有机化学教材.pdf

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1、 有 机 化 学 掌 握：碳 原 子 的 三 种 杂 化 轨 道(Sp3 Sp2 SP)的 特 点；分 子 极 性 与 偶 极 矩 的 关 系；分 子 轨 道 与 原 子 轨 道 的 关 系；成 键 轨 道 与 反 键 轨 道 的 差 异；共 振 式 与 共 振 杂 化 体 的 区 别；熟 悉：有 机 化 合 物 和 有 机 化 学 的 含 义；键 长、键 角、键 能 和 共 价 键 的 极 性 的 含 义；官 能 团 的 含 义 和 圭 要 官 能 团;有 机 反 应 中 共 价 键 断 裂 的 主 要 方 式；实 验 式、分 子 式 和 结 构 式 的 含 义。了 解：有 机 化 合 物

2、分 子 中，原 子 间 主 要 以 共 价 键 相 结 合。掌 握 共 价 键 的 本 质 是 学 习 和 理 解 有 机 化 合 物 结 构 与 性 质 关 系 和 反 应 机 制 以 及 化 合 物 稳 定 性 的 基 础。因 此 本 章 对 路 易 斯 结 构 和 现 代 价 键 理 论 作 一 简 要 回 顾；有 些 化 合 物 的 结 构 用 单 一 路 易 斯 结 构 式 不 能 准 确 表 达，然 而 运 用 共 振 结 构 却 有 它 的 独 到 之 处，为 此 对 共 振 结 构 作-简 介：掌 握 路 易 斯 酸 碱 概 念 对 理 解 有 机 反 应 十 分 有 用，故

3、将 其 作 为 个 知 识 点 加 以 阐 述。了 解 有 机 化 合 物 分 类 和 反 应 类 型 及 确 定 结 构 式 的 步骤 与 方 法 对 提 高 学 习 有 机 化 学 的 综 合 分 析 能 力 也 是 十 分 必 要 的，本 章 对 此 方 面 内 容 作 一 扼 要 介 绍。一、有 机 化 合 物 和 有 机 化 学 第 一 节 有 机 化 合 物 和 有 机 化 学 卜 面 是 一 些 简 单 而 熟 悉 的 有 机 化 合 物，他 们 在 化 学 组 成 上 有 什 么 名 称 结 构 式 含 有 的 元 素 甲 烷 C H,C H乙 酩 C2H 5 0 H C H

4、O尿 素 H2bT C O C H O N靖 胺 C H O N SH2N-Z?-S O 2 N H2四 氯 化 碳 e e l，C d 有 机 化 合 物 含 碳 的 化 合 物 或 碳 氢 化 合 物 及 其 衍 生 物。洪 同 点？都 含 有 C 原 子|多 数 含 有 H 原 子 有 机 化 学：有 机 化 学 的 现 代 定 义 是 指 研 究 含 碳 化 合 物 的 化 学。第 二 节 共 价 键 一、现 代 共 价 键 理 论 路 易 斯 的 共 价 键 理 论 虽 然 揭 示 了 共 价 键 与 离 子 键 的 区 别,但 未 能 说 明 共 价 键 是 怎 样 形 成 的,也

5、 不 能 解 释 共 价 键 为 什 么 具 有 饱 和 性 和 方 向 性 等 诸 多 问 题。现 代 共 价 键 理 论 指 出：当 两 个 原 子 互 相 接 近 到 一 定 距 离 时.，自 旋 方 向 相 反 的 单 电 子 相 互 配 对（即 两 原 子 轨 道 重 叠）。使 电 子 云 密 集 于 两 核 之 间，降 低 了 两 核 间 正 电 荷 的 排 斥，增 加 了 两 核 对 电 子 云 密 集 区 域 的 吸 引。因 此 使 体 系 能 量 降 低，膨 成 稳 定 的 共 价 键；共 价 键 有 以 下 特 点：第、每 个 原 子 所 形 成 共 价 键 的 数 目 取

6、 决 于 该 原 子 中 的 单 电 子 数 目，这 就 是 共 价 键 具 有 饱 和 性。第 二、当 形 成 共 价 键 时，原 子 轨 道 重 叠 越 多，核 间 电 子 云 越 密 集，形 成 的 键 就 越 强，这 种 关 系 称 为 最 大 重 叠 原 理。第 三、共 价 键 的 形 成 必 须 尽 可 能 沿 着 原 子 轨 道 最 大 程 度 重 叠 的 方 向 进 行，这 就 是 共 价 键 具 有 方 向 性 三、杂 化 轨 道 在 形 成 共 价 键 过 程 中，由 于 原 子 间 的 相 互 影 响，同 一 个 原 子 中 参 与 成 键 的 几 个 能 量 相 近 的

7、 原 子 轨 道 可 以 重 新 组 合，重 新 分 配 能 量 和 空 间 方 向，组 成 数 目 相 等 的，成 键 能 力 更 强 的 新 的 原 子 轨 道，称 为 杂 化 轨 道。在 有 机 化 合 物 中，碳 原 子 的 杂 化 形 式 有 三 种：s p sp2和 s p杂 化 轨 道。它 们 的 杂 化 过 程 是 怎 样 的 呢？让 我 们 看 看 杂 化 过 程 动 态 图：（点 击 图 片 卜 的 链 接 他 现 杂 化 动 画）sp sp2 sp3碳 原 子 经 sp3、sp?和 s p杂 化 之 后，碳 原 子 核 周 围 的 杂 化 轨 道 是 怎 样 排 列 的

8、呢？sp3杂 化 轨 道碳 原 子 在 基 态 时 的 电 子 构 型 为 时 2用 2。按 理 只 有 2Px和 2py可 以 形 成 共 价 键，键 角 应 为 9 0。但 实 际 在 甲 烷 分 子 中，是 四 个 完 全 等 同 的 键，键 角 均 为 109 2 8。这 是 因 为 在 成 键 过 程 中，碳 的 2 s轨 道 有 一 个 电 子 激 发 到 2匕 轨 道，成 为 2/2 4 2。然 后 3 个 p 轨 道 与 一 个 s 轨 道 重 新 组 合 杂 化，形 成 4 个 完 全 相 同 的 sp3杂 化 轨 道。其 形 状 一 头 大 一 头 小。每 个 轨 道 是

9、由 s/4与 3P/4轨 道 杂 化 组 成。这 四 个 轨 道 的 方 向 都 指 向 正 四 面 体 的 四 个 顶 点，sp3轨 道 间 的 夹 角 是 109。28（见 下 图）。烷 经 和 其 他 化 合 物 分 子 中 的 饱 和 碳 原 子 均 为 sp3杂 化。sp2杂 化 轨 道 碳 原 子 在 成 键 过 程 中，首 先 是 碳 的 基 态 2 s轨 道 中 的 一 个 电 子 激 发 到 2Pz空 轨 道，然 后 碳 的 激 发 态 中 一 个 2 s轨 道 和 二 个 2 P轨 道 重 新 组 合 杂 化，形 成 三 个 相 同 的 s/杂 化 轨 道。每 一 个 sp

10、2杂 化 轨 道 均 由 s/3与 2P/3轨 道 杂 化 组 成，这 三 个 sp2杂 化 轨 道 在 同 一 平 面，夹 角 为 120。未 参 与 杂 化 的 2Pz轨 道，垂 直 于 三 个 sp2杂 化 轨 道 所 处 的 平 面（见 下 图）。烯 烽 分 子 中 构 成 双 键 的 碳 原 子 和 其 他 不 饱 和 化 合 物 分 子 中 构 成 双 键 的 碳 原 子 均 为 sp2杂 化。未 参 与 奈 化 的 哀 喜 运 垂 亘 于 三 个 卬 2条 化 W titt筋 处 的 干 而 即 杂 化 轨 道 sp杂 化 轨 道 是 碳 原 子 在 成 键 过 程 中，碳 的

11、激 发 态 的 一 个 2 s轨 道 与 一 个 2 P轨 道 重 新 组 合 杂 化 形 成 两 个 相 同 的 印 杂 化 轨 道。这 两 个 轨 道 夹 角 为 180,呈 直 线 形。未 参 与 杂 化 的 两 个 互 相 垂 直 的 P 轨 道 又 都 垂 直 于 印 杂 化 轨 道（见 下 图）。焕 煌 分 子 中 碳 碳 三 键 的 碳 原 子 和 其 他 化 合 物 中 含 有 三 键 的 碳 原 子 均 为 s/杂 化。问 题 1-2试 写 出 碳 原 子 s p杂 化 过 程 示 意 图。四、共 价 键 的 属 性键 的 属 性 指 键 长、键 角、键 能 和 键 的 极

12、性 等 物 理 量。共 价 键 的 属 性 是 阐 述 有 机 化 合 物 结 构 和 性 质 的 基 础。键 长：键 长 通 常 指 成 键 两 原 子 核 间 距 离，键 长 单 位 以 p m表 示。键 长 主 要 取 决 于 两 个 原 子 的 成 键 类 型：C C 单 键 比 C=C双 键 长，后 者 又 比 C三 C 三 键 长。C H 键 的 键 长 还 与 成 键 碳 原 子 的 杂 化 方 式 有 关：键 类 型 键 长 C p m）的 C H 键 1 1 0s j?s B*JC H 键 1 0 7s p s 110 C O（酹）143c C（烷 运）154 C=O（S 0

13、）122c=c（烯 煌）134 C-N 4 胺）147C-C（笨）140 O H（酩）96键 角 分 子 中 一 个 原 子 与 另 外 两 个 原 子 形 成 的 两 个 共 价 键 在 空 间 所 夹 的 角 称 为 键 角。在 有 机 分 子 中 饱 和 碳 的 四 个 键 的 键 角 为 109 2 8,或 接 近 109 2 8 分 子 方 才 稳 定。在 分 子 内，键 角 可 受 其 他 原 子 影 响 而 变 化，若 改 变 过 大 就 会 影 响 分 子 的 稳 定 性。（见 第 一 章 环 烷 煌）键 能 以 共 价 键 结 合 的 双 原 子 分 子 裂 解 成 原 子

14、时 所 吸 收 的 能 量 称 为 该 种 共 价 键 的 键 能，又 可 称 为 离 解 能。也 就 是 说 双 原 子 分 子 的 键 能 等 于 其 离 解 能。然 而 对 于 多 原 子 分 子，键 能 不 同 于 其 离 解 能。离 解 能 是 裂 解 分 子 中 某 一 个 共 价 键 时 所 需 的 能 量，而 键 能 则 是 指 分 子 中 同 种 类 型 共 价 键 离 解 能 的 平 均 值。例 如，甲 烷 有 四 个 碳 一 氢 键，其 离 解 能 分 别 如 下：C H 4-H 3+-H+4 3 S.I k J m C H 3 H 2+H+4 4 3.5 k J n o

15、 1 C H 2-f c-C H+H A A 3.5 k J n o f 1 C H.-f c-C-+-H-4-3 3 8.9 k J tn o l _1甲 烷 分 子 中 C H 键 的 键 能 则 为 上 述 四 个 C H 键 离 解 能 的 平 均 值（415.3kJ-m oP）。从 键 能 的 大 小 可 以 知 道 键 的 稳 定 性，键 能 越 大，键 越 稳 定。共 价 键 的 极 性：由 两 个 相 同 原 子 组 成 的 分 子，如 氢 分 子（H H）或 氯 分 子，成 键 的 一 对 电 子 均 等 地 分 配 在 两 个 原 子 之 间，这 种 键 称 为 非 极 性

16、 共 价 键；不 同 原 子 形 成 的 共 价 键。由 于 电 负 性 的 差 异，成 键 电 子 云 总 是 靠 近 电 负 性 较 大 的 原 子，使 其 带 部 分 负 电 荷，通 常 以 3-表 示，电 负 性 较 小 的 原 子 则 带 部 分 正 电 荷，以 3+表 示。例 如 一 氯 甲 烷 分 子 中 的 碳-氯 键：H3c Cl/（成 键 电 子 云 靠 近 氯）一 氯 甲 烷 这 种 成 键 电 子 云 不 是 平 均 分 配 在 成 键 两 个 原 子 核 之 间 的 共 价 键 称 为 极 性 共 价 键。共 价 键 的 极 性 取 决 于 成 键 的 两 个 原 子

17、 的 电 负 性 之 差，差 值 越 大，键 的 极 性 越 大。一 般 两 元 素 的 电 负 性 差 值 等 于 或 大 于 1.7为 离 子 键；小 于 1.7为 共 价 键，其 中 电 负 性 差 值 在 0.7 1.6为 极 性 共 价 键。部 分 元 素 的 电 负 性 相 对 值 见 表 1-2。1-2 几 种 元 素 的 电 负 性 数 便 H2.2 0U0.9 8B e1.57B2.0 4C2.5 5Z3.0 4O3.4 4F3.9 8Z a M g A l Si P S Cl0 9 3 1 3 1 1 61 1 9 0 2 19 2 5 8 3 16K C a B r0 8

18、 2 1 0 0 2 9 6I2 6 6问 题 1-3 什 么 叫 元 素 的 电 负 性？第 二 节 分 子 的 极 性 一、分 子 的 偶 极 矩 由 于 分 子 中 不 同 原 子 的 电 负 性 不 同，电 荷 分 布 就 可 能 不 均 匀，正 电 荷 中 心 与 负 电 荷 中 心 不 能 重 合，其 各 在 空 间 集 中 一 点，即 在 空 间 具 有 两 个 大 小 相 等、符 号 相 反 的 电 荷，构 成 一 个 偶 极。分 子 中 正 电 荷 或 负 电 荷 中 心 上 的 电 荷 值 e 乘 以 正 负 电 荷 中 心 之 间 的 距 离 d,称 为 分 子 的 偶

19、极 矩(dipole m o m en t)，用 U 表 示。(J U=e X d)德 拜 静 电 单 位 厘 米 偶 极 矩 的 大 小 标 志 着 不 同 分 子 的 相 对 极 性。具 有 偶 极 矩 的 分 子 为 极 性 分 子。口=0 为 非 极 性 分 子。典 型 的 极 性 有 机 分 子 的 偶 极 矩(口)一 般 在 1-3D范 围 内。一 些 分 子 的 偶 极 矩 见 表 1-3。表 1-3 必 方 假 极 矩。Ha0 HF 1 75 C H.060 HaO 1 84 CC1.00 N H j 1 4 6 0Cla0 B F30 H C-C H 0Br?0 C H 3c

20、l 1 94二、分 子 的 相 对 极 性 两 个 原 子 组 成 的 分 子，键 的 极 性 就 是 分 子 的 极 性。在 两 个 以 上 原 子 组 成 的 分 子 中，分 的 极 性 是 分 子 中 每 个 键 的 极 性 的 向 量 和。因 此 分 子 的 极 性 不 仅 取 决 于 各 个 键 的 极 性，也 取 决 于 键 的 方 向，取 即 决 于 分 子 的 形 状。有 的 分 子 虽 然 各 化 学 键 有 极 性，但 整 个 分 子 并 没 有 极 性。例 如：二 氧 化 碳 虽 然 有 两 个 极 性 的 c=o 键，但 是 由 于 它 是 线 性 对 称 的 分 子，

21、键 的 极 性 互 相 抵 消 了，偶 极 矩 为 零，分 子 没 有 极 性，；四 氯 化 碳 分 子，碳 氯 键 都 是 极 性 键，但 是 它 的 偶 极 矩 为 零，这 也 是 由 于 完 全 对 称 的 正 四 面 体 排 列，使 其 极 性 正 好 彼 此 抵 消；在 氯 甲 烷 中，主 要 是 碳-氯 键 的 极 性 决 定 分 子 的 极 性，其 分 子 偶 极 矩 为 1.94Do二 工 化*EQM 化 u-0 D M-0 D M.-1.P 4 r 分 子 极 性 越 大，分 子 间 相 互 作 用 力 就 越 大。因 此 分 子 极 性 的 大 小 影 响 化 合 物 的

22、沸 点、溶 解 度 等 物 理 性 质。第 四 节 有 机 化 合 物 的 官 能 团 和 反 应 类 型 一、官 能 团 一 种 是 根 据 分 子 中 碳 原 子 的 连 接 方 式(即 按 碳 的 骨 架)可 分 成 开 链 化 合 物 和 环 状 化 合 物。开 链 化 合 物，是 指 碳 原 子 相 互 结 合 成 链 状 化 合 物，由 于 脂 肪 类 化 合 物 具 有 这 种 开 链 的 骨 架，因 此 开 链 化 合 物 习 惯 称 为 脂 肪 族 化 合 物。此 类 化 合 物 的 实 例 可 见 第 二 章 烷 始 和 第 三 章 的 烯 嫌 和 焕 煌 等 化 合 物。

23、环 状 化 合 物，可 根 据 成 环 的 原 子 种 类 分 成 碳 环 化 合 物 和 杂 环 化 合 物。碳 环 化合 物 完 全 由 碳 原 子 组 成 的 碳 环，此 类 化 合 物 中 含 有 苯 环 的 化 合 物 称 为 芳 香 族 化 合 物（见 第 五 章 芳 香 嫌），不 含 苯 环 的 碳 环 化 合 物 称 为 脂 环 化 合 物（见 第 二 章 环 烷 烧）。杂 环 化 合 物 是 指 成 环 的 原 子 除 了 碳 原 子 外，还 有 其 他 杂 原 子，如 氧、硫 或 氮 等 原 子，此 类 化 合 物 的 结 构 可 见 第 十 四 章 杂 环 化 合 物。另

24、 一 种 分 类 方 法 是 按 官 能 团 分 类。在 有 机 化 合 物 分 子 中 能 体 现 一 类 化 合 物 性 质 的 原 子 或 原 子 团 通 常 称 为 官 能 团 或 功 能 基。例 如 CH3OH、C2H5OH、CH3cH2cH20H等 醇 类 化 合 物 中 都 含 有 羟 基（-0H）,羟 基 就 是 醇 类 化 合 物 的 官 能 团。由 于 它 们 含 有 相 同 的 官 能 团，因 此 醇 类 化 合 物 有 雷 同 的 理 化 性 质。有 机 化 合 物 按 官 能 团 分 类，便 于 认 识 含 相 同 官 能 团 的 一-类 化 合 物 的 共 性。可

25、以 起 到 举 一 反 三 的 作 用。本 书 就 是 按 照 官 能 团 分 类 展 现 有 机 化 学 的 基 础 内 容。一 些 常 见 官 能 团 见 表 14。表 1-4 常 见 百 能 团 类 数 官 能 团 实 例 英 文 名 称 后 城 烷 是 无 CH烯 及 二 C-C:该 做，生 建）H Q Y H,-ene块 运 c c（附 的 三 时）H C-C H-vne卤 代 於 X 由 辛）CHJCHICI chloro-C 前 蟒）酹 OH CHOH-ol配 R-O一 R 键 CHa-O-CHs ether时 CHO 眩 花）CHi-CHO C C H 3C C H3酮 g C

26、 酬 基）-one殄 醍 COOH+Y-2/Y 导 加 一 b+Y+I-I I，I正 碳 离 子 负 碳 离 子 这 种 异 裂 后 生 成 带 正 电 荷 和 带 负 电 荷 的 原 子 或 原 子 基 团 过 程 的 反 应，称 为 离 子 型 反 应。带 正 电 荷 的 碳 原 子 称 为 正 碳 离 子，带 负 电 荷 的 碳 原 子 称 为 负 碳 离 子。无 论 是 正 碳 离 子 还 是 负 碳 离子 都 是 非 常 不 稳 定 的 中 间 体。都 只 能 在 瞬 间 存 在。但 它 对 反 应 的 发 生 却 起 着 不 可 替 代 的 作 用。有 机 的 离 子 型 反 应

27、般 发 生 在 极 性 分 子 之 间，通 过 共 价 键 的 异 裂，首 先 形 成 正 碳 离 子 或 负 碳 离 子 中 间 体 而 逐 步 完 成 反 应。总 结 有 机 化 合 物 一 般 指 含 碳 的 化 合 物。不 过 C O、C O 2、H 2c0 3 和 碳 酸 盐 等 要 除 外，因 为 这 些 化 合 物 的 性 质 与 无 机 化 合 物 相 同。有 机 化 学 的 现 代 定 义 是 指 研 究 含 碳 化 合 物 的 化 学。有 机 化 合 物 分 子 主 要 是 以 共 价 键 相 结 合。共 价 键 有 三 个 特 点：第 一、具 有 饱 和 性、具 有 方

28、向 性。在 形 成 共 价 键 过 程 中，由 于 原 子 间 的 相 互 影 响，同 一 个 原 子 中 参 与 成 键 的 几 个 能 量 相 近 的 原 子 轨 道 可 以 重 新 组 合，重 新 分 配 能 量 和 空 间 方 向，组 成 数 目 相 等 的，成 键 能 力 更 强 的 新 的 原 子 轨 道，称 为 杂 化 轨 道。在 有 机 化 合 物 中，碳 原 子 的 杂 化 形 式 有 三 种:sp-sp2和 即 杂 化 轨 道。分 子 的 极 性 是 分 子 中 每 个 键 的 极 性 的 向 量 和。因 此 分 子 的 极 性 不 仅 取 决 于 各 个 键 的 极 性，

29、也 取 决 于 键 的 方 向。即 取 决 于 分 子 的 形 状。有 的 分 子 虽 然 各 化 学 键 有 极 性，但 整 个 分 子 并 没 有 极 性。偶 极 矩 的 大 小 标 志 着 不 同 分 子 的 相 对 极 性。具 有 偶 极 矩 的 分 子 为 极 性 分 子。M=o 为 非 极 性 分 子。分 子 极 性 越 大，分 子 间 相 互 作 用 力 就 越 大。因 此 分 子 极 性 的 大 小 影 响 化 合 物 的 沸 点、溶 解 度 等 物 理 性 质。有 机 化 合 物 分 类 通 常 有 两 种 方 法：种 是 根 据 分 子 中 碳 原 子 的 连 接 方 式(

30、即 按 碳 的 骨 架)可 分 成 开 链 化 合 物 和 环 状 化 合 物。开 链 化 合 物 习 惯 称 为 脂 肪 族 化 合 物。环 状 化 合 物 中 含 有 苯 环 的 化 合 物 称 为 芳 香 族 化 合 物。另 一 种 分 类 方 法 是 按 官 能 团 分 类。在 有 机 化 合 物 分 子 中 能 体 现 一 类 化 合 物 性 质 的 原 子 或 原 子 团 通 常 称 为 官 能 团 或 功 能 基。有 机 化 合 物 按 官 能 团 分 类，便 于 认 识 含 相 同 官 能 团 的 一 类 化 合 物 的 共 性。可 以 起 到 举 一 反 三 的 作 用。有

31、机 反 应 涉 及 反 应 物 的 旧 键 的 断 裂 和 新 键 的 形 成。键 的 断 裂 主 要 有 两 种 方 式：均 裂 和 异 裂。均 裂：均 裂 是 指 在 有 机 反 应 中，键 均 等 地 分 裂 成 两 个 中 性 碎 片 过 程。原 来 成 键 的 两 个 原 子，均 裂 之 后 各 带 有 一 个 未 配 对 的 电 子。异 裂：异 裂 是 指 在 有 机 反 应 中 键 非 均 等 地 分 裂 成 两 个 带 相 反 电 荷 的 碎 片 过 程。即 原 来 成 键 的 两 个 原 子，异 裂 之 后，个 带 正 电 荷，另 一 个 带 负 电 荷。带 正 电 荷 的

32、碳 原 子 称 为 正 碳 离 子，带 负 电 荷 的 碳 原 子 称 为 负 碳 离 子。无 论 是 正 碳 离 子 还 是 负 碳 离 子 都 是 非 常 不 稳 定 的 中 间 体。都 只 能 在 瞬 间 存 在.但 它 对 反 应 的 发 生 却 起 着 不 可 替 代 的 作 用。分 子 轨 道 是 原 子 轨 道 的 线 性 组 合。其 数 目 与 原 子 轨 道 数 相 等，也 就 是 说 有 几 个 原 子 轨 道 就 有 几 个 分 子 轨 道。两 个 原 子 轨 道 组 合 成 两 个 分 子 轨 道；一 个 是 成 键 轨 道，比 组 成 它 的 原 子 轨 道 能 量

33、低，稳 定。另 一 个 为 反 键 轨 道，比 组 成 它 的 原 子 轨 道 能 量 高、不 稳 定。在 一 般 情 况 下，分 子 的 反 键 轨 道 内 没 有 电 子，只 有 当 分 子 呈 激 发 状 态 时 才 有 电 子。山 原 子 轨 道 组 成 分 子 轨 道,成 键 的 原 子 轨 道 必 须 满 足 三 个 原 则：能 量 相 近。电 子 云 最 大 重 叠 原 则。对 称 性 匹 配 原 则。第 二 章 烷 烧 和 环 烷(Ikane and Cycloalkane)教 学 要 求：掌 握：烷 烽、环 烷 煌 的 结 构；烷 煌 构 造 异 构、环 烷 慌 几 何 异

34、构 的 概 念 及 命 名；烷 烧、环 烷 烧、螺 环 煌、桥 环 煌 的 命 名；烷 烧、环 烷 炫 的 构 象 异 构 及 其 写 法；取 代 环 己 烷 的 优 势 构 象；烷 烧 的 自 由 基 取 代 反 应 及 小 环 烷 烧 的 特 殊 性。熟 悉：煌 的 分 类；烷 烧、环 烷 煌 的 物 理 性 质；自 由 基 的 构 型 及 其 稳 定 性。了 解：煌 的 来 源 及 其 在 日 常 生 活、医 学 上 的 用 途。第 一 节 烷 煌(Alkane)仅 由 碳 和 氢 两 种 元 素 组 成 的 化 合 物 称 为 碳 氢 化 合 物，简 称 为 煌(hydrocarbon

35、).始 的 分 类:怛 蟠 一 嫌 是 但 先 匚 震 EJ-O簟 组 芳 香 煌 茶 羊 22芳 香 姓-.烷 煌 的 结 构 烷 慌 属 于 饱 和 烧，其 分 子 中 所 有 碳 原 子 均 为 SP3杂 化，分 子 内 的 键 均 为。键，成 键 轨 道 沿 键 轴，头 对 头,，重 叠，重 叠 程 度 较 大，键 较 稳 定，可 沿 键 轴 自 由 旋 转 而 不 影 响 成 键。)甲 烷 是 烷 姓 中 最 简 单 的 分 子，其 成 键 方 式 如 下：raz-1甲 烷 的 成 犍 方 式 碳 原 子 sp3杂 化,4个 sp 杂 化 轨 道 分 别 与 4 个 氢 原 子 的

36、S 轨 道 重 叠，形 成 4 个 cH。键，4个 C-H c 键 间 的 键 角 109。2&,空 间 呈 正 四 面 体 排 布，相 互 间 距 离 最 远，排 斥 力 最 小，能 量 最 低，体 系 最 稳 定，C-H键 长 110pm。乙 烷 是 含 有 两 个 碳 的 烷 烧，其 结 构 如 下：图 22 乙 烷 的 结 构 两 个 碳 原 子 各 以 sp3杂 化 轨 道 重 叠 形 成 CC o 键，余 下 的 杂 化 轨 道 分 别 和 6 个 氢 原 子 的 s轨 道 重 叠 形 成 六 个 CH o 键。C-C键 长 154pm,C-H键 长 110pm。其 他 烷 妙 的

37、 成 键 方 式 同 乙 烷 相 似。烷 烧 的 通 式、同 系 列 烷 烧 的 分 子 组 成 可 用 通 式 CJLm表 示。具 有 相 同 分 子 通 式 和 结 构 特 征 的 一 系 列 化 合 物 称 为 同 系 列(homologous series)。如:CH CHH：,CH3cHIh；同 系 列 中 的 各 化 合 物 互 称 为 同 系 物(homolog)；相 邻 两 个 同 系 物 在 组 成 上 的 不 变 差 数 CH?称 为 同 系 列 差。如：乙 烷 较 甲 烷 多 CH?,丙 烷 较 乙 烷 多 C&同 系 物 的 结 构 相 似，化 学 性 质 也 相 似，

38、物 理 性 质 则 随 着 碳 原 子 数 的 增 加 而 呈 现 规 律 性 的 变 化，同 系 列 中 的 第 一 个 化 合 物 常 具 有 特 殊 的 性 质。烷 煌 中 碳 原 子 的 类 型 烷 慌 中 的 各 个 碳 原 子 均 为 饱 和 碳 原 子，按 照 与 它 直 接 相 连 的 其 他 碳 原 子 的 个 数，可 分 为 伯、仲、叔、季 碳 原 子。伯 碳 原 子 又 称 一 级 碳 原 子(primary carbon),以 1。表 示，是 只 与 1 个 其 他 碳 原 子 直 接 相 连 的 碳 原 子。仲 碳 原 子 又 称 二 级 碳 原 子(secondar

39、y carbon),以 表 示，是 与 2 个 其 他 碳 原 子 直 接 相 连的 碳 原 子。叔 碳 原 子 又 称 三 级 碳 原 子（tertiary carbon）,以 3。表 示，是 与 3 个 其 他 碳 原 子 直 接 相 连 的 碳 原 子。季 碳 原 子 又 称 四 级 碳 原 子（quaternary carbon）,以 4。表 示，是 与 4 个 其 他 碳 原 子 直 接 相 连 的 碳 原 子。例 如：C H3H IHR C C C H 3!H H一 曜 嬲 子 的 类 型 该 化 合 物 有 五 个 1碳、一 个 碳、一 个 3。碳、个 4。碳。伯、仲、叔 碳 原

40、 子 上 的 氢 原 子（季 碳 原 子 上 无 氢 原 子），分 别 称 为 位 数 原 子（1 氢 原 子）、仲 氢 原 子（2。氢 原 子）、叔 氢 原 子（3 氢 原 子）。不 同 类 型 氢 原 子 的 相 对 反 应 活 性 不 相 同。小 结：烷 烧 分 子 中 的 碳 原 子 均 为 sp3杂 化，各 原 子 之 间 都 以 单 键 相 连。烷 烧 分 子 中 的 键 角 接 近 109。2&,CH 键 和 CC 键 的 键 长 分 别 为 110pm和 154Pm或 与 此 相 近。由 于 c 键 电 子 云 沿 键 轴 呈 圆 柱 形 对 称 分 布，两 个 成 键 原 子

41、 可 绕 键 轴 自 由”旋 转。问 题 2-1 写 出 只 有 伯 氢 原 子，分 子 式 为 C8H*烷 煌 的 结 构 式 问 题 2-2 写 出 分 子 式 为 C 9 H 2 0,含 有 8 个 2。氢 原 子 和 12个 1。氢 原 子 的 烷 烧 结 构 式 烷 的 构 造 异 构 和 命 名（-）烷 煌 的 碳 链 异 构 分 子 式 相 同，碳 原 子 连 接 方 式 不 同 而 产 生 的 同 分 异 构 现 象，称 为 碳 链 异 构，其 异 构 体 称 为 碳 链 异 构 体，它 是 构 造 异 构 的 一 种。甲 烷、乙 烷 和 丙 烷 分 子 中 的 碳 原 子，只

42、 有 一 种 连 接 方 式，所 以 无 碳 链 异 构 体。烷（C4HH）有 两 种 不 同 的 异 构 体；戊 烷（CSH|2）有 三 种 异 构 体。C4HM C H 3cH 2cH 2cH 3 C H 3cH e出 C H3正 丁 烷 异 丁 烷 C H 3cH 2cH 2cH 2cH 3 CH3cH eH 2cH 3CH3正 戊 烷 异 戊 烷 随 着 烷 烧 分 子 中 碳 原 子 数 的 增 多，同 分 异 构 体 的 数 目 也 随 之 增 加。如：己 烷 c6H14有 5 个 异 构 体，庚 烷 C7H16有 9 个 异 构 体，十 二 烷 C|2H26有 355个 异 构

43、体。（二）烷 烧 的 命 名 烷 烧 的 命 名 原 则 是 各 类 有 机 化 合 物 命 名 的 基 础。烷 烧 的 命 名 采 用 两 种 命 名 法：普 通 命 名 法、系 统 命 名 法。1、普 通 命 名 法 1 10个 碳 原 子 的 直 链 烷 烧，分 别 用 词 头 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表 示 碳 原 子 的 个 数，词 尾 加 上“烷”。如 CH4（甲 烷）、C2H6（乙 烷）、C3H8（丙 烷）、C10H22（癸 烷）。C 个 碳 原 子 以 上 的 烷 个 用 中 文 数 字 命 名。如 C11H24（H一 烷）、G2H2 6（十 二 烷）、C20H

44、4 2（二 十 烷）。烷 妙 的 英 文 名 称 是 在 meth-,eth-,prop-,b u t-等 表 示 碳 原 子 数 的 i司 头 后，加 上 词 尾-ane。部 分 烷 烧 的 英 文 名 称 烷 烧 英 文 名 称 结 构 式 甲 烷 methane CH4乙 烷 ethane CH3CH3丙 烷 propane CH3CH2CH3丁 烷 butane C H3（C H2）2C H3戊 烷 pentane CH3（CH2）3CH3己 烷 hexane CH3（CH2）4CH3庚 烷 heptane CH3（CH2）5CH3辛 烷 octane CH3（CH2）6CH3壬 烷

45、nonane CH3（CH2）7CH3癸 烷 decane CH3（C H2）8CH3烷 炫 异 构 体 可 用 词 头“正(normal Wen-)异(iso或 i-)、新(neo)”来 区 分。“正”表 示 直 链 烷 烽，常 常 可 以 省 略。CH3“异”表 示 末 端 为 CH3YH，此 外 别 无 支 链 的 烷 烧。C Ha“新”表 示 末 端 为，此 外 别 无 支 链 的 烷 烧。CH3-C H 2-C H2-C H2-C H3 CH3CHCH2CH3C H3CH3H3C c CH3CH3c 正)戊 烧 n-戊 烷 界 庆 烧(由 r 戊 烧)歙 戊 俄(n e o-戊 烷

46、xi-Pentane iso-pentane 普 通 命 名 法 只 适 用 于 一 些 直 链 或 含 碳 原 子 数 较 少 的 烷 煌 异 构 体 的 命 名。对 于 结 构 比 较 复 杂 的 烷 烧，就 必 须 采 用 系 统 命 名 法。2、系 统 命 名 法(IUPAC命 名 法)1892年，日 内 瓦 国 际 化 学 会 议 首 次 拟 定 了 有 机 化 合 物 系 统 命 名 原 则，此 后 经 IUPAC(International Union of Pure and Api lied Chemisty)多 次 修 订，所 以 也 称 为 IUPAC 命 名 法。我 国

47、根 据 这 个 命 名 原 则，结 合 汉 字 特 点，制 定 出 我 国 的 有 机 化 合 物 系 统 命 名 法，即 有 机 化 合 物 命 名 规 则。烷 姓 系 统 命 名 法 是 将 带 有 侧 链 的 烷 烧 看 作 是 直 链 烷 烧 的 烷 基 取 代 衍 生 物，所 以 在 学 习 系 统 命 名 法 之 前 先 学 习 取 代 基 的 命 名。煌 分 子 中 去 掉 一 个 氢 原 子，所 剩 下 的 基 团，称 为 炫 基；脂 肪 煌 基 用 R-表 示；烷 基 的 通 式 为 C“H2n+.烷 基 的 中 文 命 名 是 把 相 应 的 烷 煌 命 名 中 的“烷”字

48、 改 为“基”字。其 英 文 命 名 是 将 烷 燃 词 尾 的-ane改 为-yl,常 见 的 烷 基 结 构 和 名 称 如 下：亚 甲 基 CH-C H J C H J-C H JC H JC H J-（正 雁 C甲 C H,C H J G H A C H F-（正）谑 CH3CH3CH2CHCH3CHsC H g-C-C Hame t h y l（Me）邺（E t）呼 啸（nft）i s o-p r o p y l（i s o 用 n-bUyl（仙）仲 T2E异 了 基 点 T 5vr-hiriyl(srr-Rn)|tSO-bllyl ClSO-Bu)此 外，两 价 的 烷 基 称 为

49、 亚 基，三 价 的 烷 基 称 为 次 基。、:C H 2 ZC H C H3;pH-C-CH3tert-bityl（t-Bu）亚 乙 基 次 甲 基 次 乙 基 烷 煌 系 统 命 名 法 规 则.选 主 链：选 择 含 有 取 代 基 最 多 的、连 续 的 最 长 碳 链 为 主 链，根 据 主 链 所 含 碳 原 子 数 命 名 为“某 烷”。.编 号：主 链 上 若 有 取 代 基，则 从 靠 近 取 代 基 的 一 端 开 始，给 主 链 上 的 碳 原 子 编 号。当 两 个 相 同 取 代 基 位 于 相 同 位 次 时，应 使 第 三 个 取 代 基 的 位 次 最 小，依

50、 次 类 推；当 两 个 不 同 取 代 基 位 于 相 同 位 次 时，应 使 小 的 取 代 基 编 号 较 小。.命 名：主 链 连 有 相 同 的 取 代 基 时，合 并 取 代 基，并 在 取 代 基 名 称 前，用 二（di）、三（tri）、四（tetra）数 字 表 明 取 代 基 的 个 数。并 在 最 前 面 标 明 取 代 基 的 编 号，各 编 号 间 用“，”隔 开。主 链 上 若 连 有 不 同 的 取 代 基，应 按“次 序 规 则”将 取 代 基 先 后 列 出，较 优 基 团 应 后 列 出。主 要 烷 基 的 优 先 顺 序 是：异 丙 基 丙 基 乙 基 甲