饱和烃修改学习.pptx

第 1 节 烷烷 烃烃（alkanes）烃：分子中只含碳、氢两种元素的化合物统称为碳氢化合物，简称为烃。烃是有机化合物最基本的化合物，也是有机化学工业的基础原料。饱和烃：分子中碳原子之间都以单键相连，碳原子其余的价键都被氢原子所饱和的化合物称为饱和碳氢化合物，简称饱和烃或烷烃。第1页/共109页2.1 烷烃的通式、同系列和构造异构（一）烷烃的同系列同系列同系列同系列（Homologous series）和同系物同系物同系物同系物（自学）掌握掌握：烷烃的通式：CnH2n+2；同系物的结构相似，性质相近。（二）构造异构构造异构构造异构构造异构（constitutional isomerism）构造异构构造异构：分子式相同，仅由于组成分子的原子间分子式相同，仅由于组成分子的原子间连接顺连接顺序和方式不同序和方式不同而引起的同分异构。而引起的同分异构。同系列同系列：凡具有同一个通式同一个通式，结构相似结构相似，化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律性的变化的化合物系列。第2页/共109页第3页/共109页2.2 烷烃的命名烷烃的命名 伯、仲、叔、季碳原子的概念伯、仲、叔、季碳原子的概念第4页/共109页季碳季碳伯碳仲碳叔碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳第5页/共109页问题2-1 标出下列化合物中的伯、仲、叔、季碳原子，并指出有多少伯、仲、叔氢原子？（1）（2）（1）中有4个伯C，12个伯H；1个仲C，2个仲H；2个叔C，2个叔H。（2）中有5个伯C，15个伯H；1个仲C，2个仲H；1个叔C，1个叔H；1个季C。第6页/共109页烷基烷基：烷烃分子中烷烃分子中去掉一个氢原子去掉一个氢原子留下的原子团。留下的原子团。烷基通式烷基通式：CnH2n+1 常用符号常用符号：R-烷基的英文名称烷基的英文名称：将烷烃的词尾（将烷烃的词尾（-ane）换成（换成（-yl）即可。即可。烷基烷基（alkyl）第7页/共109页一些烷基（一些烷基（alkyl）结构及名称结构及名称第8页/共109页 普通命名法（普通命名法（适用于简单化合物适用于简单化合物）也称也称“习惯命名法习惯命名法”碳原子数目：一，二，三，四，五，六，七，八，九，十，甲，乙，丙，丁，戊，己，庚，辛，壬，癸 Methane,ethane,propane,butane,pentane,hexane,heptane,nonane,decane,undecane用“正”，“异”和“新”等前缀区别同分异构体，然后加上烷字就是全名。“异”和“新”二字只适用少于7 7个碳原子的烷烃 原则:“一名对一物”（可能“一物对多名”）第9页/共109页 正 异 新直链烷烃第10页/共109页Prefix&SuffixPrefix&Suffix(A)(A)甲甲甲甲 乙乙乙乙 丙丙丙丙 丁丁丁丁 戊戊戊戊 己己己己 庚庚庚庚 辛辛辛辛 壬壬壬壬 癸癸癸癸(B)(B)1o 2o 3o 4o Primary secondary tertiary tetra-Primary secondary tertiary tetra-(伯伯伯伯 仲仲仲仲 叔叔叔叔 季季季季 )(C)(C)-yl,-ylene,-ylidyne-yl,-ylene,-ylidyne (基基基基 亚基亚基亚基亚基 次基次基次基次基)(D)(D)n-,iso-,neo-n-,iso-,neo-(正正正正 异异异异 新新新新)几个与命名有关的词几个与命名有关的词第11页/共109页“天干地支天干地支”简称简称“干支干支”，是夏历中用来编排年号，是夏历中用来编排年号和日期用的。和日期用的。天干：天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；地支：地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥戌、亥，也称十二地支。，也称十二地支。(A)(A)(A)(A)甲甲甲甲 乙乙乙乙 丙丙丙丙 丁丁丁丁 戊戊戊戊 己己己己 庚庚庚庚 辛辛辛辛 壬壬壬壬 癸癸癸癸来源于中国“天干地支”的“天干”第12页/共109页与碳原子个数关联Alkanes are usually named after Chinese era.甲是拆的意思,指万物剖符而出.乙是轧的意思,指万物出生,抽轧而出.丙是炳的意思,指万物炳然著见.炳，长势正旺丁是强的意思,指万物丁壮.戊是茂的意思,指万物茂盛.己是纪的意思,指万物有形可纪识.庚是更的意思,指万物收敛有实.辛是新的意思,指万物初新皆收成.壬是任的意思,指阳气任养万物之下.癸是揆的意思,指万物可揆度.第13页/共109页 衍生物命名法衍生物命名法 命名时以甲烷做母体，把其它烷烃看成是甲命名时以甲烷做母体，把其它烷烃看成是甲烷的烷基衍生物，即甲烷中的氢原子被烷基取代烷的烷基衍生物，即甲烷中的氢原子被烷基取代生成的化合物。生成的化合物。例：二甲基乙基仲丁基甲烷二甲基乙基仲丁基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷二甲基乙基异丙基甲烷第14页/共109页Three Steps:1)parent name 找母体找母体找母体找母体 2)numbering 编号编号 3)nomenclature 书写书写书写书写 系统命名法系统命名法第15页/共109页支链烷烃的命名规则规则：a.选主链选主链：选：选最长的最长的、取代基最多取代基最多的碳链作主链。的碳链作主链。b.编号：从离取代基最近的一端编号，并满足最 低系列原则。2,2,3-2,3,3-系统命名法系统命名法第16页/共109页 若主链上有几种取代基时，应按若主链上有几种取代基时，应按“次序规则次序规则”，较优基团，较优基团后列出。后列出。3,3,4,5-四甲基四甲基-4-乙基庚烷乙基庚烷3,4,5,5-四甲基四甲基-4-乙基庚烷乙基庚烷3124567第17页/共109页C.写法写法位次位次取代基位置取代基位置用用阿阿拉拉伯伯数数字字，数数字字间间用用逗逗号号隔隔开开（半半字字线线）取代基名称取代基名称相相同同的的取取代代基基合合并并起起来来，用用一一、二二、三三 表表示示母体母体123452,2,4-三甲基戊烷三甲基戊烷例：例：2,5-二甲基二甲基-4-异丙基庚烷异丙基庚烷第18页/共109页12345672,3,5-三甲基三甲基-4-丙基庚烷丙基庚烷2-甲基甲基-4-仲丁基仲丁基-4-叔丁基辛烷叔丁基辛烷第19页/共109页2,6,6-三甲基三甲基-3-乙基辛烷乙基辛烷 123456782,7,8-三甲基癸烷三甲基癸烷12345678910第20页/共109页3.命命 名名:中文名称：中文名称：2,3,5-三甲基己烷三甲基己烷例例12 编 号:第一行 取代基编号为2,4,5;第二行 取代基编号为2,3,5;根据最低系列原则,用第二行编号。1 确定主链:最长链为主链。第21页/共109页1 确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。一长链侧链位次为一长链侧链位次为2,4,5;而另一长链而另一长链侧链位次侧链位次 为为2,4,6,小的优先。小的优先。2 编编 号：黑色编号侧链位次号：黑色编号侧链位次2,4,5;蓝色编号侧链位次蓝色编号侧链位次3,4,6。按最底系列原按最底系列原 则选黑则选黑 色编号。色编号。3 命命 名：名：2,5-二甲基二甲基-4-异丁基庚烷异丁基庚烷;或或 2,5-二甲基二甲基-4-(2-甲丙基甲丙基)庚烷庚烷 例例2第22页/共109页课堂练习课堂练习1.2,4,5-三甲基三甲基-4-乙基庚烷乙基庚烷2.3,4-二甲基已烷二甲基已烷第23页/共109页3,6-二甲基-5-丙基辛烷3.4.3-甲基甲基-3-乙基乙基-4-丙基庚烷丙基庚烷第24页/共109页5.2,3,10-三甲基三甲基-8-乙基乙基-9-叔丁基十二烷叔丁基十二烷6.7.2-甲基-3-乙基庚烷4-甲基-5-异丙基辛烷第25页/共109页问题2-2 用衍生命名法命名下列化合物：（1）（2）二甲基二乙基甲烷乙基异丙基异丁基甲烷第26页/共109页问题2-3用系统命名法命名下列化合物（1）（1）3-甲基-3,4-二甲基庚烷（2）12345678（2）2,3,6,7-四甲基辛烷第27页/共109页(1)新戊基 (2)2,5-二甲基-4-异丁基庚烷问题问题2-4 写出下列烷基或化合物的构造式写出下列烷基或化合物的构造式(1)(2)第28页/共109页2.3 烷烃的结构 甲烷的四个CH键完全相同，键角为109.5，键长为109.1pm。甲烷中的碳为sp3杂化，四个杂化轨道完全一样，分别与氢形成键，故呈四面体。这种键，电子云重叠是沿键轴方向，键的旋转不影响电子云的重叠，故可以自由旋转。键两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键。第29页/共109页 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz跃迁跃迁原子轨道重组原子轨道重组4个个sp3轨道轨道C:1s22s22p2碳原子的碳原子的碳原子的碳原子的spsp3 3杂化杂化杂化杂化（Hybridization）轨道四面体型四面体型四面体型四面体型第30页/共109页构成烷烃的碳原子以构成烷烃的碳原子以sp3 杂化轨道成键，为杂化轨道成键，为键。键。sp3 杂化轨道特点：杂化轨道特点：（1）形状：一头大，一头小。形状：一头大，一头小。（2）成分：每一个轨道含成分：每一个轨道含1/4s，3/4p成分。成分。（3）易于成键：成键时，轨道重叠程度大于单纯易于成键：成键时，轨道重叠程度大于单纯s或或p轨道。轨道。（4）键角：等性杂化，各轨道间夹角均为键角：等性杂化，各轨道间夹角均为10928。第31页/共109页烷烃分子的结构烷烃分子的结构第32页/共109页烷烃分子的模型烷烃分子的模型甲烷的Kekule模型 甲烷的Stuart模型HHCHH第33页/共109页乙烷丙烷丁烷已烷第34页/共109页 在烷烃中，C均以sp3杂化轨道成键，价键分呈四面体形，且又由于键可以自由旋转，所以烷烃的结构不象我们所写的那样一层不变，而是运动的，一般以锯齿形存在。并且在平衡位置不断振动。构象构象构象构象（conformation）由于单键旋转而使分子中的原子或基团在空间的不同排列形式称为构象。2.4 烷烃的构象第35页/共109页乙烷的构象乙烷的构象 重叠式构象重叠式构象交叉式构象交叉式构象透视式透视式(锯架式锯架式)Newman投影式投影式重叠式构象重叠式构象重叠式构象重叠式构象楔形式楔形式(伞形式伞形式)第36页/共109页交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定交叉式构象最稳定，重叠式构象最不稳定。构象异构体：既是不同物质，又是相同物质各基团空间位置不同，为异构体常温下相互转换，一般无法分离第37页/共109页丁烷的构象丁烷的构象对位交叉式对位交叉式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式全重叠式正丁烷沿正丁烷沿C2和和C3之间的之间的键键轴旋转有四种典型构象。键键轴旋转有四种典型构象。第38页/共109页部分重叠式全重叠式对位交叉式邻位交叉式优势构象优势构象第39页/共109页四种构象稳定性次序：四种构象稳定性次序：对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠第40页/共109页极限构象：能峰、能谷优势构象：能量最低的构象构象分析：对构象进行物理、化学分析第41页/共109页沸点大小沸点大小取决于分子间的作用力取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点烷烃沸点的特点（1 1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。沸点一般很低（非极性，只有色散力）。（2）随相对分子质量增大而沸点升高（接触面增大，色散随相对分子质量增大而沸点升高（接触面增大，色散力增大）。力增大）。（3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）子不易接近）1.沸点沸点2.5 烷烃的物理性质第42页/共109页烷烃熔点的特点烷烃熔点的特点（1）随相对分子质量增大而增大。随相对分子质量增大而增大。（2）偶数碳烷烃比奇数碳偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值烷烃的熔点升高值 大大（如右图）。（如右图）。（3）相对分子质量相同的烷相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点下降。烃，叉链增多，熔点下降。奇数碳奇数碳偶数碳偶数碳取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。2熔点熔点 a.对称性对称性 m.p b.分子量分子量 m.p “奇偶效应奇偶效应”偶数在上偶数在上 奇数在下奇数在下第43页/共109页烷烃的密度均小于烷烃的密度均小于1（0.424-0.780)A、IRB、1H-NMR3.相对密度相对密度4.溶解度溶解度随碳链增长，折射率增大。随碳链增长，折射率增大。5.折射折射(光光)率率烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.6.光谱性质光谱性质比水轻比水轻第44页/共109页烷烃的取代反应1）卤化反应C-C 和 C-H 键，非极性键，键能大：C-C 347.3 kJ/mol，C-H 414 kJ/mol。烷烃的取代反应：烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团代替的反应称取代反应。卤代（卤化）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或卤化反应。2.6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质比较稳定可以反应自由基型反应第45页/共109页氯化反应甲烷和氯在强光作用下，产生碳黑：如果在漫散射光或加热时，得到一氯甲烷、如果在漫散射光或加热时，得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物：二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳的混合物：242.7 kJ/mol第46页/共109页氯氯与与甲烷甲烷反应有如下的实验现象：反应有如下的实验现象：反应中加反应中加O2，反应速度变很慢。，反应速度变很慢。CH4+Cl2 （）（）CH4+Cl2 （）（）CH4+Cl2 （）（）反应很快停止反应很快停止 CH4 +Cl2 （）（）Cl2 +CH4 （）（）Cl2 停止一段时间停止一段时间 （）（）室温室温暗暗270暗暗室温室温h停止停止hhhh+CH4第47页/共109页ClClhClClHHHHC CHClHHHC CStep1:InitiationClClClHHHC CClStep2:PropagationStep3:TerminationClClClHHHC CHHHC CHHHC CClHHHC CClHHHC CHHHC CReaction mechanisms反应机理第48页/共109页 工业生产上若得到单一的氯代甲烷是很难实现的，但调节反应物甲烷与氯的摩尔比，可以得到以某一产物为主的混合物：100.26311主要产物主要产物烷烃分子中烷烃分子中不同氢原子被氯代的速率不同。不同氢原子被氯代的速率不同。（28%）（72%）（64%）（36%）主要产物主要产物第49页/共109页6个伯氢所得个伯氢所得2个仲氢所得个仲氢所得仲氢仲氢/伯氢伯氢=仲氢的反应活性是伯氢的仲氢的反应活性是伯氢的4倍。倍。36%64%叔氢/伯氢=叔氢的反应活性是伯氢的叔氢的反应活性是伯氢的5倍。倍。相对活性为伯氢:仲氢:叔氢 1:4:5第50页/共109页溴化反应 烷烃也能与溴反应，生成溴代烷，但反应烷烃也能与溴反应，生成溴代烷，但反应活性没有生成氯代烷的大。活性没有生成氯代烷的大。（97%）（3%）（痕量（痕量）（99%）第51页/共109页 用处理氯代反应的思路处理上述反应的实验结果得到溴与烷烃反应的相对活性：3(-H):2(-H):1(-H)=1600:82:1即烷烃不同氢的溴代反应活性也遵循下面的规律：CH3-H 1(-H)2(-H)3(-H)氟化反应和碘化反应氟与烷烃的反应非常迅速，能引起爆炸，工业上很少应用。碘与烷烃的反应是一个平衡反应，只有及时除去生成的还原性产物碘化氢，反应才可能生成较多的碘代烷。第52页/共109页 反应活性与选择性反应活性：指某一反应的反应速度。反应选择性：指某一反应可能生成几种产物，其中一种产物占总产物的百分含量称为该反应对这种产物的选择性。卤素与烷烃的取代反应的反应活性是：氟化氯化溴化碘化 实际应用中主要是烷烃的氯代反应和溴代反应。氯的取代反应比溴的取代反应活性大，但对仲氢和叔氢的选择性却比溴小。第53页/共109页卤素取代烷烃中不同氢的选择性表21000018001I21600821Br25.13.81Cl21.81.31F23-H2-H1-H卤素卤素 一条较普遍的规律：反应活性越大，往往对一条较普遍的规律：反应活性越大，往往对产物的选择性越小。产物的选择性越小。第54页/共109页2）烷烃卤代反应的机理 反应机理：对反应的整个过程的描述称为反应机理，它包括一系列基元反应。自由基反应：自由基反应的最本质特征是生成反应中间体自由基，自由基反应分三步：链引发、链增长和链终止。烷烃的C-H键是非极性键，氯代反应是在光照或高温下进行，是自由基反应。第55页/共109页链引发链引发链增长链增长 反应（反应（3）（2）（3）（2）一直循一直循环反应下去，直至自由基消亡。环反应下去，直至自由基消亡。链终止链终止第56页/共109页碳自由基的能量排序为：3o(-R)2o(-R)1o(-R)2o(-R)1o(-R)CH3定性判断反应进行难易程度的结论：中间体碳自由基的稳定性与形成碳自由基的过渡态的稳定性是一致的。即稳定的自由基，其过渡态也稳定，反应活化能较低，反应速率较快。第57页/共109页烷烃的氧化反应氧化反应：在有机物分子中引入氧原子的反应称为氧化反应。有时把有机化合物的脱去氢原子的反应也称氧化反应。1.完全氧化反应烃类燃烧放出的能量称为燃烧焓（燃烧热），现代的实验技术可以精确的测定燃烧焓值。第58页/共109页名称名称辛烷辛烷2-甲基庚烷甲基庚烷2,2-二甲基二甲基己烷己烷2,2,3,3-四甲四甲基丁烷基丁烷-r Hm/kjmol-15474.25469.25462.15455.4第59页/共109页燃烧焓-r Hm 值反映了反应物的焓 H值，即反映了异构体的稳定性：n-CnH2n+2 比比 i-CnH2n+2 能量高，不稳定能量高，不稳定在在CnH2n+2中支键数增多，中支键数增多，H值小，稳定值小，稳定每一摩尔每一摩尔-CH2-的的-r Hm 660 kJmol-1 烷烃的最大用途就是作为烷烃的最大用途就是作为燃料燃料，是目前，是目前人类的主要能源。人类的主要能源。第60页/共109页 2.部分氧化反应使用催化剂，控制反应条件可使烷烃部分氧化得到醇、醛、酮、酸等化合物。合成甲醛合成甲醛合成环己酮合成环己酮合成醋酸合成醋酸合成脂肪合成脂肪酸酸氧化反应的产物很复杂，难分离纯化。氧化反应的产物很复杂，难分离纯化。第61页/共109页有机化合物的爆炸极限甲烷的爆炸极限是5.53%14%，甲烷在空气中的体积分数达到这个范围，遇明火爆炸，而在这个范围之外燃烧亦不爆炸。大多数有机化合物都有此性质。化工厂、煤矿爆炸事故多源于此。第62页/共109页异构化反应链烷烃在强酸催化下，可进行异构反应：工业上应用工业上应用：将直链烷烃转化成支链烷烃，：将直链烷烃转化成支链烷烃，提高油品的质量。提高油品的质量。第63页/共109页烷烃的裂解反应与异构化反应裂解反应(1)热裂解第64页/共109页(2)催化裂解 高碳数烷烃，如柴油、沥青、渣油、甚至原油高碳数烷烃，如柴油、沥青、渣油、甚至原油都能进行裂解反应。都能进行裂解反应。工业上应用工业上应用：制备：制备CH2=CH2、CH2=CHCH3等等低碳数烯烃，热裂解反应是自由基型反应，而催化低碳数烯烃，热裂解反应是自由基型反应，而催化裂解是离子型反应。伴随着异构化、环化、芳构化、裂解是离子型反应。伴随着异构化、环化、芳构化、脱氢、缩合和聚合等多种反应，所得的产物十分复脱氢、缩合和聚合等多种反应，所得的产物十分复杂，产物的分离过程也很复杂。杂，产物的分离过程也很复杂。第65页/共109页2.7 烷烃的天然来源烷烃的天然来源烷烃的天然来源主要是烷烃的天然来源主要是石油石油和和天然气天然气。1.天然气天然气2.石油石油主要是主要是烃类的混合物烃类的混合物。从地下开采出来的石油。从地下开采出来的石油 一般是深褐色液体，叫一般是深褐色液体，叫原油原油。干性天然气干性天然气主要成分是主要成分是甲烷甲烷。湿性天然气湿性天然气主要成分除主要成分除甲烷甲烷外还含有外还含有乙烷乙烷、丙烷丙烷、丁烷丁烷等等。石油经炼制可产生汽油、煤油、柴油等轻质燃料，以及润滑油、石油沥青等产品。第66页/共109页石油馏分的组成和用途石油馏分的组成和用途名名 称称主要成分主要成分分馏区间分馏区间（）用用 途途石油气（炼厂气）石油气（炼厂气）C1-C430化工原料化工原料轻油轻油汽油汽油C5-C830-150溶剂、内燃机燃料溶剂、内燃机燃料溶剂汽油溶剂汽油C7-C10120-175化工原料化工原料煤油煤油C11-C16150-270燃料、工业洗油燃料、工业洗油中油中油柴油柴油C15-C25270-340柴油机、蒸汽机和锅炉燃料柴油机、蒸汽机和锅炉燃料轻质润滑油轻质润滑油C18-C22300润滑剂润滑剂重油重油柴油柴油C15-C25340-400燃料燃料润滑油润滑油C18-C22350润滑油润滑油石蜡石蜡C20-C30540化工原料化工原料渣油渣油沥青沥青30固体固体铺路及建筑材料铺路及建筑材料石油醚C5-C620-60化工原料、溶剂第67页/共109页2.8 环烷烃的构造异构和命名1.分类：按环上碳原子的数目可分为三元环、四元环、：按环上碳原子的数目可分为三元环、四元环、五元环和六元环等。习惯上又分为五元环和六元环等。习惯上又分为小环小环（C3C4）、）、普普通环通环（C5C7）、）、中环中环（C8C11）和）和大环大环（C12）。）。2.小环烷烃的不稳定性(1)天然存在的主要是五、六元环烷烃。合成了三元环和四元环烷烃，发现三元、四元环烷烃不稳定。第第2节节 环环 烷烷 烃烃（Cycloalkanes）第68页/共109页环烷烃的构造异构环烷烃的构造异构例：例：C5H10的环烷烃异构的环烷烃异构第69页/共109页n n 环烷烃的类型环烷烃的类型环烷烃的类型环烷烃的类型(单单单单)环烷烃环烷烃环烷烃环烷烃通式：通式：C Cn nH H2n2n桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃（稠环）桥环烃桥环烃桥环烃桥环烃螺环烃螺环烃螺环烃螺环烃（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）（与烯烃通式相同）（构象式）（构象式）第70页/共109页环烷烃的命名环烷烃的命名1).单环环烷烃单环环烷烃规则规则：.确定母体确定母体：环某烷（由环中总碳数确定）。：环某烷（由环中总碳数确定）。.编号编号：若环上有取代基，编号尽可能小。若有：若环上有取代基，编号尽可能小。若有 不同取代基，要用不同取代基，要用较小的数字，表示较小取代较小的数字，表示较小取代 基的位置基的位置。.书写书写同烷烃。同烷烃。例：例：1-甲基甲基-2-乙基环戊烷乙基环戊烷1-甲基甲基-4-异丙基环己烷异丙基环己烷第71页/共109页以环为母体，名称用以环为母体，名称用“环环”开头。开头。环外基团作为环上的环外基团作为环上的取代基取代基环环环环丙烷丙烷丙烷丙烷环环环环己烷己烷己烷己烷甲基甲基甲基甲基环环环环丙烷丙烷丙烷丙烷1,3-1,3-1,3-1,3-二甲基二甲基二甲基二甲基环己烷环己烷环己烷环己烷1 1 1 1-甲基甲基甲基甲基-4 4 4 4-异丙基异丙基异丙基异丙基环己烷环己烷环己烷环己烷 取代基位置数字取代基位置数字取最小取最小第72页/共109页 环可作为取代基环可作为取代基（称（称环环 基基）相同环连结时，可相同环连结时，可 用词头用词头“联联”开头。开头。环丙基环丙基环丙基环丙基环己烷环己烷环己烷环己烷3 3-甲基甲基甲基甲基-4 4-环丁基环丁基环丁基环丁基庚烷庚烷庚烷庚烷联联联联环丙烷环丙烷环丙烷环丙烷第73页/共109页问题2-8 命名下列化合物51234（1）1-甲基-1-乙基环丙烷（2）1,2,3,4-四甲基环丁烷（3）1,2-二甲基-3-乙基环戊烷第74页/共109页2.9 环烷烃的结构环烷烃的结构环的大小与环的稳定性 燃烧热燃烧热:指指1mol化合物完全燃烧生成二氧化碳和化合物完全燃烧生成二氧化碳和水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。水所放出的能量，其大小反映了分子能量的高低。由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个由环丙烷到环戊烷，随环增大，每个亚甲基亚甲基单元的燃烧热单元的燃烧热依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。依次降低；由环己烷开始，亚甲基单元的燃烧热趋于恒定。第75页/共109页环丙烷的结构环丙烷的结构 由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分子由于角张力作用，使得环丙烷和环丁烷分子稳定性下降，容易发生加成反应使环打开。稳定性下降，容易发生加成反应使环打开。键角键角60轨道夹角轨道夹角105.5不等性不等性sp3杂化杂化:形成形成C-C键键sp3杂化轨道具有较多杂化轨道具有较多p成分。成分。环丙烷分子轨道图环丙烷分子轨道图第76页/共109页环丙烷的结构环丙烷的结构碳原子为sp3杂化为缓解角张力形成弯曲键具有重叠构象，氢原子排斥产生“重叠张力”-键角偏离正常键角产生角张力105环丙烷分子具环丙烷分子具有较高的内能，有较高的内能，不稳定不稳定环的结构及其稳定性第77页/共109页环丙烷碳环的结构C-C 键，变成了弯曲键或香蕉键，键不牢，有角张力存在，环不稳定。第78页/共109页u1885年拜尔提出环状化合物“张力学说”。环越小，角张力越大。后来环己烷构象提出来，拜尔的理论开始被怀疑。u近代杂化理论认为，环丙烷碳是 sp3 不等性杂化。C-C 键相当于 sp3 杂化；C-H 键接近 sp2 杂化。u“角张力”的存在是小环烷烃不稳定的主要原因，此外，环丙烷上 C-H 键是重叠构象，存在键的扭转张力。第79页/共109页蝴蝶型蝴蝶型(环丁烷环丁烷)扭曲型扭曲型环戊烷环戊烷从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。从环丁烷开始，成环碳原子均不在同一平面上。第80页/共109页 环己烷环己烷分子中无张力；而分子中无张力；而七到十二个七到十二个碳原子组碳原子组成的环烷烃，环内氢原子间的扭转张力使它们的稳成的环烷烃，环内氢原子间的扭转张力使它们的稳定性略有下降。定性略有下降。当环进一步增大时当环进一步增大时,稳定性与环己烷相似。如稳定性与环己烷相似。如环二十二烷就是无张力环：环二十二烷就是无张力环：环二十二烷多于多于13个碳原子的环体系中，分子链一般呈皱折形个碳原子的环体系中，分子链一般呈皱折形第81页/共109页2.10 环己烷和一取代环己烷的构象环己烷的构象环己烷的构象 环己烷的六个成环碳原子不共平面，环己烷的六个成环碳原子不共平面，CCC键角为键角为109.5，是，是无张力环无张力环。环己烷有环己烷有椅型椅型和和船型船型两种极限构象：两种极限构象：椅型椅型船型船型C350pm第82页/共109页 椅型构象和船型构象可以互相转变。船型环己椅型构象和船型构象可以互相转变。船型环己烷比椅型能量高烷比椅型能量高30kJmol-1，常温下平衡体系主要，常温下平衡体系主要以稳定的椅型构象存在。以稳定的椅型构象存在。船型分子中船型分子中存在扭转张存在扭转张力和氢原子力和氢原子之间的非键之间的非键张力张力第83页/共109页 环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子环己烷中的碳氢键可分为两种类型，每个碳原子上有一个上有一个a键键和一个和一个e键键，在环中上下交替排列。，在环中上下交替排列。环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，环己烷由一种椅型构象翻转为另一种椅型构象时，原来的原来的a键键都变为都变为e键键，原来的，原来的e键键都变为都变为a键键。第84页/共109页直立键直立键（a键）键）平伏键平伏键（e键）第85页/共109页第86页/共109页顺顺-1，2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷反反-1，2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷取代基在环的取代基在环的同侧为同侧为顺式顺式取代基在环的取代基在环的不同侧为不同侧为反式反式脂环化合物的顺反异构例：例：HHHH例：例：HHHH第87页/共109页顺顺-1，4-二甲基环己烷二甲基环己烷反反-1，4-二甲基环己烷二甲基环己烷脂环化合物的顺反异构HHHHHHCH3H3CHHHHHHHHHHHHHH第88页/共109页 一取代环己烷的构象一取代环己烷的构象 一取代环己烷的取代基在一取代环己烷的取代基在e键上的构象占优势。取代基越键上的构象占优势。取代基越大，这种优势越明显。大，这种优势越明显。R=CH3时，时，95%处处于于e键；键；R=(CH3)3时，时，99.9%处于处于 e键键 若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先若环上连有不同的取代基，一般是体积大的取代基优先处于处于e键。键。顺顺-1-甲基甲基-4-叔丁基环丁烷叔丁基环丁烷结论结论：一取代环己烷最稳：一取代环己烷最稳定构象是取代基在定构象是取代基在e键上。键上。e键a键第89页/共109页多取代的环己烷，一般取代基处于多取代的环己烷，一般取代基处于e键最多的构象最稳定。例键最多的构象最稳定。例如杀虫剂如杀虫剂六六六六六六的最稳定构象是的最稳定构象是异构体异构体而不是而不是异构体：异构体：-异构体(低活性)异构体(高活性)-第90页/共109页97%3%99.9%从上述三个实验事实可看出：从上述三个实验事实可看出：取代基体积越大，取代基体积越大，e取代占的取代占的比例越大。比例越大。第91页/共109页 取代环己烷的稳定构象取代环己烷的稳定构象第92页/共109页第93页/共109页F多取代环己烷的构象多取代环己烷的构象结论结论：.多取代环己烷，多取代环己烷，e取代基最多的构象最稳定。取代基最多的构象最稳定。.多取代环己烷，多取代环己烷，体积较大的取代基为体积较大的取代基为e型的构象型的构象 最稳定。最稳定。例例1：写出：写出顺顺-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象。二甲基环己烷的最稳定构象。（ae）（ae）（ee）（aa）稳定稳定例例2：写出：写出反反-1,2-二甲基环己烷的最稳定构象。二甲基环己烷的最稳定构象。从例从例1和例和例2可看出：对于可看出：对于1,2取代反式较顺式稳定。取代反式较顺式稳定。第94页/共109页结论与推论：结论与推论：1、一取代时，取代基趋向于处于一取代时，取代基趋向于处于e键键2、若有多个取代基，在满足顺反构型关系的前提下，若有多个取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则越多取代基处于则越多取代基处于e键时越稳定。键时越稳定。3、若环上有不同取代基，在满足顺反构型关系的前提若环上有不同取代基，在满足顺反构型关系的前提下，则大基团处于下，则大基团处于e键时较稳定。键时较稳定。第95页/共109页例3：写出顺-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象。例4：写出反-1,3-二甲基环己烷的最稳定构象。eeae从例从例3和例和例4可看出：对于可看出：对于1,3取代顺式较反式稳定。取代顺式较反式稳定。同理可推出：对于同理可推出：对于1,4取代反式较顺式稳定。取代反式较顺式稳定。第96页/共109页Cis-1,2trans-1,2trans-1,31,1第97页/共109页cis-1,3cis-1,4trans-1,4第98页/共109页练习练习（1）写出写出最稳定构象。最稳定构象。（2）写出顺写出顺-1-甲基甲基-4-叔丁基环己烷的最稳定构象。叔丁基环己烷的最稳定构象。第99页/共109页（3）写出写出最稳定构象。最稳定构象。（4）写出写出 1-甲基甲基-4-叔丁基环己烷的最稳定构象。叔丁基环己烷的最稳定构象。（5）写出写出最稳定构象。最稳定构象。第100页/共109页（6）顺顺-1-氯氯-2-溴环己烷溴环己烷画出最稳定的构象。画出最稳定的构象。第101页/共109页2.11 环烷烃的物理性质环烷烃的物理性质 环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳环烷烃的沸点、熔点和相对密度都较含同数碳原子的开链脂肪烃为高。原子的开链脂肪烃为高。一些环烷烃的物理常数一些环烷烃的物理常数第102页/共109页 2.12 环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质取代反应取代反应 氧化反应氧化反应环十二烷环十二烷环十二醇环十二醇环十二酮环十二酮第103页/共109页KMnO4H2O可用于区别可用于区别环烷烃和烯烃环烷烃和烯烃常温下，饱和的环对氧化剂稳定双键对氧化剂不稳定第104页/共109页加成反应加成反应环丙烷环丙烷和和环丁烷环丁烷与与烯烃烯烃相似，易开环进行加成。相似，易开环进行加成。1）加氢加氢由上面反应条件可以看出，小环发生加成反应活性大。由上面反应条件可以看出，小环发生加成反应活性大。第105页/共109页 2）加卤素加卤素不能用溴褪不能用溴褪色的方法来色的方法来区别小环烷区别小环烷烃与烯烃！烃与烯烃！1,4-二溴丁烷二溴丁烷1,3-二溴丙烷二溴丙烷第106页/共109页 3）加卤化氢加卤化氢不对称环丙烷加不对称环丙烷加 HX 的规律：的规律：.开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间。开环位置：在含氢最多与含氢最少的两个碳之间。.氢加在含氢较多的碳原子上。氢加在含氢较多的碳原子上。第107页/共109页Page 31(四)（2）、（4）(六)（4）(七)（1）(八)（2）(九)（1）、（2）2016.09第108页/共109页感谢您的观看。第109页/共109页