烷烃和环烷烃

1、1邓健 制作 张静夏 审校2(一一) 通式和同系列通式和同系列烷烃的通式烷烃的通式：CnH2n+2l 同系列同系列(homologous series)：具有同一分子通式具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合物和相同结构特征的一系列化合物l 同系物同系物(homolog): 同系列中的化合物互称同系物同系列中的化合物互称同系物l 同系差同系差：相邻两同系物之间的组成差别。烷烃同相邻两同系物之间的组成差别。烷烃同系物的系差为系物的系差为CH2 上页上页下页下页首页首页烃：只由烃：只由碳碳和和氢氢两种元素组成的化合物两种元素组成的化合物(hydrocarbons).第一节第一节 烷烷 烃烃一、

2、烷烃的结构一、烷烃的结构 人民卫生电子音像出版社3(二二) sp3杂化杂化 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 上页上页下页下页首页首页 由于由于2S轨道的能量与轨道的能量与 2p 较接近较接近, 2s 上的上的1个个电子可以激发到电子可以激发到 2pz 空轨道上空轨道上.设计与制作 邓健 张静夏4第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 激发态的碳原子有激发态的碳原子有4个单电子个单电子, 可以形成可以形成4个共价单键。个共价单键。 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社5第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) sp3杂化杂化 1s22(sp3)12(sp3

3、)12 (sp3)12(sp3)1 杂化轨道电子排布杂化轨道电子排布 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校6109.5o第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社7第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 头碰头重叠形成头碰头重叠形成 CC键键 键键: 旋转不影响轨道重叠程度, 即键可沿键轴“自由”转动; 重叠程度大, 稳定性高; 键的极化度小.上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社8(三三) 碳原子的类型碳原子的类型伯碳伯碳(1)：只与：只与1个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, 一级碳原子一级碳原子 CH3

4、CH2CHCH2CCH3CH3CH3CH3仲碳仲碳(2)：只与：只与2个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, 二级碳原子二级碳原子叔碳叔碳(3)：与：与3个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, 三级碳原子三级碳原子季碳季碳(4)：与：与4个其他碳原子直接相连个其他碳原子直接相连, 四级碳原子四级碳原子第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校9伯氢伯氢(1H)：伯碳上的：伯碳上的H仲氢仲氢(2H)：仲碳上的：仲碳上的H叔氢叔氢(3H)：叔碳上的：叔碳上的H不同类型的氢反应活性不一样不同类型的氢反应活性不一样CH3CH2CHCH2CC

5、H3CH3CH3CH3第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(一、结构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社10二、烷烃的构造异构和命名二、烷烃的构造异构和命名第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 构构 造造：分子中原子间相互连列的次序和方式。分子中原子间相互连列的次序和方式。构造异构构造异构：分子式相同，分子中原子间相互连接的分子式相同，分子中原子间相互连接的次序和方式不同而形成不同化合物的现象。次序和方式不同而形成不同化合物的现象。碳链异构碳链异构是构造异构的一种。如戊烷有是构造异构的一种。如戊烷有3种碳链异构体：种碳链异构体：CH3CH2CH2CH2CH3CH3C

6、HCH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校11(一一) 普通命名法普通命名法(习惯命名法习惯命名法)，适用于简单的链烃。，适用于简单的链烃。 1. 按分子中碳原子总数叫按分子中碳原子总数叫“某烷某烷”。10C 用用 表示，表示，10C 用十一、十二用十一、十二 等中文数字表示。等中文数字表示。戊烷戊烷戊烷戊烷戊烷戊烷正正异异新新CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3CH3 2. 用用“正正”、“异异”、“新新” 等字区别同分异构等字区别同分异构体。体。第

7、二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社12（二）系统命名法（二）系统命名法 直连烷烃的系统命名法与普通命名法相同，直连烷烃的系统命名法与普通命名法相同，只是省去只是省去“正正”字：字：CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3普通命名：普通命名：正正丁烷丁烷 正正庚烷庚烷 系统命名：丁烷系统命名：丁烷 庚烷庚烷 支链烷烃可看作是直连烷烃的烷基支链烷烃可看作是直连烷烃的烷基取代衍生物。系统命名时取代衍生物。系统命名时, 主要是确定主要是确定主链及取代基的位次、数目和名称。主链及取代基的位次、数目和名称。第二章 烷

8、烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校13 烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做烃基烃基。 脂肪烃基脂肪烃基：脂肪烃去掉：脂肪烃去掉1个个H所剩下的部分。所剩下的部分。“R-” 烷基烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分。：烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分。l 烃基及其命名烃基及其命名烃基的名称由相应的烃名确定。烃基的名称由相应的烃名确定。当烃分子中含有不同类型的氢时当烃分子中含有不同类型的氢时, 会出现不同的烃基。会出现不同的烃基。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上

9、页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社14C H3C H3C H2C H3C H2C H2,Methyl(Me)Ethyl(Et)Propyl(Pr)Isopropyl(i-Pr) CH3CHCH3CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3CH3CHCH2 CH3-CCH3CH3CH3CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3CH3CHCH2 CH3-CCH3CH3Isobutyl(i-Bu)sec-Butyl (s-butyl,s-Bu)tert-Butyl (t-butyl,t-Bu)Butyl(Bu)第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命

10、名) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校15Neopentyl tert-Pentyl, t-Pentyl CH3CH3CH3CCH2CH3CH2CCH3CH3CH3CH3CH3CCH2CH3CH2CCH3CH3第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社16l 烷烃系统命名法的要点烷烃系统命名法的要点分为三步：分为三步：一选二编三配基一选二编三配基。1. 选母体：碳链最长，取代最多选母体：碳链最长，取代最多2. 编号：位次最低编号：位次最低(最低系列原则最低系列原则)3. 取代基：先小后大取代基：先小后大 (优基置后优基置

11、后)第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校17例例3 CH3-CH-CH2CHCHCH3CH3CH CH3CH3CH3例例3 CH3-CH-CH2CHCHCH3CH3CH CH3CH3CH3例例2 CH3-CH2-CHCH-CH2-CH3CH3-CH CH-CH3CH3 CH3例例2 CH3-CH2-CHCH-CH2-CH3CH3-CH CH-CH3CH3 CH3例例1 CH3-CH2CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3CH2CH3CH3例例1 CH3-CH2CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3CH2CH3CH3辛

12、烷辛烷3-甲基甲基-5-乙基乙基母体名母体名基名基名 连字符连字符读作：位读作：位取代基位次取代基位次2,5-二甲基二甲基-3,4-二乙基己烷二乙基己烷2,5-二甲基二甲基-3-异丙基己烷异丙基己烷123561235812654上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社18CH3CH3-CH CH3CH3-CH2-CH2CHCHCCH2-CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH3CH3-CH CH3CH3-CH2-CH2CHCHCCH2-CH3CH2CH2CH2CH3CH3辛烷辛烷 3-甲基甲基-3-乙基乙基-5-丙基丙基-4-异丙基异丙基 主要烷基的优先顺序：叔丁基主要烷基的优先顺序：叔

13、丁基异丙基异丙基丙基丙基乙基乙基甲基甲基 3-ethyl-4-isopropyl-3-methyl-5-propyloctane在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校19 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(二、异构，命名) H3CCH3CH3C2H5CH3CH3CCH2CCH3CH3CH3CH3CH3(1)(2)上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社20第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 三、烷烃的构象异构三

14、、烷烃的构象异构(conformational isomerism)1. 乙烷的构象乙烷的构象 因因单键单键旋转而使分子中原子或基团在空间产生不旋转而使分子中原子或基团在空间产生不同的排列同的排列形象称为形象称为构象构象。每一种空间排列形象就是一。每一种空间排列形象就是一种构象种构象, 因构象不同而产生的异构现象称因构象不同而产生的异构现象称构象异构构象异构。CHHHCHHH上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校21乙烷的两种典型构象乙烷的两种典型构象 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社22构象的表示方法：构象的表示方法

15、：锯架式锯架式和和纽曼投影式纽曼投影式交叉式交叉式 重叠式重叠式 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校23交叉式交叉式(Staggered)重叠式重叠式(Eclipsed)600第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社24227289249306*构象的能量分析：构象的能量分析：非键合的两原子或基团接近到相当于范非键合的两原子或基团接近到相当于范德华半径之和时德华半径之和时, 二者间以弱的引力相互作用二者间以弱的引力相互作用 ,体系能量较低；体系能量较低；如果接近到这一距离

16、以内如果接近到这一距离以内,斥力就会急剧增大斥力就会急剧增大,体系能量升高。体系能量升高。一些原子或基团的范德华半径一些原子或基团的范德华半径(pm) H C N O Cl CH3 120 150 150 140 180 200 乙烷的重叠式内能最高，最不稳定，而交叉式乙烷的重叠式内能最高，最不稳定，而交叉式内能最低，最为稳定。这种构象称为内能最低，最为稳定。这种构象称为优势构象优势构象。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校25动画模拟：乙烷的构象异构及能量变化动画模拟：乙烷的构象异构及能量变化12.5kJ/mol 乙烷其它构象乙

17、烷其它构象的内能介于交叉式的内能介于交叉式与重叠式之间。随与重叠式之间。随着乙烷分子中两个着乙烷分子中两个碳原子绕单键的相碳原子绕单键的相对旋转，能量不断对旋转，能量不断变化。变化。 乙烷分子是处于交叉、重叠以及介于两者之间的无数乙烷分子是处于交叉、重叠以及介于两者之间的无数构象的动态平衡混合体系构象的动态平衡混合体系, 但各种构象体存在的比率不同。但各种构象体存在的比率不同。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社26 正丁烷各种构象的能差不大正丁烷各种构象的能差不大, 室温下可迅速转化室温下可迅速转化, 正丁烷正丁烷实际上是各种构象

18、异构体的混合物实际上是各种构象异构体的混合物, 但对位交叉式为优势构但对位交叉式为优势构象象, 约占约占70%, 邻位交叉式约占邻位交叉式约占30%, 其他构象所占比例极小。其他构象所占比例极小。全重叠式全重叠式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 对位交叉式对位交叉式2. 丁烷的构象丁烷的构象第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校27 当正烷烃碳原子数增加时，尽管构象也随之更复当正烷烃碳原子数增加时，尽管构象也随之更复杂，但仍然主要以杂，但仍然主要以对位交叉式构象对位交叉式构象状态存在。所以直状态存在。所以直链烷烃绝大多数

19、是链烷烃绝大多数是锯齿形锯齿形的。如正戊烷主要以第的。如正戊烷主要以第 1 种种构象形式存在，第构象形式存在，第 3 种为全重叠构象，最不稳定。种为全重叠构象，最不稳定。正戊烷在液态和气态碳架运动的几种形式正戊烷在液态和气态碳架运动的几种形式 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社28高碳数正构烷烃的优势构象高碳数正构烷烃的优势构象: 相邻碳的结构均为对位交叉相邻碳的结构均为对位交叉 癸烷癸烷 C10H22 二十烷二十烷 C20H42 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(三、构象异构) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校

20、29四、烷烃的物理性质四、烷烃的物理性质 (熔点、沸点、比重、溶解性等熔点、沸点、比重、溶解性等) 碳原子数碳原子数直链烷烃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 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(四、物理性质) C1C4为气体为气体C5C16为液体为液体C17 固体固体上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社30CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3 在同分异构体中在同分异构体中, 分支程度越高分支程度越高, 沸点沸点越低。因为烷烃越低。因为烷烃分子中支链的存在会影响分子间的相互靠近分子中支链的存

21、在会影响分子间的相互靠近, 减弱分子间减弱分子间的引力的引力(主要是短距离作用的色散力主要是短距离作用的色散力), 使沸点随之降低。使沸点随之降低。bp() 36.1 27.9 9.5第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(四、物理性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校31 支链烷烃的支链烷烃的熔点熔点也比相应的直链烷烃低，但也比相应的直链烷烃低，但高度高度对称的支链烷烃其熔点却异乎寻常的高对称的支链烷烃其熔点却异乎寻常的高，这是因为，这是因为分子的对称性越高，在晶体中排列越紧密。分子的对称性越高，在晶体中排列越紧密。mp() -129.8 -159.9 -16.8CH3CH3C

22、H2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3-C-CH3CH3CH3第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(四、物理性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社32 烷烃分子中只有牢固的烷烃分子中只有牢固的CC键和键和CH键，所以烷烃具有高度的化学稳定键，所以烷烃具有高度的化学稳定性。性。五、烷烃的化学性质五、烷烃的化学性质(一一) 稳定性稳定性第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校33 有机化合物分子中的氢原子（或其它原子、基有机化合物分子中的氢原子（或其它原子、基团）被另一原子或基团取代的反应称为团）被另一原子或基团

23、取代的反应称为取代反应取代反应。被卤原子取代叫被卤原子取代叫卤代卤代(halogenation)。(二二) 卤代反应卤代反应 氯甲烷氯甲烷(Methyl chloride) HHHCH + Cl2HCCl+ HCl HHhvhvor heatHHHCH + Cl2HCCl+ HCl HHhvhvor heat第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社34 生成的一氯甲烷还会继续被氯代生成的一氯甲烷还会继续被氯代, 生成生成二氯二氯甲烷甲烷、三氯甲烷三氯甲烷和和四氯化碳四氯化碳四种产物的混合物。四种产物的混合物。 工业上把这种混合物作为溶剂

24、使用。工业上把这种混合物作为溶剂使用。CH3-Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 二氯甲烷二氯甲烷CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 四氯化碳四氯化碳CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 三氯甲烷三氯甲烷第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校35 反应机制是对某个化学反应反应机制是对某个化学反应逐步变化过程的详细描述。逐步变化过程的详细描述。 烷烃卤代反应是烷烃卤代反应是游离基的链反应游离基的链反应(free-radical chain reaction), 其历程分其历程分 3步进行：步进行： 链引发

25、链引发(chain-initiating step)：形成自由基形成自由基。or heatlightCl ClCl H= +242 kJmol1第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校36Cl + Cl Cl:ClCH3 + Cl CH3ClCH3 + CH3 CH3CH3 链终止链终止(chain-terminating step)：消除自由基：消除自由基 甲烷的溴代及其它烷烃的卤代反应机制与氯代相似。甲烷的溴代及其它烷烃的卤代反应机制与氯代相似。上页上页下页下页首页首页链增长链增长(chain-propagating step)：

26、延续自由基延续自由基，形成产物，形成产物.人民卫生电子音像出版社37 含有不同类型含有不同类型H的烷烃氯代时的烷烃氯代时, 可得到不同的氯代烃。可得到不同的氯代烃。55%45%CH3CH2CH3+ Cl2hvCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl伯氢与仲氢的活性比：伯氢与仲氢的活性比： 仲氢比伯氢活泼仲氢比伯氢活泼 1H2H=45%/655%/2=141H2H=45%/655%/2=14第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校3863%37%CH3CHCH3CH3hvCH3CHCH2ClCH3+Cl2CH3CCH3ClCH3

27、伯氢与叔氢的活性比：伯氢与叔氢的活性比：1H3H=63%/937%/1=151H3H=63%/937%/1=15 实验结果表明：室温下实验结果表明：室温下3、2、1氢原氢原子对氯代反应的相对活性之比约为子对氯代反应的相对活性之比约为5:4:1, 并与并与烷烃的结构基本无关。烷烃的结构基本无关。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社392/1=（97/2）（3/6）= 97/1 溴代溴代也生成相应的溴代物。且溴代比氯代反应的选择性更强。也生成相应的溴代物。且溴代比氯代反应的选择性更强。CH3CH2CH3Br2 光光，127 CH3CH2

28、CH2-Br + CH3CHCH3Br (3%)(97%)烷烃溴代时仲氢与伯氢的活性比：烷烃溴代时仲氢与伯氢的活性比：CCH3H3CCH3HBr2CCH3H3CCH3BrCCH3H3CCH2BrH99%tracehv+99% 痕量痕量 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校40甲基、异丙基、叔丁基自由基的结构甲基、异丙基、叔丁基自由基的结构中心碳原子为中心碳原子为sp2杂化杂化 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社41 不同类型的不同类型的CH键离解能不同，离解能越小，生

29、成的自键离解能不同，离解能越小，生成的自由基稳定性越大。其稳定性顺序：由基稳定性越大。其稳定性顺序：321 CH3ECH3H RCH2H R2CHH R3CHCH3RCH2R2CHR3CH=436kJ/molH=393H=406H=379E ECH3H RCH2H R2CHH R3CHCH3RCH2R2CHR3CH=436kJ/molH=436kJ/molH=393H=406H=406H=379自由基的稳定性次序决定着反应的取向和反应活性。自由基的稳定性次序决定着反应的取向和反应活性。 第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校42进一

30、步观察氯原子进攻甲烷这步反应：进一步观察氯原子进攻甲烷这步反应： Cl + HCH3 HCl + CH3 H=+4kJmol-1 (435) (431) Ea=16.8 kJmol-1 根据反应热的计算，或许可预期，只要根据反应热的计算，或许可预期，只要提供提供 4kJmol-1的能量就能使反应发生。的能量就能使反应发生。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社43 反应反应 Br + HCH3 HBr + CH3的活化能为的活化能为75kJmol-1，故溴代的速率比氯代反应慢。，故溴代的速率比氯代反应慢。 反应物与过渡态反应物与过渡态

31、的能量差即为活化的能量差即为活化能。活化能越低，能。活化能越低，反应速度越快。反应速度越快。 但实际上必须提供但实际上必须提供17kJmol-1的能量作为生成不稳定的能量作为生成不稳定的的过渡态过渡态所需要的能量，即所需要的能量，即活化能活化能(Ea), 反应才能发生。反应才能发生。第二章 烷烃和环烷烃 第一节 烷烃(五、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校44 环烃又称环烃又称闭链烃闭链烃，为碳骨架成环状结构的一类，为碳骨架成环状结构的一类碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为：碳氢化合物。根据结构和性质，又可分为：环烃环烃脂环烃脂环烃(alicyclic hydroc

32、arbon)芳香烃芳香烃(aromatic hydrocarbon)性质似脂肪烃性质似脂肪烃单脂环烃单脂环烃多脂环烃多脂环烃性质似苯性质似苯苯型芳香烃苯型芳香烃非苯型芳香烃非苯型芳香烃第二节 环 烷 烃第二章 烷烃和环烷烃 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社45第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 一、脂环烃的分类和命名一、脂环烃的分类和命名 (一一) 分类分类单脂环烃单脂环烃多脂环烃多脂环烃C3-C4 小环小环C5-C6 普通环普通环C7-C12 中环中环C13以上以上 大环大环桥环桥环螺环螺环根根据据环环数数多多少少分分上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏

33、 审校46环丙烷环丙烷 环丁烷环丁烷 环戊烷环戊烷 环己烷环己烷 环辛烷环辛烷 以较小数字表示较小基的位次以较小数字表示较小基的位次 1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷 cyclopropanecyclobutane cyclopentane cyclohexane cyclooctane1. 单脂环烃单脂环烃: 在相应的烃名前加在相应的烃名前加“环环”字字;英文名加词头英文名加词头cyclo (二二) 命名命名 1-甲基甲基-3-叔丁基环戊烷叔丁基环戊烷 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社47当环上有复杂取代基时，可将

34、环作为取代基命名。当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。 2-甲基甲基-1-环丙基环丙基-5-环戊基戊烷环戊基戊烷 CH2CH2CH2CH31 - C y c lo p r o p y lb u t a n e1 ,3 - D ic y c lo h e x y lp r o p a n e1-环丙基丁烷环丙基丁烷1-Cyclopropylbutane1,3-二环己基丙烷二环己基丙烷1,3-Dicyclohexylpropane CH2-CH2 -CH2 -CH-CH2CH3CH2-CH2 -CH2 -CH-CH2CH3第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下

35、页首页首页邓健 制作 张静夏 审校48*2. 桥环烃桥环烃（包括稠环）（包括稠环）(bridged hydrocarbon) 两个碳环共用两个或更多个碳原子的称为两个碳环共用两个或更多个碳原子的称为桥环化合桥环化合物物。其中桥碳链的交汇点原子称为。其中桥碳链的交汇点原子称为桥头碳原子桥头碳原子。双桥环烃可看作是双桥环烃可看作是2个个桥头碳原子桥头碳原子之间用之间用3道桥连接起来的。道桥连接起来的。桥头碳原子桥头碳原子桥头碳原子桥头碳原子第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社49 按成环碳原子总数称按成环碳原子总数称“二二环环x.y.

36、z 某烷某烷(/烯烯)” (xyz)。方括号内的方括号内的3个数字表示三道个数字表示三道桥上的碳原子数。桥上的碳原子数。 编号编号：从一个桥头碳原子：从一个桥头碳原子开始沿最长的桥到另一桥头开始沿最长的桥到另一桥头碳碳, 再沿次长的桥回到第一个再沿次长的桥回到第一个桥头碳桥头碳, 最后编号最短的桥。最后编号最短的桥。12345678Bicyclo3.2.1octane二环二环3.2.1辛烷辛烷 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校50*3. 螺环烃螺环烃（Spirocyclic hydrocarbon） 脂环烃分子中两个碳环共用

37、一个碳原子称为脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子称为螺环烃螺环烃，共用的碳原子称为，共用的碳原子称为“螺原子螺原子”。螺原子螺原子第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社51螺螺3.4辛烷辛烷Spiro3.4octane 螺螺4.5癸烷癸烷2,6-二甲基二甲基命名时按成环碳原子总数称命名时按成环碳原子总数称:“螺螺x.y某烷某烷 ” (x y) . 编号从小环中与螺原子相邻的一个碳原子编号从小环中与螺原子相邻的一个碳原子开始，经螺原子再到大环开始，经螺原子再到大环。81245610第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名)

38、上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校52(2) (3) (4)(1) 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(一、分类命名) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社53二、环烷烃的结构与稳定性二、环烷烃的结构与稳定性1885年年, 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：60 90 108 120128.6 135Bond angle 环上环上CC之间的键角偏离正常键角之间的键角偏离正常键角10928, 就会产生就会产生(angle strain), 偏差角越大张力越大偏差角越大张力越大, 分子越不稳定。分子越不稳定。 结论

39、：三、四元环为结论：三、四元环为张力环张力环(strained rings) ，五元环为，五元环为无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) (一一) 张力学说张力学说 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校54Fig. Heats of combustion /CH2 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。从环己烷到更大的环烷烃越不稳定。从环己烷到更大的环烷烃, 每

40、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。第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社55(二二) 现代理论解释现代理论解释 环烷烃分子中的碳原子采取环烷烃分子中的碳原子采取sp3杂化；除了环丙烷杂化；除了环丙烷以外，其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上。以外，其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上。第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校56 分子中碳碳之间的键角能够保持或

41、尽可能接分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接近近10928。因此除了三、四元环为张力环以外。因此除了三、四元环为张力环以外，环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的。，环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的。第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社57大环烷烃的结构大环烷烃的结构第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校58 键角与轨键角与轨道的正常夹角有偏差道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小造成重叠程度小, 键能下降键能下降,产生产生角张力角张力。 由于几何形状上的限制，环丙

42、烷分子虽是平面结构，但成由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成键的电子云并不沿轴向重叠键的电子云并不沿轴向重叠, 而是形成一种而是形成一种弯曲键弯曲键。香蕉键香蕉键 开链或较大脂环化合物开链或较大脂环化合物中轨道可达到最大重叠中轨道可达到最大重叠环丙烷分子中环丙烷分子中轨道部分重叠轨道部分重叠第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(二、结构与稳定性) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社59脂环烃的稳定性顺序脂环烃的稳定性顺序(由小到大由小到大)：三元环三元环 四元环四元环 + HBrBr300+ Br2+ HBrBr300上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社61

43、1. 催化加氢催化加氢催化加氢易到难：环丙烷催化加氢易到难：环丙烷环丁烷环丁烷环戊烷。环戊烷。6环烷烃更难。环烷烃更难。(二二) 加成反应：加成反应：CH2CCH2+ H2Ni80CH3CH2CH3H2+CCH2CCH2H2Ni200CH3CH2CH2CH3H2H2+ H2Ni/300CH3CH2CH2CH2 CH3+ H2Ni/300CH3CH2CH2CH2 CH3第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校622. 加卤素加卤素 CH2CCH2+Br2CH2CH2CH2H2BrBr室温室温 CCl4+Br2BrBr第二章 烷烃和环烷

44、烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社63+ HBrCH3CH2CH2Br+ HICH3CH2CH2CH2I3. 加卤化氢加卤化氢 环丙烷的烷基取代物与环丙烷的烷基取代物与HX开环加成开环加成, 环的开裂总是在含最环的开裂总是在含最多多H和最少和最少H的碳原子间进行的碳原子间进行, 氢加到含氢多的碳原子上。氢加到含氢多的碳原子上。+ HBrCH3CH2CH2Br+ HICH3CH2CH2CH2I20 HBr+CHCH2CCH3CH3CH3HBr+HBr+CHCH2CCH3CH3CH3CH2CHCH3CCH3CH3BrH第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环

45、烷烃(三、化学性质) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校64 1. CH3CH2CH2CH2CH3; CH3CH2CH=CHCH3 2.、 和CH3CH3CH3CH3第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(三、化学性质) 用简单化学方法区别下列各组化合物？用简单化学方法区别下列各组化合物？上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社65(一一) 两种典型构象两种典型构象 船式和椅式船式和椅式第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 四、环己烷的构象异构四、环己烷的构象异构 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校66 环己烷的椅式构象和船式构象可以环己烷的

46、椅式构象和船式构象可以通过分子中通过分子中CC 键的扭转互相转化。键的扭转互相转化。 椅式椅式 半椅式半椅式 椅式椅式 半椅式半椅式 扭船式扭船式 船式船式 第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社67512346124356HHHHHHHHHHHH123456chair formboat form124356HHHHHHHHHHHH透透视视式式棒棒球球模模型型第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校68(二二) 构象异构的能量分析构象异构的能量分析124356HH

47、HHHHHHHHHH183pm重叠式重叠式 (扭转张力扭转张力)142356透视式透视式Newman 投影式投影式第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社69第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 123456HHH250pm1,3-二竖键的相互作用力二竖键的相互作用力交叉式交叉式 HH123456交叉式的交叉式的 H 椅式构象椅式构象 99.9% 船式构象船式构象 0.1%上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校70(三三) 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 123456234561

48、C1C3C5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键键, 叫叫直立键直立键(a键键)，几乎垂直于对称轴的几乎垂直于对称轴的CH键键,叫叫平伏键平伏键(e键键)第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社71 翻环作用翻环作用：通过碳碳单键的转动：通过碳碳单键的转动,环己烷环己烷一种椅式构象可以转变成另一种椅式构象。一种椅式构象可以转变成

49、另一种椅式构象。转环前后，转环前后，a键变键变e键，键，e键变键变a键键。aaaaaaeeeeeeaaaaaaeeeeee45.2kJ/mol106 /s第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页邓健 制作 张静夏 审校72eaeal怎样画椅式环己烷的构象式怎样画椅式环己烷的构象式? ?HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH第二章 烷烃和环烷烃 第二节 环烷烃(四、环烷烃的构象) 上页上页下页下页首页首页人民卫生电子音像出版社73(四四) 取代环己烷的构象分析取代环己烷的构象分析HHHHHH132456-7.5kJ/mol HHHHHH1234561,3-二竖键相互作用力二竖键相互作用力空间张力空间张力弱的引力弱的引力5%95% 1,3-二竖键相互作用产生较强的非键合斥力使甲基位于二竖键相互作用产生较强的非