环丙烷环丁烷环戊烷
第二章 烷烃和环烷烃
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支链烷烃: (CH3)2CH
(CH3)3C
称异(iso )某烷 称新(neo )某烷
6
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3(CH2)10CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3 CH3CCH2CH3 CH3
正戊烷(n-pentane) 正十二烷(n-dodecane) 异己烷(i-hexane)
CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CHCH3 (CH3)2CHCH2 (CH3)3C
异戊基(iso-pentyl): (CH3)2CHCH2CH2
9
2.系统命名法命名原则
(1)选主链 :选择最长碳链作为主链称某烷 (2)编号:从靠近支链一端进行编号 (3) 在母体名称前写明取代基的名称、位次及数目 ①相同取代基合并 ②不同取代基按次序规则:优先基团后列出 甲基 <乙基 <丙基 <丁基 < 戊基 <己基 < 异戊基 < 异丁基 <异丙基 <叔丁基
燃烧热:在标准状态下,一摩尔烷烃完全燃烧 所放出的热量。单位:kJ/mol 燃烧热的差别反映了化合物内能的高低和稳定 性的大小。
32
内能越高,燃烧热越大; 内能越低,燃烧热越小。
直链烷烃比支链烷烃的燃烧热大,例如:
H
(kJ/mol)
正丁烷 2878.2
异丁烷 2869.8
33
环烷烃中,因它们的分子组成不同,但可比较 它们环中一个CH2的燃烧热环烷烃分子内能大 小和相对稳定性。
CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3
正丁烷 n-butane bp -0.5℃ C5H12: C6H14: 三种 五种
异丁烷 i-butane bp -11.7℃
环烷烃1ppt课件
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环辛烷 环壬烷 环癸烷
663.8 664.6 663.6
环十四烷 658.6 环十五烷 659.0
对比:开链烷烃每个CH2的燃烧热:658.6 KJ/mol
稳定性: 普通环 > 中环:> 小环
环的张力越小,相应的环烷烃越稳定。
环丙烷的结构: CH3
H
H
C
C H 2 1 0 9 .5 ° CH3
HC H
➢ 相同环连结时,可 用词头“联”开头。
顺反异构体:
由于环状结构,环烷烃有两个侧面:“上”方和“下” 方。因此,取代环烷烃可能存在同分异构现象。例如,有两 个1,3-二甲基环戊烷同分异构体:一个异构体的两个甲基在 环的同侧,另一个异构体的两个甲基在环的两侧。两个异构 体都是稳定的化合物。
CH3 CH3
➢ 了解三元和四元环化合物的活性,掌握相应的特殊化学性质。 ➢ 掌握环丙烷和环丁烷的结构特点(有角张力)和构象。 ➢ 了解并掌握环戊烷的构象。
➢ 掌握几种类型环烷烃(普通环烷烃、桥环烃和螺环烃)的命名
方法。
课后练习:p61 (一)、(十)
3 CH3CHCH2CH3
1
主要产物
H2 / Pt, 120oC or Ni, 200oC
CH3CH2CH2CH3
支链多 较稳定
➢ 小环化合物与卤素的反应
Br2 / r.t. Cl2 / FeCl3
Br2 / r.t.
Br Br CH2CH2CH2CH2
(离子型) 加成反应
不反应(难开环)
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2 O + 燃 烧 热
环烷烃的燃烧热数据
小 C3 环 C4
普 C5 通 环 C7
第二节_环烷烃

环烷烃2.1环烷烃的定义和命名分子中具有碳环结构的烷烃称为环烷烃,单环烷烃的通式为C n H2n,与单烯烃互为同分异构体。
环烷烃可按分子中碳环的数目大致分为单环烷烃和多环烷烃两大类型。
1.单环烷烃最简单的环烷烃是环丙烷,从含四个碳的环烷烃开始,除具有相应的烯烃同分异构体外,还有碳环异构体,如分子式为C5H10的环烷烃具有五种碳环异构体。
为了书写方便,上述结构式可分别简化为:当环上有两个以上取代基时,还有立体异构。
单环烷烃的命名与烷烃基本相同,只是在“某烷”前加一“环”字,环烷烃若有取代基时,它所在位置的编号仍遵循最低系列原则。
只有一个取代基时“1”字可省略。
当简单的环上连有较长的碳链时,可将环当作取代基。
如:2.多环烷烃含有两个或多个碳环的环烷烃属于多环烷烃。
多环烷烃又按环的结构、位置分为桥环、螺环等。
(1)桥环两个或两个以上碳环共用两个以上碳原子的称为桥环烃,两个或两个以上环共用的叔碳原子称为“桥头碳原子”,从一个桥头到另一个桥头的碳链称为“桥”。
桥环化合物命名时,从一个桥头开始,沿最长的桥编到另一个桥头,再沿次长的桥编回到起始桥头,最短的桥最后编号。
命名时以二环、三环作词头,然后根据母体烃中碳原子总数称为某烷。
在词头“环”字后面的方括号中,由多到少写出各桥所含碳原子数(桥头碳原子不计入),同时各数字间用下角圆点隔开,有取代基时,应使取代基编号较小。
例如:1,2,7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷双环[4.4.0]癸烷双环[2.2.1]庚烷(2)螺环脂环烃分子中两个碳环共用一个碳原子的称为螺环烃,共用的碳原子为螺原子。
命名时根据成环的碳原子总数称为螺某烷,编号从小环开始,经过螺原子编至大环,在“螺”字之后的方括号中,注明各螺环所含的碳原子数(螺原子除外),先小环再大环,数字间用下角圆点隔开。
有取代基的要使其编号较小。
例如:5-甲基螺[3.4]辛烷 1,6-二甲基螺[3.5]壬烷2.2环烷烃的物理性质在常温常压下,环丙烷与环丁烷为气体,环戊烷、环己烷为液体。
环烷烃的性质

环烷烃的性质
常见环、中环和大环环烷烃较稳定,化学性质与链状烷烃相似,与强酸(如硫酸)、强碱(如氢氧化钠)、强氧化剂(如高锰酸钾)等试剂都不发生反应,在高温或光照下能发生自由基取代反应;小环环烷烃环丙烷和环丁烷不稳定,除可以发生自由基取代反应,易开环发生加成反应(additionreaction)。
1.自由基取代反应
环烷烃与烷烃相似,在光照或高温条件下,可发生自由基取代反应。
例如:
2.加成反应
(1)加氢
在催化剂Ni的作用下,环烷烃可进行催化加氢反应,加氢时环烷烃开环,碳链两端的碳原子与氢原子结合生成烷烃。
(2)加卤素、氢卤酸
★环丙烷在常温下,能与卤素或氢卤酸发生加成反应。
例如:
★环丁烷在加热条件下,也可以与卤素或氢卤酸发生加成反应
★环戊烷、环己烷及高级环烷烃不能发生加成反应。
当环丙烷的烷基衍生物与氢卤酸作用时,碳环开环多发生在连氢原子最多和连氢原子最少的两个碳原子之间。
氢卤酸中的氢原子加在连氢原子较多的碳原子上,而卤原子则加在连氢原子较少的碳原子上。
例如:
小结:环丙烷的性质很活泼,易开环发生加成反应;环丁烷的活性较环丙烷弱,可以开环发生加成反应,只是条件较环丙烷强烈;环戊烷、环己烷及高级环烷烃的化学性质则与开链烷烃相似,环比较稳定难发生开环加成反应。
另外,环烷烃同链状烷烃一样可以发生自由基取代反应。
环烷烃(环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷)的构象

环烷烃的构象链状化合物的构象是由基团绕C—Cσ键旋转产生的;而环状化合物的构象至少涉及到两个C—Cσ键和其键角的转动和变化,有时还涉及到键长和键角的变化,比较复杂,常称环的翻转。
一、环丙烷的构象环丙烷是三个碳的环,只能是平面构象,即它的构型。
尽管只有一种构象,但这个环极不稳定,主要因为:1、所有C-H键都是重叠构象,扭转张力大。
2、C原子是不等性杂化或弯曲键,有“角张力”存在。
二、环丁烷的构象环丁烷有两种极限构象:动画演示:平面式构象:象环丙烷一样,不稳定,存在扭转张力和“角张力”。
蝶式构象:能缓解扭转张力和角张力,呈蝶式构象。
通过平面式构象,由一种蝶式翻转成为另一种蝶式构象,处于动态平衡。
蝶式是优势构象。
也有扭转能力和角张力存在。
三、环戊烷的构象环戊烷的构象主要是信封式和半椅式构象。
两者处于平衡。
因为平面构象能量较大,一般认为环戊烷采取这种构象可能性很少。
E相对=19kJ/mol 信封式半椅式四、环己烷的构象环己烷的构象经过近百年的努力才建立起来。
Baeyer 1885年提出张力学说,认为环状化合物是平面构型Sachse 1889年质疑张力学说只适合小环,提出环已烷有船式、椅式两种构象。
Hassel 1930年利用偶极矩测定法和电子衍射法研究环已烷构象,∠CCC=109.5°,气相、液相中环已烷几乎全是椅式构象。
Barton 1950年发展了构象理论,以甾族化合物为对象提出构象分析,把构象分析明确地引入有机化学中。
Hassel 和Barton获1969年Nobel化学奖1、椅式和船式构象环已烷保持碳原子的109.5°键角,提出了椅式和船式构象.1)椅式构象:C1、C2、C4、C5在一个平面上,C6和C3分别在平面的下面和平面的上面,很象椅脚和椅背,故称“椅式”。
2)船式构象:C1、C2、C4、C5在一个平面上,C3和C6在平面上面。
形状象只船,C3和C6相当船头和船尾,故称“船式”。
汪小兰有机化学第四版第四章-环烃

总目录
说明:
• 小环不稳定,虽然它们的分子中都没有不 饱和键, 但却能与氢气、卤素、卤化氢 等试剂发生c—c键断裂的开环加成反应。
• 随着环的增大,开环加成活性降低。
总目录
三、小环对氧化剂稳定
KMnO4/ H+
COOH
+
O
总目录
第三节 环烷烃的结构与稳定性
一、环丙烷的结构 1. 环张力的提出
(109.5°- 60°)/2 = 24.75°
总目录
2. 弯曲键的概念
总目录
C—C原子间不连成直线,而是弯曲重叠,比
σ 键弱,又有别于π 键,介于两者之间,更 接近π 键。
电子云分布在C—C外侧,易被亲电试剂进 攻,有一定的烯烃性质。
3. 燃烧热和非平面结构
燃烧热是指1 mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和水时所放出的热 量。它反映了分子的内能大小。
三、定位效应的应用
第五节 多环芳烃
一、联苯
二、稠环芳烃
第六节 非苯系芳烃
一、芳香性的几个特征
二、休克尔规则
三、非苯芳烃
四、大环芳烃
40
第一节 苯的结构
一、苯的凯库勒式
H H
H H
简写:
符合实验事实:
H
① 满足C的四价性; ② 一种一元取代物;
③ 三种二元取代物。
H
不符合实验事实: ① 难与Br 加成; ② 一种邻二2 取代物。
•烃
氢化热 (kJ/mol) 离域能(kJ/mol)
离域能(共轭能)越大,共轭体系越稳定。
.
52
四、苯分子结构的共振论解释
1. 共振论的基本要点
(1)各种可能的经典结构——极限式; (2)共振符号(); (3)真实分子是各种极限式的共振杂化体; (4)各种极限式的贡献不同。
环烷烃(环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷)的构象道

环烷烃的构象链状化合物的构象是由基团绕C—Cσ 键旋转产生的;而环状化合物的构象至少涉及到两个C—C σ 键和其键角的转动和变化,有时还涉及到键长和键角的变化,比较复杂,常称环的翻转。
一、环丙烷的构象环丙烷是三个碳的环,只能是平面构象,即它的构型。
尽管只有一种构象,但这个环极不稳定,主要因为:1、所有C-H 键都是重叠构象,扭转张力大。
2、C 原子是不等性杂化或弯曲键,有“角张力”存在。
二、环丁烷的构象环丁烷有两种极限构象:动画演示:平面式构象:象环丙烷一样,不稳定,存在扭转张力和“角张力”。
蝶式构象:能缓解扭转张力和角张力,呈蝶式构象。
通过平面式构象,由一种蝶式翻转成为另一种蝶式构象,处于动态平衡。
蝶式是优势构象。
也有扭转能力和角张力存在。
三、环戊烷的构象环戊烷的构象主要是信封式和半椅式构象。
两者处于平衡。
因为平面构象能量较大,一般认为环戊烷采取这种构象可能性很少。
信封式 E 相对19kJ/mol 半椅式四、环己烷的构象环己烷的构象经过近百年的努力才建立起来。
Baeyer 1885 年提出张力学说,认为环状化合物是平面构型Sachse 1889 年质疑张力学说只适合小环,提出环已烷有船式、椅式两种构象。
Hassel 1930 年利用偶极矩测定法和电子衍射法研究环已烷构象,∠CCC109.5°,气相、液相中环已烷几乎全是椅式构象。
Barton 1950 年发展了构象理论,以甾族化合物为对象提出构象分析,把构象分析明确地引入有机化学中。
Hassel 和Barton 获1969 年Nobel 化学奖1、椅式和船式构象环已烷保持碳原子的109.5°键角,提出了椅式和船式构象.1)椅式构象:C1、C2、C4、C5 在一个平面上,C6 和C3 分别在平面的下面和平面的上面,很象椅脚和椅背,故称“椅式”。
2)船式构象:C1、C2、C4、C5 在一个平面上,C3 和C6 在平面上面。
形状象只船,C3 和C6 相当船头和船尾,故称“船式”。
环丙烷环丁烷环戊烷

2.名称组成 CH3–CH–CH – CH2–CH3 CH3 CH3
–
2,3– 二 甲基 戊烷
主链名称 取代基名称 取代基数目
–
取代基位置
系统命名法:
1 2 3 4
CH3–CH–CH2–CH3 CH3 2– 甲基 丁烷 –
CH3 4 5 6 3 1 2 CH3–C–CH2–CH–CH2–CH3 CH3 CH2–CH3
液态密度 (g· cm-3)
性质不同的原因是结构不同
沸点:
36.07 ℃
27.9℃
9℃
三、同分异构现象、同分异构体
1、同分异构体现象 (1)同分异构体现象: 化合物具有相同的分子式,但具有不 同的结构现象,叫做同分异构体现象。 (2)同分异构体: 具有同分异构体现象的化合物互称为同 分异构体。
练习:
下列哪组是同系物?(
A、CH3CH2CH2CH3 B、CH3CH3 CH3CH(CH3)CH3 CH3CH(CH3)CH3 CH2
)
C、CH3-CH=CH3
CH2
CH2
正丁烷和异丁烷的性质比较 物质 熔点(℃) 沸点(℃) 正丁烷 -138.4 -0.5 0.5788 异丁烷 -159.6 -11.7 0.557
C - C- C ∣ C C- C ∣ ∣ C C
练习2:
下列五组物质中___ 1 互为同位素,___ 2 是同素异形体, ___ 5 是同分异构体,___ 4 是同系物,___ 3 是同一物质。
1、 3、
12 6
C
14 6
C
2、白磷、红磷 4、CH3CH3、CH3CHCH3 | CH3
H H | | H-C-Cl 、 Cl-C-Cl | | Cl H C(CH3)4
脂环烃

* 小环(C3~C4);普通环(C5~C7);中环(C8~C11);大环(≥C12)。
按照分子中所含碳环的数目,可分为 单环脂环烃 二环脂环烃 多环脂环烃
环己烷
十氢化萘
立方烷
环戊二烯
CH3
降冰片烷
篮烷
甲基环己烷
螺[2,4]庚烷
金刚烷
§6-1 环烷烃(单环)的命名法
1.选母体化合物: 在相应脂环烃名称前加“环”字,称为“环 某烷”;“环某烯”;“环某炔”。 2.定编号:所有取代基编号尽可能小。 使
H H H H H H H H H H H H
交叉构象, 无扭转张力。
H H H H H H
H H
H H H H
(从左图左面看时的构象)
1,3,5三个a键上的氢之间无范德华张力
侧视
俯视
环己烷船式构象不稳定 重叠构象,有扭转张力
(从左图左面看时的构象)
两个旗杆氢之间有范德华张力
侧视
俯视
三、有取代基的环己烷 1.一个取代基: 取代基在e键上的构象占优势。取代基越 大,这种优势越明显。
CH3
6 5 4 3 1 2
CH3 CH3
1 6 5
CH3
2
4
3
CH2CH3
甲基环戊烷
1,2-二甲基 环己烷
1-甲基-3-乙基 环己烷
环烯(或炔)烃编号时,把1,2位留给双(或三) 键碳原子。
1 5 4 3 2
2 1 6 3
CH3
4 5
7 6
8
1
CH2CH3
CH3
CH3
5 4 3
2
3-乙基 环戊烯 3,5-二甲基 环己烯 5-甲基 环辛炔
第四课 烷烃环烷烃的构象
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部分重叠式 (反错式) 较不稳定
邻位交叉式 (顺错式) 较稳定
CH3 CH3
60o
CH3 H H H CH3 H
……
H H H H 全重叠式(顺叠式)
甲基间距离最近 (最不稳定)
邻位交叉式 (顺错式)
丁烷构象转换与势能关系图
CH3 CH3 H CH3 H CH3 H H H H CH3
potential energy (KJ/mol)
H H
2.49Å
H
2.49Å
H~H之间距离均 大于H的Van der Waal’s半径之和 (2.40Å )
船式构象
H 4 C3-C2 H
3
H
2 5
H 1 H
6
H H
H H
4 3 2
1 5
6
HH
H C5-C6
H H
H H
H H
H H
旗杆键
1.84Å
重叠式 (有扭转张力) 有几组H~H之间距 离均小于H的Van der Waal’s半径之 和(2.40Å ),有 排斥力(非键张力)
甲烷
乙烷
烷烃的结构
1.09 Å 键(sp3-s)
H
109.5o
C H H H
H C H H
109.3o
H H
1.10 Å 键(sp3-s)
C H
1.54 Å 键(sp3-sp3)
C:
sp3
杂化,成 键
Ball and Stick Model 球棒模型
Space Filling Model 比例模型
H H
……
potential energy (KJ/mol)
大学有机化学课件第二节环烷烃

2023/10/6
十氢萘
二、环烷烃得理化性质
(一)物理性质
状态:环丙烷、环丁烷为气态;常见 环为
(二)化学性质
液态;中环和大环为固态。
沸点、熔点、密度:比开链烷烃高。
1、卤代反应
H2CCHC2溶H解2 性+ C:不l2 溶h于 水H,可2CC溶H于C2 H有C机l溶+剂H。Cl 稳定性:六元环>五元环>四元环>三
H
0.252nm
H
行得C—H键 得C-H键
H
H
H HH
H H
H
H
H
2023/10/6
椅式构象中有六个直立键,六个平伏键。直立键和周围
其她键之间得距离较近,原子间得斥力大,所以不稳定。
平伏键和周围其她原子间得距离远,原子间斥力小,所以
较稳定。
平伏键
H
H
直立键
H
2023/10/6
H H
H H
H
H H
H H
2023/10/6
螺原子
3、桥环脂环烃得命名
(1)注明词头 (2)确定母体 (3)注明环得结构 (4)编号 (5)名称书写:同烷烃
2023/10/6
以桥环中含环得数目为词头。如双环 、三环等。
算出所有环所含碳原子得总数,并将与这一 数字相应得链烃得名称写在词头得后面。 如:双环某烷、三环某烷等。
3、环烷烃得氧化燃烧
2023/10/6
从燃烧热值也可看出环得稳定性次序为: 六元环>五元环>四元环>三元环
环丙烷 697.1
每个“CH2”单位得平均燃 烧热值越大,说明分子得内 能越高,稳定性越差。
环丁烷
环戊烷
环己烷
二、环烃 苯及芳烃(第二周4节课)

环烃、芳烃及其衍生物
І 脂环烃 Ⅱ 芳香烃
Ⅰ 脂环烃
一、分类及命名 根 据 碳 环 数 目 分 类 单 环 双 环 及 多 环 脂环烃 芳香烃 螺环烃
桥环烃
根 据 成 环 的 碳 原 子 数 目 分 类
小环
环丙烷(cyclopropane) 环丁烷(cyclobutane)
普通环
环戊烷cyclopentane 环己烷(cyclohexane)
桥头碳 最长桥
另一个桥头碳
最短桥
次长桥
回到桥头碳
二环[2.2.1]-2-庚烯
Bicyclo[2.2.1]-2-heptene 二环[4.2.0]辛烷 Bicyclo[4.2.0]octane 5,6-二甲基-二环 [2.2.2]-2-辛烯 5,6-dimethyl-bicyclo[2.2.2]-2-
2 卤素、硝基、醛基、酮羰基等对反应有干扰。
反应机理:
Na + NH3 Na+ + (e-) NH3 金属钠溶解在 液氨中可得到 溶剂化电子 一种兰色的溶 液,这是由钠 与液氨作用生 -CH3O成的溶剂化电 子引起的。 自由基
H
(e-)NH3
CH3OH
自由基负离子
(e-) NH3
CH3OH
H
环上有给电子取代基时, 反应速率减慢。 环上有吸电子取代基时, 反应速率加快。
1-methylspiro[3.]-5-nonene
练习: 命名下列化合物:
8 7
8
1 2
5 6 7
3
C H3 C H3 5
6 4
4 1 2
C H3
5
3
CH 13
4 3 2
环烷烃知识讲解

12
四. 环己烷及其衍生物的构象
1. 环己烷的构象 极端构象:
1)椅式构象
椅式
船式
H 2 H
250pm H3H
H 4 H
HH H
H
6
2
H
H 1 H
H6
H
H
5
H
1 H5 4
H
H
H
3H
H
H
扭船式
• 不存在: 空间张力; 扭转张力; 角张力。
13
1. 单环烃的命名
①按成环碳原子数目称为环某烷。
CH2 CH2 CH2 环丙烷
CH2 CH2
CH2 CH2 环丁烷
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
环戊烷
② 若环上有多个取代基时,编号从较小的取代基开始, 且使取代基的位次最小。(最低系列、次序原则)
1-甲基-4-丙基环己烷
4
3
或
5
2 1
1-甲基-3-乙基环戊烷 2
与正常键角偏差角度
49.5o
19.5o
1.5o
环烷烃
三元环
四元环
五元环
但是五元以上的环会不会因环数增大而不稳定?
四元环
五元环
六元环
10
近代共价键理论解释环的稳定性
电子云 偏向环平面 外侧,容易 受等亲电试 剂进攻,故 似烯烃进行 加成反应。
弯曲键(香蕉键)
共价键的形成是由于原 子轨道相互交盖的结果,交 盖程度越大,键越稳定。
Br
Br
20
3.环丙烷对氧化剂稳定
KMnO4 / H+
COOH
有机化学第2章_烷烃和环烷烃

以甲烷的氯代反应为例,有如下反应事实: (1)在室温、黑暗中不反应;加热或光照下 进行,一经开始便可自动进行; (2)产物中有少量乙烷; (3)如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存 在,会推迟反应的进行。
以上实验事实,说明该反应是为自由基反应! 自由基反应大多可被光照、高温、过氧化物 所催化,一般在气相或非极性溶剂中进行。
H 一氯甲烷
生成的一氯甲烷还会继续被氯代,生成二氯甲 烷、三氯甲烷和四氯化碳四种产物的混合物。
CH2Cl2
二氯甲烷
CHCl3
三氯甲烷
CCl4
四氯甲烷
(二)卤代反应 2、卤代反应的反应机制
反应机制(反应历程):化学反应所经历的途 径或过程 ,是根据实验事实,对反应做出的 详细描述和理论解释。
研究反应机理的目的是认清反应本质,掌握反 应规律,从而达到控制和利用反应的目的。
σ(s-sp3)
键角为109.5°
σ(s-sp3)
(2)乙烷(CH3CH3)分子的结构
除了H原子的s轨道电子与C原子的sp3轨道 电子以“头碰头”方式重叠形成s-sp3共价键外 ,也存在两个C原子的sp3轨道电子之间的配对
。σ(s-spσσ3) 键键可:沿旋键转轴不“影自响由轨道”重转叠动程;度重叠,程即
自由基
概念:带有孤电子的原子或原子团称为自由基
结构特点:三种可能结构(1)刚性角锥体, (2)迅速翻转的角锥体,(3)平面型。
C
C
C
自由基非常活泼,具有很强的反应活性。
CH2 > CH2 CHCH2 > (CH3)3C > (CH3)2CH
> CH3CH2 > CH3 >
第二章烷烃与环烷烃(2)

小环能量高,不稳定。随环增大, 小环能量高,不稳定。随环增大,每个亚甲基单元的燃 烧热依次降低。由环戊烷开始, 烧热依次降低。由环戊烷开始,亚甲基单元的燃烧热趋 于恒定,环己烷的与开链烃相同。 于恒定,环己烷的与开链烃相同。
(二)现代结构理论对环烷烃的分析
1、影响环烷烃构象稳定性的因素 (A)角张力
为什么三元环不稳定易发生加成? 为什么三元环不稳定易发生加成? 为什么五元环、六元环较稳定不易发生开环加成, 为什么五元环、六元环较稳定不易发生开环加成,而 易发生取代? 易发生取代?
(一)、拜尔张力学说 )、拜尔张力学说
1885年德国化学家 1885年德国化学家 Baeyer 提出张力说
1、张力学说要点 、
桥的表示:用阿拉伯数字标明每桥所含桥原子数目( 桥原子数目 ②桥的表示:用阿拉伯数字标明每桥所含桥原子数目(桥 头碳不包括在内), 按由大到小的顺序排列, 头碳不包括在内), 按由大到小的顺序排列,放在方括 号中,数字之间用小圆点分开。 号中,数字之间用小圆点分开。 母体名: 某烷(某烯) ③母体名:按成环碳原子总数称为 “某烷(某烯)” 不饱和键的位次也标出。 不饱和键的位次也标出。 取代基:将取代基位次、数目和名称放在“二环” ④取代基:将取代基位次、数目和名称放在“二环”之 前.
形成环的碳原子都在同一平面上,并排成正多边形。 ①. 形成环的碳原子都在同一平面上,并排成正多边形。 正常C-C键之间夹角为 键之间夹角为109.5°,环中 ②. 正常 键之间夹角为 ° 环中C-C键之间夹角 键之间夹角 为了保持109.5°,环中的键角要扩张或压缩,从而产 ° 环中的键角要扩张或压缩, 为了保持 生张力。 生张力。 键角变形程度越大,张力越大。 ③. 键角变形程度越大,张力越大。 张力使环的稳定性降低,张力越大,环的反应性越大。 ④. 张力使环的稳定性降低,张力越大,环的反应性越大。
环烷烃

一、环烷烃的命名环烷烃的命名与烷烃相似,只是在同数碳原子的链环烷烃的名称前加“环”字。
环丙烷环丁烷环己烷成环碳原子的编号,应使环上取代基的位次最小。
甲基环戊烷1-甲基-3-乙基己烷当环上有复杂取代基时,可将环作为取代基命名。
CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH21-环丁基丁烷1,4-二环戊基丁烷二、环烷的结构与稳定性环烷烃的稳定性与其环的几何形状和角张力有关,分子键角越接近正四面体角(109°28′),分子越稳定,反之,偏差越大角张力越大,环越不稳定。
………一、稳定性:烷烃具有高度的化学稳定性,常用作溶剂的药物基质。
烷烃在适宜的反应条件下,也能进行一些反应,主要有卤代反应。
二、卤代反应:有机化合物分子中的氢原子(或其他原子)或基团被另一原子或基团取代的化学反应称为取代反应。
烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应称为卤代反应。
1、甲烷的卤代反应条件:紫外光照射或加热至250~400℃产物:一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)和四氯甲烷(四氯化碳)的混合物一般较难限定取代在一元取代的产物(CH3Cl)的阶段CH4+Cl22、烷烃卤代反应的取向含有不同类型氢原子的烷烃,发生自由基氯取代反应,生成多种氯代烷异构体的混合物。
CH3CH2CH33CH2CH2Cl+CH3CHCH3Cl1-氯丙烷(43%)2-氯丙烷(57%)CH3CH3CH3CH3CHCH3+Cl23CHCH2-Cl + CH3CCH3Cl2-甲基-1-氯丙烷(37%)2-甲基-2氯丙烷(63%)由于氯的活泼性较大,选择性较差,在氯代反应中,各种产物间的相对比例相差不大;溴的活泼性较小,选择性较强,总是以一种产物占优势。
CH3CH2CH3CH3CH2CH2Br+CH3CHCH3Br1-溴丙烷(3%)2-氯丙烷(97%)CH3CH3CH3CH3CHCH3+Br3CHCH2-Br + CH3CCH3Br卤代反应活性:叔氢>仲氢>伯氢F 2>Cl 2>Br 2>I 2不同类型的C-H 键离解能不同,离解能越小,生成的自由基稳定性越大。
第二节 环烷烃

偏转角度= 偏转角度= 2
N = 3 偏转角度
24° 24°44’
4
9°44’
5
4°4’
6
-5°16’
7
-9°33’
从偏转角度来看,五员环应最稳定, 从偏转角度来看,五员环应最稳定,大于五员环或小于五 员环都将越来越不稳定。但实际上,五员, 员环都将越来越不稳定。但实际上,五员,六员和更大的环型 化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。 化合物都是稳定的。这就说明张力学说存在缺陷。
CH 3 H最 多 和 含 H最 少 的 两个碳原子之间。 加成规律: 遵循不对称加成规律。
17/77
2、取代反应
hν
+ X2 X = Cl、Br X X
3、氧化反应: 氧化反应:
+ KMnO4 不反应
可与烯烃或炔烃区别开来。
+
O2
Co+ + , P
1.2 环烷烃
环烷烃的分类、 一 、环烷烃的分类、异构和命名 环烷烃 脂环烃 环烃 环烯烃 环炔烃 单环芳烃 芳 烃 多环芳烃 非苯芳烃
1/77
单环烷烃 桥环烷烃 螺环烷烃 集合环烷烃
单环烷烃的通式: 单环烷烃的通式:CnH2n
单 环 烷
n = 3, 4 3, n = 5, 6 5,
小
环
常见环 中 环
反-1-甲基-3甲基乙基环己烷
注:当环上有复杂的取代基时,碳环作为取代基 当环上有复杂的取代基时,
CH2CH2CH2CHCH2CH3
4-甲基-1-环丙基己烷 甲基CH3
7/77
CH3 C 2H 5
2
CH3
1 5
CH3
1 6 5
C2H5
脂环

CH 3 CH 2 CH 3
(b)加卤素
Br2
CH 2CH 2CH 2 Br Br
Br 2 CCl4 △
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Br Br
注意:不能用溴褪色的方法来区别环烷烃与烯烃。
——脂环烃的性质——
(c)加卤化氢
HBr
取代环丙烷: 断键:断含氢最多和含氢最少的碳原子之间的键。 氢原子:加到含氢较多的碳上。
CH 3
环戊烷
CH 2CH 3
H 3C CH 3
甲基环丁烷
CH 3 CH 3
乙基环丙烷
1,1-二甲基环丙烷
——同分异构体——
1,2-二甲基环丙烷
(3)命名 (A)单环脂环烃 选母体化合物: 在相应脂环烃烃名称前加“环”字,称为 “环某烷”;“环某烯”;“环某炔”。 定编号:使所有取代基编号尽可能小.
——环己烷及其衍生物的构—— ——环己烷及其衍生物的构象——
(2)环己烷的稳定构象 环己烷有椅式和船式两种极限构象: 椅型
球棒模型:
船型
比例模型:
——环己烷及其衍生物的构象——
椅式构象和船式构象可以互相转变。船式 构象比椅式构象能量高30kJ· -1,常温下平 mol 衡体系主要以稳定的椅型构象存在。
CH 3
CH 3
2 3
3-乙基 环戊烯 3,5-二甲基 环己烯 5-甲基 环辛炔
——单环脂环烃命名——
(B)二环烃 分子碳架中含有两个碳环的烃. 分为:
桥环烃 (桥烃) 二环[4.4.0]癸烷
(十氢化萘)
二环[2.2.1]庚烷 (降冰片烷) 螺[4.4]壬烷
螺环烃 (螺烃)
联环烃
联二环己烷
环烷烃——精选推荐

2.2 环烷烃(cycloalkane)一、环烷烃的分类和命名(一)环烷烃的分类小环:三元环、四元环中环:七元环十二元环大环:十二元环以上常见环:五元环、六元环单环环烷烃螺环烃桥环烃环烷烃多环环烷烃(二)环烷烃的命名1.单环环烷烷烃:与烷烃相似,只在母体名称前加“环”字,编号使取代基的位次最小。
环丙烷环丁烷环戊烷环己烷环辛烷4-Ethyl-1,2-dimethyl-cyclopentane1,2-二甲基-4-乙基环戊烷例:2.双环螺脂环烃的命名是在成环碳原子总数的烷烃名称前加上“螺”字。
螺环的编号是从螺原子的邻位碳开始,由小环经螺原子至大环,并使环上取代基的位次最小。
将连接在螺原子上的两个环的碳原子数,按由少到多的次序写在方括号中,数字之间用下角圆点隔开,标在“螺”字与烷烃名之间。
例如螺[3.4]辛烷spiro[3.4]octane命名双桥脂环烃时,以碳环数“二环”为词头。
然后在方括号内按桥路所含碳原子的数目由多到少的次序列出,数字之间用下角圆点隔开。
方括号后写出分子中全部碳原子总数的烷烃名称。
编号的顺序是从一个桥头开始,沿最长桥路到第二桥头,再沿次长桥路回到第一桥头,最后给最短桥路编号,并使取代基位次最小。
例如:1,7-二甲基螺[4.4]壬烷1-甲基二环[4.1.0]庚烷 二环[2.2.2]辛烷1-methylbicyclo[4.1.0]heptane bicyclo[2.2.2]octane二、环烷烃的结构与稳定性 (一)拜尔张力学说o28'60o90o(1)碳原子成环时都处于同一平面,即具有平面的分子结构。
(2)根据正四面体的模型,假设成环后键角为109º28′的环状化合物不仅稳定,而且容易形成。
角张力:SP 3杂化的C 形成环丙烷时每个键必须向内偏转24º44′,形成环丁烷则须偏转9º44′,它们都有恢复稳定的正四面体结构的趋势,即键的偏转使分子内部产生了张力,这种张力是由于键角的偏转而产生,故称角张力。
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CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH3 4–乙基庚烷 CH3 CH3 C CH CH3 CH3 CH3
2,2,3–三甲基丁烷
C2H5 C2H5 CHCH2 C CH2CH3 CH3 CH3
CH3 CH2 CH2CH3 CHCH2 C CH2CH3 CH3 CH3 3,5-二甲基-3-乙基庚烷
三、甲烷的化学性质
1、甲烷的实验室制法 2、甲烷的氧化反应 不能使酸性的KMnO4溶液褪色 3、甲烷的实验室制法取代反应
4、甲烷受热分解
光照下甲烷与氯气发生取代反应
CH4 + Cl2
光照
CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 光照 CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 光照 CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2
非金属元素的原子之间或非金属元素的 原子与不活泼的某些金属元素原子之间形成 共价键。
新授
1、 烃 烃是仅含碳和氢的有机物。 2、最简单的烃——甲烷
一、甲烷的存在
沼气——池沼底部 天然气——某些地方地下深处 瓦斯——煤矿的矿井里
二、甲烷的物理性质
无色、无味的气体,密度比空气小。极 难溶于水。 (讨论:甲烷的收集方法。)
写出下列各化合物的结构简式:
(1)3,3-二乙基戊烷 CH2–CH3 CH3–CH2–C–CH2–CH3 CH2–CH3
H3C CH3 CH3–C–CH–CH3
(2) 2,2,3-三甲基丁烷
CH3
CH3–CH2–CH2–CH–CH2–CH–CH3
CH3 CH2
(3) 2-甲基-4-乙基庚烷
CH3
小结:烷烃的命名
3.烷烃的受热分解
由于其它烷烃的碳原子多,所以其它烷烃分解比甲烷复杂。 一般甲烷高温分解,长链烷烃高温裂解、裂化。
•
脂环烃
脂环烃
• 一、分类、命名法
– (一)分类 – (二)命名
• 二、脂环烃的稳定性 • 三、性质
– (一)物理性质 – (二)化学性质
• 1.催化加氢 • 2.加卤素 • 3.加卤化氢
3–甲基丙烷 2–乙基丙烷
2–甲基丁烷
CH3 CH CH2 CH CH3 CH2 CH2 2,4–二乙基己烷 CH3 CH3
3,5–二甲基庚烷
写出下列各化合物的结构简式 :
3,3-二乙基戊烷 2,2,3-三甲基丁烷 2-甲基-4-乙基庚烷
CH3 CH2
CH2–CH3 CH3–CH2–C–CH2–CH3 CH2–CH3
H3C CH3 CH3–C–CH–CH3
CH3
CH3–CH2–CH2–CH–CH2–CH–CH3
CH3
烷烃的物理性质
随着烷烃碳原子数的增加,总的趋势(递变性)是: ①气→液→固;②熔点升高;③沸点升高;④密度增大。 另外,与甲烷相似,烷烃易溶于有机溶剂,难溶于水。
烷烃的物理性质
一、物态
常温常压下,四个碳原子以内的脂烃为气体;C5~ C16的烷烃、C5~C18的烯烃、C5~C17的炔烃、C5~C11的 环烷烃为液体;高级脂烃为固体。
2.名称组成 CH3–CH–CH – CH2–CH3 CH3 CH3
–
2,3– 二 甲基 戊烷
主链名称 取代基名称 取代基数目
–
取代基位置
系统命名法:
1 2 3 4
CH3–CH–CH2–CH3 CH3 2– 甲基 丁烷 –
CH3 4 5 6 3 1 2 CH3–C–CH2–CH–CH2–CH3 CH3 CH2–CH3
向 下 排 空 气 法
排 水 法
三、甲烷的化学性质(结构决定性质)
1、甲烷的电子式
说明: “ • ”为碳原子的价电 子 “ × ”为氢原子的价电 子
提示:
结构式:用一根短线表示一对共用电子的图式。
2、甲烷分子的结构式。
电子式
结构式
3、甲烷分子的结构模型
甲烷正四面体结构
Ⅰ 球棍模型 Ⅱ 比例模型
第九章
第二节
烃
烷烃
复习:
1、什么是有机物?(比较) 答案:世界上绝大多数含碳的化合物。 2、举例常见的有机物? 答案:糖、醋、酒精、食油、塑料、橡 胶、纤维、动植物的有机体等等
有机物同无机物的比较
性质和反应 溶解性 耐热性 有 机 物 多数不溶于水,易溶 于有机溶剂 多数不耐热,熔点较 低,一般在400 ℃以 下 多数可以燃烧 无 机 物 有些溶于水,而不 溶于有机溶剂 多数耐热,难熔化 ,熔点一般比较高 多数不能燃烧
练习:
下列哪组是同系物?(
A、CH3CH2CH2CH3 B、CH3CH3 CH3CH(CH3)CH3 CH3CH(CH3)CH3 CH2
)
C、CH3-CH=CH3
CH2
CH2
正丁烷和异丁烷的性质比较 物质 熔点(℃) 沸点(℃) 正丁烷 -138.4 -0.5 0.5788 异丁烷 -159.6 -11.7 0.557
二、沸点(b.p.)
同系列的烃化合物的沸点随分子中碳原子数的增加 而升高。同碳数的环烷烃比相应的烷烃的沸点高。同碳 数的炔烃比相应的烯烃和烷烃的沸点高。 在碳原子数目相同的烷烃异构体中,直链烷烃的沸 点较高,支链烷烃的沸点较低,支链越多,沸点越低。
三、熔点(m.p.)
同系列的烃化合物的熔点基本上也是随分子中碳 原子数目的增加而升高。对于烷烃,C3以下的变化不规 则,自C4开始随着碳原子数目的增加而逐渐升高,其中 含偶数碳原子烷烃的熔点比相邻含奇数碳原子烷烃的熔 点升高多一些。这种变化趋势称为锯齿形上升。
–
–
2,2–二甲基 –4–乙基己烷
–
CH3 CH CH3 CH2 CH3
2–乙基丙烷 2–甲基丁烷
CH3 CH CH2 CH CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 2,4–二乙基戊烷 3,5–二甲基庚烷
CH2CH3 CH3 CH3 C CH2 C CH3 CH3 CH3 2,2,4,4-四甲基己烷
习惯命名法(正、异、新) 系统命名法: (1)1-10个C原子的直链烷烃: 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 (2)11个C原子以上的直链烷烃: (3)有支链的烷烃: a.定主链:最长 b.定C原子序号:最近 c.命名:先“小”后“大”,同类归并,用字规 范
判断改错 :
CH3 CH CH3 CH2 CH3
烷烃
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
己烷
庚烷
辛烷
1.以上各结构中,每个碳原子的化合价都已充分利用, 都达到“饱和”。这样的烃叫做饱和烃,又叫烷烃。 2.在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质
互相称为同系物。如烷烃中的甲烷、乙烷、十七烷等,
它们互为同系物。
3.通过烷烃之间相差“CH2”原子团,得出烷烃的通式CnH2n+2
同分异构体 同 分子组成 分子式、分子量 分子中原子结合顺序 物理性质
异
同分异构体的书写
——减链法:以戊烷为例
从最长的C链开始减碳,找出中心对称轴, 只在轴的一侧变换取代基的位置
原则:主链由长到短 支链由整到散 位置由心到边 排布对邻间 支链不到端
练习: 写出己烷、庚烷的同分异构体的结构简式
附表:烷烃的碳原子数与其对应的同分异构体数
5、CH3CH(CH3)CH2CH3
烷烃
烷烃的命名 (一)习惯命名法 (二)系统命名法
CH3CH2CH2CH2CH3 CH3 CH3—C—CH3
CH3CHCH2CH3 CH3
CH3
系统命名法:
1.选定分子中最长的碳链做主链,并按主链 上碳原子的数目称为某“烷”。
2.把主链里离支链最近的一端作为起点,用1、 2、3等数字给主链的各碳原子依次编号定 位以确定支链的位置。
C - C- C ∣ C C- C ∣ ∣ C C
练习2:
下列五组物质中___ 1 互为同位素,___ 2 是同素异形体, ___ 5 是同分异构体,___ 4 是同系物,___ 3 是同一物质。
1、 3、
12 6
C
14 6
C
2、白磷、红磷 4、CH3CH3、CH3CHCH3 | CH3
H H | | H-C-Cl 、 Cl-C-Cl | | Cl H C(CH3)4
由一个化合物转变为其异构体的反应 叫做异构化反应。例如,正丁烷在三溴化 铝及溴化氢的存在下,在27℃时可发生异 构化反应而生成异丁烷
CH3 CH3CH2CH2CH3
AlCl3,HCl
CH3
CH
CH3
四、裂化反应
在高温下使烷烃分子发生裂解的过程称为裂化。
CH4 + CH2=CH CH3CH2CH2CH3 CH3 CH3
光照
CCl4 + HCl
烃分子中的氢原子被卤素原子取代 后所形成化合物叫做卤代烃
各卤代烃结构式:
二氯甲烷的结构式
取代反应与置换反应的比较:
取代反应 可与化合物发生取 代,生成物中不一定 有单质 反应能否进行受外界 条件影响较大 置换反应 反应物、生成物中一 定有单质
在水溶液中进行的置 换反应遵循金属或非 金属活动性顺序 逐步取代,很多反应 反应一般单方向进行 是可逆的
3.把支链作为取代基。把取代基的名称写在 烷烃名称的前面,在取代基的前面用阿拉 伯数字注明它在烷烃直链上的位置,并在 号数后连一短线,中间用“–”隔开。 4.如果有相同的取代基,可以合并起来用二、 三等数字表示,但表示相同取代基位置的 阿拉伯数字要用“,”隔开;如果几个取代 基不同,就把简单的写在前面,复杂的写 在后面。
碳原 子数
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
同分 异体 数
1
1
1