有机化学课件 第二章 饱和碳氢化合物 - 副本

2.1

烷烃、环烷烃的命名

2.1.1烷烃的命名(普通命名系统命名)2.1.2环烷烃的命名(单环与双环环烷烃的命名)2.2

烷烃、环烷烃的构象与构象分析

2.2.1烷烃的构象乙烷的构象正丁烷的构象构象异构体与稳定性

2.2.2环烷烃的构象环烷烃的结构与稳定性环烷烃及其衍生物的构象

(环己烷和取代环己烷的构象)2.3

烷烃、环烷烃的物理与化学性质

第二章饱和碳氢化合物1.烷烃碳原子和氢原子的种类及烷基的概念

1)伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子

2)烷基(alkyl)R-

烷烃分子去掉一个氢原子后余下的基团-ane-yl2.1烷烃、环烷烃的命名2.1.1烷烃的命名2.普通命名法（适用于简单化合物）1~10个碳的烷烃,词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，10个碳以上,用中文数字十一、十二等加“烷”表示。

碳架异构体(构造异构体的一种)用正、异、新等词头区分。

正己烷异己烷新己烷

n-hexaneisohexaneneohexane构造异构体：具有相同的分子式，分子中的原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。3.系统命名法（IUPAC命名法）1)选主链：选最长碳链作主链,并以此链为母体烷烃.若遇多个等长碳链,则取代基多的为主链。2)编号:

近取代基端开始编号,并遵守“最低系列编号规则”。取代基距链两端位号相同时,编号从次序小的基团端开始。

次序规则①

单原子取代基,按原子序数大小排列.原子序数大,次序大；原子序数小,次序小；同位素中质量高的,次序大。②

多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。

③

含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。(3)命名：中文名称按基团次序规则，较小的基团列在前；英文名称按基团首字母的字顺先后列出。5-丙基-4-异丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane[注意]1)相同取代基数目用中文数字二、三...表示；

2)取代基位号用阿拉伯数字表示；

3)阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；

4)阿拉伯数字之间必须用逗号分开。

5)iso(异)、neo(新)、cyclo（环）参与比较英文字

母排序,而i-(异)、

n-(正)、sec(二级)、tert(三级)、cis(顺)、trans(反)、di(二个)、tri(三个)、tetra(四个)

等不参与比较。

支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号,并将支链上取代基位号、名称连同支链

(取代基)的名写在括号内。2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷(4)含复杂支链的烷烃命名(不要求）2-methyl-5-(1,1-dimethylpropyl)decaneIUPAC命名中允许使用“异”、“仲”、“叔”、“新”等。2.1.2环烷烃的命名1)

单环环烷烃的命名(1)

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

2-甲基-4-乙基-1-丙基环己烷4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexane遵守最低系列原则

(2)

长链作母体，环作取代基。3-甲基-4-环丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane1-甲基-3-乙基-5-丙基环己烷1-ethyl-3-methyl-5-propylcyclohexane

遇相同编号时，次序小的基团定位“1”。环作取代基时，cyclo参与比较英文字母排序。(3)顺、反环烷烃

受环的限制,σ键旋转受阻，环上取代基在空间排列方式不同,产生顺反(几何)异构。——构型异构——

顺(cis):

两个相同取代基在环同侧；

反(trans):

两个相同取代基在环异侧。

顺-1,4-二甲基环己烷反-1,4-二甲基环己烷cis-1,4-dimethylcyclohexanetrans-1,4-dimethylcyclohexane顺-1,2-二甲基环丙烷cis-1,2-dimethylcyclopropane2.2.1烷烃的构象与稳定性2.2烷烃、环烷烃的构象

构象:由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。1)乙烷的构象

两种极限构象重叠式（由H-C-C-H组成的两面角为0°)交叉式（由H-C-C-H组成的两面角为60°)重叠式

楔形式锯架式纽曼式

（伞形式）（Newman式）交叉式

楔形式锯架式纽曼式

（伞形式）（Newman式）

介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。乙烷各种构象势能关系图2)

构象的稳定性[分析乙烷两个极限构象]

排斥力最大排斥力最小

内能高内能低

非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。

构象的稳定性与内能有关.(内能低,稳定;内能高,不稳定)

能量最低的稳定构象称优势构象。乙烷不同构象的能量曲线图•转动能：12.5kJ/mol•每对重叠氢H-C-C-H

排斥力~4kJ/mol(重叠张力/扭转张力)•

室温下,构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。

•

平衡状态中,分子倾向以稳定构象形式存在.

——构象分布——平衡状态时各构象所占的比例3)

重叠式与交叉式构象的能差及构象分布部分重叠式

全重叠式部分重叠式4)

正丁烷的构象绕C-2和C-3之间σ键旋转16.019.016.0构象稳定性：对位交叉式>邻位交叉式>部分重叠式>全重叠式

(0)(3.8)(16.0)(19.0)室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。

计算每对二面角之间的排斥力？计算题：2.2.2环烷烃的构象与稳定性

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(Baeyer张力)

与正常键角偏差而引起的张力.

五元以上的环会不会因环数增大而不稳定？

燃烧热标准条件下1mol烷烃完全燃烧成二氧化碳和水,放出的热量。

链状烷烃每个CH2燃烧热为：658.6kJ/mol

与链状烷烃单位CH2燃烧热(658.6kJ/mol)比较：

扭转张力

扭转张力愈大，相应的环烷烃愈不稳定。

环烷烃稳定性的排列顺序：环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷

环丁烷、环戊烷、环己烷具有非平面构象

燃烧热高于开链烷烃数值越大，内能越高，稳定性越差。(1)环己烷的构象

极限构象：

椅式船式

椅式构象

基本不存在

非键连作用角张力扭转张力1)

环己烷及其衍生物的构象与稳定性a键：直立键(竖键)(axialbonds)e键：平伏键(横键)(equatorialbonds)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,即键的上下取向不改变。

船式构象

基本存在

非键连作用扭转张力

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），99.9%。(2)取代环己烷的构象a一取代环己烷的构象平衡有利于-CH3处于e键的构象(优势构象)。[构象分析]

非键连作用邻交叉型对交叉型

平伏键甲基环己烷比直立键甲基环己烷稳定：7.1kJ/mol

邻交叉对交叉b二取代环己烷的构象aa键型ee键型ae键型ae键型(优势构象)(能量等同的构象异构体)顺式(cis):

反式(trans):

比较顺式和反式1,4-二甲基环己烷的稳定性。

ea键型ee键型aa键型

甲基ee键型异构体比甲基ea键型异构体稳定。(优势构象)1.指出下列构象异构体中哪一个是优势构象。

（优势构象）

较大的基团处于e键的构象异构体相对稳定。[讨论]3.指出下列各环己烷衍生物(1)是顺式还是反式(2)是否处于最稳定的构象.如果不是,将环翻转画出最稳定构象.反式反式顺式顺式优势构象优势构象2.3烷烃/环烷烃的物理性质与分子间的非共价作用

物理性质与化合物的结构和分子间的作用力有关。2.3.1分子间的非共价作用力(1).氢键一个分子中带有部分正电荷的氢原子(氢键给体)和另一分子(或同一分子)中带有部分负电荷的杂原子(氢键受体)之间的相互作用。氢键用虚线表示：X—H----Y1)具有与电负性大的杂原子相连的氢原子。2)具有孤电子对的杂原子。

杂原子的电负性越大,原子半径越小,形成的氢键越强。形成氢键的条件:

氢键的饱和性

氢键的方向性

一个氢原子只能与一个杂原子形成氢键。

同一直线上(即键角180°)形成氢键,可减少杂原子间电子的排斥,使形成的氢键更稳定。

氢键对分子构象的影响

氢键影响化合物熔/沸点及水溶性分子间氢键使熔点、沸点升高；分子内氢键使熔点、沸点下降。形成分子间氢键会使水溶性增加。当羟基有可能参与形成分子内氢键,则对位交叉构象不一定是优势构象.

(2).偶极-偶极作用力极性分子间的相互作用力。

偶极-偶极作用力大，熔沸点高，水溶性增强。δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。

(3).VanderWaals(范德华作用力也称色散力）范德华作用力是分子在不断运动中，产生瞬时偶极之间的相互作用。大小与相对分子质量、分子的极化率(分子的变形)和分子接触面积有关。vanderWaalsforces——areinduceddipole-induceddipoleinteractions4.2BoilingPointsofAlkanes烷烃是非极性分子，分子间存在着范德华作用力．2.3.2烷烃/环烷烃的物理性质状态，沸点(bp)，熔点(mp)，相对密度，溶解度…

熔点不仅与分子间作用力有关，还与分子在晶格中堆积的紧密程度、分子的对称性有关