有机化学 第二章 饱和烃

1、第二章饱和烃烷烃和环烷烃，只含碳和氢的有机化合物称为烃类，其中最简单的化合物是烷烃和环烷烃，2.1通式和结构异构，1。烷烃和环烷烃的通式烷烃：CnH2n 2环烷烃由于环闭合而具有CnH2n的通式，并且n3同系物：具有CH2组成差异的化合物，然而，第一种化合物通常具有不同的性质。烷烃和环烷烃的结构异构含有四个或四个以上的碳氢化合物分子，这种异构称为异构体异构，导致有机化合物数量巨大，结构复杂。C4到C16烷烃的结构异构体的数量是2，3，5，9，18，35，75，159，355，802，1858，1858，依次是2.1通式和结构异构体，请写下所有六碳直链烷烃的异构体和七碳直链烷烃的异构体有多少？写

2、作时，主链应该是固定的，然后主链的碳数应该依次减少。每次改变取代碳原子的位置时，重复己烷：5庚烷：9。请写出庚烷的九种异构体。如何快速找到它们？1，伯、仲、叔和叔碳原子以及伯、仲和叔氢原子分别是1oC、1oH、2oC、3oC和4oC。1oH 2oH 3oH 1oC 2oC 3oC 4oC(初级)(二级)(三级)(四级)，1o，2o，3o，4o，2.2，II。烷基和环烷基3360基团的命名：分子的剩余部分除去一个氢后称为基团，除去两个氢后的剩余部分称为亚基，如甲基：-CH3正丙基：CH3CH 2-，n-Pr- i-或异-: iso-，表示存在(CH3)2CH-结构，如异丙基：(CH3)2CH-，

3、I-Pr-；异丁基：(CH3)2CH 2-，i-Bu-，s-或sec-:仲，仲，例如：仲丁基：CH3CHCH(CH3)-，s-Bu- t-或叔丁基：叔丁基，例如：叔丁基：-。甲基，乙基，丙基，丁基，烷烃1的命名。常用术语：C10及以下使用甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基作为碳数，C11及以上使用11、12、不同：包含-CHMe2结构，新：端基是-CMe3结构。2.衍生命名法所有碳氢化合物都以甲烷为母体，选择烷基最多的碳作为母体甲烷碳，烷基按顺序从小到大排列。如果选择4个碳原子作为母体甲烷，则称之为三甲基异丙基甲烷。上述方法只能用于命名简单烷烃，2.2命名，2.2命名，

4、3。系统命名法(IUPAC、CCS和CA) CCS在中国使用，命名步骤如下：a)确定最长的主链，考虑侧链的数量(更优先)、侧链的大小(较小优先)和每个侧链的碳原子数(较优先)；b)编号：根据最低系列的原则，使取代基的位置数尽可能小。如果有多个取代基，顺序应按照顺序规则排列，前一组应具有最小的数量。c)根据名称的基本格式写出全称：取代基位置号取代基名称，写名称的注意事项：当有多个取代基时，顺序按中文的顺序规则确定，较小的一个优先。在英语中，相同的小组按英文字母顺序排列，并一起书写。取代基的数量用二阶和三阶中文数字标记，每个取代基的位置用阿拉伯数字标记，阿拉伯数字用短横线与汉字分开；阿拉伯数字用逗

5、号分隔，例如，2，4，6-三甲基庚烷烷烃的命名：最长的碳链，最小的位置，相同的基团组合，从简单到复杂。2.2命名，顺序规则：第一个规则：比较不同取代基的连接原子，先按原子序数排列，然后按质量数排列，如：I br cl s f o n c d h规则2:如果多原子基团的连接原子是相同的，比较与它们连接的其他原子。如果第二层的原子仍然相同，则沿着取代链依次比较它们，直到比较大小，例如：- CH2Cl -CHF2 -CO2H。规则3:如果有不饱和键，有双键或三键的原子可以被认为有两个或三个相同的原子，例如：-c ch-cme3-c=CH2-chme2。1.确定主链：有两条等长的最长的链，选择紫色和绿

6、色作为主链，有更多的侧链。数量：根据最小级数原则，选择绿色数字3。名称：中文名称：2，3，5-三甲基-4-丙基辛烷英文名称：2，3，5-三甲基-4-丙基辛烷，词尾烷烃命名示例：1-甲基-3-乙基环己烷3-甲基-4-环丁基庚烷；4.环烷烃的命名：1。单环烃a)根据成环碳原子的数量被称为环烷烃。b)如果有长链，长链用作母体，环用作取代基。c)顺式和反式环烷烃：取代基在环的同一侧称为顺式，在环的不同侧称为反式。环烷烃中的键的书写表示顺式-反式，因此应特别注意命名，2.2命名，2。双环烃主要介绍桥环和螺环命名：a)桥环烷：环化碳原子总数：两个环共有的碳原子，桥：碳链或两个桥碳原子之间的键，2.2命名，

7、顺式-1，4-二甲基环己烷反式-1，4-二甲基环己烷2.2命名，桥化合物的例子：如果有取代基，取代基应该具有最低的顺序：双环3.2.1辛烷，2，7，7-三甲基双环2.2.1庚烷，3，7，7-三甲基碳的sp3杂化和键的形成：1。杂化的过程和分类：CH4是正四面体，四个C-H键完全相同，与碳的2s22p2电子构型相矛盾，只能用杂化理论来解释：C: 2S22P2，吸收能，sp3杂化由于杂化的结果，S轨道和P轨道的四个轨道完全相同，都是纺锤形结构。成键时，棒的顶端与其他原子结合。甲烷的形成只能在空间中以四面体的方式排列：2.3烷烃和环烷烃的结构，甲烷的分子结构：乙烷的分子结构，2.3烷烃和环烷烃的结构

8、，2。其他烷烃的形成：乙烷可视为甲基取代的甲烷，即一个碳-氢键被碳-碳键取代。其他烷烃也可以这样理解。3.键：沿轨道对称轴由两条轨道重叠形成的键称为键，()包括碳-氢键和碳-碳键，烷烃只包含键。键的特征是电子云头以大的重叠和大的键能迎面碰撞。它不容易改变，可以沿着中心对称轴自由旋转。2.3烷烃和环烷烃的结构。4.含键化合物的特点是：键能大，所以化合物性质稳定，极化率小，所以诱导效应只能存在很短的距离，可以自由旋转。这些分子有无限的构象。2.烷烃的结构：碳的键由sp3杂化轨道组成，因此每个碳都是四面体，分子呈锯齿形，夹角为10928。例如，正庚烷：2.3，烷烃和环烷烃的结构；3、环烷烃的结构和不

9、稳定性：燃烧热的意义：能量越大，环烷烃越不稳定，是几种CH2的组合。平均后，我们可以看到六元环是最稳定的，而小环是不稳定的。环烷烃燃烧热的测量数据解释了上述现象：当环张力正常时，键之间的夹角为10928，小环的内角小于此值。因此，小环化合物的键电子云很难正面碰撞，重叠范围小，键能低，如下图所示：当碳原子之间的键角偏离10928时，会产生一种叫做张力的力，以恢复正常的键角。粘合角度偏离正常粘合角度越多，张力越大。三维形状：除环丙烷外，碳骨架为非共面结构，2.3烷烃和环烷烃结构，2.3烷烃和环烷烃结构，练习：9 87 65 43 21，1 2 3 ，3-甲基-5-(1 ，2 -二甲基丙基)壬烷，2

10、，2，4-。2.3烷烃和环烷烃的结构。命名补充：当碳链按不同方向编号时，如果有许多可能的系列，就需要逐一比较每个系列的不同等级，最低的是最低的系列。在相同的条件下，“小”基团应该在取代基上具有数目最小的支链，支链在取代基中的位置应该用左边的数字表示。此时，取代位置的碳必须是1号环烷烃。命名时，应注意固定的编号顺序。2.4烷烃和环烷烃的构象。1.构象和构象异构体：一个已知构型的分子，由单键旋转引起的分子中原子或基团在空间的特殊排列称为构象；当单键旋转时，它会产生无数的构象，这些构象是构象异构体(或旋转异构体)。2.乙烷的构象：纽曼投影：主要的构象是交叉，为什么？纽曼投影公式的写作：重叠和交叉只是

11、两种极端构象，2.4烷烃和环烷烃的构象，2.4烷烃和环烷烃的构象，占优势构象的原因：能量最低的乙烷交叉构象和重叠构象的能量分析，250 pm 240 pm 229 pm，E重叠E交叉e=12.1 kj mol-1，C-H键长C-C键长角为110.7 PM 154 PM 109.3 O 60 O 250 PM当氢原子之间的距离小于240 pm(即两个氢原子的半径之和)时，重叠型比交叉型具有更高的内能。2.4烷烃和环烷烃的构象图，乙烷构象的势能关系，以单键旋转角为横坐标，各种构象的势能为纵坐标。将单键旋转360度可以画出构象势能曲线，类似于正弦曲线。稳定构象位于势能曲线的底部，非直接相连的原子之间

12、存在非键相互作用和排斥力。旋转能垒12.1千焦摩尔-1:分子从稳定的交叉构象变为不稳定的重叠构象所需的最低能量。(转速在25时达到1011次/秒)，2.4烷烃和环烷烃的构象，对位交叉邻位交叉全重叠部分重叠，以及3。正丁烷的构象极限构象：随着旋转，有六种四种极限构象稳定性：对位交叉邻位交叉部分重叠全重叠室温，正丁烷的构象异构体处于快速转化的动态平衡，不能分离。2.4烷烃和环烷烃的构象，4。环己烷构象：极限构象：船形、椅子形、占优势构象、2.4烷烃和环烷烃构象、占优势构象：船形结构、最低能量的A键和E键：A键是垂直键，E键是水平键，随着船形和椅子形的转换，A键的能量较高。电子键能很低。五、取代环己

13、烷的稳定构象：最强有力的基团占据E键位置的构象原因是立体效应和空间位阻，烷烃和环烷烃的2.4构象，单取代环己烷的两种构象：2.5物理性质，1。沸点：与分子量成正比，异构体中有许多分支，低沸点(范德华力)，熔点：奇数和偶数线，依次上升，与晶格能有关(对称性)。3.密度：与范德华力有关。4.溶解度：5。折射率。2.6化学性质。烷烃是稳定的，可以用作溶剂。该反应也可以在合适的条件下进行，主要包括四种反应：第一，氧化反应：完全氧化：燃烧，汽油的主要成分是烷烃部分氧化：制备醛、酮、羧酸等的原料。第二，无氧条件下的裂化反应，热裂化和催化裂化，2.6化学性质，第三。异构化反应化合物从一种异构体转变为另一种异

14、构体的反应称为异构化反应。这种反应是提高汽油辛烷值的重要方法。爆震是最终燃烧混合物自燃或燃烧辛烷值不均匀的现象：异辛烷(2，2，4-三甲基戊烷)的抗爆震能力指数设置为100，正庚烷为0。通过将混合物的燃烧与待测燃料的燃烧进行比较来获得具体的辛烷值。数值越低，国内汽油等级：90、93、97、100的爆震就越强烈。减少爆震的方法：尽量以支链烷烃为主，避免直链烷烃含量过高，并添加抗爆剂，如四乙酸铅、甲基叔丁基醚等。2.6化学性质，4。自由基取代反应1。自由基与自由基反应。自由基是一种中性物质，可视为自由基，如甲基自由基、氯自由基等。其结构如下：带有孤电子的碳是sp杂化的，孤电子占据不参与杂化的P轨道

15、，P轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的平面甲基结构。自由基反应过程一般包括三个步骤：引发、生长和终止，只有单电子的P轨道，2.6化学性质，2。自由基反应的典型代表卤化反应：定义：烃中氢原子被卤原子取代形成卤代烃的反应条件：加热或光照或催化剂以甲烷和氯气在光照下的反应为例，反应现象如下：甲烷和氯气单独混合后爆炸，甲烷单独混合后不反应。 无论使用何种酸碱条件，氯气都会混合并爆炸，除非甲烷大量过量，否则可以从甲烷和氯气之间的氯化反应是自由基反应这一现象推断出，氯气的照射是整个反应的开始。 2.6化学性质，反应机理：链引发和链终止的几种方式，2.6化学性质，自由基反应的特征可以从卤化反应中获得：有引发条件3354，光照或加热或自由基引发剂反应可以在气相和液相中进行。没有明显的溶剂效应。酸和碱不影响反应，但一些物质，如氧，对反应有抑制作用。当这些物质被消耗掉，抑制作用就消失了。在短暂的平稳期之后，反应通常进入快速反应期。讨论：甲烷氯化很容易得到氯化烷烃的混合物。为什么？甲烷和氯气同时发光，为什么不触发甲基自由基？2.6化学性质，原因可以从裂解成自由基所需的能量中找到：其他烷烃的氯化产物：丙烷光照得到的一卤代化合物的比例表示什么？氯化产品，一级：二级=45: 55，氢原子序数，一级：二级=6: 2溴化产品，一级：二级=2: 98，氢原子序数，一级：二级=