有機(jī)化學(xué)(醫(yī)學(xué)專業(yè))烷烴和環(huán)烷烴-文檔資料

1、第四章第四章 烷烴和環(huán)烷烴烷烴和環(huán)烷烴 第一節(jié)第一節(jié) 烷烷 烴烴烷烴的命名烷烴的命名1 1烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)2 2烷烴的構(gòu)象異構(gòu)烷烴的構(gòu)象異構(gòu)3 3烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)4 4烷烴的化學(xué)性質(zhì)烷烴的化學(xué)性質(zhì)5 5一、烷烴的命名一、烷烴的命名1. 1. 飽和碳原子的類型飽和碳原子的類型 C CC CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C CH HC CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 31 12 23 34 45 56 67 78 89 9C C1 1 、C C6 6 、C C7 7、C C8 8、C C9 9 C C3 3、C C5 5 C C4

2、 4 C C2 2 伯碳原子、一級(jí)碳原子、伯碳原子、一級(jí)碳原子、1 1仲碳原子、二級(jí)碳原子、仲碳原子、二級(jí)碳原子、2 2 叔碳原子、三級(jí)碳原子、叔碳原子、三級(jí)碳原子、3 3 季碳原子、四級(jí)碳原子、季碳原子、四級(jí)碳原子、4 4 2. 2. 烷烴的英文名稱烷烴的英文名稱 甲烷甲烷 methanemethane乙烷乙烷 ethaneethane丙烷丙烷 propanepropane丁烷丁烷 butanebutane戊烷戊烷 pentanepentane己烷己烷 hexanehexane 庚烷庚烷 heptaneheptane辛烷辛烷 octaneoctane壬烷壬烷 nonanenonane癸烷癸烷

3、 decane decane 3. 3. 普通命名法普通命名法（正、異、新）（正、異、新）CH3CHCH2CH2CH3CH3CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3 n n- -己烷己烷正己烷正己烷n-n-hexanehexane正正 normal normal n-n- 異異 iso-iso-iso-iso-hexanehexane 異己烷異己烷CH3CCH3CH3CH2CH3新己烷新己烷neo-neo-hexanehexane新新 neo-neo- 只只適用于直鏈或含碳原子數(shù)較少的烷烴適用于直鏈或含碳原子數(shù)較少的烷烴普通命名法普通命名法4. 4.

4、 常見(jiàn)的烷基（常見(jiàn)的烷基（R-R-） -ane -ane -yl-ylCH3CHCH3isopropylisopropyl iso-Priso-Pr 異丙基異丙基 m e t h y lm e t h y l M eM e 甲基甲基e t h y le t h y l E tE t 乙基乙基n-propyl n-propyl n-Prn-Pr ( (正正) ) 丙基丙基CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3n-butyl n-Bu (正正)丁基丁基 sec-butyl sec-Bu 仲丁基仲丁基 iso- butyl iso-Bu

5、異丁基異丁基 tert-butyl t-Bu 叔丁基叔丁基 CH3CH2CH2CH25. 5. 系統(tǒng)命名法（系統(tǒng)命名法（IUPACIUPAC命名法）命名法） 選主鏈：選擇含有取代基最選主鏈：選擇含有取代基最多多的的連續(xù)連續(xù)的的編號(hào)：從靠近取代基的一端開(kāi)始編號(hào)編號(hào)：從靠近取代基的一端開(kāi)始編號(hào)最最長(zhǎng)長(zhǎng)碳鏈為主鏈碳鏈為主鏈取代基：優(yōu)先基團(tuán)后列出取代基：優(yōu)先基團(tuán)后列出CHCHCH3CH3CH2CH3CHCH3CH2CH2CH32-甲基甲基-3-乙基乙基-4-甲基庚烷甲基庚烷 2,4-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 3-乙基乙基-2,4-二甲基庚烷二甲基庚烷 3-ethyl -2,4-dimethy

6、lheptane 2,4-dimethyl-3-ethylheptane 1234567?如何命名？如何命名？異丙基異丙基 異丁基異丁基 丁基丁基 丙基丙基 乙基乙基 甲基甲基優(yōu)先次序優(yōu)先次序2,6-2,6-二甲基二甲基-3-3-乙基庚烷乙基庚烷 1 12 23 34 45 56 67 7服從服從最低系列最低系列原則原則C C H H3 3C C H HC C H H2 2C C H H3 3C C H H2 2C C H HC C H H2 2C C H HC C H H3 3C C H H3 3C C H H3 3取代基位次：取代基位次： 從左邊數(shù)起從左邊數(shù)起 2,5,6 2,5,6 從右

7、邊數(shù)起從右邊數(shù)起 2,3,6 2,3,6 二、烷烴的結(jié)構(gòu)二、烷烴的結(jié)構(gòu)1. C1. C的的spsp3 3雜化雜化激發(fā)態(tài)：激發(fā)態(tài)：2 2s s1 1 2 2p p1 1 2 2p p1 1 2 2p p1 1x y zx y z激發(fā)激發(fā)雜化軌道雜化軌道 1 1s s2 22(2(spsp3 3) )1 12(2(spsp3 3) )1 12 (2 (spsp3 3) )1 12(2(spsp3 3) )1 1 雜化雜化基態(tài)：基態(tài)：2 2s s2 2 2 2p p1 1 2 2p p1 1 2 2p p0 0 x y zx y z2 2s s2. 2. 甲烷的形成甲烷的形成1091092828甲烷

8、的棍球模型甲烷的棍球模型 甲烷的比例模型甲烷的比例模型 CHCH 鍵鍵3. 3. 乙烷分子（乙烷分子（CHCH3 3-CH-CH3 3）的形成的形成頭碰頭重疊形成頭碰頭重疊形成 C CCC鍵鍵 繞鍵軸繞鍵軸“自由自由”旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)C C與其它與其它四個(gè)四個(gè)原子直接鍵合，原子直接鍵合，C Cspsp3 3雜化雜化三、烷烴的構(gòu)象異構(gòu)三、烷烴的構(gòu)象異構(gòu) 構(gòu)象構(gòu)象 conformationconformation 由于碳碳由于碳碳單單構(gòu)象異構(gòu)體構(gòu)象異構(gòu)體 conformational isomerconformational isomer間的不同排列方式間的不同排列方式鍵的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分子中原子或原子團(tuán)在空

9、鍵的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分子中原子或原子團(tuán)在空異構(gòu)屬于立體異構(gòu)）異構(gòu)屬于立體異構(gòu)）因單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體（構(gòu)象因單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的異構(gòu)體（構(gòu)象1. 1. 乙烷的構(gòu)象乙烷的構(gòu)象重疊式重疊式交叉式交叉式紐曼紐曼NewmanNewman投影式投影式鋸架式鋸架式 交叉式交叉式 HHHHHH重疊式重疊式 HHHHHH交叉式交叉式 HHHHHH重疊式重疊式 HHHHHH構(gòu)象的表示式構(gòu)象的表示式乙烷構(gòu)象之間的能量變化乙烷構(gòu)象之間的能量變化HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)角度/ /能能 量量重疊式重疊式斜交式斜交式交叉式交叉式交叉式交叉式0 60 12012.6kJmol-1 交叉式交叉

10、式穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象 乙烷分子構(gòu)象的能量曲線乙烷分子構(gòu)象的能量曲線2. 2. 正丁烷的構(gòu)象正丁烷的構(gòu)象 1 2 3 4CH3CH2CH2CH3CH3CH3HHHH對(duì)位交叉式對(duì)位交叉式CH3CH3HHHH鄰位交叉式鄰位交叉式CH3CH3HHHH部分重疊式部分重疊式CH3H3CHHHH全重疊式全重疊式正丁烷的構(gòu)象正丁烷的構(gòu)象壬烷壬烷戊烷戊烷庚烷庚烷對(duì)位交叉式占對(duì)位交叉式占 6363 鄰位交叉式鄰位交叉式 占占 3737 3. 3. 構(gòu)象與藥物的構(gòu)效關(guān)系構(gòu)象與藥物的構(gòu)效關(guān)系OHOHHHNH2HH對(duì)位交叉式對(duì)位交叉式HOHOCH2CH2NH2多巴胺多巴胺1 1 2 2抗震顫麻痹藥抗震顫麻痹藥

11、立體結(jié)構(gòu)對(duì)藥效的影響立體結(jié)構(gòu)對(duì)藥效的影響: :一、原子間距離對(duì)藥效的影響；一、原子間距離對(duì)藥效的影響；二、立體異構(gòu)對(duì)藥效的影響；二、立體異構(gòu)對(duì)藥效的影響；1 1、對(duì)映異構(gòu)、對(duì)映異構(gòu)2 2、構(gòu)象異構(gòu)、構(gòu)象異構(gòu)四、烷烴的物理性質(zhì)四、烷烴的物理性質(zhì)1.1. bp bp、mpmp、密度：隨、密度：隨C C原子數(shù)原子數(shù)而而 2.2. 烷烴支鏈烷烴支鏈 ， bp bp 3. 3. 烷烴對(duì)稱性烷烴對(duì)稱性 ，mpmp4. 4. 正烷烴密度正烷烴密度0.8g.cm0.8g.cm-3-35. 5. 烷烴易溶于有機(jī)溶劑、難溶于水烷烴易溶于有機(jī)溶劑、難溶于水四、烷烴的四、烷烴的物理性質(zhì)物理性質(zhì)碳原子數(shù)碳原子數(shù)直鏈烷烴

12、的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)與分子中碳原子數(shù)的關(guān)系直鏈烷烴的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)與分子中碳原子數(shù)的關(guān)系 C1C4C1C4為氣體為氣體C5C16C5C16為液體為液體C17 C17 固體固體密度密度1 g/cm Cl Cl2 2 Br Br2 2 I I2 2烷烴鹵代反應(yīng)的取向烷烴鹵代反應(yīng)的取向1-1-溴丙烷溴丙烷 3%3%CH3CH2CH3Br2CH3CH2CH2Br CH3CHCH3Br光光 照照1271272-2-溴丙烷溴丙烷 97%97%活性次序：叔氫活性次序：叔氫 仲氫仲氫 伯氫伯氫CH3CHCH3CH3Br2+CH3CCH3CH3BrCH3CHCH2CH3Br+光光 照照1271272-2-甲基甲基-2-2-

13、溴丙烷溴丙烷2-2-甲基甲基-1-1-溴丙烷溴丙烷（99%99%）（痕量痕量） 自由基的構(gòu)型與穩(wěn)定性自由基的構(gòu)型與穩(wěn)定性？ sp sp3 3 spsp3 3 sp sp2 2 CHCH4 4 CHCH3 3 CHCH3 3ClCl四面體四面體 平面構(gòu)型平面構(gòu)型 四四面體面體 C CH HH HH H甲基自由基甲基自由基P P軌道中一個(gè)電子軌道中一個(gè)電子透視式透視式CHCH3 3 (435) (435)甲基自由基甲基自由基CHCH4 4CHCH3 3CHCH2 2 (410) (410)乙基自由基（乙基自由基（1 1）CHCH3 3CHCH3 3H / kJmolH / kJmol-1-1(CH

14、(CH3 3) )2 2CH (397)CH (397)異丙基自由基（異丙基自由基（2 2） (CH(CH3 3) )2 2CHCH2 2(CH(CH3 3) )3 3C (385)C (385)叔丁基自由基（叔丁基自由基（3 3） (CH(CH3 3) )3 3CHCHRH R RH R HH碳?xì)滏I的鍵離解能（形成自由基需要的能量）碳?xì)滏I的鍵離解能（形成自由基需要的能量）離解能越小，自由基越穩(wěn)定，越易形成離解能越小，自由基越穩(wěn)定，越易形成甲基自由基甲基自由基 R R3 3C RC R2 2CH RCHCH RCH2 2 CHCH3 3 . . . . .穩(wěn)定性穩(wěn)定性3 32 21 1第二節(jié)第

15、二節(jié) 環(huán)烷烴環(huán)烷烴環(huán)烷烴的命名環(huán)烷烴的命名1 12 23 34 4結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性環(huán)烷烴的性質(zhì)環(huán)烷烴的性質(zhì)環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象2. 2. 環(huán)烷烴的命名環(huán)烷烴的命名H2CH2CCH2CCHCH2CH3CH3CH3骨架式骨架式= =1 12 23 34 45 51,1-1,1-二甲基二甲基-2-2-乙基環(huán)戊烷乙基環(huán)戊烷 2-ethyl-1,1-dimethyl2-ethyl-1,1-dimethylcyclocyclopentane pentane 環(huán)丙烷環(huán)丙烷 環(huán)丁烷環(huán)丁烷 環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)己烷環(huán)己烷CH3HCH2CH3HCH3HHCH2CH3CHCH2CH3CHCH3CH32-2-

16、甲基甲基-3-3-環(huán)戊基戊烷環(huán)戊基戊烷 順順-1-1-甲基甲基-2-2-乙基環(huán)己烷乙基環(huán)己烷 反反-1-1-甲基甲基-2-2-乙基環(huán)己烷乙基環(huán)己烷 2-ethyl-1-methylcyclohexane 2-ethyl-1-methylcyclohexane trans-trans-2-ethyl-1-methylcyclohexane 2-ethyl-1-methylcyclohexane ciscis- -二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性穩(wěn)定性：環(huán)己烷穩(wěn)定性：環(huán)己烷 環(huán)戊烷環(huán)戊烷 環(huán)丁烷環(huán)丁烷 環(huán)丙烷環(huán)丙烷影響因素：環(huán)張力（影響因素：環(huán)張力（角張力角張力、扭轉(zhuǎn)張力、空間張力

17、）、扭轉(zhuǎn)張力、空間張力）環(huán)己烷環(huán)己烷環(huán)丙烷環(huán)丙烷109109282860606060105105二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性18851885年年, , Baeyer AV Baeyer AV 假定假定, , 環(huán)烷烴具有平面正多邊形的結(jié)構(gòu)環(huán)烷烴具有平面正多邊形的結(jié)構(gòu)：6060 9090 108108 120120128.6 128.6 135135鍵角鍵角 環(huán)上環(huán)上C CC C之間的鍵角偏離正常鍵角之間的鍵角偏離正常鍵角10910928, 28, 就會(huì)就會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生(angle strain), (angle strain), 偏差角越大張力越大偏差角越大張力越大, , 分子越

18、分子越不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。 結(jié)論：三、四元環(huán)為結(jié)論：三、四元環(huán)為張力環(huán)張力環(huán)(strained rings)(strained rings) ，五，五元環(huán)為無(wú)張力環(huán)，六元環(huán)及其更大的環(huán)也是張力環(huán)。元環(huán)為無(wú)張力環(huán)，六元環(huán)及其更大的環(huán)也是張力環(huán)。 ( (一一) ) 張力學(xué)說(shuō)張力學(xué)說(shuō) Fig.Fig. Heats of combustion /CHHeats of combustion /CH2 2 for cycloalkanes for cycloalkaneskJmol-1 從環(huán)丙烷到環(huán)戊烷從環(huán)丙烷到環(huán)戊烷, 每個(gè)每個(gè)CH2的燃燒熱逐漸降低的燃燒熱逐漸降低, 說(shuō)明環(huán)越小說(shuō)明環(huán)越小越不穩(wěn)定。從環(huán)己烷

19、到更大的環(huán)烷烴越不穩(wěn)定。從環(huán)己烷到更大的環(huán)烷烴, 每個(gè)每個(gè)CH2的燃燒熱與環(huán)的燃燒熱與環(huán)戊烷的接近戊烷的接近, 說(shuō)明大于五元的環(huán)并不是張力環(huán)說(shuō)明大于五元的環(huán)并不是張力環(huán), 而是穩(wěn)定的。而是穩(wěn)定的。三、環(huán)烷烴的性質(zhì)三、環(huán)烷烴的性質(zhì)（一）物理性質(zhì)（一）物理性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)bpbp、mpmp、密度比同碳原子數(shù)的烷烴高、密度比同碳原子數(shù)的烷烴高 2. 2. 環(huán)丙烷、環(huán)丁烷環(huán)丙烷、環(huán)丁烷 易開(kāi)環(huán)發(fā)生加易開(kāi)環(huán)發(fā)生加成成1. 1. 環(huán)戊烷、環(huán)己烷環(huán)戊烷、環(huán)己烷 自由基取代反自由基取代反應(yīng)應(yīng)（與烷烴相似）（與烷烴相似）反應(yīng)反應(yīng) （與烯烴相似）（與烯烴相似） 催化加氫生成鏈狀產(chǎn)物催化加氫生成鏈狀

20、產(chǎn)物 與與X X2 2、HXHX加成加成 CH3CH2CH2CH3+ H2 Ni120Ni+H2 CH3CH2CH380+ HBr CH3CH2CH2Br室溫室溫 ( (溴的紅棕色褪去溴的紅棕色褪去) ) BrBr2 2 /CCl /CCl4 4 ( (紅棕色紅棕色) ) + Br2 BrCH2-CH2-CH2BrCCl4室溫室溫3. 3. 不與不與KMnOKMnO4 4反應(yīng)（所有反應(yīng)（所有的的飽和飽和環(huán)烷烴）環(huán)烷烴） CH3CH2CCH3CH3Br+ HBr室溫室溫？開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)發(fā)生在連氫原子最多和連氫原子最少的發(fā)生在連氫原子最多和連氫原子最少的兩個(gè)碳原子之間。氫鹵酸中的氫原子加在連兩個(gè)碳原子之

21、間。氫鹵酸中的氫原子加在連氫原子較多的碳原子上，鹵原子加在連氫原氫原子較多的碳原子上，鹵原子加在連氫原子較少的碳原子上。子較少的碳原子上。 四、環(huán)己烷的構(gòu)象四、環(huán)己烷的構(gòu)象椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象230pm230pm船式構(gòu)象船式構(gòu)象183pm183pm1 13 34 46 65 52 24 45 52 21 13 36 6船式構(gòu)象船式構(gòu)象椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象結(jié)論結(jié)論1 1：椅：椅式構(gòu)象是最穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象式構(gòu)象是最穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象 椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象452136船式構(gòu)象船式構(gòu)象146523穩(wěn)定的構(gòu)象穩(wěn)定的構(gòu)象 占占99.999.9不穩(wěn)定的構(gòu)象不穩(wěn)定的構(gòu)象椅式構(gòu)象中的直立鍵和平伏鍵椅式構(gòu)象中的直立鍵和平伏鍵 123456234561C1C3C5的鍵下翹的鍵下翹 C2C4C6的鍵上翹的鍵上翹 C1C3C5的鍵豎直向上的鍵豎直向上C2C4C6的鍵垂直向下的鍵垂直向下axisaxisequatorequatoraxisaxisequatorequator與對(duì)稱軸平行的與對(duì)稱軸平行的CH鍵，叫鍵，叫