四烷烃和环烷烃

1、11 1、掌握烷烃的结构、命名法。、掌握烷烃的结构、命名法。2 2、掌握碳链异构和构象异构（纽曼投影式）。、掌握碳链异构和构象异构（纽曼投影式）。3 3、掌握环烷烃的命名。、掌握环烷烃的命名。4 4、掌握环烷烃的化学性质和环己烷的构象。、掌握环烷烃的化学性质和环己烷的构象。5 5、熟悉自由基反应机理。、熟悉自由基反应机理。6 6、熟悉环烷烃的结构与稳定性的关系。、熟悉环烷烃的结构与稳定性的关系。7 7、了解烷烃的来源、在医学上的应用；烷烃、了解烷烃的来源、在医学上的应用；烷烃、 环烷烃的物理性质；环戊烷的构象。环烷烃的物理性质；环戊烷的构象。2烃类化合物的分类： 饱和烃：烷烃 脂肪烃 不饱和烃

2、：烯烃、炔烃 链烃 烃 脂环烃 芳香烃 苯型芳香烃 环烃 非苯型芳香烃34.1 烷烃1.烷烃的结构烷烃分子中的化学键xyz碳原子基态最外层电子排布碳原子基态最外层电子排布4xyz乙烷碳原子碳原子SP3杂化态最外层电子排布杂化态最外层电子排布碳原子激发态最外层电子排布碳原子激发态最外层电子排布5 烷烃的通式通式：CnH2n+2同系列同系列（homologous series）：具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合物同系物同系物（homolog）：同系列中的化合物互称为同系物同系差同系差：相邻两个同系物之间的组成差别。烷烃同系物的系差为CH2 同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往同系物具

3、有相似的化学性质，但反应速率往往有较大的差异；物理性质一般随碳原子数的增加而有较大的差异；物理性质一般随碳原子数的增加而呈呈现规律性变化。同系列中的第一个化合物往往呈呈现规律性变化。同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。具有明显的特性。烷烃的通式和同系列6烷烃中碳原子的类型 伯碳(1)：只与1个其它碳原子直接相连, 一级碳原子 仲碳(2)：只与2个其它碳原子直接相连, 二级碳原子 叔碳(3)：只与3个其它碳原子直接相连, 三级碳原子 季碳(4)：只与4个其它碳原子直接相连, 四级碳原子伯氢(1H)：伯碳上的H仲氢(2H)：仲碳上的H叔氢(3H)：叔碳上的H不同类型的氢反应活性不同7 饱和饱

4、和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型。 CH3 CH3CH3 C CH2 C CH3 H CH382. 烷烃的构造异构和命名烷烃的碳链异构 同分异构同分异构(isomerism)：分子式相同，但原子的 排列次序、结合方式或空间位置不同。异构现象构造异构构造异构：原子的排列顺序、结合方式不同碳链异构位置异构官能团异构（包括互变异构）立体异构立体异构：构造相同构造相同，原子的空间排布方式不同构型异构顺反异构旋光异构构象异构9 碳链异构碳链异构(carbon-chain isomerism) 碳原子之间的连接次序和方式不同 例1 C5H12（3种） CH3 CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3

5、CHCH2CH3 CH3-C-CH3 CH3例2 C6H14（5种）10烷烃的命名 普通命名法普通命名法(common nomenclature)，又叫习惯习惯命名法命名法，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 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示，10C 用十一、十二等小写中文数字表示。 2. 用用“正正”、“异异”、“新新”等字区别同分异构体等字区别同分异构体。CH3CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3-C-CH3CH3 CH3n-pentane iso-pentane neo-pentane戊烷戊烷戊烷

6、正异新11烷烃的英文名称： 表示碳原子数的词头 ane 词尾组成。从1-10个碳原子数的词头为：meth-，eth-，prop-，but-，pent-，hex-，hept-，oct-，non-，dec-。12 烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫烃基。脂肪烃基： “R-” ；芳香烃基： “Ar-”。烷基：烷烃同一碳上去掉2个H或3个H后, 分别称为 亚基和次基。如：CH2CHCH3 CHC-CH3亚甲基亚乙基 次甲基 次乙基13 CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3-CH-CH3甲基(Me)乙基(Et)正丙基(n-Pr)异丙基(iso-Pr)正丁基(n-Bu) 仲丁基(sec-B

7、u) 异丁基(iso-Bu) 叔丁基(tert-Bu) CH3CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2CH3 CH3CHCH2 CH3-C CH3 CH314新戊基 叔戊基丙烯基 烯丙基 CH3 CH3 CH3-C-CH2 CH3CH2-C CH3CH=CH CH2=CH-CH2 CH3 CH3 主要烷基优先顺序：异丙基丙基乙基甲基15系统命名法系统命名法关键是如何确定主链和处理取代基的位置关键是如何确定主链和处理取代基的位置适用于各类有机化合物分为三步分为三步：一选二编三配基。1. 选母体：碳链最长，取代最多2. 编号：位次最低3. 配基：先小后大，同基合并16例例1 CH3-CH2 CH

8、2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3 CH2 CH3 CH3辛烷3-甲基-5-乙基母体名基名 半字线读作：位取代基位次1235817例例2 CH3-CH2-CHCH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3CH3 CH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,5-2甲基 3,4-2乙基己烷2,5-甲基-3,4二乙基己烷18例例3 CH3-CH-CH2CHCHCH3 CH3 CH CH3 CH3 CH32,5-二甲基-3-异丙基己烷2,5-二甲基-4-异丙基己烷 1235612654193-甲基-3-乙基-5-丙基-4-异丙基辛烷 CH3 CH3-CH CH3CH3-CH2-CH2CHCHC

9、CH2-CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH33-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。di-,tri-,tetra-分别表示二，三，四。例例4 4203. 烷烃的构象异构乙烷的构象 21构象的表示方法构象的表示方法锯架式 sawhorse formula交叉式重叠式Newman投影式60022227289249306优势构象优势构象 其它构象的内能则介于交叉式与重叠式之间。其它构象的内能则介于交叉式与重叠式之间。随着乙烷分子中两个碳原子绕单键的相对旋转，能随着乙烷分子中两个碳原子绕单键的相对

10、旋转，能量不断变化。量不断变化。23 乙烷分子是交叉式、重叠式以及介于两者之间的无数乙烷分子是交叉式、重叠式以及介于两者之间的无数构象的动态平衡混合体系，但各种构象存在的比率不同。构象的动态平衡混合体系，但各种构象存在的比率不同。12.6kJ/mol24正丁烷的构象 正丁烷分子围绕C2-C3键旋转时，有4种典型的构象异构体。全重叠式 邻位交叉式 部分重叠式 对位交叉式KJ/molKJ/molKJ/mol25 正丁烷各种构象的能量差不大，室温下可迅速转化，对位交叉式(Anti)为优势构象，约占70%，邻位交叉式(Gauche)约占30%，其它构象所占比例极小。26 正烷烃主要以正烷烃主要以对位交

11、叉式对位交叉式构象存在。构象存在。所以绝大多数是所以绝大多数是锯齿形锯齿形的。如正戊烷主要的。如正戊烷主要以第以第 1 种构象形式存在。种构象形式存在。274. 烷烃的物理性质状态：常温常压下，正烷烃C1-C4是气体，C5-C17是液 体，C18以上是固体。 沸点：正烷烃沸点随碳原子增加而升高。同碳原子数 异构体，支链越多沸点越低。熔点：正烷烃熔点随碳原子增加而升高。其中偶数碳 的比奇数碳的升高幅度大。密度：正烷烃密度随碳原子增加而升高。在0.8g.cm-3 左右趋于稳定。溶解度：易溶于苯、氯仿、四氯化碳、乙醚等有机溶 剂，难溶于水等极性溶剂。 28295. 烷烃的化学性质稳定性 烷烃很稳定，

12、分子没有极性，不易发生离子型反应，条件合适可发生自由基型反应。 主要来源于石油、天然气。30在医学上的应用： 石油醚（低级烷烃混合物）用作有机溶剂。 液体石蜡（C18-C24液体烷烃混合物）用作缓泻剂。 凡士林（C18-C22烷烃混合物）用作软膏基质。31卤代反应甲烷的卤代 在紫外光或加热条件下，甲烷和氯气可剧烈地发生反应，得到四种取代混合物。 32 H HHCH + Cl2 光HCCl + HCl H H 一氯甲烷CH3-Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl 二氯甲烷CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl 三氯甲烷CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl 四氯化碳33 有

13、机化合物中的原子（或原子团）被其它原子或基团取代的化学反应叫取代反应。 烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应称为卤代反应。卤代反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I234卤代反应机制（ reaction mechanism ） 反应机制(反应历程反应历程) ，是对某个化学反应逐步变化过程的详细描述。 烷烃卤代反应机制是游离基的链反应(free-radical chain reaction), 其历程分3步进行：35链引发链引发(chain-initiating step)： 形成自由基。（需要光、热或引发剂） Cl:Cl 光或热 Cl + Cl DH= +242.7kJ mol-1链增长链增

14、长(chain-propagating step)： 延续自由基，形成产物。 Cl + CH4 CH3 + HCl DH= +4.1kJ mol-1 CH3 + Cl2 CH3Cl+ Cl DH= -109.1kJ mol-1 36 在链增长阶段，当一氯甲烷达到一定浓度时，氯原子除了同甲烷作用外，也可同一氯甲烷作用，结果生成二氯甲烷。以同样方式，可生成氯仿及四氯化碳。Cl + CH3Cl CH2Cl + HClCH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl Cl + CH2Cl2 CHCl2 + HCl CHCl2 + Cl2 CHCl3 + Cl Cl + CHCl3 CCl3 + HCl

15、CCl3 + Cl2 CCl4 + Cl37 Cl + Cl Cl:Cl CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3CH3 加入少量能抑制自由基生成或降低自由基活性的抑制剂可减慢反应速度或终止反应。链终止链终止(chain-terminating step)： 消除自由基。38卤代反应的取向 含有不同类型H的烷烃氯代时，可得到不同的氯代烃。CH3-CH2-CH3 + Cl2 光，25 CH3CH2CH2-Cl + CH3-CH-CH3 Cl 1-氯丙烷(43%)2-氯丙烷(57%)仲氢与伯氢的活性比：2H/1H=（57/2）（43/6）= 4/1 仲氢比伯氢活泼仲氢比伯氢活泼39

16、 实验结果表明：室温下3H：2H：1H相对活性之比约为5：4：1，并与烷烃的结构基本无关。根据各类H的相对活性，可预测烷烃各氯代产物异构体的得率。如正丁烷的氯代：1-氯丁烷得率2-氯丁烷得率=1o H的总数2o H的总数1o H相对反应活性2o H相对反应活性=6 1 34 4 8=1-氯丁烷得率：3/(3+8) 100% = 27%2-氯丁烷得率：8/(3+8) 100% = 72%40 127时，溴代反应3H：2H：1H相对反应活性比为1600：82：1，因而溴代反应的选择性高于氯代反应。 溴代反应的活化能大于氯代反应，因此溴代反应活性小于氯代反应（溴代反应速率小于氯代反应）。41烷基自由

17、基的构型与稳定性 自由基的空间构型自由基的空间构型: 中心碳中心碳 杂化杂化sp242CH3H RCH2H R2CHH R3CHECH3RCH2R2CHR3CDH=435kJ/molDH=397DH=410DH=385 烷基游离基的能量比较43 氧化反应 常温常压下，烷烃在空气中的燃烧是剧烈的氧化反应，反应最终产物是二氧化碳和水，同时放出大量热。 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O D=-881kJ/molCH3CH3 + 7O2 4CO2 + 6H2O D=-1538kJ/mol444.2环烷烃1.环烷烃的分类和命名 单环环烷烃根据碳环数目分类 双环环烷烃 多环环烷烃单环按成环碳原子数

18、分类 小 环（三元环、四元环） 常见环（五元环、六元环） 中 环（七元环十二元环） 大 环（十二元环以上）45单环环烷烃命名： 在相应的烃名前加“环”字；英文名加词头cyclo-。环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环辛烷cyclopropanecyclobutane cyclopentane cyclohexane cyclooctane以较小数字表示较小基团的位次1-甲基-3-叔丁基环戊烷1-methyl-3-tert-butylcyclopentane462-甲基-1-环丙基-5-环戊基戊烷 (5-cyclopentyl-1-cyclopropyl-2-methylpentane) CH2-CH2

19、-CH2 -CH-CH2 CH3环烯烃中以双键的位次最小5,5-二甲基-1,3-环己二烯1-甲基-3-异丙基环己烯47 由于碳环不能自由旋转，所以环上的两个碳原子各连一个取代基时，可产生顺反异构体。是立体异构中的一种。顺-1-甲基-4-异丙基环己烷反-1-甲基-4-异丙基环己烷482.环烷烃的结构与稳定性 拜尔（Johann Friedrich Wilhem Adolf Von Baeyer）（1835-1917）柏林大学博士，第一个合成巴比妥酸，最早开发出靛红合成路线，1905年由于在研究有机染料和芳香族化合物方面的成就，获得诺贝尔化学奖。49拜尔的张力学说 环上CC之间的键角偏离正常键角1

20、0928，就会产生角张力角张力(angle strain)，偏差角越大张力越大，分子越不稳定。 结论：三、四元环为张力环张力环(strained rings) ，五元环为无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。1885年，Baeyer AV 假定，环烷烃具有平面正多边形的结构：60 90 108 120128.6 135Bond angle50kJmol-1 从环丙烷到环戊烷，每个CH2的燃烧热逐渐降低，说明环越小越不稳定。从环己烷到更大的环烷烃，每个CH2的燃烧热与环戊烷接近，说明大于五元的环并不是张力环，而是稳定的。图2-1：各种环烷烃燃烧时每个CH2的燃烧热51现代理论解释现代理论解释

21、分子中碳碳之间的键角能够保持或尽可能接近10928。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。52大环烷烃的结构大环烷烃的结构53 键角与轨道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。Banana bond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 + HClCl光+ Br2 + HBrBr30055（2）加氢）加氢+ H2 Ni/80 CH3CH2 CH3+ H2 Ni/120 CH3CH2 CH2 CH3+ H2 Ni/300 CH3CH2CH2CH2 CH3催化加氢易到难：环丙烷环丁烷环戊烷。6环烷烃更难

22、。（3）加卤素）加卤素 + Br2 常温 Br Br + Br2 BrBr56（4）加卤化氢）加卤化氢+ HBr 常温 Br 环丙烷的烷基衍生物与HX按马氏规则开环加成，环的开裂总是在含H最多和最少的碳原子间进行。HBr+CHCH2CCH3CH3CH3CH2CHCH3CCH3CH3B rH57比较下列反应，你能得出什么结论？CH=C(CH3)2 KMnO4/H+ COOH+ O=C(CH3)2CH2CH2CHCHCH2BrBrBrBrBr2+CHCH2584. 环烷烃的构象环戊烷 50pm59环己烷椅式构象和船式构象512346123456球棒模型124356HHHHHHHHHHHH锯架式124356HHHHHHHHHHHH60H124356HHHHHHHHHHH锯架式230pm124356HHHHHHHHHHHH183pm纽曼投影式CH2CH2234561HHHHHHHH椅式构象占椅式构象占99.9