有机化学2

交叉式
理论上讲，乙烷分子中碳碳单键的自由旋转可以产生无 数种 构象（用模型操作示意）， 但极限构象只有两种，即 交叉式和重叠式。
构象的稳定性
[分析乙烷两个极端构象]
H 229 H C C H H H H
排斥力最大 内能高
H H C H
250
C
H H H
排斥力最小 内能低
非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。 构象的稳定性与内能有关。内能低,稳定；内能高,不稳定。 内能最低的构象称优势构象。
叠而形成的键叫做σ 键。
σ 键的特点:(1)电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。 (2)可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。 (3)结合的较牢固。 因 C-H键, 键能 415.3KJ/mol C-C键, 键能 345.6KJ/mol
烷烃分子中： 碳原子都是SP3杂化，
C-C 键为SP3- SP3 σ 键 C-H 键为SP3- S σ键
_
_
例4：选择侧分支少的链为主碳链。
CH2CH2CH3
1 2~4 5' 2'~4' 5 6 7~11 12
只有一个支化链
CH3
(CH 2)3 CHCH CH3(CH 2)3
1'
(CH 2)5 CH3 CHCH 3 CH3
有两个支化链
CH
_ _ _ 5 丙基 6 1' 异丙基戊基 十二烷 _
2. 主链的编号
系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联 合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字 的特点而制定的（1960年制定，1980年进行了修定） 系统命名法规则如下： 1. 选择主连（定母体） （1） 选择最长的碳链作为主链， 根据主链碳原子数，定母体，称为“某烷”
主碳链的选择——当有两个以上的等长碳链可供选择 时，其选择顺序为：
烷基的大小次序：甲基<乙基<丙基<丁基<戊基<己基<异戊基< 异丁基<异丙基。
C
相同基团合并写出，位置用2，3„„阿拉伯数字标出, 取
代基数目用二,三„„中文数字标出。 D 阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开； E 阿拉伯数字之间必须用逗号分开。
可将烷烃的命名归纳为十六个字： 最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。
CH3
6 7 8 9
CH3
10 11
CH2CH3
12 13
CH3CH2CHCH 2CHCH 2 CH3CH2CHCH 2CHCH 2 CH3 CH3
CH2CHCH 2CHCH 2CH3 CH2CHCH 2CHCH 2CH3 CH3 CH3
C
_ _ _ 3 , 5 , 9 三甲基 11 乙基 7 , 7 _ 二 2 , 4 二甲基己基 十三烷
同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。 最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、 丙烷 、丁烷、戊烷„„等，它们组成了烷 烃的同系列
分子式 甲烷
乙烷
构造式
构造简式
CH4 CH3CH3
CH4
C 2H 6
H H C H H
H H H H
H H H
H C C H
丙烷
C 3H 8
H C C C H H H H
CH3CH2CH3
b.p 32.8 C
.
C12H26 (216.2) C13H28 (235.5) M 1 / 12
b.p 19.3 C
.
≈ 1倍
2.支链烷烃(同分异构体) (1)支链↑，b.p↓。
液体石蜡（Ｃ９－Ｃ一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 一、 碳原子的SP3杂化 二、 碳原子的四面体概念（以甲烷为例） 甲烷分子为正四面体构型 。甲烷分子中，碳原子位于正四面 体构的中心，四个氢原子在四面体的四个顶点上，四个C-H键长都 为0.109nm，所有建角 ∠H-C-H都是109.5º，σ 键可以饶轴旋转 。
烃：分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃。
烷烃：分子中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价 键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。
烃分子中所有化学键均为σ 键，即 CSP 3 CSP3 CSP 3 H1S
通式：CnH2 n +
2
烷烃的同系列及同分异构现象
一、 烷烃的同系列
同系列：具有同一个通式，结构和化学性质相似 在组成上相差一个或几个—CH2的一系列化合物。 同系差：同系列组成上的差异—CH2—。
四．其它烷烃的构型
1） 碳原子都是以SP3杂化轨道与其他原子形成σ 键，碳 原子都为四面体结构。 2） C-C键长均为0.154nm, C-H键长为0.109nm,,键角都接 近于109.5°。 3） 碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整 齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因σ 键能自由旋转所致）。
近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则” １）取代基编号最小
1
2
3
４
4
5 ３
6
编号正确 编号错误
C
6
C
５
C
C
C
2
C
1
C
C
２）小的取代基编号最小
1
2
3
4
5
6
7
编 正 号 确
8
C C C C C C3 C C 5 4 8 号 误 7 6 C 2 1 编 错 C
Ｃ Ｃ
3．烷烃名称的写出
A B 将支链（取代基）写在母体名称的前面 取代基按“次序规则”小的基团优先列出
五、烷烃分子立体构型的表示方法：
球棒模型
楔形式
实线-键在纸平面上; 楔线-键在纸平面前; 虚线-键在纸平面后。
H H H C
H C
H H
斯陶特模型
烷烃的构象
构象——构造一定的分子，通过单键的旋转而引起的分之中 各原子在空间的不同排布称为构象。 一、 乙烷的构象 C-C单键旋转而产生的；
有两种极端构象：重叠式，
CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3 CH CH2-CH3 CH3 CH3 C CH3 CH 3
正戊烷
异戊烷
新戊烷
普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简 单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。
二、 烷基
为了学习系统命名法，应先认识烷基。 烷基——烷烃分之中去掉一个氢原子而剩下的原子团 称为烷基。
烷基
CH３－ CH3CH2－ CH3CH2CH2－ CH3CH－ | CH3 CH3CH2CH2CH2－ 正丁基 异丙基
名称
甲基 乙基 丙基
通常符号 Me Et n-Pr i-Pr n-Bu
烷基
CH3CHCH2－ ｜ CH3 CH3CH2CH－ | CH3 CH3 | CH3—C— | CH3
名称
开链烷烃的构造异构只有碳架异构
CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3 CH CH2-CH3 CH3 CH3 C CH3 CH 3
正戊烷
异戊烷
新戊烷
三、 伯、仲、叔、季碳原子
在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子 （或一级碳原子，用1°表示） 在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子 （或二级碳原子，用2°表示） 在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子 （或三级碳原子，用3°表示） 在烃分之中仅与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子 （或四级碳原子，用4°表示）
其它构象的内能介于这两者之间。
交叉式构象为乙烷的优势构象 原因：原子间的斥力小，能量最低。 重叠式比交叉式的能垒（扭转能）高12.5KJ/mol。 单键旋转的能垒一般为12-42KL/mol，在室温时，
乙烷分之中的C-C键能迅速的旋转，构象异构体处于迅速
转化的动态平衡中。因此不能分离出乙烷的某一构象。 在低温时，交叉式增加。(如乙烷在-170℃时，基本上是 交叉式)
CH2
CH CH3
CH3
5 6 7
CH3
_ _ 正确： 2 , 5 二甲基 4 异丁基庚烷 支链编号： 2 , 5 , 4 _ _ _ 错误： 2 , 6 二甲基 4 仲丁基庚烷 支链编号： 2 , 6 , 4
_
例3：两个等长碳链上的支链数目、位次均 相同，选择支链碳原子多的为主碳链。
CH3
1 2 3 4 5
球棒模型
斯陶特模型
甲烷的正四面体构型
三、 烷烃分子的形成 烷烃分子形成时，碳原子的SP3轨道沿着对称轴的方向分别 与碳的SP3轨道或氢的1S轨道相互重叠成σ 键。
C sp
3
C sp
3
σ (sp3-sp3)
C sp
3
H 1s H
σ
H
(s-sp )
3
H H
H
H H
H
甲烷的形成示意图
σ 键：成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重
烷烃
学习要求 烷烃的同系列及同分异构现象 烷烃的命名 烷烃的结构 烷烃的物理性质 烷烃的化学性质 烷烃卤代反应历程 烷烃的制备 烷烃的来源及其主要用途 习题
【学习要求】 1. 能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的命名原则。 2. 能用原子轨道杂化理论解释烷烃中碳原子的构型。 3. 掌握σ键的形成、结构特点及特性 。 4. 掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。 5. 掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，比重等） 存在的规律性的变化。 6. 掌握烷烃的氧化，裂化，取代反应。 7. 掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、历程及自 由基的稳定性。
室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，
不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。
烷烃的物理性质
一、状态 常温、常压(0.1MPa) 二、沸点（b.p） 1.直链烷烃 (1) M↑，b.p↑；庚烷：～100℃(98.4)℃。 C1～C4：气态 C5～C16：液态 ＞C17：固态 直链 烷烃