第2章-飽和碳?xì)浠衔镎n件

第二章飽和碳?xì)浠衔颯aturatedHydrocarbons第二章重點(diǎn)講解問(wèn)題一、飽和碳?xì)浠衔铮ㄍ闊N、環(huán)烷烴）的命名二、飽和碳?xì)浠衔锏臉?gòu)象與構(gòu)象分析三、碳?xì)浠衔锏姆€(wěn)定性與拜爾的環(huán)張力學(xué)說(shuō)四、飽和碳?xì)浠衔锏奈锢硇再|(zhì)五、飽和碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)性質(zhì)一、飽和碳?xì)浠衔铮ㄍ闊N、環(huán)烷烴）的命名MolecularformulaCH41、RepresentingMoleculesdoNOTwritetetrahedralstructureofmethaneas:Thecorrectrepresentationofatetrahedroncarbonas:名稱碳數(shù)分子式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式甲烷1CH4CH4乙烷2C2H6CH3CH3丙烷3C3H8CH3CH2CH3正丁烷4C4H10CH3CH2CH2CH3異丁烷4C4H10(CH3)2CHCH3烷烴的結(jié)構(gòu)通式：CnH2n+22、通式與不飽和度（環(huán)的數(shù)目）C3H6

C4H8C5H10

單環(huán)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)通式：CnH2n2、通式與不飽和度（環(huán)的數(shù)目）2、通式與不飽和度（環(huán)的數(shù)目）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SaturatedHydrocarbons:CnH2n+2

Foraformula:CnHm

Degreeofunsaturated=(2n+2-m)/2Ifitisacycloalkane,thedegreeofunsaturatedequalstothenumberofring構(gòu)造異構(gòu)體（constitutionalisomers）——分子式相同但分子內(nèi)原子的連接順序或方式不同的異構(gòu)體(1)普通命名法1)對(duì)于碳數(shù)為C1~C10的烷烴——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳數(shù)，稱為“某烷”2)對(duì)于碳數(shù)>C10的烷烴——直接用中文數(shù)字表示碳數(shù)3)對(duì)于構(gòu)造異構(gòu)體，則使用“正”、“異”、“新”等表示3、開(kāi)鏈烷烴的命名3、開(kāi)鏈烷烴的命名CH4CH3CH3CH3CH2CH3MethaneEthanePropane普通命名法的局限CH3CH2CH2CH2CH2CH3

hexaneCH3CHCH2CH2CH3

CH3

isohexane

CH3

CH3—C—CH2

CH3

CH3

neohexaneCH3CH2CHCH2CH3CH3

noneCH3CH—CHCH3CH3CH3

none3、開(kāi)鏈烷烴的命名(2)系統(tǒng)命名法(IUPACRules，1892年擬定）（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）

中文命名是1957年結(jié)合我國(guó)文字特點(diǎn)修訂的，1960年頒布的，1980年做了修訂和補(bǔ)充。3、開(kāi)鏈烷烴的命名3.開(kāi)鏈烷烴的命名

1)伯仲叔季碳原子和伯仲叔氫原子伯、仲、叔氫原子(2)烷基（Alkyl）——烷烴分子中從形式上消除一個(gè)氫的部分，通常用

R-表示，英文用“

yl”替代“

ane”Methane——MethylCH3-Me

Ethane——EthylCH3CH2-Et

n-Propane——n-PropylCH3CH2CH2-

n-ProCH3CH2CH3

isopropyl(CH3)2CH-

i-Pron-Butane——n-ButylCH3CH2CH2CH2-

n-BuCH3CH2CH2CH3

sec-ButylCH3CH2CHCH3

sec-Buiso-Butane——

iso-Butyl(CH3)2CHCH2-

i-Bu(CH3)2CHCH3

tert-Butyl(CH3)3C-

tert-Bu3、開(kāi)鏈烷烴的命名烷烴中碳和氫的種類Primary（1o）,secondary（2o

）,tertiary（3o

）,quaternaryC（4o

）,butonlyprimary,secondary,tertiaryH

3、開(kāi)鏈烷烴的命名（3）命名方法：1）選主鏈為母體，支鏈作為取代基直鏈烷烴同普通命名法，取消“正”字①

Determinethenumberofcarboninthelongestcontinuouscarbonchain----Thischainiscalledtheparenthydrocarbon.②Numberthechainsothatthesubstituentgetsthelowestpossiblenumber.全名：3-乙基庚烷（3-ethylheptane）3、開(kāi)鏈烷烴的命名③Citethenameofthealkylsubstituentbeforetheparenthydrocarbon.——

Anumberandawordareseparatedbyahyphen;numbersareseparatedbyacomma.di,tri,tetraisusedtoexpressthenumberofthesamesubstituents3、開(kāi)鏈烷烴的命名④Andlistsubstituentsinalphabeticalorder.——

“di,tri,tetra,sec,andtert”areignoredinalphabetizing.“iso,neo,andcyclo”arenotignoredinalphabetizing.中文命名時(shí)則需要根據(jù)次序規(guī)則進(jìn)行基團(tuán)的優(yōu)先次序比較，“優(yōu)先”的基團(tuán)后列出。3、開(kāi)鏈烷烴的命名7-甲基-3，3，6-三乙基癸烷2-甲基-5-異丙基辛烷次序規(guī)則a.

原子序數(shù)大的為“優(yōu)先”基團(tuán):I,Br,Cl,S,P,O,N,C,D,Hb.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?yàn)?C（Cl，H，H）>-C（O，H，H）又比如：-CH2CH(CH3)2<-CH2CH2OH，因?yàn)?C（C，H，H）-C（C，H，H）（C，C，H）<（O，H，H）3、開(kāi)鏈烷烴的命名c.含有雙鍵和叁鍵的基團(tuán)，可以認(rèn)為連有兩個(gè)或三個(gè)相同原子

3、開(kāi)鏈烷烴的命名d.

常見(jiàn)烷基的次序舉例：

3、開(kāi)鏈烷烴的命名-C（C，C，H）-C（C，H，H）-C（C，C，H）-C（C，H，H）⑤

Ifthesamesubstituentnumberareobtainedinbothdirections,thefirstcitedgroupreceivedthelowernumber.中文中則以基團(tuán)的優(yōu)先次序決定，給“優(yōu)先”基團(tuán)以大編號(hào)。

CH3

3-ethyl-5-methylheptaneCH3CH2CHCH2CHCH2CH3

3-甲基-5-乙基庚烷

CH2CH3not

5-ethyl-3-methylheptaneCl2-bromo-3-chlorobutaneCH3CHCHCH3

2-氯-3-溴丁烷

Brnot

3-bromo-2-chlorobutane

3、開(kāi)鏈烷烴的命名⑥

Ifthesamesubstituentnumberareobtainedinbothdirections,thefirstcitedgroupreceivedthelowernumber.中文中則以基團(tuán)的優(yōu)先次序決定，給“優(yōu)先”基團(tuán)以大編號(hào)。3、開(kāi)鏈烷烴的命名首先要符合最低序列原則，如化合物A給“優(yōu)先”基團(tuán)以大編號(hào)，則命名為3-乙基-5-甲基己烷⑦

如果具有不止一條可選擇的等長(zhǎng)的碳鏈：

a、以取代基數(shù)目最多的碳鏈為主鏈。

2,3,5-trimethyl-4-propylheptanenot

3-methyl-4-(1,2-dimethylpropyl)heptane3、開(kāi)鏈烷烴的命名b、取代基數(shù)目一樣多時(shí)，以側(cè)鏈位次最低的鏈為主鏈3、開(kāi)鏈烷烴的命名3、開(kāi)鏈烷烴的命名C、在較短的側(cè)鏈中，具有碳原子數(shù)目最多的鏈7,7-Bis-(2,5-dimethyl-hexyl)-11-ethyl-2,5,9-trimethyl-tridecane⑧Iftherearesomecomplexsubstituents,wecanusethesimilarmethodtonamethesubstituents.CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH2CH3

12123

CHCH3CH2CHCH3CH3CH3

3-isopropylheptaneor4-isobutylheptaneor3-(1-methylethyl)heptane4-(2-methylpropyl)heptane3、開(kāi)鏈烷烴的命名3、開(kāi)鏈烷烴的命名（1）Inthecaseofacycloalkanewithanattachedalkylsubstituent,theringistheparenthydrcarbonunlessthesubstituenthasmorecarbonsthanthering.A.IsopropylcyclopentaneB.1-cyclobutylpentane4、環(huán)烷烴的命名4、環(huán)烷烴的命名（2）Iftheringhastwodifferentsubstituents,theyarecitedinalphabeticalorderandthenumber1position

isgiventothefirstcitedsubstituent.A.1-ethyl-3-methylcyclopentane

1-甲基-3-乙基環(huán)戊烷B.1,3-dimethylcyclohexane（3）Iftherearemorethantwosubstituentsonthering,givethenumber1positiontothesubstituentthatresultinasecondsubstituentgettingaslowanumberaspossible.A.1,1,2-trimethylcyclopentane(not1,2,2;not1,1,5)B.4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexanenot1,3,4,(2<3);not

5,1,2,(4<5)4、環(huán)烷烴的命名課堂練習(xí)：請(qǐng)給出上述結(jié)構(gòu)的中英文IUPAC命名1、4-(1-ethylpropyl)-2,5,6,6-tetramethyloctane2、1-ethyl-2-mehylcyclopentane

1-甲基-2-乙基環(huán)戊烷2456課堂練習(xí)：常見(jiàn)的錯(cuò)誤：A3，3，4-三甲基-6-乙基-5-（2-甲基丙基）辛烷雖然3，3，4，5，6與2，4，5，6，6相比前者加和=21，后者加和=23，但是2<3，取后者B3，3，4，7-四甲基-5-（1-乙基丙基）辛烷654375、二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名橋環(huán)烴——bridgedhydrocarbon,分子內(nèi)環(huán)與環(huán)之間有兩個(gè)或兩個(gè)以上共用碳原子的多環(huán)烴。橋頭碳——

共用的碳原子橋——

兩個(gè)橋頭碳原子間的碳鏈母體名

—

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)5、二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名編號(hào)

——從橋頭碳開(kāi)始，繞最長(zhǎng)的橋到另一個(gè)橋頭，再繞次長(zhǎng)橋回來(lái)，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(hào)5、二環(huán)橋環(huán)烷烴的命名三環(huán)[2.2.1.02.6]庚烷T(mén)ricyclo[2.2.1.02,6]heptane三環(huán)的命名螺環(huán)的命名：小環(huán)→螺原子→大環(huán)螺[4.5]癸烷4-甲基螺[2.4]庚烷Spio[4.5]decane4-methylspiro[2.4]heptane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(dāng)?shù)捻樞蛟谀阁w名稱前列出取代基的編號(hào)和名稱4、必要時(shí)，對(duì)構(gòu)型進(jìn)行標(biāo)示命名小結(jié)二、飽和碳?xì)浠衔锏臉?gòu)象與構(gòu)象分析Isomerism（同分異構(gòu)現(xiàn)象）Conformationalisomers（構(gòu)象異構(gòu)體）——由于繞s-鍵旋轉(zhuǎn)而形成的分子內(nèi)原子在空間的不同排列稱為構(gòu)象異構(gòu)?！猼heycanbeinterconvertedbyrotationaboutoneormoresigma-bonds——theinterconversionaresorapidthatwecannotseparatethem討論：乙烷的構(gòu)象有多少個(gè)？——無(wú)數(shù)個(gè)！1、乙烷（Ethane）的構(gòu)象乙烷的構(gòu)象乙烷的交叉式構(gòu)象能量最低的最穩(wěn)定構(gòu)象Fisher投影式乙烷的重疊式構(gòu)象能量最高的最不穩(wěn)定構(gòu)象2、丁烷（Butane）的構(gòu)象丁烷的構(gòu)象丁烷的對(duì)位交叉式構(gòu)象丁烷的部分重疊式構(gòu)象丁烷的鄰位交叉式構(gòu)象丁烷的完全重疊式構(gòu)象StericStrain

----astericeffectvanderWaalsrepulsionofgroupsthatareclosetoeachother↙→→→←←

丁烷構(gòu)象分析勢(shì)能圖2、丁烷（Butane）的構(gòu)象思考題：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(duì)位交叉構(gòu)象的能量差分別為3.8、14.6、22.6KJ/mol，請(qǐng)以乙烷的交叉式能量設(shè)為零，計(jì)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4KJ/molCH3-CH3

重疊14.6KJ/molCH3-H重疊5.3KJ/molCH3-CH3

鄰位交叉3.8KJ/mol長(zhǎng)鏈烷烴的構(gòu)象己烷的結(jié)構(gòu)3、環(huán)丙烷、環(huán)丁烷和環(huán)戊烷的構(gòu)象環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)30o30o環(huán)丁烷的C－C鍵與環(huán)丙烷類似也呈彎曲鍵，也易開(kāi)環(huán)。但它的碳原子雜化軌道重疊程度比環(huán)丙烷大，而且四個(gè)碳原子不在同一個(gè)平面內(nèi)，主要以“蝶式”構(gòu)象存在（約與平面成30o角）使張力有所降低，故比環(huán)丙烷穩(wěn)定。環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)：環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)

穩(wěn)定的極限構(gòu)象---椅式構(gòu)象5、環(huán)己烷的椅式構(gòu)象

(Chairconformationofcyclohexane）椅式構(gòu)象中的兩個(gè)平面5、環(huán)己烷的椅式構(gòu)象

(Chairconformationofcyclohexane）abond---axialbond

ebond---equatorialbond5、環(huán)己烷的椅式構(gòu)象

(Chairconformationofcyclohexane）5、環(huán)己烷的椅式構(gòu)象

(Chairconformationofcyclohexane）6.monosubstitutedcyclohexane

thestableconformer——thesubstituentisinequatorialposition——

1,3-diaxialinteraction6.monosubstitutedcyclohexane構(gòu)象翻轉(zhuǎn)(ring-flip):兩種椅式構(gòu)想的轉(zhuǎn)化——rapidlyinterconvertionbetweentwochairconformations6.monosubstitutedcyclohexane6.monosubstitutedcyclohexane7.

Disubstitutedcyclohexane1,2-disubstitutedcyclohexane——trans-isomerismorestable

(foreeismorestablethanea)Howabout1,3-and1,4-disubstitutedcyclohexane?Pleasetrytodrawouttheirchairconformersandanswerthequestion7.

Disubstitutedcyclohexane8.環(huán)己烷的其他構(gòu)象環(huán)己烷的結(jié)構(gòu)7.環(huán)己烷的其他構(gòu)象環(huán)己烷的構(gòu)象翻轉(zhuǎn)三、碳?xì)浠衔锏姆€(wěn)定性與拜爾的環(huán)張力學(xué)說(shuō)1、燃燒熱化合物的燃燒熱（ΔH?c）：一個(gè)化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒生成二氧化碳和水的過(guò)程所放出的熱量烷烴在空氣中燃燒生成二氧化碳和水，反應(yīng)式如下：

ΔH?C通過(guò)比較不同烷烴的燃燒熱，就相當(dāng)于以生成二氧化碳和水作為一個(gè)比較的標(biāo)準(zhǔn)，可以比較不同烷烴的穩(wěn)定性。主要用于同分異構(gòu)體穩(wěn)定性的比較。相同組成的同分異構(gòu)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。1、燃燒熱烷烴的不同異構(gòu)體能量是有所不同的。戊烷-3537.2異戊烷-3530.5新戊烷-3516.21、燃燒熱丙烷-2220.3環(huán)丙烷-2092.2（697.4/CH2)丁烷-2879.1環(huán)丁烷-2747.3（686.8/CH2)戊烷-3537.2環(huán)戊烷-3322.0（664.4/CH2)己烷-4195.6環(huán)己烷-3954.5（659.1/CH2）2、飽和碳?xì)浠衔锏姆€(wěn)定性ASaturatedcarbons

----AlkanesrelativelystableBCycloalkanes----RingStrainInstabilityofthree-andfour-memberedrings----duetoanglestrain-拜爾張力學(xué)說(shuō)49.5/2=24.7519.5/2=9.75(1)環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)：ＣＣＣ碳原子為sp3雜化為緩解角張力形成彎曲鍵具有重疊構(gòu)象，氫原子排斥產(chǎn)生“重疊張力”Ｃ-Ｃ-Ｃ鍵角偏離正常鍵角產(chǎn)生角張力105°環(huán)丙烷分子具有較高的內(nèi)能，不穩(wěn)定30o30o環(huán)丁烷的C－C鍵與環(huán)丙烷類似也呈彎曲鍵，也易開(kāi)環(huán)。但它的碳原子雜化軌道重疊程度比環(huán)丙烷大，而且四個(gè)碳原子不在同一個(gè)平面內(nèi)，主要以“蝶式”構(gòu)象存在（約與平面成30o角）使張力有所降低，故比環(huán)丙烷穩(wěn)定。環(huán)丁烷的結(jié)構(gòu)：3、燃燒熱與生成熱生成熱（ΔH?f）是指化合物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下從單質(zhì)元素生成過(guò)程中放出的熱量。對(duì)于烴類化合物而言，即指由單質(zhì)碳（石墨）和氫氣生成該化合物的過(guò)程中的放熱。

ΔH?f

3、燃燒熱與生成熱事實(shí)上大多數(shù)烴類化合物是難以從單質(zhì)碳和氫生成的，因此通常烴類的生成熱是通過(guò)燃燒熱和CO2與H2O的生成熱計(jì)算而得，如：

四、飽和碳?xì)浠衔锏奈锢硇再|(zhì)1.BoilingPointsDependonthestrengthoftheattractiveforcesbetweentheindividualmoleculesC-CC-H---nonpolarbondsvanderWaalsforces

——dependsontheareaofcontactbetweenthemoleculesTheboilingpointsofalkanesincreaseastheirsizeincreaseAbranchedcompoundhasarelativelylowerboilingpointvanderWaalsforces——

areinduceddipole-induceddipoleinteractions1.BoilingPoints戊烷異構(gòu)體的沸點(diǎn)Packing

influencesthemeltingpointofacompound