药学课件一-02烷烃和环烷烃陆new

第二章烷烃(alkane)和环烷烃（cycloalkanes)本章重点烷烃

名法环己烷的构象烷烃的卤代反应历程第一节同系列及同分异构现象：一、同系列和同系物烷烃的通式：CnH2n+2同系列

（Homologous

series）：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质随碳原子数的增加而有规律变化的化合物系列。同系物（Homologs）同系列中化合物互为同系物系列差CH2二、同分异构现象C4H10CH3CH2CH2CH3b.p.

-0.5℃正丁烷CH3CH3CHCH3b.p.

-10.2℃异丁烷分子式同，碳干构造不同—碳干异构(constitutional

isomerism)同分异构体的书写方法三、饱和碳原子和氢原子的分类伯碳（一级碳）1°（primary)：直接与一个碳原子相连仲碳（二级碳）2°(secondary)：直接与二个碳原子相连叔碳（三级碳）3°(tertiary)：直接与三个碳原子相连季碳（四级碳）4°(quaternary)：直接与四个碳原子相连与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称伯、仲、叔氢（1°H、2°H、3°H）第二节烷烃法名一、普通命名法1、正(normal)某烷

C1～C10

天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸>C10

汉文数字CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3正己烷（n-hexane)2、异(iso)某烷

碳链一末端带异丙基，其他部分无支链的烷烃。CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3烷(

i

-hexane)3、新某烷碳链一端有叔丁基，其他部分无支链的烷烃称为“新某烷”CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH2CCH2CH3CH3新己烷(neohexane)二、烷基

名一价基：从烷烃中去掉一个H原子,剩余的结构部分二价基：三价基：常见的一价基：R

HR名称缩写CH3

HCH3甲基(Methyl)乙基(Ethyl)正丙基(Propyl)MeCH3CH2

HCH3CH2Et2CH3CH2CH

HCH3CH2CH2PrCH3CH2CH2CH2HCH3CH2CH2CH2仲丁基(sec-Butyl)s-BuCCH3CH3叔丁基(tert-Butyl)t-BuCH3CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CH3CHCH2CH3CH3异丁基(iso-Butyl)i-BuR

HR名称

缩写正丁基

Bu(Butyl)三、系统命名法）：选择碳原子数最多的碳链2、支链烷烃（1）选择主链（为主链CH3

CH2

CH2

CH2

CH3戊烷1、直链烷烃：某烷CH3

CH2

CH3丙烷如果两条碳链的碳原子数相同时，选择含支链较多的碳链为主链。A

为主链（2）主链碳原子的位次a.

从靠近取代基一端顺次

；b.

当有几种可能时，选择使取代基具有“最低序列”即使取代基的

顺次逐项比较为最小的

；取代基

：（上）2，6，8（下）2，4，8（正确）（3）名称的书写次序取代基取代基的排列顺序：小前、大后、同合并取代基顺序规则（详见第六章）IUPAC法按取代基英文名称的首字母的次序排列。CH3例1

例2CH3

CH

CH2

CH2

CH2

CH3CH3CH

CH2

CH2

CH3CH2CH33-甲基己烷3-methylhexane2-甲基己烷2-methylhexaneCH3CH2CH

CH3CH

CH2CHCH3CH32，5-二甲基-3-乙基己烷3-ethyl-2,5-dimethylhexaneCH32，8-二甲基-4-乙基壬烷4-ethyl-2,8-dimethylnonane注意：取代基和名称之间不加短线。四、环烷烃的系统命名1、单环烃1

按成环碳原子数目称为环某烷。1-甲基-3-乙基环己烷3-ethyl-1-methylcyclohexane2

长链作，环作取代基。3-甲基-4-环丁基庚烷4-cyclobutyl

-3-methylheptane3）顺、反环烷烃受环的限制，σ键不能

旋转。环上取代基在空间的位置不同，产生顺反(几何)异构。顺(cis)：反(trans)：两个取代基在环同侧；两个取代基在环异侧。CH3CH3H3CH

H顺-1,

4-二甲基环己烷cis-1,4-dimethylcyclohexaneH

CH3H3CHCH3H

CH3H3C

H反-1,4-二甲基环己烷trans-1,4-dimethylcyclohexane2.

双环烃分子的碳架中含有两个碳环的烃。联环

桥环

螺环稠环桥头碳1

双环桥环烃命名桥头碳原子：两环共用的碳原子。桥：两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。(1)桥桥头碳桥(3)(2)桥二环[3.2.1]辛烷bicyclo[3.2.1]octane12345672,7,7-

二环[2.2.1]庚烷2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane2）螺环烃螺原子：两个碳环共用的碳原子螺原子31245678910螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane12345673,7,7-

二环[4.1.0]庚烷3,7,-trimethylbicyclo[4.1.0]heptane2,8-二甲基-1-乙基二环[3.2.1]辛烷1-ethyl-2,8-dimethylbicyclo[3.2.1]octane例：学习有机化学的线索：结构——性质——用途结构构造分子中原子的排列顺序构型分子中原子在空间的排列状况构象由于单键的旋转，形成分子中各原子或原子团的空间排布。第三节结构一、烷烃的结构甲烷：CH4C—H键：SP3—S乙烷：C2H6C-C键

sP3—sP3HHH

C

C

HHHC—H

键sP3—s及书写1、楔型（伞型）甲烷：甲烷凯库勒模型楔型乙烷：2、锯架（sawhorse

formula)3、纽曼投影式(projection)二、小环烷烃的结构（一）小环烷烃的不稳定和角张力的概念为什么小环化合物容易开环并且三元环比四元环更容易开环，而五元环、六元环相对稳定？角张力(拜尔张力)：与正常键角偏差而引起的张力。(二)环丙烷的结构CH3CH3CH2

109.5°CCHHHHC60°H114°H105°49.5o19.5o1.5o与正常键角偏差角度三元环四元环五元环环烷烃第四节烷烃的构象构象(Conformation)有一定构造的分子通过单键的旋转，形成各原子或原子团的空间排布。一、乙烷的构象1、两种极限构象的表达式（顺叠式）Eclipsed

conformation交叉式（反叠式）Staggered

conformation式和交叉式构象的楔型式、思考：写出和纽曼式。模型纽曼式楔型式2、两种极限构象的位能变化稳定性比较：交叉式＞

式思考：如何分析交叉式构象和

式构象的稳定性？（原子的空间分布、位能）二、正丁烷的构象围绕C2—C3单键旋转形成各种构象HH

HCC4H10H

CH

HH

HC

C

HHHCHHCHCH3CH31、四种极限构象式的表达对位交叉式（反叠式）部分式（反错式）邻位交叉式（顺错式）全式（顺叠式）2、四种极限构象的位能变化稳定性比较：对位交叉式＞邻位交叉式＞部分式＞全式注意：构造、构型、构象和极限构象思考：写出戊烷（C2—C3）的极限构象式（纽曼式、、楔型式）总结书写纽曼式、

、楔型式的规律四、环己烷的构象椅式船式HHHHHHHHHHHH123456250pm6HHH135HH2H4HHHHHH不存在跨环（空间）张力；扭转张力；角张力。椅式构象：a

键e

键a键：直立键(竖键)(axial

bonds)e键：平伏键(横键)(equatorial

bonds)构象翻转a键转变成e键，e键转变成a键；环上原子或基团的空间关系保持。船式构象：6135HHHH4HH2HHHHHHHHHH183pmH12345H

6存在：跨环张力；扭转张力；稳定性：椅式构象环己烷

>

船式构象环己烷室温下，平衡有利于椅式构象（优势构象）。一种椅式构象经半椅式、纽船式、船式翻转成另一种椅式构象。在能量上：椅式构象

<

扭船式构象

<

船式

<半椅式构象第五节

烷烃的物理性质（

）一、物态规律：随分子量的增加，由气态—液态—固态二、沸点boiling

point规律：melting

pointC数增加，

m.p.升高；偶数烷烃m.p＞奇数烷烃三、

规律：C数增加，沸点b.p.升高；正烷烃b.p＞支链烷烃（同碳数）四、相对密度density，尤其是烃类。规律:C数增加，相对密度D升高五、溶解度solubility规律:难溶于水，易溶于相似相溶第六节化学性质烷烃化学性质稳定原因：（1）C—C、C—H

σ键的键能大，不易破裂；化学键C—CC—H键能KJ/mol345.6415.32

C—C键矩为0，C—H键矩很小，电子云分布均匀，为非极性分子；3键的断裂：均裂一、氧化和燃烧Cn

H

2n+2

+

(

3

n

+1

2)

O2

nCO2+(n+1)H2O

+Q用途：用作

（重要能源之一）燃烧热?测量燃烧热有什么意义？二、热裂反应生产2、催化热裂：应用催化剂的热裂反应称催化热裂反应生产高辛烷值

，提高

利用率

.CH3CH

CH2H

460℃3CH

CHCH2+H2CH322HCH

CHH和化工原料

460℃CH22CH

+

CH41、热裂：在高温及无氧条件下发生键断裂的分解反应。三、卤代反应用途：

1）生产氯代甲烷混合溶剂；2）控制条件，

一氯甲烷。（一）甲烷的氯代卤素的活性：F2

>Cl2

>Br2

>I2CH4X2

hv

3CH

X++HX甲烷的卤代：（二）甲烷卤代的反应机制亦称反应历程、反应机理，是描述反应由反应物到产物所经历的每一步过程。1、

基链锁反应氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生

基：hvCl2or2

Cl产生甲基基：链

①链增长

②CH3

+

HClCl+CH4产生新的氯基：CH3+Cl2CH3Cl

+

Cl链增长

③氯甲基Cl+基的形成：+

CH3Cl

CH2Cl

HCl链增长④氯甲基基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子CH2Cl

+

Cl2CH2Cl2

+

Cl链增长⑤基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：Cl

+CH3

+CH3

+ClClCH3Cl2CH

Cl3CH3CH3链终止、链增长、链终止。整个反应经历三个阶段：链此

基反应也称链锁反应。1）将氯气用光照射后在

中放置一段时间再与甲烷混合会发生氯代反应吗

？2

甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？基3

甲烷和氯气同时光照，为什么不

甲基？CH3Cl422.2Cl

ClCH2Cl2414.2CHCl3

CH4400.8

439kJ/mol2Cl243

kJ/mol:2、甲基基的结构HHC-Hsp2带孤单电子碳sp²杂化。孤单电子占据未参与杂化的P轨道。P轨道垂直于三个sp²杂化轨道所在的平面。C

CH3HC

CH3C

CH3CH3CH3H

H

CH3乙基

基

异丙基

基

叔丁基基3、甲烷卤代反应过程中的能量变化：1、

反应热和活化能，二者有什么差别？2、过渡态理论的主要观点是什么？3、试用过渡态理论来解释甲烷氯代反应中的能量变化。4、为什么卤素的反应活性顺序为：

F2>Cl2>Br2>I24CH

+Cl·CH3Cl+Cl·δH3C

H

ClδδH3C

Cl

ClδHCl+

Cl2H3C+(三）其他烷烃的卤代反应CH3CH2CH3

+

Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl

+

CH3CHCH3Cl45%

55%1oH与2oH被取代的概率为:62氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8hv25oCCH3

CH3

CH3CH3CHCH3

+

Cl236%CH3