第二章饱和烃(烷烃和环烷烃---有机化学

碳原子的个数
直链烷烃： 与普通命名法相似,省略“正”字。如:
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支链烷烃的命名，按以下步骤进行： (a) 选择主链，确定母体 • 选取最长的碳链作为主链。
对于相等长的碳链，选取含支链最多的碳链。
• 根据主链的碳原子数，称“某”烷。
CH3 CH CH CH CH2 CH2 CH3
CH3 CH3CH CH3
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对实验事实的解释：
激发
杂化的结果：
σ键的形成及其特性
杂化 (线性组合)
4个3sp 杂化轨
①sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。
②4个sp3杂化轨道间取最大的空间距离为正四面体构型，键角为 109.5°(动画，sp3杂化碳)。
构型——原子在空间的排列方式。
202③1/8/四14 个轨道完全相同。
芳香烃(
`
... ... )
`
3
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构
2.1.1 烷烃和环烷烃的通式
甲烷
乙烷
丙烷
分 子 式 CH4
C2H6
H
HH
结构式 H C H H C C H
H
HH
C3H8 H HH HC CC H H HH
碳数 氢数
1 2 1+2
2 2 2+2
3 2 3+2
季碳，4oC
仲 碳 ， 2oC
CH3
CH3
伯碳，1oC
CH3 C CH2 CH CH3
伯碳，1oC
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CH3
叔碳，3oC
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
• 连在伯碳上氢原子叫伯氢原子(一级氢，1°H) • 连在仲碳上氢原子叫仲氢原子(二级氢，2°H) • 连在叔碳上氢原子叫叔氢原子(三级氢，3°H)
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
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第二章 目录
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构 2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.3 烷烃和环烷烃的结构 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.5 烷烃和环烷烃的物理性质 2.6 烷烃和环烷烃的化学性质 2.7 烷烃和环烷烃的主要来源和制法
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sp3杂化的碳原子
几何构型：四面体
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
∵ CH4中的4个杂化轨道为四面体构型(sp3杂化) ∴H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因为顶点方向电子云 密度最大),形成4个σsp3-s键。
σ键——电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称,可自由旋转。
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CH3CH2
CH3CH2CH3
CH3 C 3HC 4H2 C 5H2 C 6HC 7H C 8H2C 9H3
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( II )
320,6,7
(c) 确定化合物的名称
• 将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在取代基名称
的前面，加上它的位次号，并用半字线“–”将两者连接。 • 当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，将 “优先”的基团列在后面，各取代基 之间用半字线“–”连接
C CCCC C
C CC CCCC C
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烷烃和环烷烃的构造异构
C5H10(环烷烃)有5个异构体：
C H 3
C H 3 C H 3 C H 3
C H 2 C H 3
C H 3
C6H12(环烷烃)有12个异构体 !
同分异构现象是造成有机化合物数量庞大的重要原因之一。
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
C
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
C7H16有9个同分异构体：
C CC CCCC C C CCC C C
CC CCCC C
CC CCCC C
C CCCC C
C
CC CCCC C
C10H22可写出75个异构体； C20H42可写出366319个异构体。
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C CCCC CC
CH 3
3CH C 2H 2C 1 H 3 CH 3
3,7–二甲基–4–乙基壬烷
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系统命名法总结:
简化成四个 “最”: 最长,最多,最小,最简单
☆ 最长:而不是最直 ☆ 最多:若有2个或2个等长的最长链,选择取代基
最多的一条做主链 ☆ 最小: (最低系列原则:取代基的位次和最小) ☆ 最简单:书写时先写简单的取代基(依据次序规则)
普通命名法亦称为习惯命名法，适用于简单化合物。
对直链烷烃，叫正某(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、 壬、癸、十一、十二)烷。例：
C C C C C C C C C C C C C C C C C C C
正 辛 烷
正 十 一 烷
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对有支链的烷烃：有C C
CC
结构片断者叫异某烷；
有C C C 结构片断者叫新某烷。例：
CH3 伯氢，1oH
CH3
仲氢，2oH
CH3
伯氢，1oH
C CH2 CH CH3
CH3
叔氢，3oH
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2.2.2 烷基和环烷基
烷基 (alkyl groups): 从烷烃中去掉一个H原子,剩余的结构部分
一些烷基的名称与表示 R H R
CH3 H
CH3
CH3CH2 H CH3CH2
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(a) 桥环烷烃的命名
烷烃和环烷烃的命名
固定格式：双环[a.b.c]某烷 (a≥b≥c)
先找桥头碳（两环共用的碳原子），从桥头碳开始编号。 沿大环编到另一个桥头碳，再从该桥头碳沿着次大环继续编
号。分子中含有双键或取代基时，用阿拉伯数字表示其位次：
21 36 7
45
双 环 [3.1.1]庚 烷
H3C 5
41 3 2
67
5-甲 基 螺 [2.4]庚 烷
6
5
CH3 1
7
2
43
CH3
1,3-二 甲 基 螺 [3.5]壬 烷
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饱和烃 的结构
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 σ键的形成及其特性 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性
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丁烷
C4H1 0 H HH H HC CC C H H HH H
4 2 4+2
烷烃的通式为CnH2n+2 。
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烷烃和环烷烃的通式和构造异构
CH2 H2C CH2
环 丙 烷
H2C CH2 H2C CH2
环 丁 烷
CH2 H2C CH2 H2C CH2
环 戊 烷
H2CCH2CH2
H2CCH2CH2 环 己 烷
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CH2 CH3
庚烷
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(b) 为主链上的碳原子编号
• 从靠近支链一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时， 要使支链的位次号较小(符合“最低系列”规则)。 3,4,7
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CH3CH2
CH3CH2CH3
CH3C 7HC 6H2 C 5H2C 4HC 3HC 2H2C 1H3
(I)
21
7
7
54
54
3
45
3 61
6
CH3
2
7,7-二 甲 基 双 环 [2.2.1]庚 烷
3 1
2
CH3
5-甲 基 双 环 [2.1.0]戊 烷
2-甲 基 双 环 [2.2.1]庚 烷
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
(b) 螺环烷烃的命名 固定格式：螺[a.b]某烷 (a≤b)
先找螺原子，编号从与螺原子相连的碳开始，沿小环 编到大环。例：
烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃2222烷烃的命名烷烃的命名与三个氢原子相连的碳原子与三个氢原子相连的碳原子叫伯碳原子叫伯碳原子第一碳原子第一碳原子一级碳原子一级碳原子用用11表示表示与二个氢原子相连的碳原子与二个氢原子相连的碳原子叫仲碳原子叫仲碳原子第二碳原子第二碳原子二级碳原子二级碳原子用用22表示表示与一个氢原子相连的碳原子与一个氢原子相连的碳原子叫叔碳原子叫叔碳原子第三碳原子第三碳原子三级碳原子三级碳原子用用33表示表示与四个碳原子相连的碳原子与四个碳原子相连的碳原子叫季碳原子叫季碳原子第四碳原子四级碳原子第四碳原子四级碳原子用用44表示表示烷烃和环烷烃的命名烷烃和环烷烃的命名chchch22
1,1–二甲基–3–异丙基环24戊烷
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
(2) 二环环烷烃
• 分子中含有两个碳环的是双环化合物。
联二环己烷 螺[4,4]壬二烷环[4,4,0]二 癸环 烷[2,2,1]庚
(联环烃) (螺环烃) (稠环烃)
(桥环烃)
• 两环共用一个碳原子双环化合物的叫做螺环化合物；
• 两环共用两个或更多个碳原子的叫做桥环化合物。
2.2 烷烃和环烷烃的命名
2.2.1 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢 2.2.2 烷基和环烷基 2.2.3 烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名
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烷烃和环烷烃的命名
2.2 烷烃的命名
2.2.1 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢
与三个氢原子相连的碳原子,叫伯碳原子(第一碳原子、一级碳原子),用1°表示 与二个氢原子相连的碳原子,叫仲碳原子(第二碳原子、二级碳原子),用2°表示 与一个氢原子相连的碳原子,叫叔碳原子(第三碳原子、三级碳原子),用3°表示 与四个碳原子相连的碳原子,叫季碳原子(第四碳原子、四级碳原子),用4°表示
• 当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四……” 表示其个数，逐个标明其位次号 ，并用逗号分开。
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1
CH3
2
3
CH2 CH2
4 CH2CH2CH3
CHC 5 HC 6 H2
C 7 H2
CH2
8
CH3
9
CHCH3
CH3
5–丙基–4–异丙基壬烷
9
8
76 5 4
CH 3 CH 2 CHCH 2CH 2CHCH 2CH 3
2
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
烃：“火”代表碳，“ ”代表氢，所以“烃”的含义就是碳和氢。 烃——分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物。 烷烃——碳原子完全被氢原子所饱和的烃。 烃是有机化合物的母体。
饱和烃
烷烃
开链烃(脂肪烃)
烯烃
不饱和烃
炔烃
烃
二烯烃
环状烃
脂环烃(
``
... ... )
CH 3
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同分异构体——分子式相同，结构式不同的化合物。 同分异构现象——分子式相同，结构式不同的现象。
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烷烃和环烷烃的构造异构
烷烃和环烷烃分子中，随着碳原子数增加，同分异构体迅速增加。 举例(同分异构体的写法)：
C6H14：
CCCC CC CC
CCC C
C CCCC C
C CCCC C
C CCCC
C
CH3-CH-C2-HCH2-C3H CH3 异己烷
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CH3 CH3-C-C2-HC2H-C3H
CH3 新庚烷
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
(2) 衍生物命名法
衍生物命名法适用于简单化合物。 衍生物命名法是以甲烷为母体，选择取代基最多的碳为母体碳原子。 例如:
CH3 CH CH2CH3 C H3
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H
图 2.4 甲烷的结构
sp3 –1s σ键 2021/8/14
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第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构
丙烷中的一个氢原子被甲基取代，可得到两种不同的丁烷：
H HH
H HH H
HC CC H
HC CC C H
H
H
H HH H
HC H
m.p b.p
--103.85。。CC
H。 m.p -159 。C
b.p 11.7 C
这两种不同的丁烷,具有相同的分子式和不同的结构式，互为同分异 构体。
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2.3 烷烃和环烷烃的结构
2.3.1 σ键的形成及其特性
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
C:1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0
(sp3 杂化)
4个sp3 杂化轨道
C: 2s2 2p2
激发 s轨道 p轨道
杂化 (线性组合)
3个sp2
(sp2 杂化) p轨道
(sp杂化)
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2个sp p轨道
二甲基乙基甲烷
C H3 CH3 C CH3
C H3
四甲基甲烷
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烷烃的命名
(3) 系统命名法 （重点）
Chemistry，International Union of Pure and Applied 缩写作IUPAC
系统命名是由三部分构成：
取代基的 位次与名称
母体
化合物 的名称
CH3CH2CH2 H CH3CH2CH2
CH3 CH
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CH3
名 称 缩 写
甲基 Me (methyl)
乙基 Et (ethyl) 正丙基 Pr (propyl) 异丙基 i-Pr－ (iso-propyl)
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RH
R
名称 缩写
CH3CH2CH2CH2 H CH3CH2CH2CH2 正丁基
环烷烃的通式为CnH2n
通式----表示某一类化合物分子式的式子。 同系列----结构相似，而在组成上相差－CH2－的整数倍的 一系列化 合物。 同系物----同系列中的各个化合物叫做同系物。
同系物化学性质相似，物理性质随分子量增加而有规律地变化。 举例：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷…均属烷烃系列。
环丙烷、环丁烷、环戊烷…均属环烷烃系列。 乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸…均属脂肪酸系列。
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2.2.4 环烷烃的命名
(1) 单环环烷烃
CH2 CH2 CH2
即
CH2 CH2
环戊烷
烷烃和环烷烃的命名
CH3
CH3 CH3
甲基环丁烷 1,2-二甲
4 3
CH2CH3
1–甲2基021/8–/134 –乙基环己烷
CH31 2 CH3 5
3 4
CH(CH3)2
Bu
(butyl)
CH3CHCH3 CH3
CH3CH2CH CH3
CH3CHCH2 CH3
CH3 CH3 C
CH3
仲丁基 (sec-butyl)
异丁基 (iso-butyl)
s-Bu i-Bu
叔丁基
t-Bu
(tert-butyl)
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2.2.3 烷烃的命名
烷烃和环烷烃的命名
(1) 普通命名法