第2章 烷烃和环烷烃.

第二章烷烃和环烷烃第一节烷烃一烷烃的结构二烷烃的命名四烷烃的化学性质五烷烃的卤代反应历程第二节环烷烃一环烷烃的分类二单环烷烃的命名三单环烷烃的结构四环烷烃的化学性质三烷烃的物理性质【学习要求】1.了解C原子和H原子的类型以及烷基。4.掌握烷烃和环烷烃的化学性质及影响因素。5.掌握构象异构和顺反异构产生的原因、特点、命名及书写。2.掌握普通命名法和系统命名法的基本原则，并能熟练命名烷烃和环烷烃。3.了解同系物沸点、熔点变化规律。第一节烷烃(alkanehydrocarbon)◆烃：由C、H两种元素组成的化合物叫碳氢化合物，简称烃。根据碳架的形状及碳原子间连接的方式分类如下：烃脂肪烃脂环烃芳香烃不饱和脂肪烃（烯烃、炔烃、二烯烃）饱和脂环烃（环烷烃）不饱和脂环烃（环烯烃、环炔烃）含苯芳烃（萘、蒽、菲）非苯芳烃饱和脂肪烃（烷烃）◆烷烃定义：分子中只含C、H两种元素；烃分子中碳原子之间以单键连接，碳原子的其余化合价完全为氢原子所饱和。通式：CnH2n+2同系列：具有同一个分子通式，在组成上相差一个或几个—CH2—的一系列化合物。同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。烃分子中所有化学键均为σ键，即CSP3CSP3CSP3H1S（一）烷烃的同分异构现象一.烷烃的结构分子式相同而结构不同的现象。同分异构构型构造异构构象（键的旋转产生）立体异构碳架异构位置异构官能团异构互变异构顺反异构（键的不能旋转产生）旋光异构（手性产生）分子中原子和基团在空间的排布不同原子的连接方式和顺序不同①与一个碳相连：一级碳原子，或伯碳（primary），用10C表示，一级碳上的氢称一级氢，用10H表示。②与两个碳相连：二级碳原子，或仲碳（secondary），用20C表示，二级碳上的氢称二级氢或仲氢，用20H表示。③与三个碳相连：三级碳原子，或叔碳（tertiary），用30C表示，三级碳上的氢称三级氢或叔氢，用30H表示。④与四个碳相连：四级碳原子，或季碳（quaternary），用40C表示（二）C原子和H原子的种类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）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(三).构象(comformation)和构象异构体C—C单键是可以旋转的单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）乙烷的两种构象构象(conformation)：原因：由于σ键绕键轴“自由”转动，非键合原子或基团在空间产生不同的排列由于单键旋转所形成的异构体称构象异构体构象异构体的数量：无数典型构象：根据能量的高低具有代表性的构象A：构象异构体之间不可能完全分开B：构象异构体之间的转换不需断键构象异构体的特点：描述立体结构的几种方式CHHCHHHH12HHHHHH1212HHHHHH1伞形式锯架式Newman投影式注意Newman投影式的写法键电子云排斥，vonderwaals排斥力，内能较高（最不稳定）1.乙烷的构象交叉式构象扭曲式构象重叠式构象staggeredconformerskewedconformereclipsedconformer原子间距离最远内能较低（最稳定）优势构象（有无数个）CHHCHHHH2.3Å小于两个H的vonderwaals半径（1.2Å）之和，有排斥力60oC1旋转60oC1旋转12HHHHHH112HHHHHH112HHHHHH1060120potentialenergy(KJ/mol)degreesofrotation12.11HHHHHH1HHHHHH1HHHHHH……乙烷构象转换与势能关系图旋转60o12HHHHHH112HHHHHH112HHHHHH1旋转60o旋转中须克服能垒——扭转张力•电子云排斥•相邻两H间的vonderwaals排斥力一般情况下(T-250oC):单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。CH3HHHCH3HC2旋转123460oCH3HHHHH3CCH3HHHHH3C60oCH3HHCH3HH60o60oCH3HHCH3HH……2.丁烷的构象对位交叉式（anti）（反交叉式）部分重叠式邻位交叉式（gauche）全重叠式邻位交叉式（gauche）甲基间距离最远(最稳定)较不稳定较稳定甲基间距离最近（最不稳定）CH2H3C12CH2CH334060120degreesofrotation36030024018014.63.822.614.63.8potentialenergy(KJ/mol)CH3HHHCH3HCH3HHHCH3HCH3HHHHH3CCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHCH3HHHHH3CCH3HHHCH3H丁烷构象转换与势能关系图CH3HBrBrHH3C60oCH3HBrBrHH3C60o2360oHBrCH3BrHH3CC2转HBrCH3BrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60oBrH3CHBrHH3C60o……3.其它烷烃的构象规律:大基团总是占据对位交叉最稳定最不稳定例：画出化合物的所有典型构象BrHCH3BrH3CH23立体异构体：由原子或基团在空间的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括构型异构体和构象异构体）立体异构体、构型异构体与构象异构体HCBrClIHCBrClI与HHHHHHHHHHHH与构型异构体•不可转换•理论上可分离构象异构体•可通过单键旋转转换•一般无法分离见分类二.烷烃的命名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普通命名法用于简单化合物的命名IUPAC命名法（系统命名法）（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会，InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）R（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（1）取代基中与主链直接相连的原子按原子序数由大到小排列，原子序数大的为优先基团。H＜D＜C＜N＜O＜F＜P＜S＜Cl＜Br＜I次序规则（2）若取代基中与主链直接相连的第一个原子相同，则把与第一个原子直接相连的其他原子进行比较，若仍相同，则继续比较，直到有差别为止。CH3CH2CHCHCHCH2CH2CH2CH3CH3CH2CH3C(CH3)3CCCHHHCHHCCC较优基团与主链直接相连的第一个原子与主链直接相连的其他原子（3）含有双键和三键的基团，可以看作是用单键连有两个或三个相同的原子或基团。--COH--CHOOCCOOOOOHCCHCCCHCCH2C=CHCC较优基团较优基团比较下列基团的优先顺序H3CCOOHNH2HH3CCHOCH=CH2BrBrCHOCH=CH2CH3NH2COOHCH3H（1）根据分子中碳原子的总数称为#烷，碳原子数为1-10的用甲、乙、丙、丁、…………表示。10个以上的用中文数字表示。如：十二烷。（2）直链烷烃，名字前加“正”。链端第二个碳原子上有一个甲基而无其他支链的，名字前加“异”（CH3）2CH—。链端第二个碳原子上有二个甲基而无其他支链的，名字前加“新”。（CH3）3CCH—●普通命名法例：中文名英文名甲烷乙烷丙烷methaneethane碳原子数目+烷碳原子数为1~10用天干（甲、乙、丙、……壬、癸）表示C1C2C3CH4CH3CH3CH3CH2CH3propane碳原子数为10以上时用中文数字表示。如：十二烷CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3CH3(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-pentaneisopentaneneopentaneC4C5●系统命名法(IUPAC)：（1）选主链，碳链最长，支链最多。（2）定基位，有多个排序时遵循“最低系列原则”(最先遇到位次较低的取代基为最低系列），有多个最低系列时，按“次序规则”使较优基团位次较大。(3)书写时，标明取代基的位次，名称，且按先简后繁。如：例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-ethyloctane5-乙基-辛烷不正确命名练习CH3CH2CHCH2CHCH2CH3CHH3CCH3CH3CCH2CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3ClCH2CH32，2-二甲基-4-乙基庚烷2-甲基-3-乙基庚烷3-甲基-8-乙基-5-氯葵烷CH3CH2CH2CHCHCHCH3CH3CH2CH2CH3CH34-甲基-5-异丙基辛烷CH3CHCH2CHCH2CH3CHH3CCH3CHCH3H3C2，5-二甲基-3，4-二乙基己烷2，6－二甲基-3，6－二乙基－壬烷写出3－甲基－8－乙基－6－氯十一烷的结构式Cl化合物性质的两个方面物理性质物态：气体？液体？固体？沸点（b.p.）熔点（m.p.）密度（比重）溶解度：水中溶解度？有机溶剂中？折光率化学性质：有机化学反应（本课程的重点）三烷烃的物理性质1物态常温、常压(0.1MPa)C5～C16：液态C1～C4：气态＞C17：固态2沸点（b.p）◆随分子质量的增加而增高，但高级烷烃沸点差较小，难以分离。在同分异构体中，分子中支链增多，分子间距增大，分子间作用力减少，沸点降低。分子间作用力↑b.p↑M↑支链少3熔点(m.p)随分子质量的增加而增高，熔点高低与分子间作用力、分子在晶格中的排列有关。分子对称性高，排列比较整齐，分子间作用力大，熔点高。偶数碳原子的烷烃比含奇数碳原子的烷烃熔点升高值大，两者形成两条熔点曲线。对同分异构体，分子的对称性越高，分子排列越紧密有序，熔点越高。M↑，m.p↑烷烃正戊烷2-甲基丁烷2，2-二甲基丙烷熔点：-129.72℃-159.9℃-17℃沸点：36.1℃25℃9℃如：结论：高度对称支链异构体m.p＞直链异构体＞不对称的支链异构体。练习：1.比较下列各组化合物的沸点高低。并说明理由。(1)正丁烷和异丁烷；(2)正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷；(3)庚烷、3-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷。2.比较下列各组化合物的熔点高低。并说明理由。(1)