清华大学有机化学李艳梅老师课件第三章

同系物具有相似的化学性质，其物理性质一般随分 子量的改变而规律性变化。 系差： CH2为同系列的系差
构造式：代表分子中原子的种类、数目和排列次序的 式子。
结构式：除了代表分子中原子的种类、数目和排列次 序的之外，还包括了空间及原子、电子、构 型、构象等信息的式子。
同分异构：分子式相同而结构不同的现象。
What is “confirmation”
Rotation around the carbon-carbon single bond lead to changes of the atom relative locations. A
s“cpoencfiaolrimzeadtiroenla”tiv由e l于oc单at键ion的is旋c转all形ed成a分子（离 子……）中各个原子的相对位 置不同，这种特定的排列形式 称为“构象”。由单键旋转而 产生的异构体称为“构象异构 体”或“旋转异构体”。
Eclipsed conformation 相互距离最远。 原因之二：超共轭效应
参考：学生报告
☆绝密
2002.5.22前
克莱登大学申请博士 学位试题
（有机化学卷）
克莱登大学申请博士学位试题（有机化学卷） 2002年5月22日
试题一、试解释乙烷构象中重叠式的能量为何大于交叉式。
清华大学有机化学李艳梅老师课件第三章
几个名词和术语 （Terminology ）
碳氢化合物：只含碳和氢两种元素的化合物。 烷烃：碳氢化合物，通常指饱和的碳氢化合物。简称“烃” 饱和烃：分子中碳原子以单键相互连接成链，其余的价完全
与氢原子连接，分子中氢的含量已达到最高限度。 同系列：组成上相差CH2或其整数倍的一系列化合物。 同系物：同系列中各个化合物互称同系物。
（《基础有机化学》）
“对重叠式和交叉式能量不同的原因还没有统一意 见，一种意见认为：……” —— 《有机化学》
“乙烷的转动能垒的产生尚未能很好地解释。如果仅 由范德华力（原子间的排斥力）所引起，该能垒显然 太高……两个碳原子上的氢的大小并不足以引起观测 得到的拥挤。” ——R. T. Morrison, R. N. Boyd, Organic Chemistry (Prentice-Hall, 1992, 6th ed.)
乙烷分子中，C—C键长154pm，C—H键长110.7pm，C—C—H键角为 109.3º。根据计算，两个重叠型的氢核之间的距离为229pm，而氢原子的范 德华（von der Waals）半径为 120pm，两个氢核之间距离小于两个氢原子范 德华半径之和，因此有排斥力，这种排斥力是不直接相连的原子间的作用力， 因此称为非键连的相互作用，分子处于这种构象，从能量上考虑是最不稳定 的。反之，在乙烷的交叉型构象中，两个碳原子上的氢离得最远，根据计算， 两个氢核之间的距离约为250pm，分子处于这种构象是最稳定的。……只要 偏离交叉型的构象，就有扭转张力，这种张力来源于范德华排斥力。
指出纸面
指向纸内
OSaftwenhoursseedretoprreespernestaetniotna local structure
（锯架式）
Wedge representation （伞型式，楔型式）
Newman projection Newman投影式
CH3CH3
H H H H HH
H
HH H
Nature杂志2001年5月的一篇报道指出： 文献：V. Pophristic, L. Goodman, Nature 411, 565-568 (31 May 2001)
Pauli电子交换作用
空
Pauli不相容原理
间 阻
碍
决定乙烷构 象的因素
静电作用
效 应
电荷间的库仑力
超共轭作用
轨道电子从一个已占据轨道转移到邻近的 空轨道而产生的电荷离域作用
HH
Newman projection
将乙烷模型置于纸面上，使C—C键与纸面垂直， 从C—C键上方往下看，用一个点表示前面的碳原子， 与这一个点相连的线表示碳原子上的键，用周围表 示后面的碳原子，从周围的、向外伸出的线表示后 一个碳原子上的键。
H HH HH
H
HH H H HH
Staggered conformation 交叉式（能量较低）
3.2.1 Chemical formula 分子立体结构的表示法
perspective structure 透视式
HH H
CH3CH3
eg CH 3CH 3
H H HH H
H
H
特点：重点H表示某H 个局部
CH 3CH 2CH 2CHCH 3
CCHH33CH3
H
H
H
H
H HHH
H H HH
H
H
H H HH
同分异构体：两个或两个以上分子式相同而结构不同 的物质互称同分异构体。
本章重点：
饱和烃 通式：CnH2n+2
Content
3.1 Structure 3.2 Conformation 3.3 Physical properties and spectrum
data 3.4 Chemical properties 3.5 Preparation (Learn on your own) 3.6 Sources and usages (Learn on your
own)
3.1 Structure
C: 1s22s22p2
sp3 hybridization
C
C
C
H ~107nm
~154nm
~109.5o ~107pm
H
H
C
H H
3.2 Conformation
3.2.1 Chemical formula 3.2.2 Conformation of ethane 3.2.3 Conformation of butane 3.2.4 Conformation of the other alkanes
重叠型构象中，两个Ｃ原子上的Ｈ原子相距较近， 产生排斥力，而出现空间阻碍效应(Steric effect)。 而在交叉型构象中，两个Ｃ原子上Ｈ原子的相距较 远，不会出现空间阻碍效应的排斥力，能量较低， 比较稳定。
对“试题一”的讨论：
在国内外现行的有机化学教科书中，对乙烷分 子的构象问题大多是按上述方式（空间阻碍效应） 解释的.