2-alkanes(烷烃和环烷烃)

C H
>
C H
H
(−COOH > −CHO > −CH2CH3 > −CH3)
C C C C C C C O C O C O C C C C C C C C
命名：
a. 取代基以阿拉伯数字编号，写在最前面; b. 相同取代基要合并，以二、三、四······(di, tri, tetra ·····) 表示; c. 相同取代基的编号，数字之间以“,”隔开； d. 数字与汉字(英文)之间以“-”隔开； e. 简单取代基写在前 (英文命名以字母顺序排列) f. 最后加上主链名称 (直链烷烃名称，碳数目 ＋ 烷)
1
2
2. 丁烷的构象
4 CH
3
3
4
H3C H CH3 H H3C H
CH2
CH2 CH3 CH3 H3C H H H H
H H
3
H
2 H
C2旋转 60
o
60 H
o
1 CH3
交叉式 (anti) (对位交叉式) 甲基间距离最远 最稳定
H3C CH3 60
o
部分重叠式 较不稳定
CH3 H H H CH3 H
描述立体结构的几种方式
1. 乙烷的构象
H H H
o H 60 H
<60o H
C1旋转
H H H
H H
C1旋转
H H
H H HH
H
交叉式构象 staggered conformation 原子间距离最远 内能较低 (最稳定)
扭曲式构象 (有无数个) skewed conformation
H C H H H
H H3C
HH
6 kJ/mol
H3CCH3
4 kJ/mol
11 kJ/mol 19 16 3.8
CH3 H H H H CH3 0 60 CH3 H3C H H H 120 180 H
16 3.8
CH3 CH3 H H H CH3 H H 240 300 H H H CH3 360 H H
HH
4 kJ/mol
5 6 7
c. 取代基编号最小的链为主链
编号规则 a. 靠近取代基一端开始编号 (取代基编号最小)
CH3
7 1 6 2 5 3 5 4 3 2 6 1 7 7 1 6 2 5 3 5 4 3 2 6 1 7
CH3CH2CH2CHCH2CH3 CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CHCHCH3 CH2CH2CH3
2.3 Å
重叠式构象 eclipsed conformation 空间拥挤 内能较高 (最不稳定)
H C H
H 的范 德华半径 为1.2 Å
乙烷构象转换与势能关系图
H H H H
H H H H HH
H H
60o
H H
H H H 60o H H H H H H H
……
potential energy (KJ/mol)
CH3 H3C H C
中文名 甲基 乙基 (正)丙基 异丙基
英文名 methyl ethyl n-propyl isopropyl
缩写 Me Et n-Pr i-Pr
取代基的命名
烷基 (R−) CH3CH2CH2CH2－
H CH3 H3C C C H H 2° H3C H C H3C C H H CH3 H3C C CH3 3°
1. 普通命名法 中文：词头 + 碳原子数目 + 烷 英文：词头 + 碳原子数目 + 词尾 (-ane) 碳原子数目：
甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、 癸、十一、十二······
词头：
中文：正、异、新 英文： n- (normal)， iso，neo
H3C CH3 CH3 H3C H3C C H2
异 iso
新 neo
正烷烃的普通命名法举例 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C20H42 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CH3 CH3(CH2)4CH3 CH3(CH2)5CH3 CH3(CH2)6CH3 CH3(CH2)7CH3 CH3(CH2)8CH3 CH3(CH2)9CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3(CH2)11CH3 CH3(CH2)18CH3 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 正戊烷 正己烷 正庚烷 正辛烷 正壬烷 正癸烷 正十一烷 正十二烷 正十三烷 正二十烷 methane ethane propane n-butane n-pentane n-hexane n-heptane n-octane n-nonane n-decane n-undecane n-dodecane n-tridecane n-eicosane
中文名 (正)戊基
英文名 n-peΒιβλιοθήκη tyl备注H H H C 2 C 4 H3C 3 C 1 CH3 H H
异戊基
isopentyl
1−甲(基)丁基 1-methylbutyl
H HH H 3 C 1 C H3C 2 C CH3 H
叔戊基
tert-pentyl
新戊基
neopentyl
1−乙(基)丙基 1-ethylpropyl
2
H H
C H
伞形式
H H H
1
2
H H H H H H H H
1
H
2
H
HH H H H H
H H H
H
锯架式 Sawhorse representation
Newman投影式 Newman projection
锯架式 Sawhorse representation
Newman投影式 Newman projection
支链烷烃的普通命名法举例
CH4 C2H6 C3H8 C4H10
正丁烷 n-butane 异丁烷 isobutane
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
甲烷 methane 乙烷 ethane 丙烷 propane
C5H12
正戊烷 n-pentane 异戊烷 isopentane 新戊烷 neopentane
伯碳 (一级碳，1°C，primary carbon) 仲碳 (二级碳，2°C，secondary carbon) 叔碳 (三级碳，3°C，tertiary carbon) 季碳 (四级碳，4°C，quaternary carbon)
→ 伯氢 → 仲氢 → 叔氢
对于反应活性中间体： 自由基
H H3C C H H C H H C H H3C H C H C H CH3 H3C CH3 C CH3
主链的选择 a. 最长的链为主链
1 1 2 2 3 3 4 4 5 6
CH3CH2CH2CHCH2CH3 CH2CH2CH3
5 6 7
b. 取代基最多的链为主链
1 1 2 2 3 3 4
CH3
6
CH3
1 1 2 2 3 3 4 4 6
CH3CH2CH2CHCHCH3 CH2CH3
5 6
CH3CH2CH2CHCHCH3 CH2CH2CH3
问题：
写出 C7H16 的所有同分异构体，注明碳的类型，并给出中英文命名。
三、构象 Conformation 分子中各原子或原子团在空间上的排列和关系。 “构造” Constitution 是原子之间相互连接的方式和次序。 如：碳架异构 由碳碳单键的自由旋转引起
H 1 C H H H C
2
H
H
H 1 C H H H
4−乙基庚烷 4-ethylheptane
CH3
1 6 2 5 3 4 4 3 5 2 6 1 1 8
4−异丙基庚烷 4-isopropylheptane
Et
2 7 3 6 4 5 5 4 6 3 7 2 8 1
CH3CH2CH2CHCHCH3 CH2CH3
CH3CH2CHCH2CHCHCH2CH3 Et Et
12.1 kJ/mol
扭转张力 torsional strain: 12 kJ/mol C1−H成键轨道和C2−H反键轨道相 互作用的倾向 分子间的碰撞所提供的能量：
84 kJ/mol
H H H H H H H H
H H H H
0
60
120
degrees of rotation
一般情况下( T > − 250 oC): a. 单个分子：绝大部分时间在稳定 构象式上。 b. 一群分子：某一时刻，绝大多数 分子在稳定的构象式上。
CH3 3.8 kJ/mol H CH3 H H H
degrees of rotation
原子序数大的原子顺序大，同位素质量大的原子顺序大，例： I > Br > Cl > F > C > D > H 对于基团，按连接次序依次比较，第一原子相同时，依次比较相 连原子，直至顺序不同的原子出现，对于双键或三键，分别看作 连接2次或3次，例：
O C O H O H H H C H H H
>
C
>
中文名 (正)丁基
英文名 n-butyl
缩写 n-Bu
仲丁基
sec-butyl (secondary)
s-Bu
异丁基
isobutyl
i-Bu
叔丁基
tert-butyl (tertiary)
t-Bu
取代基的命名
烷基 (R−) CH3(CH2)3CH2－
H3C H H H C C H3C C H H CH3 H3CH2C C CH3 CH3 H3C C CH2 CH3 3°
2−甲基−3−乙基己烷 3-ethyl-2-methylhexane
3,4,6−三乙基辛烷 3, 4, 6-triethyloctane
b. 使简单(小)取代基编号最小
CH3
1 8 2 7 3 4 6 5 5 4 6 3 7 2 8 1
CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3 CH2CH3
3-甲基-6-乙基辛烷 6-ethyl-3-methyloctane
例如：CH4, C2H6, C3H8, C4H10, ……
同系列和同系物 homologs：
同系列：有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的 一系列化合物。 同系物：同系列中的化合物为同系物。
§ 2.1 烷烃的结构、命名和构象 一、烷烃的结构 (P.41, 2.2) 碳为sp3杂化，碳−氢之间以 σ 键相连
第二章
主要学习内容：
烷烃和环烷烃
1. 有机化合物的命名原则 2. 同分异构现象 3. 构象和构象异构体 4. 烷烃和环烷烃的化学反应性质 与卤素的自由基取代反应、小环烷烃的开环 5. 烷烃的自由基取代机理
碳氢化合物 (hydrocarbons) = 烃
烷烃、烯烃、炔烃、芳烃 烷烃的通式：CnH2n+2 (R−H)
正己烷 n-hexane
异己烷 isohexane
C6H14
新己烷 neohexane
2. 系统命名法 (IUPAC命名法)： 选一条链为主链，其它与主链相连的均为取代基。 烷烃去掉一个氢原子后留下的原子团称为取代基 (R−) 取代基的命名：烷 → 基，-ane → -yl
烷基 (R−) CH3－ CH3CH2－ CH3CH2CH2－
5 7 8 6 4 2 3 1
1 3 6 7 8 2 4 5
2,7−二甲基−4−仲丁基辛烷 2,7−二甲基−4−(1−甲基丙基)辛烷 2,7−二甲基−4−(2−丁基)辛烷 4-sec-butyl-2,7-dimethyloctane
顺序规则 Sequence rules (Cahn-Ingold-Prelog rules,P. 39)
伯自由基 (1o)
仲自由基 (2o)
叔自由基 (3o)
碳正离子、碳负离子
H H3C C H H C H H C H H3C CH3 C CH3
伯负碳离子 (1o)
叔正碳离子 (3o)
二、烷烃的命名 (P.36, 2.1) 普通命名法 系统命名法 (IUPAC命名法) IUPAC: 国际纯粹与应用化学联合会 International Union of Pure and Applied Chemistry 结合我国文字特点的系统命名法 《有机化学物质的系统命名原则》(1960) 《有机化学命名原则》增订本 (1980)
邻位交叉式 (gauche) 较稳定
60 H H H H
o
……
全重叠式 甲基间距离最近 最不稳定
邻位交叉式 (gauche)
CH3的范德华 半径为2.0 Å。
丁烷构象转换与势能关系图
H3CCH3 HCH3 H H HH HCH3 H H HCH3 HCH3 H H3C HH
potential energy (kJ/mol)
1.09 Å
H C H H H
109.5
o
H 109.6o H H C H H C H
1.10 Å
1.54 Å
同分异构现象 (碳架异构)
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
C6H14
C20H42共有366,319个同分异构体
碳原子的四种类型
H3C H3C C H H C H CH3 C CH3 CH3