有机化学课件第二章15-03-11

第二章

饱和碳氢化合物

SaturatedHydrocarbon第二章主要内容碳氢化合物的分类烷烃和环烷烃的结构开链烷烃的命名环烷烃的命名开链烷烃的构象环烷烃的构象饱和碳氢化合物的稳定性碳氢化合物的物理性质在阅读和听课过程中，试回答下列问题：1.什么是烷烃？分类和通式？2.什么是同系列，同系物，同分异构体？3.什么叫烷基？常见烷基有哪些？4.烷烃中碳和氢的种类有那些5.系统命名法的规则有那些？6.什么叫优先次序规则7.环烷烃命名，当环上有多个取代基时怎样编号？8.二环桥环烷烃如何命名？9.烷烃为何具有构象异构？10.丁烷分子的构象中，哪一种最稳定？为什么？11.环己烷的典型构象中，哪一种最稳定？什么叫a键和e键？12.取代环己烷的大基团在a键稳定吗？13.环己烷有那些典型的构象？14.烷烃可发生那些化学反应？为什么？15.小环环烷烃为什么容易开环？16.什么是有机物的燃烧热和生成热？17.碳氢化合物的物理性质如熔点和沸点与那些因素有关？18.自由基反应分作那几个阶段？19.烷烃卤代自由基反应中，那一种氢容易被取代？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2.2烷烃和环烷烃的结构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结构通式：CnH2n+21.Alkanes2.2烷烃和环烷烃的结构C3H6

C4H8C5H10

结构通式：CnH2n2.Cycloalkanes一些重要的基本概念同系列

—结构相似，而组成上相差CH2或它的倍数的一系列化合物。同系物

—同系列中的各个成员同分异构体

—分子式相同而结构不同的化合物构造异构体

—分子内原子的排列顺序不同所产生的异构体不饱和度

—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

=[(2n+2)-m]/22.3开链烷烃的命名

CH4CH3CH3CH3CH2CH3

Methane

EthanePropaneCH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3

C.N.n-butaneisobutaneS.N.butane2-methylpropane普通命名与系统命名

(CommonNameandSystematicName)

CH3CH3—C—CH3CH3

neopentane（新戊烷）

(1)普通命名法1.

C1~C10甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳数，“某烷”2.

>C10直接用数字表示碳数3.

构造异构体用“正”，“异”，“新”等词头区分4.

适用于简单化合物CH3CH2CH2CH2CH3

n-pentane（正戊烷）CH3CHCH2CH3

CH3

isopentane（异戊烷）构造异构体

普通命名法的局限CH3CH—CHCH3CH3CH3

noneCH3CH2CH2CH2CH2CH3

hexaneCH3CHCH2CH2CH3

CH3

isohexane

CH3CH3—C—CH2CH3

CH3

neohexane

CH3CH2CHCH2CH3CH3

none系统命名法烷基（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IUPAC:

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry2.3开链烷烃的命名

(2)系统命名法（IUPACRules）直链烷烃同普通命名法，取消“正”字最长的碳链—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”）

(2)系统命名法(IUPACRules)3-乙基庚烷（3-ethylheptane）

(2)系统命名法(IUPACRules)

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。

(2)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）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

(2)系统命名法(IUPACRules)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)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）(1)

系统命名法(IUPACRules)3-甲基-5-乙基庚烷3-ethyl-5-methylheptane注意！

(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。

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)取代基数目一样多时，以侧链位次最低的链为主链(2)系统命名法(IUPACRules)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。

(2)系统命名法(IUPACRules)3-乙基-5-(1-乙基丙基)壬烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane1.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-cyclobutylpentane2.4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2.4环烷烃的命名2.二环桥环烷烃的命名母体名

—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

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Isomerism（同分异构现象）Constitutionalisomers（构造异构体）---theycanbeinterconvertedonlybythebreakingandreformingofbonds---theycanbeseparatedConformationalisomers（构象异构体）---theycanbeinterconvertedbyrotationaboutoneormoresigma-bonds---theinterconversionaresorapidthatwecannotseparatethem2.5开链烷烃的构象乙烷（Ethane）Conformationalanalysis----describestheenergyofsuchconformationalinterconversion2.5开链烷烃的构象乙烷构象分析势能图

扭转张力2.5开链烷烃的构象正丁烷构象分析势能图扭转张力思考题：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4.0kJ/molCH3-CH3

重叠14.6kJ/molCH3-H重叠5.3kJ/molCH3-CH3

邻位交叉3.8kJ/mol2.6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2.6环烷烃的构象2.环己烷的椅式构象abond---axialbond

ebond---equatorialbond2.6环烷烃的构象2.环己烷的椅式构象2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexanethestableconformer----

thesubstituent（取代基）isinequatorialposition---1,3-diaxialinteraction2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexane2.6环烷烃的构象3.monosubstitutedcyclohexane

构象翻转(ring-flip)

----rapidlyinterconvertionbetweentwochairconformationsmorestable

lessstable3.monosubstitutedcyclohexane4.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？Answer

1,2-disubstitutedcyclohexane

---trans-isomerismorestable(foreeismorestablethanea)Qusetions

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

2)Pleasetrytodrawoutthechairconformersandanswertheabovequestion2.6环烷烃的构象4.disubstitutedcyclohexane2.6环烷烃的构象5.环己烷的其他构象6.环己烷的各构象转化势能图

2.6环烷烃的构象2.7饱和碳氢化合物的稳定性1.Saturatedcarbons

----Alkanesrelativelystable2.Cycloalkanes----RingStrainInstablityofthree-andfour-memberedrings

----duetoanglestrain(角张力)----Baeyer环张力学说燃烧热化合物的燃烧热(ΔHӨc)：一个摩尔特定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：

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)燃烧热与生成热生成热（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。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：ΔHӨf

（烷烃）＝ΔHӨf（CO2+H2O）－ΔHӨC2.8碳氢化合物的物理性质1.BoilingPointsDependonthestrengthoftheattractiveforcesbetweentheindividualmoleculesC-CC-H---nonpolarbondsvanderWaalsforces---

dependsontheareaofcontactbetweenthemoleculesTheboilingpointsofalkanesincreaseastheirsizeincreaseAbranchedcompoundhasarelativelylowerboilingpoint2.MeltingPointsPackinginfluencesthemeltingpointofacompoundPackingisapropertythatdetermineshowwelltheindividualmoleculesinasolidfittogetherinthecrystallattic