷烃相似）反应反应 （与烯烃相似）（与烯烃相似） 催化加氢生成链状产物催化加氢生成链状产

20、物 与与X X2 2、HXHX加成加成 CH3CH2CH2CH3+ H2 Ni120Ni+H2 CH3CH2CH380+ HBr CH3CH2CH2Br室温室温 ( (溴的红棕色褪去溴的红棕色褪去) ) BrBr2 2 /CCl /CCl4 4 ( (红棕色红棕色) ) + Br2 BrCH2-CH2-CH2BrCCl4室温室温3. 3. 不与不与KMnOKMnO4 4反应（所有反应（所有的的饱和饱和环烷烃）环烷烃） CH3CH2CCH3CH3Br+ HBr室温室温？开环开环发生在连氢原子最多和连氢原子最少的发生在连氢原子最多和连氢原子最少的两个碳原子之间。氢卤酸中的氢原子加在连两个碳原子之间

21、。氢卤酸中的氢原子加在连氢原子较多的碳原子上，卤原子加在连氢原氢原子较多的碳原子上，卤原子加在连氢原子较少的碳原子上。子较少的碳原子上。 四、环己烷的构象四、环己烷的构象椅式构象椅式构象230pm230pm船式构象船式构象183pm183pm1 13 34 46 65 52 24 45 52 21 13 36 6船式构象船式构象椅式构象椅式构象结论结论1 1：椅：椅式构象是最稳定的优势构象式构象是最稳定的优势构象 椅式构象椅式构象452136船式构象船式构象146523稳定的构象稳定的构象 占占99.999.9不稳定的构象不稳定的构象椅式构象中的直立键和平伏键椅式构象中的直立键和平伏键 123456234561C1C3C5的键下翘的键下翘 C2C4C6的键上翘的键上翘 C1C3C5的键竖直向上的键竖直向上C2C4C6的键垂直向下的键垂直向下axisaxisequatorequatoraxisaxisequatorequator与对称轴平行的与对称轴平行的CH键，叫键，叫