第二章饱和碳氢化合物

第二章饱和碳氢化合物第一页，共七十六页，2022年，8月28日第二章重点讲解问题一、饱和碳氢化合物（烷烃、环烷烃）的命名二、饱和碳氢化合物的构象与构象分析三、碳氢化合物的稳定性与拜尔的环张力学说四、饱和碳氢化合物的物理性质（分子间的非共价作用）第二页，共七十六页，2022年，8月28日2.1碳氢化合物的分类碳氢化合物

——由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，又称烃（hydrocarbon）开链烃

环烃

饱和烃

——烷烃，环烷烃

不饱和烃

烯烃，环烯烃芳香烃炔烃，环炔烃第三页，共七十六页，2022年，8月28日中文名英文名分子式结构简式甲烷methaneCH4CH4乙烷ethaneC2H6CH3CH3丙烷propaneC3H8CH3CH2CH3正丁烷n-butaneC4H10CH3CH2CH2CH3正戊烷n-pentaneC5H12CH3CH2CH2CH2CH32.2开链烷烃的命名第四页，共七十六页，2022年，8月28日1、对于碳数为C1~C10的直链烷烃----甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，称为“某烷”2、对于碳数>C10的烷烃----直接用中文数字表示碳数英文命名类似“碳数词干+ane词尾”methane,ethane,propane,butane,pentane,hexane,heptane,octane,nonane,decane,undecane(十一烷),dodecane(十二烷)2.2开链烷烃的命名第五页，共七十六页，2022年，8月28日2.2开链烷烃的命名第六页，共七十六页，2022年，8月28日2.2开链烷烃的命名构造异构体（constitutionalisomers）—分子式相同但分子内原子的连接顺序或方式不同的异构体。普通命名法（Commonnames）对于构造异构体，则使用“正”、“异”、“新”等表示。“正(normal)”代表直链烷烃，“异(iso-)”和“新(neo-)”分别表示特定的分支烷烃。第七页，共七十六页，2022年，8月28日

普通命名法的局限CH3CH—CHCH3CH3CH3

noneCH3CH2CH2CH2CH2CH3

hexaneCH3CHCH2CH2CH3

CH3

isohexane

CH3CH3—C—CH2CH3

CH3

neohexane

CH3CH2CHCH2CH3CH3

none第八页，共七十六页，2022年，8月28日烷基（Alkyl）—

烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分，通常用R-表示，英文用“

yl

”

替代“

ane

”methane——methylCH3-Meethane——ethylCH3CH2-Etn-propane—n-propylCH3CH2CH2-

n-Pro

isopropyl(CH3)2CH-

i-Pron-butane——n-butylCH3CH2CH2CH2-

n-Bu

sec-butylCH3CH2CHCH3

sec-Buisobutane——

isobutyl(CH3)2CHCH2-

i-Bu

tert-butyl(CH3)3C-

tert-Bu烷基的概念第九页，共七十六页，2022年，8月28日Primary(1º),secondary(2º),tertiary(3º),quaternary(4º)Cbutonlyprimary,secondary,tertiaryH

注意烷烃分子和烷基中碳级别的不同烷烃中碳和氢的种类第十页，共七十六页，2022年，8月28日IUPAC:

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry2.2开链烷烃的命名

系统命名法（IUPACRules）第十一页，共七十六页，2022年，8月28日1、直链烷烃同普通命名法，取消“正”字2、最长的碳链—

主链，主链碳数—

“某烷”主链以外的其他部分—

支链或取代基

系统命名法(IUPACRules)3-乙基庚烷（3-ethylheptane）第十二页，共七十六页，2022年，8月28日

系统命名法(IUPACRules)3、将主链上的碳原子编号—

由距支链最近的一端开始（编号-“支链名”“某烷”）4、相同的取代基可以合并，用二（di）、三（tri）、四（tetra）等表示相同取代基的数目，其编号在连字符前用逗号分隔列出。如：2,5-二甲基庚烷2,5-dimethylheptane第十三页，共七十六页，2022年，8月28日5、多个支链存在时，英文按字母顺序排列，中文则按“次序规则”，将较优基团列在后面。

系统命名法(IUPACRules)第十四页，共七十六页，2022年，8月28日注意若两个取代基不同，但取代位号相同，则给“较优”基团以大编号（英文按字母顺序）

3-甲基-5-乙基庚烷3-ethyl-5-methylheptane注意！第十五页，共七十六页，2022年，8月28日3-ethyl-5-methylhexane第十六页，共七十六页，2022年，8月28日

系统命名法(IUPACRules)次序规则(1)

原子序数大的为“较优”基团(2)

第一原子相同，按原子序数大小顺序比较第二原子例如：-CH2Cl>-CH2OH，因为-C(Cl,H,H)>-C(O,H,H)第十七页，共七十六页，2022年，8月28日次序规则又如：-CH2CH(CH3)2<-CH2CH2OH，因为-C(C，H，H)=-C(C，H，H)

C(C，C，H)<C(O，H，H)(3)

含有双键和叁键的基团，可以认为连有两个或三个相同原子

系统命名法(IUPACRules)第十八页，共七十六页，2022年，8月28日常见烷基的次序举例

-C(C,C,H)-C(C,H,H)-C(C,C,H)-C(C,H,H)第十九页，共七十六页，2022年，8月28日6、如果支链还有分支，不能用简单的基名称来命名，则需要对支链按照类似原则进行编号和命名。编号从支链与主链相连的碳原子开始。

系统命名法(IUPACRules)第二十页，共七十六页，2022年，8月28日3-乙基-5-(1-乙基丙基)壬烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane第二十一页，共七十六页，2022年，8月28日7、如果具有不止一条可选择的等长的碳链：(1)以取代基数目最多的碳链为主链。(2)系统命名法(IUPACRules)第二十二页，共七十六页，2022年，8月28日2,5-二甲基-4-仲丁基庚烷或2,5-二甲基-4-(1-甲基丙基)庚烷4-(sec-butyl)-2,5-dimethylheptaneor2,5-dimethyl-4-(1-methlpropyl)heptane(2)**

取代基数目一样多时，以侧链位次最低的链为主链2,4,5-3,4,5-第二十三页，共七十六页，2022年，8月28日

(2)系统命名法(IUPACRules)注意英文命名中的前缀di，tri，tetra，sec和tert不计入排序中，但iso，neo和cyclo计入排序中。

第二十四页，共七十六页，2022年，8月28日C3H6

C4H8C5H10

结构通式：CnH2n2.Cycloalkanes2.3碳氢化合物的分类第二十五页，共七十六页，2022年，8月28日不饱和度

—分子组成的氢原子数目与理论上最大可能数目之差的情况分子式：CnHm，

则不饱和度=Saturatedhydrocarbons:CnH2n+2Ifitisacycloalkane,thedegreeofunsaturatedequalstothenumberofring.[(2n+2)-m]/2环烷烃的通式与不饱和度（环的数目）第二十六页，共七十六页，2022年，8月28日1.单环环烷烃的命名

若环烃做母体，则母体名—

“环某烷”2.4环烷烃的命名A.IsopropylcyclopentaneB.1-cyclobutylpentane第二十七页，共七十六页，2022年，8月28日2.4环烷烃的命名当环上有2个不同取代基时，它们以字母顺序引出，1号位给最先引出的取代基。1.单环环烷烃的命名第二十八页，共七十六页，2022年，8月28日2.4环烷烃的命名当环上有多个取代基时，则将1位编号给予能使第2个取代基编号最小的位置

。1.单环环烷烃的命名第二十九页，共七十六页，2022年，8月28日3第三十页，共七十六页，2022年，8月28日第三十一页，共七十六页，2022年，8月28日2.4环烷烃的命名2.二环桥环烷烃的命名桥环烃—

bridgedhydrocarbon,分子内环与环之间有两个或两个以上共用碳原子的多环烃。桥头碳—

共用的碳原子桥—

两个桥头碳原子间的碳链第三十二页，共七十六页，2022年，8月28日2.4环烷烃的命名2.二环桥环烷烃的命名母体名

—

几环[…]某烷环的数目各桥上碳数由大到小排全部环上碳原子数第三十三页，共七十六页，2022年，8月28日2.二环桥环烷烃的命名编号

—

从桥头碳开始，绕最长的桥到另一个桥头，再绕次长桥回来，最后再编最短的桥。—

可能的情况下给取代基以尽可能小的编号2,8,8-三甲基二环[3.2.1]辛烷

第三十四页，共七十六页，2022年，8月28日一般步骤：1.选取母体2.确定取代基的位置和名称3.以适当的顺序在母体名称前列出取代基的编号和名称4.必要时，对构型进行标示（详见第三章和第五章的构型标示方法）命名小结第三十五页，共七十六页，2022年，8月28日2.5开链烷烃的构象1乙烷(Ethane)的构象第三十六页，共七十六页，2022年，8月28日2.5开链烷烃的构象1乙烷(Ethane)的构象第三十七页，共七十六页，2022年，8月28日第三十八页，共七十六页，2022年，8月28日Conformationalanalysis----describestheenergyofsuchconformationalinterconversion1乙烷(Ethane)的构象乙烷构象分析势能图

扭转张力第三十九页，共七十六页，2022年，8月28日第四十页，共七十六页，2022年，8月28日正丁烷构象分析势能图扭转张力2丁烷(Butane)的构象第四十一页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象

环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象

角张力和扭转张力第四十二页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象2.环己烷的椅式构象(Chairconformationofcyclohexane）稳定的极限构象---椅式构象第四十三页，共七十六页，2022年，8月28日2.环己烷的椅式构象(Chairconformationofcyclohexane）第四十四页，共七十六页，2022年，8月28日2.环己烷的椅式构象(Chairconformationofcyclohexane）第四十五页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象2.环己烷的椅式构象abond---axialbond

ebond---equatorialbond第四十六页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexanethestableconformer----

thesubstituent（取代基）isinequatorialposition---1,3-diaxialinteraction第四十七页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexane第四十八页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexane

构象翻转(ring-flip)

----

rapidlyinterconversionbetweentwochairconformations第四十九页，共七十六页，2022年，8月28日3.monosubstitutedcyclohexane第五十页，共七十六页，2022年，8月28日4.disubstitutedcyclohexane

e.g.

1,2-dimethylcyclohexane

cis-transstereoisomers(属构型异构)2.6环烷烃的构象cis-trans-稳定性？第五十一页，共七十六页，2022年，8月28日Answer

1,2-disubstitutedcyclohexane

---trans-isomerismorestable(foreeismorestablethanea)Questions

1)Howabout1,3-and1,4-disubstitutedcyclohexane?

2)Pleasetrytodrawoutthechairconformersandanswertheabovequestion2.6环烷烃的构象4.disubstitutedcyclohexane第五十二页，共七十六页，2022年，8月28日2.6环烷烃的构象5.环己烷的其他构象第五十三页，共七十六页，2022年，8月28日6.环己烷的各构象转化势能图

2.6环烷烃的构象第五十四页，共七十六页，2022年，8月28日2.7烷烃和环烷烃的燃烧热、生成热与稳定性

1、燃烧热化合物的燃烧热(ΔHӨc)：一个化合物在标准状态下完全燃烧生成二氧化碳和水的过程所放出的热量。烷烃在空气中燃烧生成二氧化碳和水，反应式如下：

主要用于同分异构体稳定性的比较。相同组成的同分异构体，燃烧热越高者，化合物所具有的能量就越高，也就越不稳定。ΔHӨC第五十五页，共七十六页，2022年，8月28日1、燃烧热烷烃的不同异构体能量是有所不同的。烷烃ΔHӨC/kJ·mol-1戊烷-3537.2异戊烷-3530.5新戊烷-3516.2第五十六页，共七十六页，2022年，8月28日1、燃烧热烷烃ΔHӨC/kJ·mol-1环烷烃ΔHӨC/kJ·mol-1丙烷-2220.3环丙烷-2092.2（697.4/C)丁烷-2879.1环丁烷-2747.3（686.8/C)戊烷-3537.2环戊烷-3322.0（664.4/C)己烷-4195.6环己烷-3954.5（659.1/C)第五十七页，共七十六页，2022年，8月28日2.生成热生成热（ΔHӨf）：是指化合物在标准状态下由单质元素生成过程中放出的热量。对于烃类化合物而言，即指由单质碳（石墨）和氢气生成该化合物的过程中的放热。ΔHӨf相同组成的同分异构体，生成热越高者越稳定。第五十八页，共七十六页，2022年，8月28日2.生成热事实上大多数烃类化合物是难以从单质碳和氢生成的，因此通常烃类的生成热是通过燃烧热和CO2与H2O的生成热计算而得，如：ΔHӨf

（烷烃）＝ΔHӨf（CO2+H2O）－ΔHӨC第五十九页，共七十六页，2022年，8月28日3第六十页，共七十六页，2022年，8月28日3第六十一页，共七十六页，2022年，8月28日3第六十二页，共七十六页，2022年，8月28日3饱和碳氢化合物的稳定性1.Saturatedcarbons

----Alkanesrelativelystable2.Cycloalkanes----RingStrainInstabilityofthree-andfour-memberedrings

----duetoanglestrain(角张力)----Baeyer环张力学说第六十三页，共七十六页，2022年，8月28日2.8非共价作用与性质的关系非共价力包括：

氢键HydrogenBond

偶极-偶极作用力范德华作用力（吸引力和斥力）等等作用于分子间和分子内影响化合物的物理性质和化学性质

---熔点、沸点、溶解性能

---酸碱性、反应速度和反应方向第六十四页，共七十六页，2022年，8月28日非共价力及其强度InteractionsStrengthion-ioninteractioncomparabletocovalentbondingion-dipole50~200kJ/moldipole-dipole5~50kJ/molhydrogenbonding4~120kJ/molcation-πinteractions5~80kJ/molπ-πstacking0~50kJ/molvanderWaalsforces<5kJ/mol,variablehydrophobiceffects3~10kJ/mol第六十五页，共七十六页，2022年，8月28日2.8非共价作用与性质的关系饱和性

当A－H中的氢原子与一个B原子结合形成氢键后，另一个电负性大的原子B’则难以接近氢原子了，因为B、A的负电荷将排斥原子B’靠近，因此一个氢原子只能与一个杂原子形成氢键。

(1)氢键氢键的饱和性和方向性第六十六页，共七十六页，2022年，8月28日2.8非共价作用与性质的关系方向性

1.只有当A-H…B在同一直线上时最强；

2.氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子B中负电荷分布最多的部分最接近氢原子，这样形成的氢键最稳定。氢键的强弱

A、B的电负性越大，氢键越强；B的原子半径越小，氢键越强。（F-H…F最强）第六十七页，共七十六页，2022年，8月28日2.8非共价作用与性质的关系分子内氢键与分子间氢键

分子间氢键使熔点、沸点升高(乙醇和二甲醚)

分子内氢键使熔点、沸点下降分子间氢键使水溶性增加第六十八页，共七十六页，2022年，8月28日(2)dipole-dipole

interactions偶极-偶极作用力（极性分子）极性大的分子，偶极-偶极作用力大，溶沸点高，水溶性增强2.8非共价作用