第2章-饱和碳氢化合物课件

第二章饱和碳氢化合物SaturatedHydrocarbons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五、饱和碳氢化合物的化学性质一、饱和碳氢化合物（烷烃、环烷烃）的命名MolecularformulaCH41、RepresentingMoleculesdoNOTwritetetrahedralstructureofmethaneas:Thecorrectrepresentationofatetrahedroncarbonas:名称碳数分子式结构简式甲烷1CH4CH4乙烷2C2H6CH3CH3丙烷3C3H8CH3CH2CH3正丁烷4C4H10CH3CH2CH2CH3异丁烷4C4H10(CH3)2CHCH3烷烃的结构通式：CnH2n+22、通式与不饱和度（环的数目）C3H6

C4H8C5H10

单环环烷烃的结构通式：CnH2n2、通式与不饱和度（环的数目）2、通式与不饱和度（环的数目）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SaturatedHydrocarbons:CnH2n+2

Foraformula:CnHm

Degreeofunsaturated=(2n+2-m)/2Ifitisacycloalkane,thedegreeofunsaturatedequalstothenumberofring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(1)普通命名法1)对于碳数为C1~C10的烷烃——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3)对于构造异构体，则使用“正”、“异”、“新”等表示3、开链烷烃的命名3、开链烷烃的命名CH4CH3CH3CH3CH2CH3MethaneEthanePropane普通命名法的局限CH3CH2CH2CH2CH2CH3

hexaneCH3CHCH2CH2CH3

CH3

isohexane

CH3

CH3—C—CH2

CH3

CH3

neohexaneCH3CH2CHCH2CH3CH3

noneCH3CH—CHCH3CH3CH3

none3、开链烷烃的命名(2)系统命名法(IUPACRules，1892年拟定）（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）

中文命名是1957年结合我国文字特点修订的，1960年颁布的，1980年做了修订和补充。3、开链烷烃的命名3.开链烷烃的命名

1)伯仲叔季碳原子和伯仲叔氢原子伯、仲、叔氢原子(2)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-Me

Ethane——EthylCH3CH2-Et

n-Propane——n-PropylCH3CH2CH2-

n-ProCH3CH2CH3

isopropyl(CH3)2CH-

i-Pron-Butane——n-ButylCH3CH2CH2CH2-

n-BuCH3CH2CH2CH3

sec-ButylCH3CH2CHCH3

sec-Buiso-Butane——

iso-Butyl(CH3)2CHCH2-

i-Bu(CH3)2CHCH3

tert-Butyl(CH3)3C-

tert-Bu3、开链烷烃的命名烷烃中碳和氢的种类Primary（1º）,secondary（2º

）,tertiary（3º

）,quaternaryC（4º

）,butonlyprimary,secondary,tertiaryH

3、开链烷烃的命名（3）命名方法：1）选主链为母体，支链作为取代基直链烷烃同普通命名法，取消“正”字①

Determinethenumberofcarboninthelongestcontinuouscarbonchain----Thischainiscalledtheparenthydrocarbon.②Numberthechainsothatthesubstituentgetsthelowestpossiblenumber.全名：3-乙基庚烷（3-ethylheptane）3、开链烷烃的命名③Citethenameofthealkylsubstituentbeforetheparenthydrocarbon.——

Anumberandawordareseparatedbyahyphen;numbersareseparatedbyacomma.di,tri,tetraisusedtoexpressthenumberofthesamesubstituents3、开链烷烃的命名④Andlistsubstituentsinalphabeticalorder.——

“di,tri,tetra,sec,andtert”areignoredinalphabetizing.“iso,neo,andcyclo”arenotignoredinalphabetizing.中文命名时则需要根据次序规则进行基团的优先次序比较，“优先”的基团后列出。3、开链烷烃的命名7-甲基-3，3，6-三乙基癸烷2-甲基-5-异丙基辛烷次序规则a.

原子序数大的为“优先”基团:I,Br,Cl,S,P,O,N,C,D,Hb.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）又比如：-CH2CH(CH3)2<-CH2CH2OH，因为-C（C，H，H）-C（C，H，H）（C，C，H）<（O，H，H）3、开链烷烃的命名c.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

3、开链烷烃的命名d.

常见烷基的次序举例：

3、开链烷烃的命名-C（C，C，H）-C（C，H，H）-C（C，C，H）-C（C，H，H）⑤

Ifthesamesubstituentnumberareobtainedinbothdirections,thefirstcitedgroupreceivedthelowernumber.中文中则以基团的优先次序决定，给“优先”基团以大编号。

CH3

3-ethyl-5-methylheptaneCH3CH2CHCH2CHCH2CH3

3-甲基-5-乙基庚烷

CH2CH3not

5-ethyl-3-methylheptaneCl2-bromo-3-chlorobutaneCH3CHCHCH3

2-氯-3-溴丁烷

Brnot

3-bromo-2-chlorobutane

3、开链烷烃的命名⑥

Ifthesamesubstituentnumberareobtainedinbothdirections,thefirstcitedgroupreceivedthelowernumber.中文中则以基团的优先次序决定，给“优先”基团以大编号。3、开链烷烃的命名首先要符合最低序列原则，如化合物A给“优先”基团以大编号，则命名为3-乙基-5-甲基己烷⑦

如果具有不止一条可选择的等长的碳链：

a、以取代基数目最多的碳链为主链。

2,3,5-trimethyl-4-propylheptanenot

3-methyl-4-(1,2-dimethylpropyl)heptane3、开链烷烃的命名b、取代基数目一样多时，以侧链位次最低的链为主链3、开链烷烃的命名3、开链烷烃的命名C、在较短的侧链中，具有碳原子数目最多的链7,7-Bis-(2,5-dimethyl-hexyl)-11-ethyl-2,5,9-trimethyl-tridecane⑧Iftherearesomecomplexsubstituents,wecanusethesimilarmethodtonamethesubstituents.CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3

12123

CHCH3CH2CHCH3CH3CH3

3-isopropylheptaneor4-isobutylheptaneor3-(1-methylethyl)heptane4-(2-methylpropyl)heptane3、开链烷烃的命名3、开链烷烃的命名（1）Inthecaseofacycloalkanewithanattachedalkylsubstituent,theringistheparenthydrcarbonunlessthesubstituenthasmorecarbonsthanthering.A.IsopropylcyclopentaneB.1-cyclobutylpentane4、环烷烃的命名4、环烷烃的命名（2）Iftheringhastwodifferentsubstituents,theyarecitedinalphabeticalorderandthenumber1position

isgiventothefirstcitedsubstituent.A.1-ethyl-3-methylcyclopentane

1-甲基-3-乙基环戊烷B.1,3-dimethylcyclohexane（3）Iftherearemorethantwosubstituentsonthering,givethenumber1positiontothesubstituentthatresultinasecondsubstituentgettingaslowanumberaspossible.A.1,1,2-trimethylcyclopentane(not1,2,2;not1,1,5)B.4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexanenot1,3,4,(2<3);not

5,1,2,(4<5)4、环烷烃的命名课堂练习：请给出上述结构的中英文IUPAC命名1、4-(1-ethylpropyl)-2,5,6,6-tetramethyloctane2、1-ethyl-2-mehylcyclopentane

1-甲基-2-乙基环戊烷2456课堂练习：常见的错误：A3，3，4-三甲基-6-乙基-5-（2-甲基丙基）辛烷虽然3，3，4，5，6与2，4，5，6，6相比前者加和=21，后者加和=23，但是2<3，取后者B3，3，4，7-四甲基-5-（1-乙基丙基）辛烷654375、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母体名

—

几环[n1.n2.n3…]某烷环的数目各桥上碳数由大到小排全部环上碳原子数5、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5、二环桥环烷烃的命名三环[2.2.1.02.6]庚烷Tricyclo[2.2.1.02,6]heptane三环的命名螺环的命名：小环→螺原子→大环螺[4.5]癸烷4-甲基螺[2.4]庚烷Spio[4.5]decane4-methylspiro[2.4]heptane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，对构型进行标示命名小结二、饱和碳氢化合物的构象与构象分析Isomerism（同分异构现象）Conformationalisomers（构象异构体）——由于绕s-键旋转而形成的分子内原子在空间的不同排列称为构象异构。——theycanbeinterconvertedbyrotationaboutoneormoresigma-bonds——theinterconversionaresorapidthatwecannotseparatethem讨论：乙烷的构象有多少个？——无数个！1、乙烷（Ethane）的构象乙烷的构象乙烷的交叉式构象能量最低的最稳定构象Fisher投影式乙烷的重叠式构象能量最高的最不稳定构象2、丁烷（Butane）的构象丁烷的构象丁烷的对位交叉式构象丁烷的部分重叠式构象丁烷的邻位交叉式构象丁烷的完全重叠式构象StericStrain

----astericeffectvanderWaalsrepulsionofgroupsthatareclosetoeachother↙→→→←←

丁烷构象分析势能图2、丁烷（Butane）的构象思考题：已知乙烷中重叠式与交叉式的能量差为12.1KJ/mol，丁烷中邻位交叉、部分重叠、全重叠与对位交叉构象的能量差分别为3.8、14.6、22.6KJ/mol，请以乙烷的交叉式能量设为零，计算H-H、CH3-CH3

、CH3-H重叠和CH3-CH3邻位交叉的能量。思考题答案H-H重叠4KJ/molCH3-CH3

重叠14.6KJ/molCH3-H重叠5.3KJ/molCH3-CH3

邻位交叉3.8KJ/mol长链烷烃的构象己烷的结构3、环丙烷、环丁烷和环戊烷的构象环丙烷的结构30º30º环丁烷的C－C键与环丙烷类似也呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个平面内，主要以“蝶式”构象存在（约与平面成30º角）使张力有所降低，故比环丙烷稳定。环丁烷的结构：环丁烷的结构

稳定的极限构象---椅式构象5、环己烷的椅式构象

(Chairconformationofcyclohexane）椅式构象中的两个平面5、环己烷的椅式构象

(Chairconformationofcyclohexane）abond---axialbond

ebond---equatorialbond5、环己烷的椅式构象

(Chairconformationofcyclohexane）5、环己烷的椅式构象

(Chairconformationofcyclohexane）6.monosubstitutedcyclohexane

thestableconformer——thesubstituentisinequatorialposition——

1,3-diaxialinteraction6.monosubstitutedcyclohexane构象翻转(ring-flip):两种椅式构想的转化——rapidlyinterconvertionbetweentwochairconformations6.monosubstitutedcyclohexane6.monosubstitutedcyclohexane7.

Disubstitutedcyclohexane1,2-disubstitutedcyclohexane——trans-isomerismorestable

(foreeismorestablethanea)Howabout1,3-and1,4-disubstitutedcyclohexane?Pleasetrytodrawouttheirchairconformersandanswerthequestion7.

Disubstitutedcyclohexane8.环己烷的其他构象环己烷的结构7.环己烷的其他构象环己烷的构象翻转三、碳氢化合物的稳定性与拜尔的环张力学说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：

ΔHӨC通过比较不同烷烃的燃烧热，就相当于以生成二氧化碳和水作为一个比较的标准，可以比较不同烷烃的稳定性。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。1、燃烧热烷烃的不同异构体能量是有所不同的。戊烷-3537.2异戊烷-3530.5新戊烷-3516.21、燃烧热丙烷-2220.3环丙烷-2092.2（697.4/CH2)丁烷-2879.1环丁烷-2747.3（686.8/CH2)戊烷-3537.2环戊烷-3322.0（664.4/CH2)己烷-4195.6环己烷-3954.5（659.1/CH2）2、饱和碳氢化合物的稳定性ASaturatedcarbons

----AlkanesrelativelystableBCycloalkanes----RingStrainInstabilityofthree-andfour-memberedrings----duetoanglestrain-拜尔张力学说49.5/2=24.7519.5/2=9.75(1)环丙烷的结构：ＣＣＣ碳原子为sp3杂化为缓解角张力形成弯曲键具有重叠构象，氢原子排斥产生“重叠张力”Ｃ-Ｃ-Ｃ键角偏离正常键角产生角张力105°环丙烷分子具有较高的内能，不稳定30º30º环丁烷的C－C键与环丙烷类似也呈弯曲键，也易开环。但它的碳原子杂化轨道重叠程度比环丙烷大，而且四个碳原子不在同一个平面内，主要以“蝶式”构象存在（约与平面成30º角）使张力有所降低，故比环丙烷稳定。环丁烷的结构：3、燃烧热与生成热生成热（ΔHӨf）是指化合物在标准状态下从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

3、燃烧热与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：

四、饱和碳氢化合物的物理性质1.BoilingPointsDependonthestrengthoftheattractiveforcesbetweentheindividualmoleculesC-CC-H---nonpolarbondsvanderWaalsforces

——dependsontheareaofcontactbetweenthemoleculesTheboilingpointsofalkanesincreaseastheirsizeincreaseAbranchedcompoundhasarelativelylowerboilingpointvanderWaalsforces——

areinduceddipole-induceddipoleinteractions1.BoilingPoints戊烷异构体的沸点Packing

influencesthemeltingpointofacompound