有机化学第二章

(1) 单环环烷烃
CH2 CH2 CH2
即
CH2 CH2
环戊烷
CH3
即
CH
H3C
CH3
1-甲基-4-异丙基环己烷
烷烃和环烷烃的命名
CH3
CH3 CH3
甲基环丁烷
1,2-二甲基环戊烷
H CH3
H CH3
CH3 H
即
CH3 H
反-1,4-二甲基环己烷
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。
C7H16有几个同分异构体：
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。
C CCCC CC
C CCCC C
C CC CCCC C
烷烃和环烷烃的构造异构
C5H10(环烷烃)有几个异构体：
的一端开始编号,用阿拉伯数字表示位次。如：
321
C
CCCC
C C CCC
12 34 2-甲 基 戊 烷
CCC
45 6 3-甲 基 己 烷
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
c. 多支链时：
合并相同的取代基。用汉字一、二、三……表示取代基的个 数，用阿拉伯数字1,2,3……表示取代基的位次，按官能团大小次 序(小的在前,大的在后)命名。例如：
碳有形成4价化合物的趋势，在绝大多数有机物中，碳都是4价。
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sp 3杂化轨道
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°。
构型——原子在空间的排列方式。 ③四个轨道完全相同。
环烷烃的结构与环的稳定性 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性
燃烧热----1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的热量。 燃烧热的大小可以反映分子能量的高低。
开链烷烃中每个CH2的燃烧热[(ΔHc/n)/KJ·mol-1]平均为658.6KJ/mol。
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
一些环烷烃的燃烧热如下所示：
-CH2CH2- -CH2CH2CH2CH2CH2CH2-
1,2-亚乙基
1,6-亚己基
烷烃和环烷烃的命名
2.2.3 烷烃的命名
(1) 普通命名法
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：
CCCCCCCC CCCCCCCCCCC
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
第二章 目录
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
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
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。
碳链异构 构型异构 几何异构（顺反异构）
同分异构
旋光异构（立体异构） 官能团异构
构象异构：由于σ键旋转而产生的异构
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
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
C: 2s 2 2p 2
两个成单电子， 呈2价？
实验事实：
① CH2性质极不稳定，非常活泼，有形成4价化合物的倾向； ② CO也很活泼，具有还原性，易被氧化成4价的CO2，而CH4和 CO2的性质都比较稳定； ③ CH4中的4个C-H键完全相同。 即：
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。
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
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
CH3 CH CH2CH3 C H3
二甲基乙基甲烷
C H3 CH3 C CH3
C H3
四甲基甲烷
烷烃和环烷烃的命名
(3) 系统命名法
a. 直链烷烃：
与普通命名法相似,省略“正”字。如:
C H3C H2C H2C H2C H3
戊烷
b. 有支链时：
取最长碳链为主链,对主链上的碳原子标号。从距离取代基最近
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
3 76
76
4
5
双环[3.1.1]庚烷
21
34 5
CH3
7
5
4
3 61
2
7,7-二甲基双环[2.2.1]庚烷
7
5
4
3 61
2
CH3
5-甲基双环[2.1.0]戊烷
CH3 CH3 CH3CCH2CHCH3
CH3
2,2,4- 三甲基戊烷
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
e. 复杂情况（不常见，不常用）
CH3 CH2CH3 CH3CH2C CHCHCH2CH2CH2CH3
CH3 CHCH3 CHCH3 CH3
3,3-二甲基-4-乙基-5-(1,2-二甲基丙基)壬烷
2.2.4 环烷烃的命名
联二环己烷 (联环烃)
螺[4,4]壬烷 二环[4,4,0]癸烷
(螺环烃)
(稠环烃)
二环[2,2,1]庚烷 (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。
(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)
季碳，4oC
CH3 1
伯碳，1oC
仲碳，2oC
伯碳，1oC
CH3
CH3
C CH2 CH CH3
23 4 5
CH3
叔碳，3oC
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)
CH3 伯氢，1oH
仲氢，2oH 伯氢，1oH
CH3
CH3
C CH2 CH CH3
CH3
叔氢，3oH
烷烃和环烷烃的命名
2.2.2 烷基和环烷基
烷烃分子从形式上去掉一个氢原子所剩下的基团叫做烷基，用R表示。 如：
CH3
CH3CH2
甲基
乙基
CH3CH2CH2 正丙基
CH3CH CH3
异丙基
CH3CH2CH2CH2 正丁基
CH3
CH3 CH3
CH2CH3
CH3 CH3
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。
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
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
2-甲基双环[2.2.1]庚烷
第二章 饱和烃:烷烃和环烷烃
(乙) 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：
H3C 5
4
1
3 2
6
7
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
饱和烃 的结构
由于环丙烷分子中的C－C键不是沿轨道对称轴实现头对头的最 大重叠，而重叠较少，张力较大，具有较高的能量。
根据结构与性能的关系，环丙烷的化学性质应该活泼，容易开 环加成。
环烷烃的结构与环的稳定性
环丁烷的结构：
C：sp3杂化， 轨道夹角109.5° 若四个碳形成正四边形，内角应为90°
角张力：109.5－90＝19.5°＜ 109.5－60＝49.5° 环丁烷中的C－C键也是“弯曲键”，但弯曲程度较小。
4 2 4+2
烷烃的通式为CnH2n+2 。
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
H2C CH2 CH2
H2C CH2 CH2 环己烷
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。
CH3 CHCH2
CH3
异丁基
CH3 CH
CH3CH2
仲丁基
CH3
CH3 C CH3
叔丁基