第1章 烷烃环烷烃.ppt

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1、第一章第一章 烷烃烷烃 环烷烃环烷烃有机化学竞赛辅导有机化学竞赛辅导由碳和氢两种元素组成的饱和烃称为烷烃。由碳和氢两种元素组成的饱和烃称为烷烃。H C C C C HH H H HH H H H或或 CnH2n+2 具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个或多个CH2的一系列化合物称为的一系列化合物称为同系列同系列。同系列中的化合物。同系列中的化合物互称为互称为同系物同系物。第一节第一节 烷烃烷烃一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列1.烷烃的定义：烷烃的定义：2.同系列：同系列：3.烷烃的通式：烷烃的通式：二、烷烃的同分异构现象二、烷烃

2、的同分异构现象 正丁烷（沸点正丁烷（沸点-0.5）异丁烷（沸点异丁烷（沸点-10.2）分子式相同而构造式不同的化合物称为分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体同分异构体，这种现象称为这种现象称为同分异构现象同分异构现象。三、烷烃的构型三、烷烃的构型构型：构型：是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。1.碳原子的碳原子的sp3杂化杂化2.烷烃分子的形成烷烃分子的形成 键的特点：键的特点：键：键：成键电子云沿键轴方向头碰头重叠，呈圆柱形对称重叠。成键电子云沿键轴方向头碰头重叠，呈圆柱形对称重叠。重叠程度大，可绕键轴自由旋转而不影响电子云重叠

3、的程度。重叠程度大，可绕键轴自由旋转而不影响电子云重叠的程度。结合的较牢固，不容易断裂，性质不活泼。结合的较牢固，不容易断裂，性质不活泼。3.碳原子的四面体概念碳原子的四面体概念契契性性透透视视式式：实实线线表表示示处处在在纸纸平平面面上上的的价价键键，虚虚契契性性线线表表示示处处在在纸纸面面后后的的价价键键，实实契契性性线线表表示示处处在在纸纸面面前前的的价价键。键。（1）甲烷的构型）甲烷的构型（2）其它烷烃的构型）其它烷烃的构型C-C键长均为键长均为0.154nm,C-H键长为键长为0.109nm,键角都接近键角都接近 于于109.5。碳原子都是以碳原子都是以sp3杂化轨道与其他原子形成杂

4、化轨道与其他原子形成键，碳原子键，碳原子 都为正四面体结构。都为正四面体结构。碳原子的排列不是直线形的，碳链一般是曲折地排布在空碳原子的排列不是直线形的，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（因多种曲折排列形式（因键能自由旋转所致）。键能自由旋转所致）。四、烷烃的命名四、烷烃的命名 书籍、期刊中经常使用普通命名法和国际纯粹与应用化书籍、期刊中经常使用普通命名法和国际纯粹与应用化学联合会（学联合会（International Union of Pure and Applied Chemis

5、try）命名法，简称命名法，简称IUPAC命名法，对于有些复杂化合物名称很长，命名法，对于有些复杂化合物名称很长，命名时常用俗名。命名时常用俗名。1.普通命名法普通命名法CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3丁烷丁烷含有含有10个或个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳个字分别表示碳 原子的数目，后面加烷字。原子的数目，后面加烷字。含有含有10个以上碳原子的直链烷烃，用大写中文数字表示碳个以上碳原子的直链烷烃，用大写中文数字表示碳 原子的数目。原

6、子的数目。对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来 区别。在链端第区别。在链端第2位碳原子上连有位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。个甲基时，称为新某烷。正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 CH3（CH2）10CH3正十二烷正十二烷2.系统命名法系统命名法（1）碳原子的类型）碳原子的类型在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫一级碳原子，在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫一级碳原子，用用1C表示，或称伯碳表示，或称伯碳 1C上的氢称一级氢，

7、用上的氢称一级氢，用1H表示。表示。在烃分子中与两个碳相连的碳原子叫二级碳原子，在烃分子中与两个碳相连的碳原子叫二级碳原子，用用2C表示，或称仲碳表示，或称仲碳 2C上的氢称二级氢，用上的氢称二级氢，用2H表示。表示。在烃分子中与三个碳相连的碳原子叫三级碳原子，在烃分子中与三个碳相连的碳原子叫三级碳原子，用用3C表示，或称叔碳表示，或称叔碳 3C上的氢称三级氢，用上的氢称三级氢，用3H表示。表示。在烃分子中与四个碳相连的碳原子叫四级碳原子，在烃分子中与四个碳相连的碳原子叫四级碳原子，用用4C表示，或称季碳，表示，或称季碳，4C上无氢原子。上无氢原子。（2）烷基：）烷基：烷烷基基 普通命名普通命

8、名 系系统统命名命名 英文英文简简写写CHCH3 3 甲基甲基 甲基甲基 MeMeCHCH3 3CHCH2 2 乙基乙基 乙基乙基 EtEtCHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2 正丙基正丙基 丙基丙基 n-Prn-Pr（CHCH3 3）2 2CH CH 异丙基异丙基 1-1-甲（基）乙基甲（基）乙基 iso-Priso-PrCHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2 正丁基正丁基 丁基丁基 n-Bun-Bu（CHCH3 3）2 2CHCHCHCH2 2 异丁基异丁基 2-2-甲（基）丙基甲（基）丙基 iso-Buiso-Bu 仲丁基仲丁基 1-1-甲（基）丙基甲（基）丙基

9、sec-Busec-Bu （二级丁基）（二级丁基）（CHCH3 3）3 3CC 叔丁基叔丁基 1 1，1-1-二甲（基）乙基二甲（基）乙基 （ter-Buter-Bu）（三级丁基）（三级丁基）烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。通式为称为烷基。通式为CnH2n+1，常用，常用R-表示。表示。若烷烃分子从形式上消除两个氢原子而剩下的原子团若烷烃分子从形式上消除两个氢原子而剩下的原子团称为亚基。称为亚基。（3）系统命名法规则）系统命名法规则1）直链烷烃：）直链烷烃：CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3普

10、通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷 在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，只是不写基本相同的，只是不写“正正”字。字。2）支链烷烃的命名法的步骤：）支链烷烃的命名法的步骤：选择主链（母体）选择主链（母体）i）最长原则：）最长原则：分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。ii）最多原则：）最多原则：选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。碳原子的编号碳原子的编号

11、i）最近原则：）最近原则：从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子用从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子用1、2、3编号。编号。ii）最简原则：）最简原则：从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。单的一端开始编号。iii）最小原则：）最小原则：若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小为原则，即位号之和最小原则。置，以取代基的系列编号最小为原则，即位号之和最小原则。烷烃名称的写出烷烃名称的写出i）将支链（取代基）写

12、在主链名称的前面）将支链（取代基）写在主链名称的前面ii）取代基按）取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出小的基团优先列出烷基的大小次序：烷基的大小次序：甲基甲基乙基乙基丙基丙基丁基丁基戊基戊基己基己基异戊基异戊基异丁基异丁基 Cl2 Br2（1）氯代反应）氯代反应氢原子的反应活性顺序：氢原子的反应活性顺序：3H 2H 1H烷基自由基的稳定性顺序为：烷基自由基的稳定性顺序为：(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2CH2 CH3叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为5：4：1（1氯丙烷）氯丙烷）（2氯丙烷）氯丙烷）当升高温度当升高温度(450oC)时时,叔

13、叔:仲仲:伯氢的相对活性逐步伯氢的相对活性逐步接近接近1:1:1（2）溴代反应）溴代反应叔氢叔氢仲氢仲氢伯氢的反应活性，相对活性为伯氢的反应活性，相对活性为1600：82：1（3）卤代反应的机理卤代反应的机理自由基反应自由基反应 链的引发链的引发 链的增长链的增长 链的终止链的终止Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 CH3+Cl CH3Cl2、氧化反应、氧化反应（2）氧化）氧化 在有机化学中，把有机化合物分子中引入氧或脱去氢在有机化学中，把有机化合物分子中引入氧或脱去氢的反应，都称为氧化反应。把失去氧或引入氢的反应，称的反应，都称为氧化反应。把失去氧或引入氢的反应，称为还原反应。

14、为还原反应。（1）燃烧）燃烧RCH2CH2R+O2 RCOOH+RCOOH KMnO4/120 3、裂化反应、裂化反应 CH4 +CH2=CH-CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3-CH3 +CH2=CH2 CH2=CHCH2CH3+H2 烷烃在高温和无氧条件下，分子中的碳碳键或碳氢键发烷烃在高温和无氧条件下，分子中的碳碳键或碳氢键发生断裂，生成较小的分子，这种反应称为裂化反应。生断裂，生成较小的分子，这种反应称为裂化反应。第二节第二节 环烷烃环烷烃1、环烷烃的结构、环烷烃的结构链烷烃链烷烃中：中：C为为sp3杂化，键角杂化，键角109.5；环烷烃环烷烃中：中：C为为sp3杂化，键角小于杂

15、化，键角小于109.5 （弯曲键或香蕉键）（弯曲键或香蕉键）环的大小不同，键角不同。环的大小不同，键角不同。（1）环丙烷的结构）环丙烷的结构一般地，五元、六元环最稳定一般地，五元、六元环最稳定弯曲键与正常的弯曲键与正常的键相比：键相比：角张力角张力扭转张力扭转张力不稳定，易发生开环反应不稳定，易发生开环反应（2）环丁烷的结构）环丁烷的结构 实验证明：实验证明：环丁烷的四个碳原子不在同一平面上，通过环丁烷的四个碳原子不在同一平面上，通过 CC键的扭转而以一个折叠碳环形式存在，使环的键的扭转而以一个折叠碳环形式存在，使环的 张力相应降低。张力相应降低。（3）环戊烷的结构）环戊烷的结构 “信封式信封

16、式”构象：分子的张力不太大，因此环戊烷的构象：分子的张力不太大，因此环戊烷的化学性质比较稳定。化学性质比较稳定。（4）环己烷的结构）环己烷的结构 椅式构象椅式构象 在椅式构象中，所有键角都接近在椅式构象中，所有键角都接近109.5，没有角张力；，没有角张力；相邻碳上的相邻碳上的CH键是全交叉的，无扭转张力。键是全交叉的，无扭转张力。椅式构象中的六个椅式构象中的六个C原子原子分别处在两个平行平面：分别处在两个平行平面：C：1、3、5在下，在下，2、4、6在上；在上；分子内有一个穿过分子平面分子内有一个穿过分子平面的对称轴；的对称轴；直立键或直立键或a键：键：与对称轴平行，六个交替地三个向上，三个

17、与对称轴平行，六个交替地三个向上，三个 向下和分子平面垂直；向下和分子平面垂直；平伏键或平伏键或e键：键：与对称轴成与对称轴成109.5的倾角，六个交替地三个的倾角，六个交替地三个 偏上，三个偏下，取伸向环的周围的向位。偏上，三个偏下，取伸向环的周围的向位。椅式构象环己烷中的椅式构象环己烷中的12个个CH键分两类：键分两类：环己烷一元取代物的优势构象都是取代基在环己烷一元取代物的优势构象都是取代基在e键上的椅键上的椅式构象。式构象。取代基体积越大，平衡体系中，取代基体积越大，平衡体系中，e键取代物就含量越多。键取代物就含量越多。例如：例如：反反1，2二甲基环己烷二甲基环己烷 船式构象船式构象

18、船式的特点：船式的特点：船底共平面船底共平面；无角张力无角张力,存在范德瓦尔斯斥力；存在范德瓦尔斯斥力；扭转张力。扭转张力。在平衡混合物中，椅式构象占绝大多数（在平衡混合物中，椅式构象占绝大多数（99.9%以上）。以上）。2.2.环烷烃的立体异构环烷烃的立体异构 碳架异构：碳架异构：顺反异构：顺反异构：两个取代基在环同一侧面的称顺（两个取代基在环同一侧面的称顺（cis）两个取代基不在环同一侧的称反（两个取代基不在环同一侧的称反（trans）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 在有机分子中凡是有阻碍分子旋转的因素都可以使分在有机分子中凡是有阻碍分子旋转的因素

19、都可以使分子产生顺、反异构，环可以看作平面，取代基可以在环的子产生顺、反异构，环可以看作平面，取代基可以在环的同侧或异侧，而且不经过键的断裂是不可能改变的。所以，同侧或异侧，而且不经过键的断裂是不可能改变的。所以，环状化合物有顺、反异构。环状化合物有顺、反异构。二取代的：二取代的：取代基可以相同也可以不同，优先基团在取代基可以相同也可以不同，优先基团在分子平面同侧为顺；异侧为反。分子平面同侧为顺；异侧为反。三取代的：三取代的：取各级碳上在优先基团中位次最低的一个取各级碳上在优先基团中位次最低的一个基团作参照，每个次序在优先基团的顺反关系和参照基团基团作参照，每个次序在优先基团的顺反关系和参照基

20、团作比较。作比较。反反-1，2-二甲基二甲基-1-乙基环丙烷乙基环丙烷顺顺-1，4-二甲基二甲基-1-异丙基环己烷异丙基环己烷 大环环烷烃和链形烷烃的化学性质很相象，对一般试大环环烷烃和链形烷烃的化学性质很相象，对一般试剂表现得不活泼。在发生取代反应时，由环烷烃所得的产剂表现得不活泼。在发生取代反应时，由环烷烃所得的产物比链烷烃的简单。物比链烷烃的简单。小环环烷烃与烯烃相象。分子不稳定，比较容易发生小环环烷烃与烯烃相象。分子不稳定，比较容易发生开环作用。它与氢、卤素、卤化氢都可以发生开环作用，开环作用。它与氢、卤素、卤化氢都可以发生开环作用，因此小环可以比作一个双键。因此小环可以比作一个双键。

21、五元、六元环烷烃，即使在相当强烈条件下也不开环。五元、六元环烷烃，即使在相当强烈条件下也不开环。3.3.环烷烃的化学性质环烷烃的化学性质 催化氢化催化氢化 加加Br2（1）开环反应）开环反应 加卤化氢加卤化氢 规律：规律：三元环、四元环容易开环加氢，五元环、六元环三元环、四元环容易开环加氢，五元环、六元环 比较稳定难于开环。比较稳定难于开环。马氏规则：马氏规则：在含在含H H最多和含最多和含H H最少的键断；氢加到含氢较多的最少的键断；氢加到含氢较多的 C C上，溴加含氢较少的上，溴加含氢较少的C C上。上。（2）取代反应）取代反应（3）氧化反应）氧化反应 环环丙丙烷烷（环环丁丁烷烷）和）和烯烃烯烃不同点：不同点：