烃的分类命名和结构

关于烃的分类命名和结构第1页，课件共89页，创作于2023年2月第一节烃的分类和同分异构按照不同方式分为不同种类：1.根据不同的骨架分为开链烃和环状烃。按照不同饱和程度分为饱和烃和不饱和烃。饱和烃：烷烃和环烷烃（5个碳原子以上）；不饱和烃：烯烃，炔烃，芳香烃环状烃：环烷烃（或叫脂环烃）芳香烃不饱和键；不饱和度1.1烃的分类第2页，课件共89页，创作于2023年2月碳架异构体位置异构体官能团异构体构象异构体几何异构体旋光异构体交叉式构象重叠式构象构造异构体

同分异构体（结构异构体）立体异构体电子互变异构体1.2烷烃同分异构*分子式相同,结构不同的化合物称为同分异构体构型异构体第3页，课件共89页，创作于2023年2月碳架异构体：因碳架不同而引起的异构体;如:

位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的 异构体;如:官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体;如:构造异构体：因分子中原子的连结次序不同或

者键合性质不同而引起的异构第4页，课件共89页，创作于2023年2月蛛网式

结构简式(condensedstructuralformula)

有机化合物结构式的表达方式

第5页，课件共89页，创作于2023年2月键线式(line-angleformula)第6页，课件共89页，创作于2023年2月

一系统命名法：

IUPACCCS(ChinaChemicalSociety) CA

1直链烷烃的命名:

含10个碳原子以内的直链烷烃,从1-10依次用天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸加上烷来命名;而含碳原子10个以上的直链烷烃,用数目加上烷来命名。第二节烃的命名第7页，课件共89页，创作于2023年2月（1）碳原子的级1oC2oC3oC4oC(伯)(仲)(叔)(季)与一个碳原子相连的碳为一级碳原子；与二个碳原子相连的碳为二级碳原子；与三个碳原子相连的碳为三级碳原子；与四个碳原子相连的碳为四级碳原子。2支链烷烃的命名第8页，课件共89页，创作于2023年2月正丁基二级丁基或仲丁基异丁基

(n)

（secors）（iso）甲基乙基正丙基异丙基（2）取代基（烷基，alkyl）:第9页，课件共89页，创作于2023年2月三级戊基三级丁基或叔丁基新戊基（tertort）(tertort-butyl)（neo）第10页，课件共89页，创作于2023年2月第一条规则：将各种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列，原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高的顺序在前。(3)次序规则不同原子按原子序数排列同位素按质量数由高到低的顺序排列各种原子或取代基按先后次序排列的规则称为次序规则。第11页，课件共89页，创作于2023年2月第二条规则若多原子基团的第一个连接原子相同，则比较与它相连的其它原子，先比较原子序数最大的原子，再比较第二大的，依次类推。若第二层次的原子仍相同，则沿取代链依次相比，直至比出大小为至。123第12页，课件共89页，创作于2023年2月第三条规则

含不饱和键时排列顺序大小的规则：连有双键或叁键的原子可以认为连有两个或三个相同的原子。第13页，课件共89页，创作于2023年2月第四条规则当含有官能团时:1）以含有官能团(functionalgroup)的最长链为主链；2)编号时，首先考虑使官能团编号最小，再考虑取代基。第14页，课件共89页，创作于2023年2月构型+取代基+母体R,S;Z,E;顺,反取代基位置号+个数+名称(有多个取代基时，中文按次序序规则确定次序,小的在前。英文按英文字母顺序排列)官能团位置号+名称(没有官能团不涉及位置号)

iso,neo

参加比较i（异）,n-（正）,sec（二级）,tert（三级）,cis（顺）,trans（反）,di（二个）,tri（三个）,tetra（四个）不参加比较。（4）有机化合物系统命名书写格式第15页，课件共89页，创作于2023年2月（A）确定主链：链的长短（长的优先），侧链数目（多的优先),侧链位次大小（小的优先），各侧链碳原子数（多的优先），侧分支的多少（少的优先）。（B）编号：按最低系列原则编号。最低系列原则：使取代基的位置号码尽可能小。若有多个取代基，逐个比较，直至比出高底为止。（C）按名称基本格式写出全名。（5）命名步骤第16页，课件共89页，创作于2023年2月3.命名:中文名称：2,3,5-三甲基己烷

英文名称：2,3,5-trimethylhexane实例一2编号:第一行取代基编号为2,4,5;

第二行取代基编号为2,3,5;

根据最低系列原则,用第二行编号。1确定主链:最长链为主链。第17页，课件共89页，创作于2023年2月1确定主链：有两个等长的最长链。比侧链数:一长链有四个侧链，另一长链有二个 侧链，多的优先。 2编号：第二行取代基编号2,3,4,5;第一行取代基编号 4,5,6,7。根据最低系列原则,选第二行编号3命名：中文名称：2,3,5-三甲基-4-丙基辛烷英文名称：2,3,5-trimethyl-4-n-propyloctane实例二第18页，课件共89页，创作于2023年2月1确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。一长链侧链位次为2,4,5;而另一长链侧链位次为3,4,6,小的优先。2编号：黑色编号侧链位次2,4,5;蓝色编号侧链位次3,4,6。按最低系列原则选黑色编号。3命名：中文命名:2,5-二甲基-4-异丁基庚烷;或

2,5-二甲基-4-(2-甲丙基)庚烷

英文命名:4-isobutyl-2,5-dimethylheptane;或

2,5-dimethyl-4-(2-methylpropyl)heptane实例三第19页，课件共89页，创作于2023年2月命名规则：1)以含有官能团(functionalgroup)的最长链为主链2)编号时，首先考虑使双键编号最小，再考虑取代基。3)有顺反异构时，标明几何构型(Z/E)，同时写出构型编号。二烯烃的命名第20页，课件共89页，创作于2023年2月例一（E）-5-乙基-3-丙基-2-庚烯

(E)-5-ethyl-3-propyl-2-heptene

烯烃命名实例例二

(Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯（Z)-1-bromo-1,2-dichloroethylene第21页，课件共89页，创作于2023年2月二烯及多烯的命名1,3-丁二烯1,3-butadiene1,3,5-己三烯1,3,5-hexatrieneCH2=CHCH2CH2CH=CH2

1,5-己二烯第22页，课件共89页，创作于2023年2月三炔烃(alkyne)的命名2-戊炔命名与烯烃类似，母体将“烯”改成“炔”。当既有双键，又有叁键时注意主链的选取、编号和书写。对含有双键和叁键的化合物,按编号之和最小的为准，如果编号之和相同，优先使双键编号最小。第23页，课件共89页，创作于2023年2月几个实例CH3CH=CHCCH3-戊烯-1-炔3-penten-1-yneCHCCH2CH=CH21-戊烯-4-炔1-penten-4-yneCHCCH2CH=CHCH2CH2CH=CH24,8-壬二烯-1-炔4,8-nonadien-1-yne(S)-7-甲基环辛烯-3-炔(S)-7-methylcycloocten-3-yne*若分子中同时含有双键和叁键，可用烯炔作词尾，给双键和叁键以尽可能小的编号，如果编号有选择时，使双键编号比叁键小。第24页，课件共89页，创作于2023年2月第25页，课件共89页，创作于2023年2月四脂环烃命名

1.环烷烃命名：以环某烷作为母体，取代基标明顺反。cis,trans第26页，课件共89页，创作于2023年2月2.螺环与桥环命名两个碳环共用一个碳原子的二环烃为螺环。母体包含整个环的碳数，中括号内为小环和大环碳原子数（除去共用碳），编号从小环开始。共用两个碳原子以上的二环为桥环。母体包含整个环的碳数，中括号内为大环、小环和桥上碳原子数（除去共用碳），编号从大环开始。第27页，课件共89页，创作于2023年2月五苯及其衍生物的命名和异构苯（Benzene）苯基（phenyl）苄基（benzyl）

（phenylmethyl)苯基(Ph)（C6H5-）芳基(Aryl)(Ar)1含一个苯环的化合物第28页，课件共89页，创作于2023年2月几个实例邻氯苯甲醚间甲苯酚对甲苯甲酸2-氨基-5-羟基苯甲醛3-氨基-5-溴苯酚第29页，课件共89页，创作于2023年2月2联苯（二）联苯三联苯2，2’-二氯联苯2，4’-二硝基联苯1命名两个或多个苯环以单键直接相连的化合物称为联苯类化合物。第30页，课件共89页，创作于2023年2月3多苯代脂烃二苯甲烷三苯甲烷1，2-二苯乙烷链烃分子中的氢被两个或多个苯基取代的化合物称为多苯代脂烃1命名多苯代脂烃命名时，一般把苯基作为取代基第31页，课件共89页，创作于2023年2月2）重要稠环化合物的名称和结构蒽萘菲1,4,5,8称为位2,3,6,7称为位1,4,5,8称为位2,3,6,7称为位9,10位称为中位有五种不同的位置1-8，2-7，3-6，4-5，9-10。亲电取代反应最易在萘的位，蒽的中位，菲的9，10位发生。

4稠环化合物1）定义：两个或多个苯环共用两个邻位碳原子的化合物称为稠环芳烃。第32页，课件共89页，创作于2023年2月二习惯命名法（也称普通命名法）（异戊烷）习惯命名法命名直链烷烃时，与系统命名法相同。习惯命名法命名有支链的烷烃时，一般只适合于简单的烷烃。（正丁烷）（异丁烷）（正戊烷）（新戊烷）普通命名一般用于比较简单的化合物或非常复杂的化合物第33页，课件共89页，创作于2023年2月

烷烃分子中的碳都是sp3杂化。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ键。甲烷具有正四面体的结构特征。当烷烃中的碳原子数大于3的时候，碳链形成锯齿形状。第三节烃的结构一烷烃的结构第34页，课件共89页，创作于2023年2月σ键的定义*1电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。

*2σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫σ键。σ键的特点第35页，课件共89页，创作于2023年2月

构象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。

构象异构体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体。烷烃的构象异构体第36页，课件共89页，创作于2023年2月(1)两面角

单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度()，称为两面角。两面角为0°时的构象为重叠式构象。两面角为60°时的构象为交叉式构象。1.乙烷的构象第37页，课件共89页，创作于2023年2月伞型式锯架式纽曼式交叉式构象重叠式构象（2）乙烷交叉式构象与重叠式构象的表示方法第38页，课件共89页，创作于2023年2月（3）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距110.7pm154pm109.5o60o250pm110.7pm154pm109.5o0o229pm250pm>240pm>229pmE重叠

>E交叉

E=12.6KJmol-1每个C-H、C-H重叠的能量约为4KJmol-1当二个氢原子的间距少于240pm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。第39页，课件共89页，创作于2023年2月（4）乙烷构象势能关系图

以单键的旋转角度为横坐标，以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度，就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图为构象的势能关系图。稳定构象位于势能曲线谷底的构象非键连相互作用不直接相连的原子间的排斥力。转动能垒

分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。（25°时转换速率达1011次/秒）

扭转张力

非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量；第40页，课件共89页，创作于2023年2月2.正丁烷的构象看作是1,2-二甲基乙烷第41页，课件共89页，创作于2023年2月旋转角4全重叠2，6部分重叠3，5邻位交叉1=7对位交叉2,4,6是不稳定构象，1,3,5,7是稳定构象。1=7是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）正丁烷的构象势能关系图第42页，课件共89页，创作于2023年2月15%15%70%

正丁烷的构象分布分子总是倾向于以稳定的构象形式存在第43页，课件共89页，创作于2023年2月3.丙烷的构象ΔE=4+4+5.3=13.3KJ·mol-1交叉式重叠式

丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJ·mol-1。第44页，课件共89页，创作于2023年2月高级烷烃的碳链呈锯齿形

由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。第45页，课件共89页，创作于2023年2月4.乙烷衍生物的构象分布1，2-二氯乙烷（对位交叉70%）1，2-二溴乙烷（对位交叉84%-91%）1，2-二苯乙烷（对位交叉>90%)乙二醇2-氯乙醇

大多数分子主要以交叉式构象的形式存在；在乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可以形成分子内氢键，主要是以邻交叉构象形式存在。第46页，课件共89页，创作于2023年2月

1双键碳是sp2杂化。乙烯分子中含有5个σ键，一个键，乙烯成平面型结构，二烯烃的结构特征2p轨道侧面重叠形成键。

3室温下双键不能自由旋转，所以有Z,E

异构体。第47页，课件共89页，创作于2023年2月C=C1.3461.347<CCC126.4o123.8od3(Z不稳定）4(E稳定）b.p.(m.p.)4oC(-138.9oC)1oC(-105.6oC)0.33/10-30c.m0CH3-CH3第48页，课件共89页，创作于2023年2月杂化方式：SP3SP2SP键角：109o28’~120o180o键长不同碳碳键长153.4pm133.7pm120.7pm

(Csp3-Csp3)(Csp2-Csp2)(Csp-Csp)C-H:110.2pm108.6pm105.9pm

(Csp3-Hs)(Csp2-Hs)(Csp-Hs)

轨道形状：狭长逐渐变成宽圆碳的电负性：随S成份的增大，逐渐增大。pka:~50~40~25

三炔烃的结构第49页，课件共89页，创作于2023年2月四环烷烃的结构与稳定性偏转角度=

2

N=34567

偏转角度

24o44’9o44’44’-5o16’-9o33’

1885年，A.Baeyer提出了张力学说。当碳原子的键角偏离109°28′时，便会产生一种恢复正常键角的力量。这种力就称为角张力。键角偏离正常键角越多，张力就越大。109°28′内角

从偏转角度来看，五员环应最稳定，大于五员环或小于五员环都将越来越不稳定。但实际上，五员，六员和更大的环型化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。张力学说－判断环的稳定性第50页，课件共89页，创作于2023年2月

燃烧热：1mol纯烷烃完全燃烧生成CO2和水时放出的热。每个–CH2-的燃烧热应该是相同的，约为658.6KJ·mol-1。燃烧热用于判断分子的稳定性26.0027.0110.0115.5105.4与标准的差值662.4658.6664.0686.1697.1711.3每个CH2的燃烧热4636.73951.83320.02744.32091.21422.6分子的燃烧热n=7n=6n=5n=4n=3n=2(CH2)n燃烧热的数据表明，五员和五员以上的环烷烃都是稳定的；而以六员环最稳定。环烷烃燃烧热的实测数据第51页，课件共89页，创作于2023年2月张力能=Enb(非键连作用)+EI(键长)+E(角张力)+E(扭转张力)Enb>EI>E>E三员环张力能从现在的角度看，三员环的张力能是由以下几种因素造成的：

1由于二个氢原子之间的距离小于范德华半径之和，所以产生非键连作用，造成内能升高；

2轨道没有按轴向重迭，导致键长缩短，电子云重叠减少，造成内能升高；

3E是由于偏转角引起的张力（即角张力）能。

4E是由全重叠构象引起的（扭转张力）。第52页，课件共89页，创作于2023年2月五环己烷化合物的构象1环己烷的构象2一取代环己烷的构象3二取代环己烷的构象4其它环的构象5十氢合萘的构象第53页，课件共89页，创作于2023年2月1环己烷的构象1）椅式构象Baeyer平面说，Sachse

提出异议，Mohr提出正确构象（1918年）锯架式纽曼式第54页，课件共89页，创作于2023年2月*1.6个a键，有6个e键。(已为1HNMR证明)*2.构象异构体快速转换。（K=104-105/秒）*3.环中相邻两个碳原子均为邻交叉。环己烷椅式构象的特点第55页，课件共89页，创作于2023年2月张力能=

Enb(非键连作用)+EI(键长)+E(键角)+E(扭转角)=63.8+0+0+0=22.8KJ/mol-1Enb：

H与H之间无，R与R之间有（邻交叉）EI：C-C154pm，C-H112pmEI=0E：CCC=111.4oHCH=107.5o(与109o28’接近)E=0E：都是交叉式。E=0

椅式构象是环己烷的优势构象。环己烷椅式构象的能量分析第56页，课件共89页，创作于2023年2月2）

环己烷的船式构象锯架式纽曼式1,2和4,5之间有两个似正丁烷的全重叠,1,6、5,6、

2,3、3, 4之间有四个正丁烷似的邻位交叉。第57页，课件共89页，创作于2023年2月环己烷船式构象的能量分析:张力能=Enb(非键连作用)+EI(键长)+E(键角)+E(扭转角)=222.6+43.8=60.4KJmol-1(EI`E`E忽略不计）船式与椅式的能量差：60.4–22.8=37.6KJmol-1

(28.9KJmol-1)第58页，课件共89页，创作于2023年2月3)环己烷的扭船式构象在扭船式构象中，所有的扭转角都是30o。第59页，课件共89页，创作于2023年2月4)环己烷的半椅式构象半椅式构象是用分子力学计算过渡态的几何形象时提出的。第60页，课件共89页，创作于2023年2月环己烷构象分布：椅式构象:扭船式构象=10000:1第61页，课件共89页，创作于2023年2月2一取代环己烷的构象（95%)(5%)CH3与C2-C3键、C5-C6键为对交叉CH3与C2-C3键、C5-C6键为邻交叉E=3.8KJ/mol-12=7.6KJ/mol-1CH3与C3-H、C5-H有相互排斥力，这称为1,3-二直立键作用。每个H与CH3的1,3-二直立键作用相当于1个邻交叉。甲基环己烷椅式构象的能量分析第62页，课件共89页，创作于2023年2月3二取代环己烷的构象1,2-二取代环己烷的平面表示法第63页，课件共89页，创作于2023年2月1）1,2-二甲基环己烷构象

顺－1，2-二甲基环己烷构象对环二个1,3-二直立键二个1,3-二直立键两个甲基邻交叉邻交叉

E=33.8=11.4KJmol-1

E=33.8=11.4KJmol-1

E=0第64页，课件共89页，创作于2023年2月

四个1,3-二直立键0

对交叉(0)一个邻交叉

E=43.8=15.2KJmol-1

E=3.8KJmol-1E=11.4KJmol-1反－1,2-二甲基环己烷构象基团在平伏键构象为优势构象。第65页，课件共89页，创作于2023年2月对环四个邻交叉0两个甲基有范德华斥力7.6KJmol-10E=43.8+7.6=22.8KJmol-10E=43.8+7.6=22.8KJmol-1

2)1,3-二甲基环己烷构象顺式第66页，课件共89页，创作于2023年2月E=0对环二个1,3-二直立键

二个1,3-二直立键

两个甲基00反式第67页，课件共89页，创作于2023年2月

反-1-甲基-4-异丁基环己烷

两种构象能差为E=15.9KJ/mol3)有二个不同取代基的环己烷衍生物第68页，课件共89页，创作于2023年2月

顺-1-甲基-4-氯环己烷

E=7.5-1.7=5.8KJ/mol甲基的能差氯的能差第69页，课件共89页，创作于2023年2月a相同基团的多取代环己烷中，较多取代基取e键向位的构象为优势构象－Hassel规则。b带有不同基团的多取代环己烷，其优势构象总是较大基团尽可能多地取e键向位－Barton规则两个规则第70页，课件共89页，创作于2023年2月折叠式4其它环的构象转换能量E=6.3KJmol-1四员环信封式五员环七元环第71页，课件共89页，创作于2023年2月1)名称

萘十氢合萘（暜通名）二环[4.4.0]癸烷（系统命名）

naphthaleneDecahydronaphthalene5十氢合萘的构象第72页，课件共89页，创作于2023年2月2)顺十氢合萘平面表示法反十氢合萘平面表示法燃烧热6277KJ/mol燃烧热6286KJ/mol第73页，课件共89页，创作于2023年2月顺式3)十氢合萘的构象表示ABBABA一对构象转换体AB51234678910顺式比反式能量高33.8=11.4KJ/mol

反式第74页，课件共89页，创作于2023年2月六芳香化合物结构（一）苯的结构1历史上苯的表达方式Kekule’式双环结构式棱形结构杜瓦苯棱晶烷向心结构式对位键余价结构式结构式第75页，课件共89页，创作于2023年2月1现代物理方法测定(光谱法，X-衍射法)，苯分子是平面正六边形，键角都是120o,C-C键长相同（0.1397nm）。2根据杂化轨道理论，每个碳原子为sp2杂化，与相邻碳和氢形成三个σ键，剩余一个p轨道参与形成共轭大π

键，碳碳6个σ键相连成平面正六边形，大π

键电子云位于平面的上方和下方。3大π

键六个电子离域到整个体系运动，使它们的能量比三个孤立的π轨道低很多，因此苯具有特殊的稳定性。第76页，课件共89页，创作于2023年2月Kekule’式1858年凯库勒提出苯分子具有环状结构苯现在的表达方式分子轨道离域式共振式第77页，课件共89页，创作于2023年2月共振论用于解释共轭分子。1，3－丁二烯用共振杂化体表示，能够更完整、准确显示分子的结构情况。共振式的书写：1多个极限式构成。2每个极限式严格遵守经典结构理论，未共用电子数必须相等。3极限式中，共价键越多，能量越低，因此越稳定。苯分子可看作下列式子参加共振：任何一个极限式都不能反映苯分子的真实结构，只有所有共振极限式的杂化体才能反映苯分子的真实结构。第78页，课件共89页，创作于2023年2月