烷烴與環(huán)烷烴

烷烴與環(huán)烷烴第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2.1烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)2.2烷烴和環(huán)烷烴的命名2.3烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)2.4烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象2.5烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)2.6烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)2.7烷烴和環(huán)烷烴的主要來源（自學(xué)）主要內(nèi)容2第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2.1烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)烴

分子中只有C、H兩種元素的有機(jī)化合物。3第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一CnH2n+2一、烷烴和環(huán)烷烴的通式1、烷烴的通式CnH2n2、環(huán)烷烴的通式4第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一3、同系列具有同一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)隨著碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物，稱為同系列。4、同系物同系列中的化合物互稱為同系物。5、系差同系列中相鄰兩個(gè)化合物在組成上的差別。烷烴系差為CH2。5第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二、烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)造異構(gòu)同分異構(gòu)體：

分子式相同，結(jié)構(gòu)不同。是不同的化合物。構(gòu)造異構(gòu)體：

分子式相同，分子內(nèi)原子間相互連接的順序不同，即分子的構(gòu)造不同。碳架異構(gòu)：

分子式相同，碳的骨架不同。6第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一烷烴和環(huán)烷烴同分異構(gòu)體的推導(dǎo)（逐步縮短碳鏈）：①寫出最長鏈；②寫出少一個(gè)碳原子的直鏈，把一個(gè)碳當(dāng)支鏈，找出可能的異構(gòu)體；③寫出少二個(gè)碳原子的直鏈，把二個(gè)碳當(dāng)兩個(gè)支鏈，或一個(gè)支鏈，找出可能的異構(gòu)體。7第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2.2烷烴和環(huán)烷烴的命名一、伯、仲、叔和季碳原子1、伯碳原子一級碳原子，1o，與一個(gè)碳原子（三個(gè)氫原子）相連的碳原子。2、仲碳原子二級碳原子，2o，與二個(gè)碳原子（二個(gè)氫原子）相連的碳原子。8第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一3、叔碳原子三級碳原子，3o，與三個(gè)碳原子（一個(gè)氫原子）相連的碳原子。4、季碳原子四級碳原子，4o，與四個(gè)碳原子相連的碳原子。分別與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱為伯、仲、叔氫原子。9第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一10第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（1）某基：甲基CH3-Me-；乙基CH3CH2-Et-

；丙基CH3CH2CH2-n-Pr-

；丁基CH3CH2CH2CH2-n-Bu-（2）異某基:異丙基(CH3)2CH-i-Pr-；異丁基(CH3)2CHCH2-i-Bu-二、烷基和環(huán)烷基烷烴和環(huán)烷烴分子中，去掉一個(gè)氫原子后剩余的基團(tuán)。用R-表示。1、烷基和環(huán)烷基11第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一烷烴分子中，去掉兩個(gè)氫原子后剩余的基團(tuán)。2、亞烷基（3）仲某基:CH3

仲丁基:CH3CH2CH-s-Bu-

CH3（4）叔某基:叔丁基:(CH3)3C-t-Bu-;叔戊基:CH3CH2CCH3CH3（5）新某基:新戊基:CH3—C—CH2—CH3

12第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一三、烷烴的命名（1）根據(jù)分子中碳原子數(shù)目稱為“某烷”，（2）碳原子數(shù)十個(gè)以內(nèi)的依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，（3）十以上的用漢字?jǐn)?shù)字十一、十二……表示碳原子數(shù)，（4）用正、異、新表示同分異構(gòu)體。1、普通命名法（習(xí)慣命名法）13第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)命名法是中國化學(xué)學(xué)會根據(jù)國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）制定的有機(jī)化合物命名原則，再結(jié)合我國漢字的特點(diǎn)而制定的（1960年制定，1980年進(jìn)行了修定）。2、系統(tǒng)命名法14第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)命名法規(guī)則：（1）選擇主連（定母體）

選擇最長的碳鏈作為主鏈，根據(jù)主鏈碳原子數(shù)，定母體，稱為“某烷”。15第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

主碳鏈的選擇——當(dāng)有兩個(gè)以上的等長碳鏈可供選擇時(shí)，其選擇順序?yàn)椋?/p>

例1：選擇支鏈最多的碳鏈為主碳鏈。

16第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

例2：選擇支鏈位號較小的為主碳鏈。

17第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

例3：兩個(gè)等長碳鏈上的支鏈數(shù)目、位次均相同，選擇支鏈碳原子多的為主碳鏈。

18第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

例4：選擇側(cè)分支少的鏈為主碳鏈。

19第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（2）主鏈編號

近取代基端開始編號，并遵守“最低系列編號規(guī)則”。①取代基編號最小214356563421編號正確編號錯(cuò)誤20第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一②小的取代基編號最小編號正確編號錯(cuò)誤214357685634217821第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（3）烷烴名稱的寫出①將支鏈（取代基）寫在母體名稱的前面②取代基按“次序規(guī)則”小的基團(tuán)優(yōu)先列出

烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<異戊基<異丁基<異丙基。

③相同基團(tuán)合并寫出，位置用2，3……阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)出,取代基數(shù)目用二,三……中文數(shù)字標(biāo)出。④阿拉伯?dāng)?shù)字與漢字之間必須用短橫線分開；⑤阿拉伯?dāng)?shù)字之間必須用逗號分開。最長碳鏈，最小定位，同基合并，由簡到繁。22第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一第一條規(guī)則：將各種取代基的連接原子，按原子序數(shù)的大小排列，原子序數(shù)大的順序在前。若為同位素，則質(zhì)量數(shù)高的順序在前。不同原子按原子序數(shù)排列同位素按質(zhì)量數(shù)由高到低的順序排列23第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一第二條規(guī)則若多原子基團(tuán)的第一個(gè)連接原子相同，則比較與它相連的其它原子，先比較原子序數(shù)最大的原子，再比較第二大的，依次類推。若第二層次的原子仍相同，則沿取代鏈依次相比，直至比出大小為至。123424第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一若支鏈中又帶支鏈，用帶撇的數(shù)字標(biāo)明取代基在支鏈中的位次，或者把帶有取代基的支鏈的全名放在括號中：3—甲基—5—1’，2’—二甲基丙基壬烷5634217981’2’3’3—甲基—5—(1，2—二甲基丙基)壬烷25第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一563421789101’2’3’2—甲基—5—1’，1’—二甲基丙基癸烷2—甲基—5—(1，1—二甲基丙基)癸烷26第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一214356

例1：2，4-二甲基己烷27第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

例2：3-甲基-6-乙基辛烷2143576828第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

例3：2,8-二甲基-4-乙基壬烷29第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一烷烴的衍生物命名法以甲烷為母體，其它部分則作為甲烷的取代基來命名。3、衍生物命名法二甲基乙基甲烷二甲基乙基異丙基甲烷甲基乙基異丁基叔丁基甲烷30第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一四、環(huán)烷烴的命名1、脂環(huán)烴的分類31第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一(單)環(huán)烷烴通式：CnH2n橋環(huán)烴（稠環(huán)）橋環(huán)烴螺環(huán)烴（與烯烴通式相同）聯(lián)環(huán)烷烴兩個(gè)環(huán)共用一個(gè)原子為螺環(huán)，共用一個(gè)以上原子為橋環(huán)。32第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2、單環(huán)烷烴的命名命名步驟（1）確定母體:沒有取代基的環(huán)烷烴本身就是母體,命名時(shí)只須在相應(yīng)的烷烴前加“環(huán)”(英文加cyclo),環(huán)上有取代基的環(huán)烷烴以環(huán)為母體還是以鏈為母體視情況而定.（2）編號要符合最低系列原則（3）按名稱的基本格式要求寫出全名33第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一34第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一乙基環(huán)己烷

ethylcyclohexane2-甲基-4-環(huán)己基己烷4-cyclohexyl-2-methylhexane側(cè)鏈比較簡單,以環(huán)為母體,鏈為取代基,

側(cè)鏈比較復(fù)雜,以鏈為母體,環(huán)為取代基。35第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一1,4-二甲基-2-乙基環(huán)己烷2-ethyl-1,4-dimethylcyclohexane36第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

但由于環(huán)沒有端基，有時(shí)會出現(xiàn)有幾種編號方式都符合最低系列原則的情況。例如：

上面列出了同一個(gè)化合物的三種編號方式，它們都符合最低系列原則。也即應(yīng)用最低系列原則無法確定哪一種編號優(yōu)先。在這種情況下，中文命名時(shí)，應(yīng)讓順序規(guī)則中較小的基團(tuán)位次盡可能小。所以應(yīng)?。╥）的編號，化合物的名稱是1,3?二甲基?5?乙基環(huán)己烷。37第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一3、橋環(huán)烷烴的命名橋頭碳：幾個(gè)環(huán)共用的碳原子，環(huán)的數(shù)目：斷裂二根C-C鍵可成開鏈烷烴為二環(huán)；斷裂三根C-C鍵可成開鏈烷烴為三環(huán)橋環(huán)碳原子數(shù)：不包括橋頭C，由多到少列出，中間使用“.”分隔環(huán)的編號方法：從橋頭開始，先長鏈后短鏈二環(huán)[4.3.0]壬烷環(huán)的數(shù)目橋頭間的碳原子數(shù)橋環(huán)化合物碳原子數(shù)38第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二環(huán)[3.2.1]辛烷2,7,7-三甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷39第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

螺原子：兩個(gè)碳環(huán)共用的碳原子4、螺環(huán)烷烴的命名螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane螺環(huán)編號：從靠近螺原子開始，先小環(huán)后大環(huán)。除螺C外的碳原子數(shù)（用“.”隔開）取代基編號取最小6-甲基螺[4.5]癸烷40第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一碳原子采取sp3雜化，s

軌道成分：1/4；

p軌道成分：3/4。2.3烷烴和環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)一、σ鍵的形成及其特性41第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

烷烴分子形成時(shí)，碳原子的sp3軌道沿著對稱軸的方向分別與碳的sp3軌道或氫的1s軌道相互重疊成σ鍵。42第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一4個(gè)C-Hσ鍵，sp3-1sσ鍵甲烷的結(jié)構(gòu)43第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一σ鍵：

成鍵電子云沿鍵軸方向呈圓柱形對稱重疊而形成的鍵。σ鍵的特點(diǎn):

(1)電子云沿鍵軸呈圓柱形對稱分布。

(2)可自由旋轉(zhuǎn)而不影響電子云重疊的程度。

(3)結(jié)合的較牢固。碳原子都是sp3雜化，C-C鍵為sp3-sp3

σ鍵C-H鍵為sp3-1sσ鍵

烷烴分子中：44第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

甲烷分子為正四面體構(gòu)型。甲烷分子中，碳原子位于正四面體的中心，四個(gè)氫原子在四面體的四個(gè)頂點(diǎn)上，四個(gè)C-H鍵長都為0.109nm，所有鍵角∠H-C-H都是109.5o，σ鍵可以繞軸旋轉(zhuǎn)。球棒模型斯陶特模型

45第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

σ鍵呈圓柱形對稱，鍵能較大，可極化性小，可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。

由于σ鍵是沿成鍵軌道方向交蓋而成，C-C-C的鍵角保持接近109.5°。因此直鏈烷烴的形狀是曲折形，而不是直線形。正丁烷的球棒模型和比例模型正十五烷46第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與環(huán)的穩(wěn)定性環(huán)烷烴通式為CnH2n,即(CH2)n，每個(gè)單元燃燒熱應(yīng)相同。摩爾燃燒熱：1mol化合物在氧氣中完全燃燒所放出的熱量。659kJ?mol-147第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一一些環(huán)烷烴的燃燒熱名稱環(huán)大小分子燃燒熱/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃燒熱/(kJ·mol-1)與開鏈烷烴燃燒熱的差/(kJ·mol-1)環(huán)丙烷3209169738環(huán)丁烷4274468627環(huán)戊烷533206645環(huán)己烷639546590環(huán)庚烷746376623環(huán)辛烷853106645環(huán)壬烷959816656環(huán)癸烷1066366645環(huán)十五烷1598856601開鏈烷烴65948第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一環(huán)烷烴的穩(wěn)定性普通鍵角張力（anglestrain）：

環(huán)的角度與sp3軌道夾角差別引起的張力49第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2.4烷烴和環(huán)烷烴的構(gòu)象構(gòu)象一個(gè)已知構(gòu)型的分子，僅由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而引起分子中的原子或基團(tuán)在空間的特定排列形式稱為構(gòu)象。構(gòu)象異構(gòu)體單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生無數(shù)個(gè)構(gòu)象，這些構(gòu)象互為構(gòu)象異構(gòu)體（或稱旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體）。50第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一一、乙烷的構(gòu)象旋轉(zhuǎn)重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象51第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象Newman投影式鋸架式52第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一描述立體結(jié)構(gòu)的幾種方式傘形式鋸架式Newman投影式53第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一紐曼(Newman)投影式寫法1、2、3、54第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一兩面角為0o時(shí)的構(gòu)象為重疊式構(gòu)象。兩面角為60o時(shí)的構(gòu)象為交叉式構(gòu)象。兩面角在0-60o之間的構(gòu)象稱為扭曲式構(gòu)象。1、兩面角單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)，相鄰碳上的其他鍵會交叉成一定的角度（），稱為兩面角。55第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)二個(gè)氫原子的間距少于240pm（即二個(gè)氫原子的半徑和）時(shí)，氫原子之間會產(chǎn)生排斥力，從而使分子內(nèi)能增高，所以重疊式比交叉式內(nèi)能高。2、交叉式構(gòu)象與重疊式構(gòu)象的能量分析C-H鍵長C-C鍵長鍵角兩面角兩氫相距110.7pm154pm109.3o60o250pm110.7pm154pm109.3o0o229pm重疊式構(gòu)象交叉式構(gòu)象56第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一3、乙烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖57第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)定構(gòu)象位于勢能曲線谷底的構(gòu)象非鍵連相互作用不直接相連的原子間的排斥力。轉(zhuǎn)動(dòng)能壘分子由一個(gè)穩(wěn)定的交叉式構(gòu)象轉(zhuǎn)為一個(gè)不穩(wěn)定的重疊式構(gòu)象所必須的最低能量。（25°時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)1011次/秒）扭轉(zhuǎn)張力非穩(wěn)定構(gòu)象具有恢復(fù)成穩(wěn)定構(gòu)象的力量；58第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二、丁烷的構(gòu)象59第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一丁烷構(gòu)象勢能關(guān)系圖60第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一三、環(huán)己烷的構(gòu)象環(huán)己烷的碳骨架不是平面結(jié)構(gòu)，有兩種典型構(gòu)象：椅型構(gòu)象船型構(gòu)象61第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一1、椅型構(gòu)象（1）椅型構(gòu)象62第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)：相鄰原子：交叉式非鍵合原子：交叉式相鄰碳原子的鍵,都處于鄰位交叉式的位置,沒有碳?xì)滏I或碳碳鍵的重疊。既沒有角張力，也沒有扭轉(zhuǎn)張力，因此，椅型構(gòu)象穩(wěn)定63第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一

在椅式構(gòu)象中C-H鍵分為兩類。第一類六個(gè)C-H鍵與分子的對稱軸平行，叫做直立鍵或a鍵（其中三個(gè)向環(huán)平面上方伸展，另外三個(gè)相反，向環(huán)平面下方伸展）；第二類六個(gè)C-H鍵與直立鍵形成接近109.5°的夾角，平伏著相環(huán)外伸展，叫做平伏鍵或e鍵。（2）平伏鍵（e鍵）與直立鍵（a鍵）64第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（3）兩種椅型構(gòu)象的轉(zhuǎn)變65第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（4）椅型構(gòu)象穩(wěn)定的原因251pm249pm250pmC-C鍵的鍵長和夾角均與正常的C-C鍵鍵長和C的SP3雜化的鍵角相符。三組氫之間的距離均大于兩個(gè)氫原子的半徑和。無角張力，無鍵長變形引起的內(nèi)能升高。氫原子之間無排斥力。66第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2、船型構(gòu)象（1）船型構(gòu)象67第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（2）特點(diǎn)相鄰原子：重疊式非鍵合原子：重疊式相鄰碳原子的鍵處于重疊式，斥力大，非鍵合原子張力也較大,故船型構(gòu)象不穩(wěn)定。68第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一四、取代環(huán)己烷的構(gòu)象1234561234561、一取代環(huán)己烷69第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一在a鍵上的甲基氫原子與非鍵合氫原子的距離為0.23nm；在e鍵上的甲基氫原子與非鍵合氫原子的距離為0.26nm，斥力較小；因此，甲基在e鍵上的取代環(huán)己烷構(gòu)象穩(wěn)定。a鍵e鍵70第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一取代基越大e鍵型構(gòu)象為主的趨勢越明顯。71第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2、多取代環(huán)己烷Hassel規(guī)則

帶有相同基團(tuán)的多取代環(huán)己烷，如果沒有其它因素的參與，那么在兩個(gè)構(gòu)象異構(gòu)體之間，總是有較多取代基取e鍵向位的構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象。Barton規(guī)則帶有不同基團(tuán)的多取代環(huán)己烷，如果沒有其它因素的參與，那么其優(yōu)勢構(gòu)象總是趨向于使作用最強(qiáng)的和較強(qiáng)的基團(tuán)盡可能多地取e鍵的向位。72第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一外觀：狀態(tài)、顏色、氣味物理常數(shù)：沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、密度、折光率、旋光度、溶解度、偶極矩、光譜特征2.5烷烴和環(huán)烷烴的物理性質(zhì)73第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一一、沸點(diǎn)沸點(diǎn)大小取決于分子間的作用力烷烴沸點(diǎn)的特點(diǎn)：（1）沸點(diǎn)一般很低。（2）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（3）相對分子質(zhì)量相同、叉鏈多、沸點(diǎn)低。74第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二、熔點(diǎn)烷烴熔點(diǎn)的特點(diǎn)：（1）隨相對分子質(zhì)量增大而增大。（2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點(diǎn)升高值大。（3）相對分子質(zhì)量相同的烷烴，叉鏈增多，熔點(diǎn)下降。取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。75第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一三、相對密度烷烴的密度均小于1（0.424-0.780）。烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑。四、溶解度76第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一2.6烷烴和環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)原因：（1）C-C、C-H

σ鍵的鍵能大，不易破裂化學(xué)鍵C-CC-H鍵能/(kJ·mol-1)345.6415.3（2）C-C鍵矩為0，C-H偶極矩很小，電子云分布均勻，為非極性分子（3）鍵的斷裂：均裂一、總體特點(diǎn)77第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一二、自由基取代反應(yīng)分子中的某個(gè)原子或基團(tuán)被其他原子或基團(tuán)所取代的反應(yīng)。通過自由基取代分子中H原子的反應(yīng)。1、基本概念（1）取代反應(yīng)（2）自由基取代反應(yīng)78第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一帶有孤電子的原子或原子團(tuán)稱為自由基。碳自由基：含有孤電子碳的體系稱為碳自由基。2、自由基CH3?CH3CH2?H?Cl?79第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期一（1）熱均裂產(chǎn)生（2）輻射均裂產(chǎn)生3、自由基