第二章饱和烃精选PPT.ppt

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1、第二章饱和烃第1页，本讲稿共96页本章内容提要本章内容提要一、烷烃的结构、通式、同系列、碳原子类型一、烷烃的结构、通式、同系列、碳原子类型二、烷烃的命名法二、烷烃的命名法三、烷烃的同分异构现象三、烷烃的同分异构现象四、烷烃的物理化学性质四、烷烃的物理化学性质 五、环烷烃的分类和命名五、环烷烃的分类和命名 六、环烷烃的结构和稳定性六、环烷烃的结构和稳定性 七、环己烷和一取代环己烷的构象七、环己烷和一取代环己烷的构象 八、环烷烃的化学性质八、环烷烃的化学性质 第2页，本讲稿共96页 烃的分类烃的分类苯型芳香烃苯型芳香烃非苯型芳香烃非苯型芳香烃烃烃脂肪烃脂肪烃芳香烃芳香烃饱和烃饱和烃不饱和烃不饱和烃

2、脂环烃脂环烃烯烃烯烃炔烃炔烃链烃链烃环烃环烃烃烃（Hydrocarbons)：仅由仅由C、H两种元两种元素构成的有机化合物。素构成的有机化合物。第3页，本讲稿共96页一、烷一、烷烃的结构、分子通式、同系列、烃的结构、分子通式、同系列、碳原子类型碳原子类型1、烷烃的结构烷烃的结构甲烷分子甲烷分子：碳原子为：碳原子为sp3杂化，四个杂化，四个C-H键。呈正四面体构型，键。呈正四面体构型，键角键角10928。C-H键长为键长为110pm。烷烃（烷烃（alkane）是指分子中的碳原子以单键相连，是指分子中的碳原子以单键相连，其余的价键都与氢完全结合而成的化合物。其余的价键都与氢完全结合而成的化合物。第

3、4页，本讲稿共96页 碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化第5页，本讲稿共96页 甲烷的棒球模型和四面体构型甲烷的棒球模型和四面体构型第6页，本讲稿共96页乙烷的结构乙烷的结构:乙烷（乙烷（CH3-CH3）分子中的两个碳原子）分子中的两个碳原子各用一个各用一个sp3杂化轨道重叠形成杂化轨道重叠形成C-C键，键长键，键长154pm，各碳余下的各碳余下的sp3杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s轨道相重叠形轨道相重叠形成成C-H键。键。第7页，本讲稿共96页 甲甲烷烷分分子子为为正正四四面面体体构构型型，随随着着碳碳链链的的增增长长，高高级级烷烷烃烃的的碳碳链链是是锯齿状。锯齿状。第8页，本

4、讲稿共96页键键的的特特点点：成成键键原原子子可可沿沿键键轴轴“自自由由”转转动；键的稳定性高。键的极化度小。动；键的稳定性高。键的极化度小。第9页，本讲稿共96页烷烃的分子通式为烷烃的分子通式为CnH2n+2。凡凡是是具具有有同同一一分分子子通通式式和和相相同同结结构构特特征征的的一一系系列列化化合物称为合物称为同系列同系列（homologousseries）。同系列中的化合物互称同系列中的化合物互称同系物同系物（homolog）。相邻两同系物之间的组成差别相邻两同系物之间的组成差别(CH2)称称系差。系差。2、分子通式和同系列分子通式和同系列 同系物特性同系物特性同同系系物物具具有有相相似

5、似的的化化学学性性质质，物物理理性性质质也也随随着着碳碳链链的的增增长长而而表表现现出出有有规律的变化。规律的变化。第10页，本讲稿共96页3、饱和碳原子的类型饱和碳原子的类型 伯碳伯碳(10)：与与1个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；仲碳仲碳(20)：与与2个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；叔碳叔碳(30)：与与3个其它碳原子直接相连；个其它碳原子直接相连；季碳季碳(40)：与与4个其它碳原子直接相连。个其它碳原子直接相连。4、伯、仲、叔氢原子伯、仲、叔氢原子第11页，本讲稿共96页二、烷烃的命名二、烷烃的命名NomenclatureofAlkanes 普通命名法普通命名

6、法(commonnomenclature)系统命名系统命名(systematicnomenclature)第12页，本讲稿共96页普通命名法仅适合简单的烷烃。普通命名法仅适合简单的烷烃。它它的的命命名名方方法法是是1-10以以内内的的碳碳原原子子数数用用天天干干字字甲甲、乙乙、丙丙、丁丁、戊戊、己己、庚庚、辛辛、壬壬、癸癸表表示示。从从十十一一个个碳碳原原子开始用子开始用中文数字中文数字表示。表示。1、普通命名法、普通命名法(commonnomenclature)直链烷烃，在名称前加一个直链烷烃，在名称前加一个“正正”（n-）字，称为正）字，称为正某烷。但某烷。但“正正”（n-）字一般略去。如

7、：）字一般略去。如：CH3CH2CH3丙烷丙烷CH3(CH2)10CH3十二烷十二烷第13页，本讲稿共96页 methane（甲烷）（甲烷）ethane（乙烷）（乙烷）propane（丙烷）（丙烷）butane（丁烷）（丁烷）pentane（戊烷）（戊烷）hexane（己烷）（己烷）烷烃的英文名称：烷烃的英文名称：表示碳原子数的词头表示碳原子数的词头+ane词词尾组成尾组成。heptane（庚烷）（庚烷）octane（辛烷）（辛烷）nonane（壬烷）（壬烷）decane（癸烷）（癸烷）undecane（十一烷）（十一烷）dodecane（十二烷）（十二烷）第14页，本讲稿共96页 带带有有支

8、支链链时时，可可用用“异异”（iso-）、“新新”（neo-）等等字字表示表示:含有含有端基，而别无其它支端基，而别无其它支链的烷烃，则按碳原子总数称链的烷烃，则按碳原子总数称“异某烷异某烷”。异异丁烷丁烷（isobutane）异异戊烷戊烷(isopentane)第15页，本讲稿共96页 含有含有 端基，而端基，而无其无其它支链的烷烃它支链的烷烃，则称，则称“新某烷新某烷”。CH3CCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH3新新戊烷戊烷(neopentane)新新己烷己烷(neohexane)第16页，本讲稿共96页2、烃基的命名烃基的命名烃基：烃基：烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子

9、团称为烃基。烃分子中去掉一个氢原子所剩下的原子团称为烃基。脂肪烃基：脂肪烃基：用用“R-”表示。表示。（例如：烷基（例如：烷基)芳香烃基：芳香烃基：用用“Ar-”表示。表示。常见常见的烷的烷烃基烃基甲基甲基(Me)乙基乙基(Et)丙基丙基(n-pr)异丙基异丙基(iso-pr)第17页，本讲稿共96页丁基丁基(n-Bu)仲丁基仲丁基(sec-Bu)异丁基异丁基(iso-Bu)叔丁基叔丁基(tert-Bu)第18页，本讲稿共96页烷烷烃烃同同一一碳碳原原子子上上去去掉掉二二个个氢氢原原子子或或三三个个氢氢原子原子后，分别称为后，分别称为亚基、次基，亚基、次基，如：如：亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基

10、次甲基次甲基 次乙基次乙基 第19页，本讲稿共96页3、系统命名系统命名(systematicnomanclature)系统命名法系统命名法也叫日内瓦命名法，是也叫日内瓦命名法，是1892年日年日内瓦国际化学会议首次拟定的有机化合物命内瓦国际化学会议首次拟定的有机化合物命名原则。后经国际纯粹和应用化学联合会名原则。后经国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）多次修订，叫）多次修订，叫IUPAC命名法。我命名法。我国根据该命名原则，并结合汉字特点，制定国根据该命名原则，并结合汉字特点，制定了我国的有机化合物系统命名法，即有机化了我国的有机化合物系统命名法，即有机化学命名原则。学命名原则。第20页，

11、本讲稿共96页 直链烷烃的系统名法与普通命名法相直链烷烃的系统名法与普通命名法相似。支链烷烃命名要点是确定主链和似。支链烷烃命名要点是确定主链和处理取代基的位置问题，概括起来处理取代基的位置问题，概括起来就是三个字：就是三个字：“长长”、“多多”、“低低”。即即选择最长的碳链作为主链，使主链上选择最长的碳链作为主链，使主链上有尽可能多的取代基，取代基的位次有尽可能多的取代基，取代基的位次最低，即最低系列原则。最低，即最低系列原则。烷烃系统命名法的要点烷烃系统命名法的要点 第21页，本讲稿共96页 例如：例如：2，4-二甲基己烷二甲基己烷（最长碳链；编号方向，从先遇到取代基的（最长碳链；编号方向

12、，从先遇到取代基的一端开始编号；相同的取代基合并）。一端开始编号；相同的取代基合并）。命名书写中常见错误：命名书写中常见错误：2-二甲基己烷、二甲基己烷、2，4-甲基己烷甲基己烷、2，4-2甲基己烷甲基己烷、2，4二甲基己烷二甲基己烷123456654321第22页，本讲稿共96页 在等距离处遇到取代基，则比较第二个在等距离处遇到取代基，则比较第二个取代基的位置。取代基的位置。2，3，5-三甲基己烷三甲基己烷2,3,5-trimethylhexane654321123456在英文名称中，取代基合并数一、二、在英文名称中，取代基合并数一、二、三、四、五、六等数字相应词头分别为三、四、五、六等数字

13、相应词头分别为mono,di,tri,tetra,penta,hexa。第23页，本讲稿共96页 有不同取代基时，按有不同取代基时，按“次序规则次序规则”将取代基将取代基先先 后列出，较优基团应后列出。英文命名后列出，较优基团应后列出。英文命名时，取代基按首字母顺序排列。时，取代基按首字母顺序排列。2-甲基甲基-4-乙基己烷乙基己烷4-ethyl-2-methylhexane主要烷基的优先次序是：主要烷基的优先次序是：叔丁基叔丁基 异丙基异丙基 异丁基异丁基 丁基丁基 丙基丙基 乙基乙基 甲基。甲基。第24页，本讲稿共96页课堂练习：课堂练习：P12 问题问题2-3 用系统命名法命名下列化合物

14、用系统命名法命名下列化合物 问题问题2-4 写烷基或结构式写烷基或结构式 第25页，本讲稿共96页三、烷烃的同分异构现象三、烷烃的同分异构现象 同分异构现象同分异构现象(isomerism)是指分子式相同，分子是指分子式相同，分子中各中各原子的排列次序或空间位置不同，性质也不同而产生一些原子的排列次序或空间位置不同，性质也不同而产生一些不同化合物的现象。不同化合物的现象。第26页，本讲稿共96页有机化合物的同分异构现象可概括为：有机化合物的同分异构现象可概括为：异构现象异构现象构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构互变异构互变异构构型异构构型异构构

15、象异构构象异构顺反异构顺反异构对映异构对映异构第27页，本讲稿共96页由于碳链的连接次序不同而产生的异由于碳链的连接次序不同而产生的异构现象称为碳链异构。构现象称为碳链异构。正戊烷正戊烷 1、烷烃的碳链异构烷烃的碳链异构(carbon-chainisomerism)异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷第28页，本讲稿共96页 2、烷烃的构象异构烷烃的构象异构 单单键键旋旋转转而而使使分分子子中中原原子子或或原原子子团团在在空空间间产产生生不同排列的状态称为构象。不同排列的状态称为构象。因构象不同而产生的异构现象称为构象异构。因构象不同而产生的异构现象称为构象异构。第29页，本讲稿共96页（1）乙烷的乙烷

16、的两种极限构象式：两种极限构象式：重叠式和交叉式重叠式和交叉式 构象的表示方法：构象的表示方法：锯架式锯架式(sawhorseformula)：重叠式重叠式交叉式交叉式第30页，本讲稿共96页纽纽曼曼(Newman)投影式：投影式：重叠式重叠式交叉式交叉式第31页，本讲稿共96页 在在交交叉叉式式中中，两两个个碳碳原原子子上上的的氢氢原原子子间间的的距距离离最最远远，相相互互之之间间的的作作用用力力最最小小，内内能能最低，这种构象最低，这种构象叫优势构象。叫优势构象。第32页，本讲稿共96页 在在重重叠叠式式中中，两两个个碳碳上上的的氢氢原原子子两两两两相相对对，距距离离最最近近，相相互互作作

17、用用力力最最大大，因因而而内能最高，是不稳定的构象。内能最高，是不稳定的构象。第33页，本讲稿共96页 交交叉叉式式和和重重叠叠式式是是乙乙烷烷的的两两种种极极限限构构象象，其其它它构构象介于这两种构象之间。象介于这两种构象之间。第34页，本讲稿共96页（2）丁烷的构象丁烷的构象丁烷的四种极限构象丁烷的四种极限构象 第35页，本讲稿共96页四种极限构象的稳定性次序：四种极限构象的稳定性次序：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式第36页，本讲稿共96页*37有机化合物的性质包括物理性质和化学性质；决定于组成元素以及其空间结构；物理性质在一定条件下都有

18、固定的数值，称为物理常数；如颜色、熔点、沸点、折光率、溶解度、密度、旋光率、偶极矩等；化学性质从本质上讲就是旧键的断裂和新键的形成，表现为各种不同的化学反应，是有机合成的基础。第37页，本讲稿共96页*38烷烃的物理性质1.有机化合物物理性质一般指化合物的存在状态、颜色、熔点、有机化合物物理性质一般指化合物的存在状态、颜色、熔点、沸点、密度、溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。沸点、密度、溶解度、折光率、旋光度和光谱性质等。2.除存在状态和颜色外，它们在一定的条件下都有一定的数值，除存在状态和颜色外，它们在一定的条件下都有一定的数值，常把这些数值称为物理常数。常把这些数值称为物理常数。3.各种

19、化合物的物理常数可从化学和物理手册中查出来。各种化合物的物理常数可从化学和物理手册中查出来。4.通过物理常数的测定，可以检验物质的纯度或做物质的定通过物理常数的测定，可以检验物质的纯度或做物质的定性鉴定。性鉴定。第38页，本讲稿共96页*39C1C4 气气体体C516 液体液体C17 固体固体36.1烷烃的物理性质烷烃的物理性质 存在状态：存在状态：第39页，本讲稿共96页*40沸点沸点（boiling point,b.p.）正正烷烷烃烃的的沸沸点点随随碳碳数数增增多多而而呈呈规规律律性性的的升升高高。在在同同碳碳数数的的烷烷烃烃的的异异构构体体中中，支支链链越越多多，沸沸点点就就降降低低越越

20、多多，如如正正戊戊烷烷、异异戊戊烷烷和和新新戊戊烷烷的的沸沸点点分分别别为为36.1、28、9.5。沸沸点点的的高高低低主主要要决决定定于于分分子子间间引引力力的大小。的大小。第40页，本讲稿共96页*41熔点熔点（melting point，m.p.）1.正烷烃的熔点随碳数增多而升高，但变化不如沸点规则。在异构体中，取代基对称正烷烃的熔点随碳数增多而升高，但变化不如沸点规则。在异构体中，取代基对称性较好的烷烃比直链烷烃高。含偶数碳原子的正烷烃熔点比含奇数碳的正烷烃高。性较好的烷烃比直链烷烃高。含偶数碳原子的正烷烃熔点比含奇数碳的正烷烃高。2.因为沸点和熔点与分子间作用力有关。分子间作用力包括

21、：范德华引力、偶极力和因为沸点和熔点与分子间作用力有关。分子间作用力包括：范德华引力、偶极力和氢键等。氢键等。3.烷烃是非极性分子，分子间只有范德华引力，而此引力和分子的接触面积成正比，所以烷烃是非极性分子，分子间只有范德华引力，而此引力和分子的接触面积成正比，所以分子量越大，沸点越高。在异构体中，支链越多，分子越趋于球形，接触面将减少，所分子量越大，沸点越高。在异构体中，支链越多，分子越趋于球形，接触面将减少，所以沸点降低。以沸点降低。4.熔点，不仅与分子间作用力有关，还与分子间能否规整紧密地堆积有关。如正熔点，不仅与分子间作用力有关，还与分子间能否规整紧密地堆积有关。如正戊烷的熔点为戊烷的

22、熔点为130，异戊烷为，异戊烷为160，新戊烷为，新戊烷为17，就是因为新戊烷，就是因为新戊烷分子规整，能紧密堆砌，分子间作用力大，熔点高。分子规整，能紧密堆砌，分子间作用力大，熔点高。第41页，本讲稿共96页*42溶解度溶解度（solubility）按按照照极极性性相相似似者者相相溶溶的的原原则则。烷烷烃烃易易溶溶于于非非极极性性、或或极极性性较较小小的的有有机机溶溶剂剂中中，如如苯苯、氯氯仿仿和和四四氯氯化化碳碳等等，而而难难溶溶于于水水和和其它强极性溶剂中。其它强极性溶剂中。第42页，本讲稿共96页*43密度和折射率密度和折射率 1.烷烷烃烃是是有有机机化化合合物物中中密密度度最最小小的

23、的一一类类化化合合物，都小于物，都小于1g/cm3。2.直直链链烷烷烃烃随随碳碳原原子子数数的的增增加加而而逐逐渐渐缓缓慢慢增增大大。折折射射率率是是有有机机化化合合物物纯纯度度的的标志。标志。第43页，本讲稿共96页*44有机化合物熔点、沸点变化规律有机化合物沸点的变化规律，取决于有机化合物相对分子质量的大小和官能团的类型；熔点的变化规律还与起分子的空间对称性有关。仍然是分子间作用力的表现的结果第44页，本讲稿共96页*45链烃的规律的基础链烃由于其分子间力主要是色散力，而色散力又与相对分子质量有关，因此，烷烃、烯烃、炔烃等各类同系列化合物的熔点沸点表现为随相对分子质量增加而增加的特点。第4

24、5页，本讲稿共96页*46链烃的沸点规律的事实常温常压下，C4以下的烷烃、烯烃、炔烃为气体；C5-16的烷烃、C5-18烯烃、C5-15炔烃为液体，其他为固体；芳烃一般为液体。碳原子数目相同时，直链烷烃的沸点高于支链烷烃，支链越多，沸点越低。这与排列是否紧密有关。bp.36.1 27.9 9.5 第46页，本讲稿共96页*47链烃的熔点规律的事实规律性不如沸点，因为熔点还与晶体结构的排列方式有关。偶数碳原子的烷烃分子相对奇数碳原子对称性高，排列紧密，故熔点高；存在顺反异构的烯烃，一般反式异构体熔点高，这也是由于反式异构体排列的更加紧密。第47页，本讲稿共96页四、烷烃的化学性质四、烷烃的化学性

25、质 1、烷烃的卤代反应烷烃的卤代反应 取取代代反反应应(substitutionreaction)：有有机机化化合合物物中中氢氢原原子子（或或其其它它原原子子或或原原子子团团）被被另另一一原原子子或或原原子子团团取取代代的的化化学学反反应称取代反应。应称取代反应。卤卤代代反反应应(halogenation)即即有有机机化化合合物物中中氢氢原原子子被被卤卤素素取取代代。通常指氯代和溴代。通常指氯代和溴代。第48页，本讲稿共96页 烷烃的卤代反应机理：烷烃的卤代反应机理：是是自由基的链反应自由基的链反应(free-radicalchainreaction)，它的历程它的历程分三步分三步进行：进行：

26、链的引发、链的增长、链的终止。链的引发、链的增长、链的终止。a、链的引发链的引发（1）甲烷的卤代甲烷的卤代第49页，本讲稿共96页b、链的增长链的增长 H=7.5KJ/molc、链的终止、链的终止 H=-112.9KJ/mol第50页，本讲稿共96页其它烷烃的卤代反应也是游离基反应过程。但其它烷烃的卤代反应也是游离基反应过程。但不同的氢被卤代的难易不同的氢被卤代的难易是不一样的，它们的是不一样的，它们的次次序是序是（由易到难）：（由易到难）：叔氢叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢 另另外外，不不同同碳碳所所生生成成的的自自由由基基稳稳定定性性次次序序为为（由易到难）：（由易到难）：302010CH3 讨

27、论题讨论题 1）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？2）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？第51页，本讲稿共96页第52页，本讲稿共96页反应物到过渡态，体系的能量不断升高，过渡态时反应物到过渡态，体系的能量不断升高，过渡态时能量达到最高值，以后体系的能量迅速降低。反应能量达到最高值，以后体系的能量迅速降低。反应物与过渡态的能量之差称活化能，用物与过渡态的能量之差称活化能，用Ea表示。表示。为能使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量，称为为能使反应发生，由分子碰撞提供的最低能量，称为活化能。活化能。有效

28、碰撞，活化分子有效碰撞，活化分子活化能越小，反应速率越快；活化能越小，反应速率越快；活化能越大，反应速率越慢。活化能越大，反应速率越慢。反应速率最慢的一步反应速率最慢的一步速度控制步骤速度控制步骤第53页，本讲稿共96页在甲烷氯代的多步反应中在甲烷氯代的多步反应中,哪一哪一步是控制反应速率的？步是控制反应速率的？甲烷氯代反应链增长阶段能量变化甲烷氯代反应链增长阶段能量变化第54页，本讲稿共96页（2）其它烷烃的卤代其它烷烃的卤代1oH与与2oH被取代的概率为被取代的概率为:6 2氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.81oH与与3oH氢被取代的

29、概率为氢被取代的概率为:9:1氢的相对反应活性：氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5第55页，本讲稿共96页2、氧化反应氧化反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。3、热裂反应热裂反应化合物在高温和无氧存在下的分解反应。化合物在高温和无氧存在下的分解反应。单电子转移用鱼钩箭头表示。单电子转移用鱼钩箭头表示。第56页，本讲稿共96页五、环烷烃的分类和命名五、环烷烃的分类和命名 1、环烷烃的分类环烷烃的分类按成环碳按成环碳原子数分原子数分小环（三元环、四元环）小环（三元环、四元环）常见环（五元环、六元环）常

30、见环（五元环、六元环）中环（七元环至十二元环）中环（七元环至十二元环）大环（多于十二个碳原子的环）大环（多于十二个碳原子的环）第57页，本讲稿共96页根据饱和程度分为根据饱和程度分为环烷烃环烷烃(cycloalkane)环烯烃环烯烃(cycloalkene)环炔烃环炔烃(cycloalkyne)按所含环的数目可分为：按所含环的数目可分为：单环、双环和多环烷烃。单环、双环和多环烷烃。第58页，本讲稿共96页2、环烷烃的命名环烷烃的命名（1）单环脂烃的命名单环脂烃的命名环环烃烃的的命命名名只只是是在在相相应应的的烷烷烃烃或或烯烯烃烃之之前前加加环环字字。英英文文命命名名则则加加词词头头cyclo;

31、从从连连接接取取代代基基的的碳碳原原子子开开始始编编号号；将将取取代代基基的的位位次次和和名名称称写在写在“环环”字之前。字之前。1-甲基甲基-2-乙基环己烷乙基环己烷2-ethyl-1-methylcyclohexane第59页，本讲稿共96页若若环环上上有有复复杂杂的的取取代代基基时时，可可将将环环作为取代基来命名作为取代基来命名。1-环丁基戊烷环丁基戊烷1-cyclobutylpentane1,2-二甲基环丙烷的顺、反两种异构体二甲基环丙烷的顺、反两种异构体。反反-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷第60页，本讲稿共96页在在环环烯烯烃烃或或环环炔炔烃

32、烃中中以以双双键键或或三三键键的的位位次次最最小小4-甲基环己烯甲基环己烯4-methylcyclohexene第61页，本讲稿共96页(2)桥环烃的命名桥环烃的命名*两个碳环共用两个或两个以上碳原子的称两个碳环共用两个或两个以上碳原子的称桥环烃。桥环烃。环与环相连的两个碳原子叫环与环相连的两个碳原子叫“桥头桥头”。以以“二二环环”作作词词头头，按按成成环环碳碳原原子子总总数数称称为为“某烷某烷”；两两环环连连接接处处的的碳碳原原子子作作为为桥桥头头碳碳原原子子，其其它它碳碳原原子子作作为为桥桥碳碳原原子子，各各桥桥的的碳碳原原子子数数由由大大到到小小分分别别用用数数字字表表示示，并并用用下下

33、角角圆圆点点分分开开，放放在在方方括括号号中中，并并将将方方括括号号放放在在“二二环环”与与“某某烷烷”之间；之间；第62页，本讲稿共96页环环上上的的编编号号是是从从一一个个桥桥头头碳碳原原子子开开始始，沿沿最最长长的的桥桥到到另另一一个个桥桥头头碳碳原原子子，再再沿沿次次长长的的桥桥编编回回到到开开始始的的桥桥头头碳原子，最短桥上的碳原子最后编号；碳原子，最短桥上的碳原子最后编号；环环上上连连有有支支链链时时，支支链链作作为为取取代代基基，其其所所在在的的位位次次即即是是环环上上碳碳原原子子的的位位次次号号，将将取取代代基基的的位位次和名称放在次和名称放在“二环二环”之前即可之前即可。第6

34、3页，本讲稿共96页2-甲基甲基-6-乙基二环乙基二环 3.1.0 己烷己烷1-甲基甲基-2-异丙基二环异丙基二环 2.2.2 辛烷辛烷5-甲基二环甲基二环 2.1.1 己烷己烷第64页，本讲稿共96页(3)螺环烷烃的命名螺环烷烃的命名(以二环为例以二环为例)*两两个个碳碳环环共共有有的的碳碳原原子子称称为为螺螺原原子子，以以“螺螺”作为词头；作为词头；按成环总碳原子数称为（某烷）；按成环总碳原子数称为（某烷）；用用方方括括号号中中的的阿阿拉拉伯伯数数字字按按从从小小到到大大的的顺顺序序，分分别别标标明明两两个个碳碳环环除除螺螺原原子子以以外外所所包包含含的的碳碳原原子子数数目目，数字用下角圆

35、点分开；数字用下角圆点分开；第65页，本讲稿共96页环环上上编编号号的的顺顺序序是是由由较较小小环环中中与与螺螺原原子子相相邻邻的的碳碳原原子子开开始始，沿沿小小环环编编号号，通通过过螺螺原原子子而而到到较较大的环；大的环；环环上上连连有有支支链链时时，支支链链作作为为取取代代基基，其其所所在在位位次次即即是是环环上上碳碳原原子子的的位位次次号号，将将取取代代基基的的位次和名称放在位次和名称放在“螺螺”字之前。字之前。第66页，本讲稿共96页7-甲基螺甲基螺 4.5 癸烷癸烷螺螺 5.5 十一烷十一烷1-乙基螺乙基螺 2.5 辛烷辛烷注意：注意：桥环烃和螺环烃在编号上的不同。桥环烃和螺环烃在编

36、号上的不同。第67页，本讲稿共96页六、环烷烃的结构和稳定性六、环烷烃的结构和稳定性 烷烃分子中，碳原子是以烷烃分子中，碳原子是以SP3SP3杂化轨道沿着轨道对称轴相杂化轨道沿着轨道对称轴相互重叠形成互重叠形成键，重叠程度好，与其它原子所形成的夹角是键，重叠程度好，与其它原子所形成的夹角是109.5。环烷烃分子中，碳原子也是以环烷烃分子中，碳原子也是以SP3杂化轨道成键的，杂化轨道成键的，但成环碳原子所形成的键角不一定是但成环碳原子所形成的键角不一定是109.5，环的环的大小不同，键角也不一样。大小不同，键角也不一样。第68页，本讲稿共96页1、环烷烃的稳定性及其解释、环烷烃的稳定性及其解释（

37、1）拜尔拜尔（Baeyer）张力学说张力学说 为为解解释释三三元元和和四四元元环环不不稳稳定定,而而五五元元和和六六元元环环稳稳定定的的原因原因,提出了张力学说提出了张力学说,它的基本点是：它的基本点是：（a）按按照照碳碳原原子子的的正正四四面面体体模模型型，碳碳碳碳键键之之间间的的夹夹角角为为10928 。（b）假设碳原子成环后，原子都处于一个平面上。）假设碳原子成环后，原子都处于一个平面上。第69页，本讲稿共96页键键角角的的偏偏转转使使分分子子内内产产生生了了角角张张力力，偏偏转转角度越大，张力越大分子越不稳定。角度越大，张力越大分子越不稳定。第70页，本讲稿共96页环丙烷环丙烷三角形三

38、角形,键间夹角为键间夹角为60，键向内偏转键向内偏转 2444。环丁烷环丁烷四边形四边形,键间夹角为键间夹角为90，键向内转键向内转944。环戊烷环戊烷五边形五边形,键间夹角键间夹角108，接近接近10928。第71页，本讲稿共96页结论：结论：三三、四四元元环环为为张张力力环环，而而五五、六六元元环环为为无无张张力力环环，故故三三、四四元元环环不稳定，而五、六元环稳定。不稳定，而五、六元环稳定。张张力力学学说说虽虽然然能能成成功功解解释释一一些些现现象象。但但它它假假设设成成环环的的原原子子都都在在同同一一平平面面与事实不符，因此存在局限性。与事实不符，因此存在局限性。实际上环烷烃除环丙烷以

39、外，其余的环碳原子都不在同一平面实际上环烷烃除环丙烷以外，其余的环碳原子都不在同一平面上上。第72页，本讲稿共96页（2）现代理论解释）现代理论解释 开链或大环化合物中开链或大环化合物中轨道达到最大重叠轨道达到最大重叠环环丙丙烷烷分分子子中中轨轨道部分重叠道部分重叠第73页，本讲稿共96页 在在所所有有的的环环烷烷烃烃分分子子中中,碳碳原原子子都都是是spsp杂杂化化,键键角角都都接近接近1092810928；在在环环丙丙烷烷分分子子中中,成成键键的的电电子子云云并并不不沿沿轴轴向向重重叠叠,而而是是形形成成了了一一种种弯弯曲曲键键,称称香香蕉蕉键键。由由于于几几何何形形状状上上的的限限制制,

40、键键角角与与轨轨道道的的正正常常夹夹角角有有偏偏差差,造造成成重重叠叠程程度度小小,键键能能下下降降,产生角张力；产生角张力；四四元元以以上上的的脂脂环环烃烃的的碳碳原原子子皆皆不不在在同同一一平平面面上上,成成键键电子云重叠程度大电子云重叠程度大,环较稳定。环较稳定。第74页，本讲稿共96页从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。从环丁烷开始，组成环的碳原子均不在同一平面上。环丁烷是蝴蝶型结构，环戊烷存在两种不同的结构环丁烷是蝴蝶型结构，环戊烷存在两种不同的结构信封型和扭曲型。信封型和扭曲型。蝴蝶型蝴蝶型信封型信封型扭曲型扭曲型从燃烧热的数据看出，环越小，每一个亚甲基单元的燃从燃烧热的

41、数据看出，环越小，每一个亚甲基单元的燃烧热越大，说明环越小，能量越高，越不稳定。因此，烧热越大，说明环越小，能量越高，越不稳定。因此，三元环、四元环的环烷烃不稳定，容易开环，进行加成三元环、四元环的环烷烃不稳定，容易开环，进行加成反应，具有与不饱和烃相似的性质。反应，具有与不饱和烃相似的性质。第75页，本讲稿共96页综综合合各各方方面面的的因因素素,环环的的稳稳定性可归纳如下定性可归纳如下三元环最不稳定三元环最不稳定,四元环次之。四元环次之。在十元环以内在十元环以内,六元环最稳定。六元环最稳定。七七元元环环以以上上的的环环也也是是稳稳定定的的(这这一一点点不不符符合合张张力力学学说说,这是由于

42、张力学说本身是一种假设所致这是由于张力学说本身是一种假设所致)。第76页，本讲稿共96页七、环己烷和一取代环己烷的构象七、环己烷和一取代环己烷的构象 构构 象象:一个已知构型的分子，仅由于单键一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。定排列形式称为构象。构象异构体构象异构体:单键旋转时会产生无数个构象，单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。第77页，本讲稿共96页1、椅式构象和船式构象椅式构象和船式构象透视式透视式纽曼投影式纽曼投影式

43、椅式椅式 船式船式Chairformboatform第78页，本讲稿共96页 在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式构象，在椅式构象中，所有相邻的氢都处于交叉式构象，再加上再加上环的对角上的氢原子距离最大，这些因素都使得环己烷的椅式环的对角上的氢原子距离最大，这些因素都使得环己烷的椅式构象具有较高的稳定性。构象具有较高的稳定性。椅椅式式第79页，本讲稿共96页 而而在船式构象中在船式构象中CC、CC之间的氢处于重叠之间的氢处于重叠式状态，式状态，产生的相斥力较大。因此船式不如椅式稳定。产生的相斥力较大。因此船式不如椅式稳定。分析结果表明，环己烷船式的内能要比椅式高分析结果表明，环己烷船式的内能

44、要比椅式高29.7kJ/mol。椅式椅式 船式船式第80页，本讲稿共96页 环己烷构象转换的势能图环己烷构象转换的势能图 势势能能/kJmol1第81页，本讲稿共96页2、竖键和横竖键和横键键 在在12个碳氢键中，有个碳氢键中，有6个键与对称轴平行，叫直立键或个键与对称轴平行，叫直立键或称称(axial)键键。另外。另外6个键几乎垂直于对称轴，叫做平个键几乎垂直于对称轴，叫做平伏键或伏键或(equitorial)键键。第82页，本讲稿共96页 翻环作用翻环作用 当当环环己己烷烷的的一一个个椅椅式式构构象象转转变变为为另另一一个个椅椅式式构构象象时时，原原来来的的键将转变为键，而键也相应转变为键

45、。键将转变为键，而键也相应转变为键。第83页，本讲稿共96页3、取代环己烷的构象取代环己烷的构象当环己烷分子中的一个氢被其它基团取代时，可当环己烷分子中的一个氢被其它基团取代时，可取代键，也可以取代键。得到两种不同的构象。取代键，也可以取代键。得到两种不同的构象。甲基环己烷甲基环己烷 优势构象优势构象第84页，本讲稿共96页取代环己烷优势构象判断的一般规律：取代环己烷优势构象判断的一般规律：一元取代环己烷，一元取代环己烷，e e键取代最稳定键取代最稳定;多元取代环己烷，多元取代环己烷，e e键取代最多的构象最稳键取代最多的构象最稳定；定；若含不同的取代基，较大的基团在若含不同的取代基，较大的基

46、团在e e键的构键的构象较稳定。象较稳定。第85页，本讲稿共96页下面何者为优势构象？下面何者为优势构象？顺顺（、取代）（、取代）反（、取代）反（、取代）反（、取代）反（、取代）（优势构象）（优势构象）（优势构象）（优势构象）第86页，本讲稿共96页顺顺-1-甲基甲基-2-叔丁基环己烷叔丁基环己烷叔丁基是一个很大的基团，一般占据叔丁基是一个很大的基团，一般占据e键。键。第87页，本讲稿共96页下列构象中哪一个是下列构象中哪一个是 的优势构象？的优势构象？第88页，本讲稿共96页八、环烷烃的化学性质八、环烷烃的化学性质 环环烷烷烃烃的的化化学学性性质质与与链链状状烷烷烃烃相相似似，能能发发生生自

47、自由由基基取取代代反反应应；与与强强酸酸、强强碱碱、强强氧氧化化剂剂等等试试剂剂都都不不发发生生反反应应。但但小小环环的的环环烷烷烃烃不不稳稳定定，由由于于张张力较大，易开环进行加成反应。力较大，易开环进行加成反应。1、自由基取代反应自由基取代反应 与与烷烷烃烃相相似似的的反反应应取取代代反反应应（五五元元环环、六六元元环环）与与烯烯烃相似的反应烃相似的反应加成反应（三元环、四元环）加成反应（三元环、四元环）第89页，本讲稿共96页在紫外光或高温下，与卤素等反应。在紫外光或高温下，与卤素等反应。第90页，本讲稿共96页2、环烷烃的氧化反应、环烷烃的氧化反应第91页，本讲稿共96页3、小环环烷烃

48、的加成反应小环环烷烃的加成反应催化加氢催化加氢环越小越容易发生加成反应。环越小越容易发生加成反应。第92页，本讲稿共96页加卤素加卤素 第93页，本讲稿共96页加卤化氢加卤化氢第94页，本讲稿共96页作业作业P29（三）、（四）、（五）（三）、（四）、（五）（六）（六）（2）（）（3）（七）、（九）（七）、（九）第95页，本讲稿共96页思考题：思考题：为什么环丙烷易开环为什么环丙烷易开环发生亲电加成反应？发生亲电加成反应？（1）“弯曲键弯曲键”重叠程度小，键能下降，重叠程度小，键能下降，从而产生角张力从而产生角张力恢复正常恢复正常键的倾向，键的倾向，开环后即可形成正常的开环后即可形成正常的键，所以易开环。键，所以易开环。（2）“弯曲键弯曲键”使电子云暴露在成键两原使电子云暴露在成键两原子（核连线）的外侧，类似于烯烃中的子（核连线）的外侧，类似于烯烃中的键，易受亲电试剂的进攻。键，易受亲电试剂的进攻。第96页，本讲稿共96页