第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃

第二章烷烃和环烷烃主要内容烷烃的通式，构造异构烷烃的命名（普通命名法，IUPAC命名法）烷烃的结构构象和构象异构体，构象式的表示法物理性质化学性质主要来源及制法一.烷烃（Alkanes,Paraffins）碳氢化合物烃（hydrocarbons）完全烷饱和烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃等。分子中C原子的结合方式烃饱和烃：不饱和烃:(unsaturatedhydrocarbons)(saturatedhydrocarbons)环丙烷环己烷碳原子间均以C－C单键相连，其余价键均为H原子饱和。烷烃(alkanes)：甲烷、乙烷环烷烃(cycloalkanes):烃脂肪烃脂环烃碳骨架的类型开链：环状：丙烯、丁烷另一种分类方法烷烃的通式：CnH2n+2甲烷methane丙烷propane丁烷butane乙烷ethaneCHHHHCHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHH2.1.1烷烃和环烷烃的通式2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构同系列：有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物为同系物。烷烃的通式：CnH2n+2（例：CH4,C2H6,C3H8,C4H10,……）同系列（同系物,Homologs）CH2H2CCH2H2CCH2CH2H2CCH2H2CH2CCH2CH2CH2H2CH2CCH2CH2CH2环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环烷烃的通式：CnH2n(CH2)*2=C2H4……n=2同分异构现象和同分异构体（碳架异构体）（CONSTITUTIONALISOMERS，STRUCTURALISOMERS）同分异构体具有相同的分子式，但原子的连接顺序不同的分子CH4C2H6C3H8无异构体C1~C3烷烃无异构现象C4以上烷烃出现同分异构现象C4H10C5H12C6H14C20H42366,319同分异构体数235二.烷烃和环烷烃的命名(nomenclatureofalkanesandcycloalkanes)碳原子的四种类型1C（伯碳，一级碳）primarycarbon2C（仲碳，二级碳）secondarycarbontertiarycarbon3C（叔碳，三级碳）4C（季碳，四级碳）quaternarycarbonH3CCH2CH2CH3H3CCHCH3CH3H3CCCH3CH3CH31H（伯氢）2H（仲氢）3H（叔氢）CCCHHH3CHCH3CH32o氢原子1o氢原子3o氢原子H3CCH2CH2CH2CH3H3CCHCH2CH3CH3CHCH2CCH3CH3CH3H3CCH3二种类型2C二种类型1C二种类型1C分析下列化合物所含碳原子种类碳原子种类的扩展H3CCH2CH2H3CCCH3CH3H3CCHCH31自由基（伯自由基）2自由基（仲自由基）3自由基（叔自由基）1碳负离子（伯碳负离子）3碳正离子（叔碳正离子）H3CCH2CH2CH2H3CCCH3CH3普通命名法用于简单化合物的命名衍生命名法IUPAC命名法（系统命名法）（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会，InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）烷烃的命名基础：普通命名法1.普通命名法中文名英文名甲烷乙烷丙烷methaneethanepropane碳原子数目+烷英文命名用词尾-ane表示烷烃碳原子数为1~10用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示C1C2C3CH4CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3(CH2)3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3异构词头用词头“正”、“异”和“新”等区分相应的英文词头为n-(normal)、iso和neo（注意不加“-”）中文名英文名正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷新戊烷n-butaneisobutanen-pentaneisopentaneneopentaneC4C5CH3(CH2)4CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3C6正己烷异己烷新己烷n-hexaneisohexaneneohexane中文名英文名如何命名？如何命名？正庚烷正辛烷正壬烷正癸烷正十一烷正十二烷正十三烷正二十烷n-heptanen-octanen-nonanen-decanen-undecanen-dodecanen-tridecanen-eicosane碳原子数为10以上时用大写数字表示CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)6CH3CH3(CH2)7CH3CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)9CH3CH3(CH2)10CH3CH3(CH2)11CH3CH3(CH2)18CH3C7C8C9C10C11C12C13C20中文名英文名以甲烷为母体，把其它的烷烃看作是甲烷的衍生物。选择连接烷基最多的C原子作为母体甲烷按照“先小后大”的原则将各个烷基依次列出。CH3CHCH2CH3CH3二甲基乙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷CH2CCH3CHCH3CH3CH3CH32衍生命名法3.IUPAC命名法（系统命名法）基本方法：选定一条最长链作为主链（以普通命名法命名）其它支链作为主链上的取代基。CH3CHCH3CH3普通命名法：异丁烷IUPAC命名法：2-甲基丙烷取代基（烷基）：烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团RHR烷烃烷基支链烷烃的命名分三步：选主链、定编号、正名称。1.中国化学会.有机化学命名原则(1980).科学出版社,1983R（烷基）CH3CH3CH2CH3CH2CH2中文名英文名甲基乙基（正）丙基methylethyln-propylCH3CHCH3异丙基缩写MeEtn-Prisopropyli-Pr一些常见的烷基CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3（正）丁基异丁基n-butylisobutylCH3CCH3CH3叔丁基tert-butyln-Bui-But-Bu(tertiary)CH3CH2CH仲丁基sec-butyls-BuCH3(secodary)R（烷基）中文名英文名缩写CH3(CH2)3CH2CH3CHCH2CH2CH3（正）戊基异戊基n-pentyln-amylisopentylCH3CH2CCH3CH3叔戊基tert-pentylCH3CCH2CH3CH3新戊基neopentylR（烷基）中文名英文名缩写主链的选择和取代基位置编号最长链为主链取代基编号数最小CH3CH2CH2CHCHCH3CH2CH31234CH356122-甲基-3-乙基己烷3-异丙基己烷3-ethyl-2-methylhexane3456不正确命名取代基最多的链为主链小基团排在前面（英文以字母顺序排列）CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH312345678123456784-乙基辛烷4-ethyloctane4-乙基-辛烷不正确命名不同基团编号相同时，使小取代基编号最小7CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3123456CH3123456CH2CH38783-甲基-6-乙基辛烷6-ethyl-3-methyloctane相同取代基合并用大写数字表示（英文表示基团数目用词头di,tri,tetra,penta,hexa表示）CH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3EtEt123456Et783,4,6-三乙基辛烷3,4,6-triethyloctane用“,”隔开含支链的取代基的命名注：有关一些其它基团的“顺序规则”放第三章介绍仲丁基2-丁基1-甲基丙基2,7-二甲基-4-仲丁基辛烷2,7-二甲基-4-(2-丁基)辛烷2,7-二甲基-4-(1-甲基丙基)辛烷1234567823123456781这样选取主链及编号是否合适？环烷烃(cycloalkane)环烷烃的类型(单)环烷烃通式：CnH2n桥环烃（稠环）桥环烃螺环烃（与烯烃通式相同）1231'2'3'联环烷烃以环为母体，名称用“环”（英文用“cyclo”）开头。环外基团作为环上的取代基普通环烷烃的命名CH3环丙烷环己烷甲基环丙烷cyclopropanecyclohexanemethyl-cyclopropane12312341,3-二甲基环己烷1-甲基-4-异丙基环己烷1,3-dimethyl-cyclohexane1-isopropyl-4-methylcyclohexane取代基位置数字取最小CH3HCH3HCH3HCH3HCH3HCH3HH3CCH3H3CCH3HHH3CCH3CH3H3C顺反异构用“顺”或“反”注明基团相对位置。英文用“cis”和“trans”表示。顺-1,3-二甲基环戊烷(cis-1,3-dimethylcyclopentane)反-1,3-二甲基环戊烷（两者为对映异构体）(trans-1,3-dimethylcyclopentane)顺反异构体镜面环烷烃(cycloalkane)环烷烃的类型(单)环烷烃通式：CnH2n桥环烃（稠环）桥环烃螺环烃（与烯烃通式相同）1231'2'3'联环烷烃环可作为取代基（称环基）相同环连结时，可用词头“联”开头。1231'2'3'环丙基环己烷3-甲基-4-环丁基庚烷联环丙烷cylcopropylcyclohexane344-cyclobutyl-3-methylheptanebicyclopropane联环烷烃桥环烃（Bridgedhydrocarbon）的命名桥头碳：几个环共用的碳原子，环的数目：断裂二根C—C键可成链状烷烃为二环；断裂三根C—C键可成链状烷烃为三环桥头碳原子数：不包括桥头C，由多到少列出环的编号方法：从桥头开始，先长链后短链12345678910桥头碳原子十氢萘二环[4.4.0]癸烷bicyclo[4.4.0]decane桥头间的碳原子数(用.隔开)环的数目组成桥环的碳原子总数8-甲基二环[4.3.0]壬烷用,隔开bicyclo[2.2.1]heptane8-methylbicyclo[4.3.0]nonane三环[2.2.1.02,6]庚烷tricyclo[2.2.1.02,6]heptane1234567891234567二环[2.2.1]庚烷2,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane12345671234567螺环烃（spirohydrocarbon）的命名编号从小环开始取代基数目取最小螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane4-甲基螺[2.4]庚烷4-methylspiro[2.4]heptane除螺C外的碳原子数(用.隔开)组成桥环的碳原子总数123456789101234567环烷烃的其它命名方法:ODecahydro-naphthalene十氢萘萘naphthalene莰烷2-莰酮（樟脑）camphanecamphor立方烷金刚烷cubaneadamantane按形象命名按衍生物命名2.3烷烃的结构SpaceFillingModelBallandStickModelCHHHH109.5o1.09Å键(sp3-s)CHHCHHHH109.3o1.54Å1.10Å键(sp3-s)键(sp3-sp3)C:sp3杂化，成键2.3.1σ键的形成及其特性碳原子采取sp3杂化s轨道成分：1/4；p轨道成分：3/4。sp3杂化轨道sp3杂化的碳原子，几何构型：四面体甲烷的结构CHHHHsp3–1sσ键4个C－Hσ键乙烷的结构1个C－Ｃσ键，6个C－Hσ键燃烧热：+2O2CO2+2H2O+燃烧热CH41mol化合物完全燃烧生成CO2+H2O放出的热量表2.2一些环烷烃的燃烧热分子燃烧热/(kJ·mol-1)-CH2-的平均燃烧热/(kJ·mol-1)环丙烷32091697环