有机化学-陆阳主编8版-第四章-烷烃和环烷烃-Chapter-4-Alkanes

Alkanes&Cycloalkanes第四章烷烃和环烷烃Content4.1Structure结构4.2Constitutionalisomers&NomenclatureofAlkanes构造异构和命名4.3Conformation构象异构4.4Physicalproperties物理性质4.5Chemicalproperties化学性质Alkanes:烷烃ContentCycloalkanes:环烷烃Learnonyourown本章重点1.烷烃的结构碳原子sp3杂化，四面体构型2.烷烃的命名系统命名法：选母体－编号－命名3.烷烃的异构构象异构：Newman投影式4.烷烃的性质自由基取代:链引发－链增长－链终止氢的活性:R3CHR2CH2RCH3;卤素活性：Cl2Br2I2几个名词和术语（Terminology）碳氢化合物：只含碳和氢两种元素的化合物。烷烃：碳氢化合物，通常指饱和的碳氢化合物。简称“烃”饱和烃：分子中碳原子以单键相互连接成链，其余的价完全与氢原子连接，分子中氢的含量已达到最高限度。同系列：组成上相差CH2或其整数倍的一系列化合物。同系物：同系列中各个化合物互称同系物。同系物具有相似的化学性质，其物理性质一般随分子量的改变而规律性变化。系差：CH2为同系列的系差构造式：代表分子中原子的种类、数目和排列次序的式子。结构式：除了代表分子中原子的种类、数目和排列次序的之外，还包括了空间及原子、电子、构型、构象等信息的式子。同分异构：分子式相同而结构不同的现象。同分异构体：两个或两个以上分子式相同而结构不同的物质互称同分异构体。烃的分类：饱和烃——烷烃链烃烯烃不饱和烃脂肪烃炔烃环烷烃脂环烃环烯烃烃环炔烃苯型芳香烃芳香烃非苯型芳香烃碳氢化合物烃（hydrocarbons）Classification：Sourcesandusages：来源：天然气、石油（汽油C5-11，煤油C11-15，柴油C15-18，润滑油C16-20）煤、液化气煤或CO高温高压催化剂下加氢用途：甲烷：燃料生产氨和甲醇的原料乙烷：生产乙烯及氯乙烯的原料丙烷：燃料（液化石油气）生产乙烯溶剂，制冷剂丁烷：燃料（液化石油气）（轻汽油）4.1StructuresofAlkanes烷烃的结构（一）烷烃的结构结构特征：分子中碳原子间相互以单键相连，碳的其余价键完全被氢原子饱和，因此又称为饱和烃。CCHHHHHCHHCHHH甲烷分子中的C是sp3杂化。甲烷分子中的每个C－H都是碳的一个sp3杂化轨道与氢的1s轨道重叠形成的，形成的这种键称为σ键，σ键的特点：是轴对称，可以自由旋转，较稳定。sp3杂化：激发态头碰头重叠形成C—Hσ键109.5o乙烷(CH3CH3)σ键:旋转不影响轨道重叠程度,即σ键可沿键轴“自由”转动;重叠程度大,稳定性高;键的极化度小.HHHHHH分子中所有键角约为109.5oC(四面体构型)110pm154pmbondHHHHHH分子中所有键角约为109.5oC(四面体构型)110pm154pmbond除甲烷外其它烷烃分子中键角接近109°28′，所以即使直链烷烃也不是直线型，而呈锯齿型。（二）烷烃的同系列（Homologousseriesofalkanes）同系列：具有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。烷烃是碳氢化合物,我们以H-H为起点，依次插入CH2可以导出所有的烷烃：HHCH2HCH2HCH2HCH2CH2HCH2HCH2CH2CH2H甲烷乙烷丙烷同系物：同系列中的化合物为同系物。相邻同系物在组成上的差叫同系差。烷烃的通式为CnH2n+2。同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往有较大的差异；物理性质一般随碳原子数的增加而呈现规律性变化。同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。（三）伯、仲、叔、季（1o,2o,3o,4o）Primary,secondary,tertiary,Quaternary(伯、仲、叔、季)与一个碳原子相连的碳原子—1o碳（伯碳、一级碳）与两个碳原子相连的碳原子—2o碳（仲碳、二级碳）与三个碳原子相连的碳原子—3o碳（叔碳、三级碳）与四个碳原子相连的碳原子—4o碳（季碳、四级碳）HHHPrimarycarbonSecondarycarbonTertiarycarbonQuaternarycarbonCHHCHCC伯碳仲碳季碳叔碳与伯碳原子相连的氢原子—1o氢（伯氢、一级氢）与仲碳原子相连的氢原子—2o氢（仲氢、二级氢）与叔碳原子相连的氢原子—3o氢（叔氢、三级氢）HHHPrimaryhydrogenSecondaryhydrogenTertiaryhydrogenCHHCHCCCH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3伯仲叔季4.2Constitutionalisomers&NomenclatureofAlkanes烷烃的构造异构和命名碳链异构属于构造异构的一种。具有相同分子式，仅由于碳链结构不同而产生的同分异构现象——碳链异构具有相同分子式，仅由于组成分子的原子间连接顺序和方式不同而引起的同分异构现象——构造异构碳链异构构造异构位置异构官能团异构同分异构互变异构顺反异构立体异构对映异构构象异构（一）烷烃的碳链异构(StructuralisomersofAlkanes）由于碳链结构的不同而产生的异构现象称为碳链异构现象，简称碳链异构。异构体互称为碳链异构体。如：C4H10mp-138℃－160℃bp-0.5℃-12℃HCCCCHHHHHHHHHHHCCCHHHCHHHHH异丁烷正丁烷C5H12（3种）C6H14（5种）36℃,m.p.-130℃)(b.p.23℃,m.p.-160℃)(b.p.10℃,m.p.-17℃)(b.p.正戊烷异戊烷新戊烷CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH3CH3随着分子中碳原子数目的增加，异构体的数目迅速增加。如：（二）NomenclatureofAlkanes烷烃的命名烷烃常用的命名法有两种，即普通命名法和系统命名法。1.CommonNomenclature普通命名法：普通命名法又称习惯命名法，此法仅适用于直链和含碳原子数较少的烷烃。按分子中碳原子总数叫“某烷”。用“正”“异”“新”等字区别同分异构体。(i)用天干名称甲、乙、丙……癸表示一到十的碳，十以上则用中文小写数字，依总碳原子数称为正某烷CH3(CH2)5CH3正庚烷CH3(CH2)9CH3正十一烷异戊烷CH3CHCH2CH3CH3(ii)只有端链的依总碳原子数称为异某烷。CH3CHCH3CH3CCH2CH3CH3CH3新己烷(iii)只有端链的依总碳原子数称为新某烷。CH3CCH3CH32.AlkylGroups烷基（烃基）：通式：烷基的命名根据它相应的烷烃而命名。如：CnH2n+1烷基：烷烃去掉一个氢原子后剩下的原子团。RHR烷烃烷基CH4CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3甲烷乙烷丙烷甲基乙基丙基异丙基1°H2°H正丁基仲丁基叔丁基异丁基异戊基H3CCHCH3CH2H3CCHCH3CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH33.系统命名法(SystematicNomenclature):IUPAC法系统命名法又称日内瓦命名法或国际命名法。关键是如何确定主链和处理取代基的位置IUPACnomenclature1979AD.1980AD.OnenameConstitutionTranslationOnecompound原则:“一名对一物”（可能“一物对多名”）IUPAC概况:化学通报8:57（1984）大学化学13(2):61(1998)直链烷烃：去掉“正”字称为某烷支链烷烃：看作是直链烷烃的取代衍生物，把支链看作取代基。整个名称包括母体和取代基两部分。分为三步：一选二编三配基1）选主链：a.选取一条连续最长的碳链作为主链b.当有等长的碳链作主链时，选取代基最多的那条。CH3CH2CHCHCH2CH3CHCH3H3CCHCH3CH32）给主链编号：a.用阿拉伯数字从离取代基最近的一端开始b.当两端同时遇到取代基从小基团一端开始c.当两端同时遇到取代基并有其它取代基时应使取代基的位次和最小。CH3CHCH2CHCHCH3CHH3CCH3CH3CH31234566543213）命名：a.依主链碳原子数称为某烷b.取代基按“优先基团后列出”放在“某烷”前面，相同基团用中文数字合并。注意：阿拉伯数字与汉字或中文数字之间用半子线‘-’隔开，阿拉伯数字之间用‘,’隔开。顺序规则：为了决定有关原子或基团排列顺序而人为定下的规则，序列小的写在前面。CCCCCCCCCCC如何编号？从小的基团一端开始编号基团谁大谁小？（1）单原子取代基：按原子序数大小排列，原子序数大的顺序大，原子序数小的顺序小。egIBrClSPFONCDH基团大小的判定AlSiPSClBCNOFInSnSbTeIGaGeAsSeBr(2)多原子取代基：先比较第一个原子COHOSCH3OOegegCH3NH2小大CH2CH3CH3C(C,H,H)C(H,H,H)小大CH2ClCHClFCC(Cl,H,H)(Cl,F,H)小大如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其他原子，比较时，按原子序数排列，先比较最大的一个，仍相同，再顺序比较居中的、最小的。CH2CH3CH3-C(C,H,H)-C(H,H,H)-C(Cl,H,H)-C(F,F,H)CH2ClCHF2-C(C,H,H)-C(C,H,H)CH2CH3CH2CH2CH3-C(H,H,H)-C(C,H,H)C1C2C1C2(3)含有双键或叁键的基团，可认为连有两个或叁个相同的原子。CCHCCH(C)(C)(C)(C)egCCHHC(C)(C)如果两个不同取代基所取代的位置按两种编号法位号相同，则从顺序较小基团的一端开始编号。书写时顺序较小的基团列于前egCH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CHCH2CH2CH3CH2CH2CH3CH(CH3)212345678910114—丙基—8—异丙基十一烷此处与英文命名不同！4-丙基-8-异丙基十一烷CH3CH2CHCHCH2CH3CHCH3H3CCHCH3CH3例2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,5-2甲基3,4-2乙基己烷2,5-甲基-3,4二乙基己烷2,5—二甲基—4—异丙基己烷CH3CHCH2CHCHCH3CHH3CCH3CH3CH36543212,5—二甲基—3—异丙基己烷3-甲基-3-乙基-5-丙基-4-异丙基辛烷CH3CH3-CHCH3CH3-CH2-CH2—CH—CH—C—CH2-CH3CH2CH2CH2CH3CH3主要烷基的优先顺序：异丙基丙基乙基甲基876543213-甲基-3-乙基-4-异丙基-5-丙基辛烷H3CCH2CH2CHCHCHCH3CH3CH3CHH2CCH2CH3H3C命名：2，3-二甲基-5-乙基-4-（正）丙基庚烷1234567因单键的旋转或扭转，使分子中的原子或原子团在空间产生不同的排列形式的现象称为构象异构现象，简称构象异构。分子的每个不同的排列形式称为一个构象异构体。构象异构体的分子构造相同，但其空间排列不同，因此，构象异构属于立体异构现象范畴。4.3Conformationofalkane烷烃的构象（一）乙烷的构象(ConformationofEthane)乙烷有无数个构象式，但比较典型的有两个，一个为交叉式，另一个为重叠式。表示构象式时常用锯架式（透视式）和Newman投影式。乙烷的两种构象Whatis“confirmation”构象Rotationaroundthecarbon-carbonsinglebondleadtochangesoftheatomrelativelocations.Aspecializedrelativelocationiscalleda“conformation”由于单键的旋转形成分子或离子中