第二章

飽和碳氫化合物

SaturatedHydrocarbon第二章主要內容碳氫化合物的分類烷烴和環(huán)烷烴的結構開鏈烷烴的命名環(huán)烷烴的命名開鏈烷烴的構象環(huán)烷烴的構象飽和碳氫化合物的穩(wěn)定性碳氫化合物的物理性質在閱讀和聽課過程中，試回答下列問題：1.什么是烷烴？分類和通式？2.什么是同系列，同系物，同分異構體？3.什么叫烷基？常見烷基有哪些？4.烷烴中碳和氫的種類有那些5.系統(tǒng)命名法的規(guī)則有那些？6.什么叫優(yōu)先次序規(guī)則7.環(huán)烷烴命名，當環(huán)上有多個取代基時怎樣編號？8.二環(huán)橋環(huán)烷烴如何命名？9.烷烴為何具有構象異構？10.丁烷分子的構象中，哪一種最穩(wěn)定？為什么？11.環(huán)己烷的典型構象中，哪一種最穩(wěn)定？什么叫a鍵和e鍵？12.取代環(huán)己烷的大基團在a鍵穩(wěn)定嗎？13.環(huán)己烷有那些典型的構象？14.烷烴可發(fā)生那些化學反應？為什么？15.小環(huán)環(huán)烷烴為什么容易開環(huán)？16.什么是有機物的燃燒熱和生成熱？17.碳氫化合物的物理性質如熔點和沸點與那些因素有關？18.自由基反應分作那幾個階段？19.烷烴鹵代自由基反應中，那一種氫容易被取代？2.1碳氫化合物的分類碳氫化合物

——由碳和氫兩種元素形成的有機化合物的總稱，又稱烴（hydrocarbon）開鏈烴

環(huán)烴

飽和烴

——烷烴，環(huán)烷烴

不飽和烴

烯烴，環(huán)烯烴芳香烴炔烴，環(huán)炔烴2.2烷烴和環(huán)烷烴的結構名稱碳數(shù)分子式結構簡式甲烷1CH4CH4乙烷2C2H6CH3CH3丙烷3C3H8CH3CH2CH3正丁烷4C4H10CH3CH2CH2CH3異丁烷4C4H10(CH3)2CHCH3結構通式：CnH2n+21.Alkanes2.2烷烴和環(huán)烷烴的結構C3H6

C4H8C5H10

結構通式：CnH2n2.Cycloalkanes一些重要的基本概念同系列

—結構相似，而組成上相差CH2或它的倍數(shù)的一系列化合物。同系物

—同系列中的各個成員同分異構體

—分子式相同而結構不同的化合物構造異構體

—分子內原子的排列順序不同所產生的異構體不飽和度

—分子組成的氫原子數(shù)目與理論上最大可能數(shù)目之差的情況分子式：CnHm，

則不飽和度

=[(2n+2)-m]/22.3開鏈烷烴的命名

CH4CH3CH3CH3CH2CH3

Methane

EthanePropaneCH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3

C.N.n-butaneisobutaneS.N.butane2-methylpropane普通命名與系統(tǒng)命名

(CommonNameandSystematicName)

CH3CH3—C—CH3CH3

neopentane（新戊烷）

(1)普通命名法1.

C1~C10甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳數(shù)，“某烷”2.

>C10直接用數(shù)字表示碳數(shù)3.

構造異構體用“正”，“異”，“新”等詞頭區(qū)分4.

適用于簡單化合物CH3CH2CH2CH2CH3

n-pentane（正戊烷）CH3CHCH2CH3

CH3

isopentane（異戊烷）構造異構體

普通命名法的局限CH3CH—CHCH3CH3CH3

noneCH3CH2CH2CH2CH2CH3

hexaneCH3CHCH2CH2CH3

CH3

isohexane

CH3CH3—C—CH2CH3

CH3

neohexane

CH3CH2CHCH2CH3CH3

none系統(tǒng)命名法烷基（Alkyl）—烷烴分子中從形式上消除一個氫的部分，通常用R-表示，英文用“

yl”替代“

ane”methane——methylCH3-Meethane——ethylCH3CH2-Etn-propane—n-propylCH3CH2CH2-

n-Pro

isopropyl(CH3)2CH-

i-Pron-butane——n-butylCH3CH2CH2CH2-

n-Bu

sec-butylCH3CH2CHCH3

sec-Buisobutane——

isobutyl(CH3)2CHCH2-

i-Bu

tert-butyl(CH3)3C-

tert-Bu烷基的概念Primary(1o),secondary(2o),tertiary(3o),quaternary(4o)Cbutonlyprimary,secondary,tertiaryH

注意烷烴分子和烷基中碳級別的不同烷烴中碳和氫的種類IUPAC:

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry2.3開鏈烷烴的命名

(2)系統(tǒng)命名法（IUPACRules）直鏈烷烴同普通命名法，取消“正”字最長的碳鏈—主鏈，主鏈碳數(shù)—“某烷”主鏈以外的其他部分—支鏈或取代基將主鏈上的碳原子編號—由距支鏈最近的一端開始（編號-“支鏈名”“某烷”）

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)3-乙基庚烷（3-ethylheptane）

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)

相同的取代基可以合并，用二（di）、三（tri）、四（tetra）等表示相同取代基的數(shù)目，其編號在連字符前用逗號分隔列出。如：2,5-二甲基庚烷2,5-dimethylheptane多個支鏈存在時，英文按字母順序排列，中文則按“次序規(guī)則”，將較優(yōu)基團列在后面。

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)次序規(guī)則(1)

原子序數(shù)大的為“較優(yōu)”基團(2)

第一原子相同，按原子序數(shù)大小順序比較第二原子例如：-CH2Cl>-CH2OH，因為-C（Cl,H,H）>-C（O,H,H）次序規(guī)則又如：-CH2CH(CH3)2<-CH2CH2OH，因為-C（C，H，H）=-C（C，H，H）

C（C，C，H）<C（O，H，H）(3)

含有雙鍵和叁鍵的基團，可以認為連有兩個或三個相同原子

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)常見烷基的次序舉例

-C(C,C,H)-C(C,H,H)-C(C,C,H)-C(C,H,H)若兩個取代基不同，但取代位號相同，則給“較優(yōu)”基團以大編號（英文按字母順序）(1)

系統(tǒng)命名法(IUPACRules)3-甲基-5-乙基庚烷3-ethyl-5-methylheptane注意！

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)注意英文命名中的前綴di，tri，tetra，sec和tert不計入排序中，但iso，neo和cyclo計入排序中。

如果具有不止一條可選擇的等長的碳鏈：(1)以取代基數(shù)目最多的碳鏈為主鏈。(2)取代基數(shù)目一樣多時，以側鏈位次最低的鏈為主鏈(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)2,5-二甲基-4-仲丁基庚烷或2,5-二甲基-4-(1-甲基丙基)庚烷4-(sec-butyl)-2,5-dimethylheptaneor2,5-dimethyl-4-(1-methlpropyl)heptane如果支鏈還有分支，不能用簡單的基名稱來命名，則需要對支鏈按照類似原則進行編號和命名。編號從支鏈與主鏈相連的碳原子開始。

(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules)3-乙基-5-(1-乙基丙基)壬烷3-ethyl-5-(1-ethylpropyl)nonane1.單環(huán)環(huán)烷烴的命名

若環(huán)烴做母體，則母體名—“環(huán)某烷”2.4環(huán)烷烴的命名A.IsopropylcyclopentaneB.1-cyclobutylpentane2.4環(huán)烷烴的命名當環(huán)上有多個取代基時，則將1位編號給予能使第2個取代基編號最小的位置

。1.單環(huán)環(huán)烷烴的命名2.4環(huán)烷烴的命名2.二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名橋環(huán)烴—

bridgedhydrocarbon,分子內環(huán)與環(huán)之間有兩個或兩個以上共用碳原子的多環(huán)烴。橋頭碳—

共用的碳原子橋—

兩個橋頭碳原子間的碳鏈2.4環(huán)烷烴的命名2.二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名母體名

—幾環(huán)[n1.n2.n3…]某烷環(huán)的數(shù)目各橋上碳數(shù)由大到小排全部環(huán)上碳原子數(shù)2.二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名編號

—

從橋頭碳開始，繞最長的橋到另一個橋頭，再繞次長橋回來，最后再編最短的橋。—

可能的情況下給取代基以盡可能小的編號2,8,8-三甲基二環(huán)[3.2.1]辛烷

一般步驟：1.選取母體2.確定取代基的位置和名稱3.以適當?shù)捻樞蛟谀阁w名稱前列出取代基的編號和名稱4.必要時，對構型進行標示命名小結Isomerism（同分異構現(xiàn)象）Constitutionalisomers（構造異構體）---theycanbeinterconvertedonlybythebreakingandreformingofbonds---theycanbeseparatedConformationalisomers（構象異構體）---theycanbeinterconvertedbyrotationaboutoneormoresigma-bonds---theinterconversionaresorapidthatwecannotseparatethem2.5開鏈烷烴的構象乙烷（Ethane）Conformationalanalysis----describestheenergyofsuchconformationalinterconversion2.5開鏈烷烴的構象乙烷構象分析勢能圖

扭轉張力2.5開鏈烷烴的構象正丁烷構象分析勢能圖扭轉張力思考題：已知乙烷中重疊式與交叉式的能量差為12.1kJ/mol，丁烷中鄰位交叉、部分重疊、全重疊與對位交叉構象的能量差分別為3.8、14.6、22.6kJ/mol，請以乙烷的交叉式能量設為零，計算H-H、CH3-CH3

、CH3-H重疊和CH3-CH3鄰位交叉的能量思考題答案H-H重疊4.0kJ/molCH3-CH3

重疊14.6kJ/molCH3-H重疊5.3kJ/molCH3-CH3

鄰位交叉3.8kJ/mol2.6環(huán)烷烴的構象

環(huán)丙烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷的構象

角張力和扭轉張力2.6環(huán)烷烴的構象2.環(huán)己烷的椅式構象(Chairconformationofcyclohexane）穩(wěn)定的極限構象---椅式構象2.6環(huán)烷烴的構象2.環(huán)己烷的椅式構象abond---axialbond

ebond---equatorialbond2.6環(huán)烷烴的構象2.環(huán)己烷的椅式構象2.6環(huán)烷烴的構象3.monosubstitutedcyclohexanethestableconformer----

thesubstituent（取代基）isinequatorialposition---1,3-diaxialinteraction2.6環(huán)烷烴的構象3.monosubstitutedcyclohexane2.6環(huán)烷烴的構象3.monosubstitutedcyclohexane

構象翻轉(ring-flip)

----rapidlyinterconvertionbetweentwochairconformationsmorestable

lessstable3.monosubstitutedcyclohexane4.disubstitutedcyclohexane

e.g.

1,2-dimethylcyclohexane

cis-transstereoisomers(屬構型異構)2.6環(huán)烷烴的構象cis-trans-穩(wěn)定性？Answer

1,2-disubstitutedcyclohexane

---trans-isomerismorestable(foreeismorestablethanea)Qusetions

1)Howabout1,3-and1,4-disubstitutedcyclohexane?

2)Pleasetrytodrawoutthechairconformersandanswertheabovequestion2.6環(huán)烷烴的構象4.disubstitutedcyclohexane2.6環(huán)烷烴的構象5.環(huán)己烷的其他構象6.環(huán)己烷的各構象轉化勢能圖

2.6環(huán)烷烴的構象2.7飽和碳氫化合物的穩(wěn)定性1.Saturatedcarbons

----Alkanesrelativelystable2.Cycloalkanes----RingStrainInstablityofthree-andfour-memberedrings

----duetoanglestrain(角張力)----Baeyer環(huán)張力學說燃燒熱化合物的燃燒熱(ΔH?c)：一個摩爾特定化合物在標準狀態(tài)下完全燃燒生成二氧化碳和水的過程所放出的熱量。烷烴在空氣中燃燒生成二氧化碳和水：

主要用于同分異構體穩(wěn)定性的比較。相同組成的同分異構體，燃燒熱越高者，化合物所具有的能量就越高，也就越不穩(wěn)定。ΔH?C燃燒熱烷烴的不同異構體能量是有所不同的。烷烴ΔH?C/KJ·mol-1戊烷-3537.2異戊烷-3530.5新戊烷-3516.2燃燒熱烷烴ΔH?C/kJ·mol-1環(huán)烷烴ΔH?C/kJ·mol-1丙烷-2220.3環(huán)丙烷-2092.2（697.4/C)丁烷-2879.1環(huán)丁烷-2747.3（686.8/C)戊烷-3537.2環(huán)戊烷-3322.0（664.4/C)己烷-4195.6環(huán)己烷-3954.5（659.1/C)燃燒熱與生成熱生成熱（ΔH?f）：是指化合物在標準狀態(tài)下由單質元素生成過程中放出的熱量。對于烴類化合物而言，即指由單質碳（石墨）和氫氣生成該化合物的過程中的放熱。ΔH?f相同組成的同分異構體，生成熱越高者越穩(wěn)定。燃燒熱與生成熱事實上大多數(shù)烴類化合物是難以從單質碳和氫生成的，因此通常烴類的生成熱是通過燃燒熱和CO2與H2O的生成熱計算而得，如：ΔH?f

（烷烴）＝ΔH?f（CO2+H2O）－ΔH?C2.8碳氫化合物的物理性質1.BoilingPointsDependonthestrengthoftheattractiveforcesbetweentheindividualmoleculesC-CC-H---nonpolarbondsvanderWaalsforces---

dependsontheareaofcontactbetweenthemoleculesTheboilingpointsofalkanesincreaseastheirsizeincreaseAbranchedcompoundhasarelativelylowerboilingpoint2.MeltingPointsPackinginfluencesthemeltingpointofacompoundPackingisapropertythatdetermineshowwelltheindividualmoleculesinasolidfittogetherinthecrystallattic