化学饱和烃

单键的旋转并不是完全自由的，但是在 室温下，分之热运动即可越过此能垒， 而使各种构象迅速互变，所以在室温想 乙烷是无数构象组成的平衡混合物
(1) 重叠式构象中，两个碳原子上的H原子相互重叠，无论C－H键上的σ电子 对之间，或H原子之间的距离均最近，相互排斥力最大，因此能量最高， 是最不稳定的构象
(2) 在交叉式构象中，两个H原子相互交错，无论C－H键上的б电子对之间， 或H原子之间的距离均最远，相互排斥力最小，因此能量最低，是最稳定 的构象
1,1—二甲基—3—异丙基环己烷
(2) 二环环烷烃的命名
二环脂环烃根据环的连接方式可分为以下四种类型：
联环烃：两个环彼此以单键（或双键）直接相连。 螺环烃：两个环共用一个碳原子。 稠环烃：两个环共用两个相邻的碳原子。 桥环烃：两个环共用两个不直接相连的碳原子。
(1) 桥环烃 的命名 结构特点：是都有两个桥头碳原子和三条连在桥头上的“桥” 编号：先编最长的桥，从桥头碳原子开始编号。 命名：根据组成环的碳原于总数命名为“某烷”，加上词头“双环”。再把 各“桥”所含的碳原子的数目，按由大到小的次序写在“双环”和“某 烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。环上碳原子编号则从一个 桥头碳原子开始，先编最长的桥至第二个桥头；再编余下的较长的 桥，回到第一个桥头，最后编最短的桥。而编号的顺序以取代基位 置号码加和数较小为原则。
第二章、饱和烃：烷烃和环烷烃
分子中仅仅含有碳氢两种元素的有机化合物称为碳氢化合
物（简称烃），是最简单的有机化合物。根据分子的碳架，可以
分为：
烷烃
脂肪烃 烃 芳香烃
脂环烃
烯烃 炔烃
饱和脂环烃（环烷烃） 不饱和脂环烃
一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构
1. 烷烃和环烷烃的通式
a. 烷烃中，C原子的四个共价键除了以单键与C原子相互结合
CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
正戊烷
H3C C CH3
CH3
新戊烷
CH3 CH3CHCH2CH3
异戊烷
CH3 CH3CCH2CH3
CH3
新己烷
(2). 衍生物命名法
将烷烃看作是甲烷的烷基衍生物。适用于简单、含碳原子较少的烷烃。文
献中极少使用。 原则：1、选择连有烷基最多的C原子作为甲烷的C原子，而把与此C原子相
原则：1、直链烷烃以C原子数目命名，十以内以天干名称表示（与习惯命 名相似，只是去掉“正”字），十以上以中文数字（十一、十二等） 表示。
CH3CH2CH2CH2CH3
戊烷
CH3(CH2)10CH3
十二烷
2、带有支链的烷烃 a. 选主链：选择支链最多的，最长的碳链作为母体，按碳链数目， 称为某烷。
b. 编号：将主链上的碳原子从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号； 当主链编号有几种可能时，应选定支链具有“最低系列‘的编号 “最低系列”是指当碳链以不同方向编号，得到两种或两种以上不同
∴烷烃的通式：CnH2n＋2
b. 由碳和氢两种元素组成而性质与烷烃相似的饱和碳环化合物 称为环烷烃。
环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
∴环烷烃的通式：CnH2n
凡是具有同一通式，在组成上相差一个或多个CH2的一系列化 合物，称为同系列, 同系列中化合物称为同系物。
同系物具有类似的化学性质，为学习和研究提供了方便
成碳链外，其余的共价键都和H原子结合（被H原子所饱和）
因此称为饱和烃。
烷 烃分子中所有化学键均为σ 键，即
CSP3 CSP3
CSP3 H1S
烷烃广泛存在于自然界，从天然气和石油中分离出来的烷烃
有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等。从CH4、CH3CH3、 CH3CH2CH3可以看出，每增加1个C原子，就增加2个H原子。
CH2
亚甲基
CHCH3
亚乙基
CH2CH2
1,2-亚乙基
3. 烷烃的命名 (1). 普通命名法 适用于简单的有机化合物
根据C原子的数目来命名，十个C以内的用十个天干名称来表示：甲、乙、 丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸(gui )。
为了区分同分异构体，通常采用一些词头来表示： 正（n）——表示直链烷 异（i）——表示链端第二位C原子上带有一个甲基。 新（neo）——表示链端第二位C原子上带有两个甲基
如果烷烃比较复杂，在支链上还连有取代基时，可用带撇的数字标明取代 基在支链中的位次或把带有取代基的支链的全名放在括号中。
练习：
CH3
CH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CHCH3
CH3
CH3
2，7，8—三甲基癸烷
H3C H2C CH CH CH CH CH3 CH3 CH2 CH3 CH3 CH2 CH3
(3) 重叠式的能量比交叉式能量约高12.6kj/mol，这种能量差叫做能垒。
(2) 丁烷的构象
CH3
H
H
H
H
CH3
反位交叉
CH3 H
CH3
CH3
H
H CH3
H HH
H H
部分重叠
顺位交叉
CH3CH3 H
H H
H HH
CH3 CH3
H CH3
HH
CH3 H
H
H
全重叠式
顺位交叉
部分重叠
E 能量
H3C C H3
三、 烷烃和环烷烃的结构
1. σ键的形成及其特性
原子轨道沿核间联线(键轴)相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道，
称为σ轨道。σ轨道上的电子称为σ电子。 σ轨道的共价键称为σ键。
在甲烷分于中，已知碳原子为sp3杂化，C—Hσ键是由 碳原子的sp3杂 化轨道与氢原子的1s轨道在对称轴的方向交盖而成。
sp3 杂化碳原子形成的甲烷 四个C—Hσ键
C原子称为：伯、仲、叔、季碳原子（1°、 2°、3°、 4°）。 与伯、仲、叔碳原子相连的H原子相应地称为：伯、仲、叔氢
H H CH3 CH3
H C C C C CH3 H H H CH3
1° 2° 3° 4°
H3C
CH3
3°
C
H
C
4°
CH3
2°
C
H H 1°
2. 烷基和环烷基 烷烃和环烷烃分子从形式上去掉一个氢原子后剩余的部分
CH3CH2CH2 H
CH3CH2CH H CH3
CH3 CH3 C H
CH3
CH3CH H CH3
CH3CHCH2 H CH3
CH3CH2CH2
CH3CH2CH CH3
CH3 CH3 C
CH3
CH3CH CH3
CH3CHCH2 CH3
环丙基 环丁基 环戊基
烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后剩余的基团称为亚烷基
连的基团作为甲烷H原子的取代基。 2、取代的烷基按大小排列，简单在前，复杂在后。
CH3
H3C
CH CH2CH3 CH3
CH3CH2
C CHCH3 CH3 CH3
二甲基乙基甲烷
二甲基乙基异丙基甲烷
(3). 系统命名法
目前有机化合物最常用的命名法是IUPAC（Internationl Union of Pure and Applied Chemistry,国际纯粹化学和应用化学联合会）系统命名法。 我国现用的系统命名法是根据IUPAC规定的原则，再结合我国文字上的特点 而制订的。
（b）重叠式构象引起的张力
3. 烷烃和环烷烃的构象
构象：由于围绕单键旋转而引起的分子中各原子在空间的不同排列方式 称为构象。
(1) 乙烷的构象 乙烷的的构象是是无穷多的，其中有典型意义的两种构象是重叠式
和交叉式的构象
乙烷分子绕C－C单键360 o时要经过三个重叠式和三个交叉式构象。这 两种构象可分别用透视式和纽曼（M.S.Newman）投影式表示：
C H3 C H3
H C H3 H C H3
分别称为烷基和环烷基。烷基的通式为CnH2n＋1，通常用R— 表示. 环烷基的通式为CnH2n-1
•正烷基：去掉直链烷烃末端氢原子所得的原子团叫正烷基。命名时用“正” 或 “normal”的第一个字母“n”表示。
•仲烷基：去掉一个仲氢原子所得烷基叫仲烷基。用“仲”或 “secondary”的 前三个字母“sec”表示。
2. 烷烃和环烷烃的构造异构
a. 烷烃： 碳骨架不同引起的构造异构又称碳架异构
CH3 CH2 CH2 CH3
CH3 CH3 CH CH3
正丁烷 b.p. = - 0.5°C
异丁烷 b.p. = - 11.73°C
分子式相同，而结构不同的化合物称为同分异构体。
随着C原子的增加，异构体的数目增加，例如，戊烷有三种 异构体，己烷有五种异构体。
1. 环烷烃比开链烷烃具有较高的能量 2. 环越小，张力能越大，分子越不稳定 3. 环己烷是个无张力环 4. 环己烷和C12以上的大环化合物都是很稳定的化合物。
(2). 环烷烃不稳定的原因
环丙烷
60。 109.5。
环丁烷
90。 109.5。
环戊烷
108。 109.5。
（a）键角偏离正常键角, 环烷烃中碳原子的成键轨道为SP3 ， 正常键角应为109.5°
sp3 杂化碳原子形成的乙烷 六个C—Hσ键和一个C—Cσ键
由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，其C—Hσ键也是由碳原子的sp3 杂化轨道与氢原于的1s轨道在对称轴的方向交盖而成。不同之处是，C—C σ键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道在对称轴的方向交盖而成
其他烷烃上碳原子所连接的四个原子或原子团并不完全相同，因此每个碳 上的键角并不完全相同。除乙烷外，烷烃分子的碳链并不排布在同一条直线上， 而是曲折地排布在空间。为了书写的方便，碳链仍然写成直链的形式。