有机化学c2 饱和烃

五、烷烃分子的模型和表示方法 ① 键线表示法： ② 楔形式 ：
H
H
H C C H H H
己烷 2-甲基戊烷 乙烷
实线-键在纸平面上; 楔线-键在纸平面前; 虚线-键在纸平面后。
（3)模型：
Kekkule(凯库勒)模型：球和棍棒，表示原子和键； stuart（斯陶特)模型：原子半径和键长的比例；
乙烷的凯库勒模型
四．其它烷烃的构型 1） 碳原子都是以SP3杂化轨道与其他原子形成σ 键，碳 原子都为四面体结构。 2） C-C键长均为0.154nm, C-H键长为0.109nm,,键角都接 近于109.5°。 3） 碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整 齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因σ 键能自由旋转所致）。
斯陶特模型
4. 烷烃的构象(Conformation) （重点）
• 构象：构造一定的分子，通过单键的旋转而引起
的分子中各原子在空间的不同排布称为构象。
• 构象异构体(Conformers)：由单键旋转而产生的
异构体。属于立体异构。
• 单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构
体。室温下，异构体不能分离。
甲烷的C-H键
-键
H
109.5
C H H
H
-键 :杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的
三、σ 键：成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠
而形成的键叫做σ 键。 σ 键的特点:(1)电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。 (2)可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。 (3)结合的较牢固。 因 C-H键, 键能 415.3KJ/mol C-C键, 键能 345.6KJ/mol
带有支链的烷烃则按以下命名规则命名
1、基团 (-yl) 的概念：烷烃分子中除去一个氢原子后余下 的部分，以R-表示
(1)某基：甲基(methyl) CH3- ；乙基(ethyl) CH3CH2- ； 丙基 CH3CH2CH2(2)异某基：异丙基 (CH3)2CH- ； 异丁基 (CH3)2CHCH2(3)仲某基：仲丁基 CH3CH2CH(CH3)(4)叔某基：叔丁基 (CH3)3C-
1° C 例如： H 3 C H 3 4° 2 ° C CH 2 C H 3 3° CH C H 3 1° CH 3
与伯、仲、叔碳原子相连的 氢原子，分别称为伯、仲、叔氢 原子。 不同类型的氢原子的反应性能有 一定的差别。
碳原子和氢原子的分类（重点)
CH3 H 3C C CH CH2 CH3
CH3 CH3
碳原子都是SP3杂化， 烷烃分子中： C-C 键为SP3- SP3 σ 键
C-H 键为SP3- S
σ键
乙 烷 分 子 中 原 子 轨 道 重 叠 示 意 图
碳-碳单键的键长是0.154nm,键能为345.6kJ/mol。
C-H -键
C-C -键
可绕键轴自由 旋转
这是C原子能形成碳链和碳环的化学键的基础。
四甲基甲烷
C H3 C H3 C C H3
二甲基（正）丙基异丙基甲烷
C H3 C H2 C C H3 C H3
二叔丁基甲烷
四、有机化合物的俗名和简称：
所谓俗名(trivial name)就是化学工作者根据化合 物的来源、制法、性质或采用人名等加以命名的。仅举 几例：
HC O O H 蚁酸 C H3O H 木醇 C H3C O O H
a
杂化轨道有更强的方向性； 四个键尽可能远离；
1s
6
b
四个SP3杂化轨道完全等值；
c
d
2s
每两个杂化轨道之间的夹角都是10928’
2s 2px 2py 2pz
sp3
C
2s 2px 2py 2pz
激发源自文库
2px 2py 2pz
杂化
基态
激发态
二、甲烷的正四面体结构 键长：0.110nm 键角：10928’ C的四个sp3轨道 sp3 轨道和甲烷分子的形成
60
120
180
240
300
360
稳定性： 对位交叉 > 邻位交叉 > 部分重叠 > 全重叠
同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。 构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺 序不同而产生的异构体。
碳架异构：由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造 异构)
开链烷烃的构造异构只有碳架异构
CH 3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH 3 CH CH 2-CH3 CH 3 CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3
分子式
甲烷 CH4 C 2H 6
构造式
构造简式
CH4
H H C H H
H H H C C H H H
H H H H C C C H H H H
乙烷
CH3CH3
丙烷
C 3H 8
CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3
丁烷
C4H10
H H H H H C C C C H H H H H
二、 烷烃的同分异构现象
7 CH3
4-甲基-3-乙基庚烷 3-乙基-4-甲基庚烷（×） （ ）
三、衍生物命名法
该法是按照化合物由简到繁的原则，规定每类化合 物以最简单的一个化合物为母体，而将其余部分作为取 代基来命名的。
C H3
C H3
烷烃：
C H3
C C H3
C H3
C H3C H
C
C H2C H2C H3
C H3 C H3
第二章 饱和烃（烷烃)
Alkanes
【学习要求】 1. 能正确书写烷烃的构造异构体，掌握烷烃的命名原则。 2. 能用原子轨道杂化理论解释烷烃中碳原子的构型。 3. 掌握σ键的形成、结构特点及特性 。 4. 掌握构象式（纽曼式和透视式）的写法。 5. 掌握烷烃的物理性质（沸点，熔点，溶解度，比重等） 存在的规律性的变化。 6. 掌握烷烃的氧化，裂化，取代反应。 7. 掌握烷烃的卤代反应、自由基反应的条件、历程及自 由基的稳定性。
C 1 一级碳原子 C 2o 二级碳原子 C 3 三级碳原子 C 4o 四级碳原子
o
o
伯碳原子 仲碳原子 叔碳原子 季碳原子
1H 2oH 3H
o
o
2 链烷烃的命名
• 1.习惯命名法（普通命名法） • 2.系统命名法 • 3. 衍生物命名法 • 4. 俗名
一、普通命名法： 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸分别表示十个以下碳原 子数目; 碳原子数在十个以上的，用中文数字十一、十二、十 三……来表示 ; 用“正(normal)、异(iso)、新(neo)‖等字为前缀区分 异构体，加上“烷”字即为全名。
正戊烷
异戊烷
新戊烷
三、 伯、仲、叔、季碳原子
在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子 （或一级碳原子，用1°表示） 在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子 （或二级碳原子，用2°表示） 在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子 （或三级碳原子，用3°表示） 在烃分之中仅与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子 （或四级碳原子，用4°表示）
(3).汉字二、三、四等不能用阿拉伯数字2,3,4等替换
选择含取代基多的最长碳链
7 6 5 4 3 2 1 CH3CH2CH CH CH CHCH3 CH3 CH2 CH3 CH3 CH2CH3
2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷
最低系列原则
2,2,3,5 – ( 2,4,5,5 – (
CH3 1 2 3 4 5 6 顺次逐项比较， CH3C CH CH2 CHCH3 4 3 2 1 最先遇到位次最小者。 6 5 CH3 CH3 CH3
一、乙烷的构象：
构象：围绕单键旋转所产生分子中的原子或基团在空间的不同排列。 1、透视式：
H H
H H H
H
H
H HH
H H
交叉式
2、纽曼投影式：
H H H H
重叠式
H H
H H
HH
H H
纽曼投影式规则（重点）
①画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三 等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根σ键； ②圆心表示离眼睛较近的碳原子，由圆心到圆周三 等份的延长线表示这个碳上的 三根σ键。
CH3 CH3 H H
CH3 60O H H
丁烷的构象 CH
CH3 H H 60O H H
3
60O CH3 H
HH 1 全重叠式 CH3
H 2 邻位交叉式 CH3 H
3 部分重叠式 CH3 60
O
H H CH3 4
H H
60
O
CH3 H H 6
H H
CH3 H 5
HH
对位交叉式
部分重叠式
邻位交叉式
R
R
2 1
2
H
C H
1
2
H H
C C
2
H H
2
H
2
H
所以乙基和甲基相比，乙基为“较优”基团，因此 乙基应排在甲基之后命名, “>”表示优先于。 H H H H C CH3 C H C H C H CH3 CH2CH3 H CH3
1
2
3
CH3
CH2
CH CH2 CH3
4 CH CH3
5 CH2
6 CH2
饱 和烃 (烷烃） 开链烃 （脂 肪 烃） 烃 环烃 不饱 和烃
§1.2 同系列和同分异构
一、同系列：具有同一个通式，结构和化学性质相
似在组成上相差一个或几个—CH2的一系列化合物。 同系差：同系列组成上的差异—CH2—。 同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。 最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、 丙烷 、丁烷、戊烷„„等，它们组成了烷 烃的同系列
16 C 结晶像冰
HO O C C O O H 草酸
。
冰醋酸
CH4
—— 甲烷，
沼气
凡士林（Ｃ１８－Ｃ２２的烷烃混合物） 石油醚（Ｃ５－Ｃ９的烷烃混合物） 液体石蜡（Ｃ９－Ｃ１７的烷烃混合物）
3. 烷烃的结构
一、碳原子的sp3杂化： 1个s轨道和3个p轨道杂化后，形成4个完全相等的轨道，这种轨道 称为sp3杂化轨道。
1 几个基本概念
• 烃(Hydocarbons) • 饱和烃(Saturated hydrocarbons) • 链烷烃的通式(General formula) CnH2n+2 • 同系列(Homologous series) • 同系物(Homologs)
§1.1 烃：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫碳氢化 合物。 开链烃：碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪烃 叫烷烃。
从C-C单键的延线上观察：
3、构象的表示方法： 纽曼式（Newman） 楔形式 锯架式
球棒模型
4、构象的稳定性 [分析乙烷两个极端构象]
H H C H
229
H C H H
H H C H
250
C
H H H
排斥力最大 内能高
排斥力最小 内能低
非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。 构象的稳定性与内能有关。内能低,稳定；内能高,不稳定。
2、命名规则：（重点） “三步曲” (1)选主链：最长碳链。等长时, 取代基最多。
(2)编号：a:从离支链最近的一端开始编号；
b: ―位置和最小”（以前） _____―最低系列”规则（现在） (3)写出名称：a:支链烷基名称和位置写在前； b: 小基团在前，大基团在后（次序规则）； c:相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目。 注意： (1).数字与汉字间用“—‖隔开，数字间用“，”分开； (2). ―某基”和“某烷”之间不能用“—‖隔开;
) )
2,2,3,5-四甲基己烷
次序规则的主要内容
• 原子序数大的次序大，原子序数小的次序 小，同位素中质量高的次序大 。次序大的 为“较优”基团后命名。 I >Br >Cl >S >P >F >O >N >C >D >H • 如果原子团的第一个原子相同，则比较与 它相连的其它原子（第二个原子）的原子 序数大小 ，其它依次类推 。 • 含有双键或叁键的原子团，可以认为连有 二个或三个相同的原子 。
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
正戊烷
CH3
CH3 CH CH3
异戊烷
CH2 CH3
CH3
C CH3
CH3
新戊烷
二、系统命名法（IUPAC）(International Union of Pure and Applied Chemistry)国际纯粹和应用化学联合会
直链烷烃系统命名与普通命名法相同，只是把“正”字取 消
内能最低的构象称优势构象。
其它构象的内能介于这两者之间。
乙烷不同构象的能量曲线图
E
重叠式构象 HH H H H H H H H H HH
优势构象
交叉式构象 H H H H H H H H
HH HH
扭张力
扭转能
12.1 kJ / mol 60 120 180 240
旋转角度
能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。
二 .丁烷不同构象的能量曲线图
CH3 CH3 H H HH H H H H H CH3 CH3 H CH3 H CH3H CH3 H CH3 H 5 CH3 HH CH3 H H CH3 H H H H CH3 H H H H CH3 CH3 H 1 H E
1
3
2
6
4
3.7 kJ/mol 15.9 kJ/mol 18.8 kJ/mol