第二章 饱和脂肪烃 上

1/19/20201有机化学第二章饱和烃(烷烃)烃:是有机物中最简单的一种，它只含有C、H两种元素，这类化合物统称碳氢化合物，简称烃。其它脂肪烃均可看作是烃的衍生物，即烃中氢原被其它原子或原子团取代的产物。烃根据结构和性质的不同可分成以下几类：1/19/2020CH3CH3（乙烷）烷烃饱和烃CH2=CH2（乙烯）烯烃C2H2(乙炔)炔烃不饱和烃开链烃（脂肪烃）环己烷脂环烃C6H6（苯）芳香烃闭链烃（环烃）烃1/19/2020•烷烃(alkane)的定义：分子中的碳原子以单键(singlebond)相连接，剩余价键均与氢原子结合而成的开链化合物。•饱和(saturated)是指分子中的碳原子与其它原子的结合达到了最高极限。CCHHHHCHHCHHHHCCHHHHCHHHH1/19/2020•2.1同系列和同分异构•2.1.1烷烃的同系列和系列差•甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷的分子式分别为:•由上例看出烷烃的通式烷烃的通式为：CnH2n+2•同系列：烷烃中具有同一个通式，结构和化学性质相似，物理性质随着碳数的增加而有规律性变化，组成上相差n个CH2的化合物，称为同系列。•同系物：同系列中的各个化合物互称为同系物。•系列差：同系列中相邻两个化合物在组成上的差别称为系列差。•烷烃的系列差为：CH2•通式的导出过程如下：C2H6C3H8C4H10C5H12CH41/19/2020HHCHHCHHHHCHHCCHHHHHH1/19/2020CHHCHHHCHCHHHHCHHCHHHCHHCHHCHHHCHHHCHCCHHHHHH1/19/2020CHHCHHHCHHCHHCHHCHHHCHHHCHCCHHCHHHHHHCCHCHCHCHHHHHHHHH1/19/2020•伯、仲、叔、季碳原子：•与一个碳原子相连接的碳原子为伯碳原子（一级碳原子,用1°表示）。•与两个碳原子连接的碳原子为仲碳原子（二级碳原子,用2°表示），•与三个碳原子连接的碳原子为叔碳原子（三级碳原子,用3°表示），•与四个碳原子结合的碳原子为季碳原子（四级碳原子,用4°表示）。1/19/2020CH3CH2CHCH3CCH3CH3CH31。1。1。1。1。2。3。4。分别与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，则相应称为。（1°、2°、3°）(注；无季氢原子)伯、仲、叔氢原子：1/19/20202.1.2烷烃同分异构①分子中原子相互连接的方式和次序叫做构造如：丁烷（C4H10）：它们可各自形成一种分子C－C－C－C和CCCCCH3-CH2-CH2-CH3CH3CHCH3CH3同分异构1/19/2020正丁烷和异丁烷的性质差别名称熔点沸点正丁烷-138.3℃-0.5℃异丁烷-159.4℃-11.7℃1/19/2020•同分异构体：分子式相同（或者组成相同）但结构和性质不同的化合物互称为….（异构体）。•同分异构现象：把产生同分异构体的这种现象称为……由于同分异构现象是由构造的不同而引起的，所以又叫做构造异构。•直链与支链的异构叫做碳链异构。所以可以按一定顺序写出所有可能的碳链，最后加上氢原子就可以导出全部的构造式（所有的异构体）：•先写出所有碳原子的最长链，其次写出少一个碳原子的次长链，第三写出少两个碳原子的第三长链，以此类推，即可写出所有异构体。1/19/2020•如戊烷的异构体：CCCCCCCCCCCCCCC1231/19/2020•以C6H14为例，简要说明异构体的简单推算方法。•①先写出最长的直链（无支链）C－C－C－C－C－C•②从最长链上减一个C，用该C做支链在长链上移动位置。CCCCCCCCCCCCCCCCCC③减少2个C作为取代基，注意这两个C可以是两个甲基，也可以是一个乙基。④若C数较大，则依次减少，直到不能再减为止CCCCCCCCCCCCCCCCCC1/19/2020•2.1.3命名（普通、系统、俗名、衍生物）•基本原则：国际纯化学与应用化学联合会（internationalUnionofPureandAppliedChemistry：IUPAC）的命名原则，即系统命名法(IUPAC法）。另外尚有普通命名法。某些天然产物和系统命名法命名过于复杂的化合物习惯采用其俗名（主要根据来源或某种性质）。•如：沼气（甲烷）等•烷烃命名法1/19/2020•1）普通命名法•十个碳以下的烷烃用天干---甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，大于十个碳的采用十一、十二、十三等命名，利用正、异、新等前缀区分异构体，加上“烷”字即可。其中，“正”表示非支链化合物，“异”表示碳链一端第二个碳原子带有一个CH3的化合物，如果分子中含有叔丁基结构且碳原子数为五或者六个的链烃则用“新”表示。•如：•异新•但该方法常常用于碳原子数目较少的烷烃的命名。结构复杂的必须采用系统命名法。CH3CHCH2CH3CH3CH2CH3CH3CH3CCH31/19/2020•2）系统命名法：•⑴直链烃的命名与普通命名法相似，只是去掉“正”字。•⑵直链烷烃命名原则如下：三步法•①选择分子中最长碳链作为主链，并按照直链烃命名法进行命名，以此为母体。•如右图。该化合物母体为戊烷；己烷。123456123561/19/2020•把支链（主链之外的其他烷基）作为取代基。烷烃中取掉一个氢原子生成的一价原子团叫烷基，通式CnH2n+1，常用R—表示。直链烷烃一端碳原子去掉氢原子后生成的基之命名按其母体烷烃进行，某烷即称某基。•如CH3—为甲基，简写为Me—；CH3CH2—，为乙基，Et—；CH3CH2CH2—为丙基，n-Pr—；丁基,n-Bu—。•仲某（烃）基•如右图所示。仲丁基简写为s-Bu—H3CH2CCH2CHCH31/19/2020•异某（烃）基•如下图。异丙基（i-Pr—）、异丁基（i-Bu—）、异戊基CHCH3H3CCH21/19/2020•叔某（烃）基如下图。叔丁基（t-Bu—）、叔戊基CH3CCH3CH2CH31/19/2020•新戊基如下图CCH3H3CCH2CH31/19/2020•（2）将主链上的碳原子编号•要求（原则）：从离取代基最近的一端开始（最先遇到取代基的一端即—最低系列原则），碳链以不同方向编号时，若有多种可能系列，则需顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者为最低系列。另外要考虑“取代基最小”的原则，即照顾最小基。如：CH3CHCH2CH2CH2CH2CH3CHCHCH2CH3CH2CH3CH3CH3CHCH2CHCH2CH2CH3CHCHCH3CH3CH3CH2CH312345678910123456789987654321109876543211/19/2020a、取代基相同时，应合并在一起，取代基的总数用汉字（二、三、四等）表示，取代基的位置编号（编号顺序按由小到大进行）之间（阿拉伯数字之间）加一逗号“，”隔开如：CH3CCH2CH3CH2CH3123452,2-二甲基戊烷CH31/19/2020•CH3CHCH2CH3CHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH32，4，8－三甲基壬烷无论从左或从右编，均在第2位遇到取代基，此时应以第三个取代基为准，并从使该取代基位置最小的一端编起。1/19/2020b、取代基不同时，则按立体化学的“次序规则”进行排序。一般是（大前小后）简单的烷基写在前，复杂的基团写在后面。次序规则：立体化学中，为确定原子或原子团在空间排列的先后顺序制定的规则。主要有两点：⑴按取代基中与母体相连的原子按其原子序数大小进行排序，同位素时，质量较高者优先；⑵如果与母体连接的第一个原子相同，则对第二个原子进行排序，第二个相同则按第三个进行，以此类推，直至排出。CHCHCH2CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH33－乙基－4－甲基庚烷4－甲基－3－乙基庚烷1/19/2020•一般将较优（较大）的取代基排列在后面。常见取代基先后（大小）顺序：甲基＜乙基＜丙基＜丁基＜戊基＜异戊基＜新戊基异丙基＜仲丁基＜叔丁基。（英文文献或书刊中，一般利用取代基名称的英文字母顺序进行排列）。•不论原子数多少，只要原子序数较大，就视为较优，若连在主体上的第一原子的原子序数相同，则比较第二个原子，大者较优，以此类推，直到比出大小。1/19/2020•c、若大小不同的两个烷基连在从两端起相同的位置时，则应使较小的基团有较小的位次。如：CHCH2CH3CHCH3CH2CH3CH2CH33－甲基－4－乙基己烷4－甲基－3－乙基己烷1/19/2020CH2CHCH212345CH3CH2CCH3CH367CH3CH3CH312345672,2,4,6-四甲基庚烷而不是2,4,6,6-四甲基庚烷1/19/2020CHCHCH12345CH3CH2CHCH3CH3CH2H2CCH3672,3,5-三甲基-4-丙基庚烷而不是2,3,-二甲基-4-仲丁基庚烷CH3CH31/19/2020（3）命名将取代基的位置编号（阿拉伯数字表示，所连接主链碳原子的编号）和名称依次写在母体名称的前面（阿拉伯数字与汉字名称之间加一短横“-”，读作“位”）如：HCH3CCH2CH3CH2CH3123452-甲基戊烷读作二位甲基戊烷1/19/2020练习（CH3）2CHCH（CH3）CH2CH3①1,3－二甲基戊烷2,3－二甲基戊烷注意：在烷烃命名中，1位不会出现甲基，2位也不会出现乙基，等等。CHCHCHCHCHCH3CH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3②2,3,5－三甲基－4－异丙基庚烷1/19/2020④命名下面结构式CHCHCH2CHCH3CH3CHCH3CH2CH2CH2CH3CH3CH3③2－甲基－5－乙基－4－异丙基辛烷1/19/2020CH3CCHCHCHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CHCH32,4－二甲基－3,3－二异丙基戊烷1/19/2020系统命名法小结：•1.选主链（最长碳链）•2.对主链编号（原则:–首先是A.最低系列。–其次才是B.较小基团有较小位次•3.书写名称（先小后大）•烷烃命名是其它类化合物命名法之基础，必须熟练掌握。1/19/2020•2.1.4烷烃结构•有机化合物分子具有一定的空间构型。一般采用Kelulé和Stuart模型来表示分子的立体构型。两者各有优势，可互补。•Kelulé模型亦称球棍模型：不同色泽球代表原子，小棍表示化学键。能说明原子在空间的相对位置。但过于理想化，因为微观原子不可能完全等同于宏观的球，化学键（相应参数）也不可能等同于一根宏观的棍。•Stuart模型是按原子半径和键长的比例制成。其表示的分子构型比Kelulé模型要真实。但是其价键的分布不及Kelulé模型.1/19/2020Kelulé模型Stuart模型1/19/2020烷烃分子的表示方法按IUPAC的建议进行①键线表示法：②楔形式：正常粗细的线表示在纸张的平面上，粗线表示向前伸出纸平面（纸的前面），虚线表示向后伸出纸平面（纸的后面）。比如甲烷结构式，图1。有时也用楔形表示原子或者原子团的空间位置如图2。图1图21/19/2020烷烃的空间构型烷烃的空间构型必须用碳原子的杂化轨道来解释。如甲烷的SP3杂化轨道和甲烷成键情况：1/19/2020•SP3-S和SP3-SP3形成的碳氢σ键和碳-碳σ键1/19/2020见本章下一部分