第四章和环烷烃

第四章烷烃和环烷烃五、烷烃的化学性质第一节烷烃一、烷烃的结构

二、异构和命名三、构象异构四、烷烃的物理性质一、脂环烃分类和命名第二节环烷烃二、结构和稳定性四、环己烷的构象异构三、环烷烃的性质烃：只由碳和氢两种元素组成的化合物(hydrocarbons).链烃饱和烃——烷烃脂肪烃脂环烃（环烷烃,环烯烃,环炔烃）不饱和烃烯烃炔烃环烃芳香烃苯型芳香烃非苯型芳烃甲烷的比例模型甲烷的棍球模型第一节烷烃一、烷烃的结构

第二章烷烃和环烷烃第一节烷烃(一、结构)头碰头重叠形成C－Cσ键

σ键:旋转不影响轨道重叠程度,即σ键可沿键轴“自由”转动;重叠程度大,稳定性高;键的极化度小.碳原子的类型伯碳(1°)：只与1个其他碳原子直接相连,一级碳原子1°1°1°1°1°2°2°3°4°仲碳(2°)：只与2个其他碳原子直接相连,二级碳原子叔碳(3°)：与3个其他碳原子直接相连,三级碳原子季碳(4°)：与4个其他碳原子直接相连,四级碳原子伯氢(1°H)：伯碳上的H仲氢(2°H)：仲碳上的H叔氢(3°H)：叔碳上的H不同类型的氢反应活性不一样1°1°1°1°1°2°2°3°二、烷烃的构造异构和命名构造：分子中原子间相互连列的次序和方式。构造异构：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。碳链异构是构造异构的一种。如戊烷有3种碳链异构体：正戊烷异戊烷新戊烷上页下页首页(一)普通命名法(习惯命名法)，适用于简单的链烃。1.按分子中碳原子总数叫“某烷”。≤10C用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，>10C用十一、十二等中文数字表示。戊烷戊烷戊烷正异新2.用“正”、“异”、“新”等字区别同分异构体。上页下页首页

烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做烃基。脂肪烃基：脂肪烃去掉1个H所剩下的部分。“R-”

烷基：烷烃分子中去掉一个氢原子后剩下的部分。

烃基及其命名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,会出现不同的烃基。上页下页首页Methyl(Me)Ethyl(Et)Propyl(Pr)Isopropyl(i-Pr)甲基 乙基 丙基

异丙基丁基 仲丁基 异丁基 叔丁基Isobutyl(i-Bu)sec-Butyl(s-butyl,s-Bu)tert-Butyl(t-butyl,t-Bu)Butyl(Bu)上页下页首页（二）系统命名法

直连烷烃的系统命名法与普通命名法相同，只是省去“正”字：普通命名：正丁烷正庚烷系统命名：丁烷庚烷

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,主要是确定主链及取代基的位次、数目和名称。上页下页首页

烷烃系统命名法的要点分为三步：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(最低系列原则)3.取代基：先小后大(优基置后)辛烷3-甲基-5-乙基母体名基名

连字符读作：位取代基位次2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,5-二甲基-3-异丙基己烷2,5-二甲基-4-异丙基己烷1235612358126542,5-2甲基3,4-2乙基己烷2,5-甲基-3,4二乙基己烷？？3，4-二异丙基己烷三、烷烃的构象异构(conformationalisomerism)1.乙烷的构象

因单键旋转而使分子中原子或基团在空间产生不同的排列形象称为构象。每一种空间排列形象就是一种构象,因构象不同而产生的异构现象称构象异构。交叉式(Staggered)重叠式(Eclipsed)Newman投影式60°0°上页下页首页

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。这种构象称为优势构象。

烷烃分子中只有牢固的C—Cσ键和C—Hσ键，所以烷烃具有高度的化学稳定性。室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂或强还原剂一般都不发生反应。五、烷烃的化学性质(一)稳定性

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取代反应。被卤原子取代叫卤代(halogenation)。(二)卤代反应动画模拟:甲烷的氯代实验氯甲烷(Methylchloride)1.甲烷的氯代反应

生成的一氯甲烷还会继续被氯代,生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳四种产物的混合物。工业上把这种混合物作为溶剂使用。CH3-Cl+Cl2——>CH2Cl2+HCl 二氯甲烷CHCl3+Cl2——>CCl4+HCl 四氯化碳CH2Cl2+Cl2——>CHCl3+HCl 三氯甲烷2.甲烷的氯代反应机制

反应机制是对某个化学反应逐步变化过程的详细描述。

烷烃卤代反应是游离基的链反应(free-radicalchainreaction),其历程分3步进行：①链引发(chain-initiatingstep)：形成自由基。动画模拟:甲烷氯代反应机制

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，也可与一氯甲烷作用，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·+HClCHCl2·+Cl2—>CHCl3+Cl·Cl·+CHCl3—>CCl3·+HClCCl3·+Cl2—>CCl4

+Cl·②链增长(chain-propagatingstep)：延续自由基，形成产物.Cl·+Cl·→Cl:ClCH3·+Cl·→CH3ClCH3·+CH3·→CH3CH3

③链终止(chain-terminating step)：消除自由基

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。甲烷的溴代及其它烷烃的卤代反应机制与氯代相似。3.烷烃卤代反应的取向

含有不同类型H的烷烃氯代时,可得到不同的氯代烃。55%45%伯氢与仲氢的活性比：

仲氢比伯氢活泼63%37%伯氢与叔氢的活性比：

实验结果表明：室温下3°、2°、1°氢原子对氯代反应的相对活性之比约为5:4:1,并与烷烃的结构基本无关。氢被溴取代生成一溴代物的反应活性,比例关系：

30H﹕20H﹕10H=1600﹕82﹕1自由基的相对稳定性：4.烷烃自由基的构型与稳定性甲基、异丙基、叔丁基自由基的结构中心碳原子为sp2杂化

生物体内的自由基活性氧O2-

OH1O2H2O2

含氧自由基ROROOROOH生物体系主要遇到的是氧自由基，但过多的活性氧自由基就会有破坏行为，导致人体正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病。如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。此外，外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基，使核酸突变，这是人类衰老和患病的根源。

环烃又称闭链烃，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：环烃脂环烃(alicyclichydrocarbon)芳香烃(aromatichydrocarbon)——性质似脂肪烃单脂环烃多脂环烃——性质似苯苯型芳香烃非苯型芳香烃第二节环烷烃一、脂环烃的分类和命名

(一)分类单脂环烃多脂环烃C3-C4小环C5-C6普通环C7-C12中环C13以上大环桥环螺环根据环数多少分环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环辛烷以较小数字表示较小基的位次1-甲基-4-异丙基环己烷cyclopropane cyclobutanecyclopentanecyclohexanecyclooctane1.单脂环烃:

在相应的烃名前加“环”字;英文名加词头cyclo(二)命名

1-甲基-3-叔丁基环戊烷当环上有复杂取代基时，可将环作为取代基命名。1-环丙基丁烷1-Cyclopropylbutane1,3-二环己基丙烷1,3-Dicyclohexylpropane顺-1,3-二甲基环戊烷反-1,3-二甲基环戊烷二、环烷烃的结构与稳定性1885年,BaeyerAV假定,环烷烃具有平面正多边形的结构：60°90°108°120° 128.6135°Bondangle

环上C－C之间的键角偏离正常键角109°28′,就会产生角张力(anglestrain),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(strainedrings)

，五元环为无张力环，六元环及其更大的环也是张力环。(一)张力学说

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。

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,而是形成一种弯曲键。香蕉键开链或较大脂环化合物中轨道可达到最大重叠环丙烷分子中轨道部分重叠脂环烃的稳定性顺序(由小到大)：三元环<四元环<五元