烷烃和环烷烃(精品讲义).pdf

烃（Hydrocarbons)仅有仅有C、H元素的有机化合物元素的有机化合物烃的分类烃的分类烃的分类烃的分类烃脂肪烃芳香烃饱和烃烃脂肪烃芳香烃饱和烃烷烃不饱和烃脂环烃烯烃炔烃苯型芳香烃非苯型芳香烃烷烃不饱和烃脂环烃烯烃炔烃苯型芳香烃非苯型芳香烃烷烃（烷烃（alkane）：）：只有只有C、H元素 组成，碳原子均以单键元素 组成，碳原子均以单键相连而成化合 物相连而成化合 物一、同系列和同系物第一节 同系列和同分异构现象一、同系列和同系物第一节 同系列和同分异构现象 烷烃的分子通式为烷烃的分子通式为Cn H2n+2 相邻两同系物之间的组成差别相邻两同系物之间的组成差别(CH2 ) 称称同系差二、同分异构现象二、同分异构现象同分异构现象同分异构现象(isomerism)是指分子 式相同，因分子中各原子间的连接顺序和方 式不同或空间位置不同而产生异构的现象是指分子 式相同，因分子中各原子间的连接顺序和方 式不同或空间位置不同而产生异构的现象立体异构立体异构：构造相同构造相同，原子在空间排布方式不同构造异构空间排布方式不同构造异构：分子中原子间的连接次序连接次序、结合方式结合方式异构现象碳架异构位置异构官能团异构（包括互变异构）构型异构顺反异构旋光异构构象异构 由于碳链的连接次序不同而产生的 异构现象称为由于碳链的连接次序不同而产生的 异构现象称为碳链异构。

碳链异构CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH3CH2CH3CH3CCH3CH3CH3正戊烷异戊烷新戊烷（一）烷烃的碳链异构（一）烷烃的碳链异构伯碳(1)：只与1个C直接相连, 一级碳原子仲碳(2)：只与2个C直接相连, 二级碳原子叔碳(3)：只与3个C直接相连, 三级碳原子季碳(4)：只与4个C直接相连, 四级碳原子伯氢(1H)：伯碳上的H仲氢(2H)：仲碳上的H叔氢(3H)：叔碳上的H不同类型的氢反应活性不一样不同类型的氢反应活性不一样C H3CH2CHCC H3C H3C H3CH301203040三、 饱和碳原子和氢的分类三、 饱和碳原子和氢的分类第二节、烷烃的命名第二节、烷烃的命名（一）普通命名法（二）系统命名法（一）普通命名法（二）系统命名法（IUPAC法）法）（一）普通命名法（一）普通命名法 110以内的碳原子数用天干字表示：以内的碳原子数用天干字表示：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸从十一个碳原子开始用中文数 字表示从十一个碳原子开始用中文数 字表示 直链的烷烃称直链的烷烃称“正某烷正某烷”，“正正”（n-）一般 略去。

如：）一般 略去如：CH3 CH2 CH3 丙烷丙烷CH3 (CH2 )10 CH3 十二烷十二烷带有支链时，带有支链时，可用“异异”（iso-）、 ）、 “新新” （neo-） 等字表示：含有 基，而别无其它支链的烷烃，则按碳原子总数称“异某烷异某烷”CH3CHCH3methane（甲烷） heptane （庚烷）ethane （乙烷） octane （辛烷）propane（丙烷） nonane （壬烷）butane （丁烷） decane （癸烷）pentane （戊烷） undecane（十一烷）hexane （己烷） dodecane （十二烷）烷烃的英文名称（了解）：烷烃的英文名称（了解）：表示碳原子数的词头表示碳原子数的词头+ane词尾组成词尾组成异丁烷（isobutane）CH3CHCH3CH3CH3CHCH3CH2CH3异戊烷(isopentane)含有 端基，而别无其它支链的烷烃，则称“新某烷新某烷”CH3CCH3CH3CH3CCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH3新戊烷(neopentane) 新己烷(neohexane) （二） 系统命名法（二） 系统命名法系统命名法是根据国际纯粹和应用 化学联合会（系统命名法是根据国际纯粹和应用 化学联合会（IUPAC）命名原则，并 结合我国的文字特点而制定的有机 化学命名原则）命名原则，并 结合我国的文字特点而制定的有机 化学命名原则1. 常见烃基的命名常见烃基的命名烃基：烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原 子团称为烃基。

烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原 子团称为烃基脂肪烃基：脂肪烃基：用用“R-”表示芳香烃基：芳香烃基：用用“Ar-”表示表示甲基甲基 (Me) 乙基乙基 (Et) 丙基丙基(n-pr)异丙基异丙基(iso-pr)CH3CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3丁基丁基 (n-Bu) 叔丁基叔丁基(tert-Bu) CH3CH2CH2CH2CH3CCH3CH3烷烃同一碳原子上去掉二个氢原子或三个 氢原子后，分别称为烷烃同一碳原子上去掉二个氢原子或三个 氢原子后，分别称为亚基、次基亚基、次基，如：，如：CH2CH亚甲基 次甲基亚甲基 次甲基系统命名法分三步系统命名法分三步：一选主链、二编号、三写全称一选主链、二编号、三写全称1.选主链选主链(母体母体)：选取代基最多的最长碳链选取代基最多的最长碳链2.编号编号： ： 从靠近取代基一端开始从靠近取代基一端开始3.写全称写全称：按按先小后大先小后大,把把取代基的位次、数 目及名称取代基的位次、数 目及名称列在列在母体前在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出关键是如何确定主链和处理取代基的位置关键是如何确定主链和处理取代基的位置烷烃系统命名法的要点：烷烃系统命名法的要点： 直链烷烃：直链烷烃：与普通命名法相似。

支链烷烃：支链烷烃：“长长”、“多多”、“小小”即选择最长最长的碳链作为主链，使 主链上有尽可能多尽可能多的取代基，使 取代基的位次较小位次较小编号：从靠近取代基的一端开始编号编号：从靠近取代基的一端开始编号CH3CH2CHCH2CHCH3CH3CH32，4-二甲基己烷2,4-dimethylhexane（相同的取代基合并）（相同的取代基合并）在等距离处遇到相同取代基，则比较 第二个取代基的位置例如：在等距离处遇到相同取代基，则比较 第二个取代基的位置例如：CH3CHCH2CHCHCH3CH3CH3CH32，3，5-三甲基己烷 （三甲基己烷 （2,3,5-trimethylhexane）写全称写全称：取代基按取代基按“从小到大从小到大”次序规则列出主要烷基的（大小）优先次序是（次序规则列出主要烷基的（大小）优先次序是（P44）：）：CH3CH2CHCH2CHCH3CH3CH2CH32-甲基甲基-4-乙基己烷乙基己烷（4-ethyl-2-methylhexane）叔丁基叔丁基异丙基异丙基丁基丁基丙基丙基乙基乙基甲基甲基三）含复杂支链的烷烃（三）含复杂支链的烷烃3-甲基甲基-6-（1,1-二甲基丙基）癸烷或二甲基丙基）癸烷或3-甲基甲基-6-1,1-二甲基丙基癸烷二甲基丙基癸烷CH3CH3CH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH3C CH2CH3123456789102 1 3 练习：命名或写结构：练习：命名或写结构：CH3-CH-CH3CH3CH2CH3CH-CH2-CH-CH32,5-二甲基二甲基-3-乙基己烷（乙基己烷（3-ethyl-2,5-dimethylhexane）(四四)、环烷烃的系统命名、环烷烃的系统命名环烷烃的分类环烷烃的分类1).根据分子的不饱和程度分环烷烃环烯烃环炔烃环烷烃环烯烃环炔烃2).根据环数多少分单环烷烃多环烷烃C3-C4 小环C5-C6 普通环C7-C12 中环C13以上 大环桥环螺环桥环螺环根 据 环 数 多 少 分 环丙烷 乙基环戊烷 1-甲基-4-异丙基环己烷 cyclopropane ethylcyclopentane 1-isopropyl-4-methylcyclohexane1、单环烷烃的系统命名、单环烷烃的系统命名CH3CH2CHCH2CH3(CH3)2CHCHCH(CH3)2 3-环丙基戊烷 2,4-二甲基-3-环戊基戊烷 3-cyclopropylpentane 3-cyclopentyl-2,4-dimethylpentane脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子称为 螺环烃，共用的碳原子称为“螺原子”。

螺3.4辛烷命名时按成环碳原子总数称:“螺x.y某烷 / 烯” (x yz)方括号内的3个数字 表示3道桥上的碳原子数二环二环3.2.0庚烷庚烷编号编号：从一个桥头碳原子 开始沿最长的桥到另一桥头 碳，再沿次长的桥回到第一个 桥头碳，最后编号最短的桥12345671234567812345678 双环4.4.0辛烷 1-甲基-2-乙基-6-氯二环3.2.1辛烷 bicyclo4.4.0decane 6-chloro-2-ethyl-1-methyl bicyclo3.2.1octaneCl910烷烃（烷烃（alkane）：）：只有只有C、H元素 组成，碳原子均以单键相连而成化合 物碳元素 组成，碳原子均以单键相连而成化合 物碳sp3杂化，杂化，C成四个键正四面 体构型，键角成四个键正四面 体构型，键角10928第三节、烷烃结构第三节、烷烃结构1C C 键： 键（键： 键（ sp3 - sp3）3C H 键： 键（键： 键（1s - sp3）C： ： sp3杂化杂化一一. 乙烷的结构乙烷的结构 键性质的特点：成键原子可沿键轴 键性质的特点：成键原子可沿键轴 “自由自由”转动；键的稳定性高。

键的极化 度小转动；键的稳定性高键的极化 度小二二.小环烷烃的结构（与稳定性）张力学说：小环烷烃的结构（与稳定性）张力学说：1885年，年，Baeyer AV 假定，环烷烃具有平面正多边形的结构 ：假定，环烷烃具有平面正多边形的结构 ：60 90 108 120 128.6 135 环上CC之间的键角偏离正常键角10928，环丙烷每个键必须向内偏转24.75,就会产生角张力角张力环丁烷、环己烷分别向内偏转9.75, 0.75环己烷每个键向外偏转5.25偏差角越大张力越大，分子越不稳定三、四元环为张力环张力环，所以不稳定， 易开环；五、六元环键角接近10928，所 以不易开环，化学性质稳定七、八元环也为张力环实际上张力环实际上七、八元环化学性质较稳定张力学说张力学说得出结论：张力学说张力学说是错误的是错误的现代理论解释：现代理论解释：环烷烃分子中的碳原子采取sp3杂化；除了环丙烷以外， 其它环烷烃的碳原子都不在同一平面上环戊烷及其以上的环烷烃，分子中碳碳之间的键角保持 或接近环戊烷及其以上的环烷烃，分子中碳碳之间的键角保持 或接近10928都是稳定的都是稳定的造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。

Banana bond成键的电子云并不沿轴向重叠，而是形成一种弯曲键开链或较大脂环化合物中轨道可达到最大重叠环丙烷分子中轨道部分重叠开链或较大脂环化合物中轨道可达到最大重叠环丙烷分子中轨道部分重叠稳定性顺序稳定性顺序(由小到大由小到大)：三元环：三元环 四元环四元环 五元环六元环的脂环烃五元环六元环的脂环烃HHHHHHHHHHHH60105.5( a )(b )CCC邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3HHHHH3CHHHHH3CCH3随着碳链的 增 长 ， 高 级 烷 烃 是 呈 锯 齿状随着碳链的 增 长 ， 高 级 烷 烃 是 呈 锯 齿状自学三、环丙、丁、戊烷烃的构象三、环丙、丁、戊烷烃的构象1 1、椅式、船式构象、椅式、船式构象、椅式、船式构象、椅式、船式构象四、环己烷的构象四、环己烷的构象椅式 船式123456123456112233445566透视式纽曼投影式P54-55 扭船式得内容不要求！扭船式得内容不要求！椅式构象：所有相邻的氢都处于交叉式构象， 椅式构象：所有相邻的氢都处于交叉式构象， 再加上环的对角上的氢原子距离最大，有较高的 稳定性。

再加上环的对角上的氢原子距。