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1、,第二章 烷烃和环烷烃,P119,烃 hydrocarbons 只含有碳和氢两种元素的化合物,烃,脂肪烃 aliphatic hydrocarbon,饱和烃烷烃 不饱和烃 脂环烃 alicyclic hydrocarbon,芳香烃 aromatic hydrocarbon,苯型芳香烃 非苯型芳香烃,烯烃 炔烃,链烃,环烃,烃的主要来源： 天然气 甲烷（主要）、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷 石 油 各种烃的混合物：汽油 C5-11，煤油C11-15， 柴油 C15-18， 润滑油C16-20，石蜡C18-30， 沥青C30-40 煤 芳香烃等,第一节 烷烃 Alkane,一、烷烃的结构,结构特征：C为
2、sp3杂化，各原子间以单键相连（键）。,如：,Tetrahedral, all orbital bond angles are 109.5o.,键角10928 正四面体构型,键的特点：键能大，极化度小，稳定，且成键原子可绕键轴旋转。导致烷烃化学性质稳定，且具有特殊异构现象构象异构 。,由于C上所连基团不同，键角有所变化，但也接近10928。,同系列（homologous series）：具有相同的组成通式和结构特征的一系列化合物,同系物（homolog）：同系列中的化合物互称为同系物 同系差：相邻两同系物之间的组成差别。烷烃同系物的系差为CH2 。,同系物具有相似的化学性质，但反应速率往往有较
3、大的差异；物理性质一般随碳原子数的增加而呈现规律性变化。同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。,烷烃分子组成可用通式CnH2n+2表示。,伯碳(1)：一级碳原子,只与1个其他碳原子直接相连 仲碳(2)：二级碳原子,只与2个其他碳原子直接相连 叔碳(3)：三级碳原子,只与3个其他碳原子直接相连 季碳(4)：四级碳原子,只与4个其他碳原子直接相连,伯氢(1H)：伯碳上的H 仲氢(2H)：仲碳上的H 叔氢(3H)：叔碳上的H,不同类型的氢 反应活性不一样,碳原子的类型 饱和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型,1,2,3,4,二、烷烃的命名（P23-25）,1. 普通命名法,按分子中碳原子总数叫“某
4、烷” 10C 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示， 10C 用十一、十二 等中文数字表示。,烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头 ane 词尾组成,CH4 甲烷 methane C2H6 乙烷 ethane C3H8 丙烷 propane C4H10 丁烷 butane C5H12 戊烷 pentane C6H14 己烷 hexane C7H16 庚烷 heptane C8H18 辛烷 octane,例如：,用“正”、“异”、“新”等字区别同分异构体,n-,iso-,neo-,（正）戊烷 异戊烷 新戊烷 n-pentane isopentane neopentane,烃分子中去掉一个
5、氢原子后剩下的原子团叫做烃基（R-）,常见的烷基见P24 其中14C 烷基英文名称要记住（词尾“ane”改为“yl”）,2. 系统命名法,选主链 碳链最长，取代最多 编号 位次最低 取代基 先小后大(优先基团后列出),同基合并,用中文小写“二、三、四”表明取代基数目，在英文名称中，基团按字母顺序先后列出，用“di、tri、tetra”表示取代基数目,4-甲基-6-乙基壬烷 6-ethyl-4-methylnonane,2,5-二甲基-3-乙基己烷 3-ethyl-2,5-dimethylhexane,三、烷烃的异构现象 isomerism,有机化合物的分子组成相同而结构不同的现象 同分异构现象
6、,异构现象,具有相同的分子式但结构式不同的化合物称为异构体 isomer,1. 碳链异构 carbon chain isomerism（P4） 随着碳原子数增加（4C以上）出现不同碳链结构的构造异构体。,如：戊烷有三个碳链异构体,2. 构象异构 conformational isomerism（P98）,烷烃分子中成键原子可绕单键自由旋转，导致分子中原子或基团在空间的排列方式不同而产生的立体异构现象构象异构。这种空间排列方式构象 conformation,（1）乙烷的构象,当C-C键旋转时，可产生无数个构象,有两种典型conformation：,交叉式 重叠式 staggered eclips
7、ed,乙烷的两种典型构象的表示方法,优势构象,（2）正丁烷的构象,有四种典型conformation：,2,3,对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式,优势构象,最不稳定构象,药物分子的构象与其生物活性有着密切关系。许多药物分子是以特定的构象与受体结合发挥作用。,药效构象,如：多巴胺是体内合成去甲肾上腺素的前体，其药效构象为,四、烷烃的化学性质,室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂或强还原剂不发生反应或反应很慢。,1. 稳定性,2. 卤代反应 (Cl2、Br2),halogenation,甲烷和氯气的光照卤代反应演示,卤代反应机制 自由基链反应包括链引发、链增长、链终止三步。 free ra
8、dical reaction,chain-initiating step,Cl:Cl 光或热 Cl + Cl,chain-propagating step,Cl + CH4 CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl,chain-terminating step,Cl + Cl Cl:Cl CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3CH3,演示,烷烃卤代反应的取向,取代位置的选择与生成的自由基（中间体）稳定性有关,各类H被取代活性：3H 2H 1H,练习：预测2-甲基丁烷在室温下进行氯代反应所得的一氯代物,主要产物,第二节 环烷烃 Cycloalkane,一、环
9、烷烃的分类和命名,环烷烃,单环 双环 多环,单环,环烷烃的命名（ P26 ）,在相同碳数的烷烃名称前加“环”，“cyclo”,例如：,乙基环戊烷 ethylcyclopentane,1,1,4-三甲基环己烷 1,1,4-trimethylcyclohexane,3-甲基-1-环己基戊烷 1-cyclohexyl-3-methylpentane,二、环烷烃的结构和稳定性,由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成键的电子云并不沿轴向重叠，其杂化轨道之间以弯曲方向进行部分重叠，形成弯曲键。,键角与轨道的正常夹角有偏差, 造成重叠程度小, 键能下降,产生角张力。容易开环,环烷烃中的碳原子也是
10、 sp3杂化，因此只有当键角接近109 28，轨道的重叠程度最大，结构也越稳定。,1. 自由基取代反应,环烷烃的稳定性： 环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷,三、环烷烃的化学性质,2. 加成反应 addition reaction,环丙烷的一条 键断裂，试剂中的两个原子分别加到两端,催化氢化,加卤素和卤化氢,溴的红棕色褪去,鉴别,取代环丙烷与HX加成，开环总是在H最多和H最少的两个碳原子之间，H加在含H多的碳原子上。,练习：,四、环烷烃的异构现象,1. 顺反异构 cis-trans isomer (P84),相同基团在异侧反式 相同基团在同侧顺式,顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,2-二甲基环丙烷
11、,练习：写出1-甲基-3-乙基环己烷的顺反异构体,环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构,2. 构象异构 (P100),环己烷中C-C键的扭转可产生各种构象,典型构象为椅式和船式,演示,椅 式 船 式,2, 3,5, 6,2, 3,5, 6,H,H,优势构象,椅式和船式的相互转变,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,椅式构象中的两类C-H键,与对称轴平行为竖键（a键） 与对称轴近乎垂直为横键（e键）,a 键,e 键,翻环,室温下，环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象,a e，e a,先画侧面椅式折线，再交上另一椅式折线，最后画 a键和e键，同碳指向相反。,
12、同类型键： 邻位指向相反，间位指向相同。,a键,e键,环己烷椅式构象的画法,取代环己烷的构象,如：甲基环己烷,一取代环己烷以e-取代物为优势构象,稳定优势构象,不稳定,二取代环己烷有顺式和反式两种构型，其优势构象为,e键取代基最多的构象 大基团处于e键的构象,构象分析见（P102）,练习：写出乙基环己烷和反-1-甲基-3-异丙基环己烷 的优势构象。,如：,反-1，2-二甲基环己烷,顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷,小结,1. 烷烃、环烷烃的结构：C原子sp3杂化，单键（ 键） 烷烃碳链异构、构象异构 异构现象 环烷烃位置异构、顺反异构、构象异构,2. 化学性质 烷烃、环烷烃自由基取代；小环烷烃开环加成。,作业：P130 /1, 6, 7 ,8; P105 / 8(3) (4) *C2-C3键旋转 阅读Section 1. Alkanes and Cycloalkanes 全文 翻译 1.1第一段，1.2.2第一段，1.2.3 第四段,