藥學(xué)課件一-02烷烴和環(huán)烷烴陸new

第二章烷烴(alkane)和環(huán)烷烴（cycloalkanes)本章重點(diǎn)烷烴

名法環(huán)己烷的構(gòu)象烷烴的鹵代反應(yīng)歷程第一節(jié)同系列及同分異構(gòu)現(xiàn)象：一、同系列和同系物烷烴的通式：CnH2n+2同系列

（Homologous

series）：通式相同，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)隨碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律變化的化合物系列。同系物（Homologs）同系列中化合物互為同系物系列差CH2二、同分異構(gòu)現(xiàn)象C4H10CH3CH2CH2CH3b.p.

-0.5℃正丁烷CH3CH3CHCH3b.p.

-10.2℃異丁烷分子式同，碳干構(gòu)造不同—碳干異構(gòu)(constitutional

isomerism)同分異構(gòu)體的書寫方法三、飽和碳原子和氫原子的分類伯碳（一級碳）1°（primary)：直接與一個(gè)碳原子相連仲碳（二級碳）2°(secondary)：直接與二個(gè)碳原子相連叔碳（三級碳）3°(tertiary)：直接與三個(gè)碳原子相連季碳（四級碳）4°(quaternary)：直接與四個(gè)碳原子相連與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子稱伯、仲、叔氫（1°H、2°H、3°H）第二節(jié)烷烴法名一、普通命名法1、正(normal)某烷

C1～C10

天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸>C10

漢文數(shù)字CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3正己烷（n-hexane)2、異(iso)某烷

碳鏈一末端帶異丙基，其他部分無支鏈的烷烴。CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3烷(

i

-hexane)3、新某烷碳鏈一端有叔丁基，其他部分無支鏈的烷烴稱為“新某烷”CH3CH3CCH2CH3CH3CH3CH2CCH2CH3CH3新己烷(neohexane)二、烷基

名一價(jià)基：從烷烴中去掉一個(gè)H原子,剩余的結(jié)構(gòu)部分二價(jià)基：三價(jià)基：常見的一價(jià)基：R

HR名稱縮寫CH3

HCH3甲基(Methyl)乙基(Ethyl)正丙基(Propyl)MeCH3CH2

HCH3CH2Et2CH3CH2CH

HCH3CH2CH2PrCH3CH2CH2CH2HCH3CH2CH2CH2仲丁基(sec-Butyl)s-BuCCH3CH3叔丁基(tert-Butyl)t-BuCH3CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CH3CHCH2CH3CH3異丁基(iso-Butyl)i-BuR

HR名稱

縮寫正丁基

Bu(Butyl)三、系統(tǒng)命名法）：選擇碳原子數(shù)最多的碳鏈2、支鏈烷烴（1）選擇主鏈（為主鏈CH3

CH2

CH2

CH2

CH3戊烷1、直鏈烷烴：某烷CH3

CH2

CH3丙烷如果兩條碳鏈的碳原子數(shù)相同時(shí)，選擇含支鏈較多的碳鏈為主鏈。A

為主鏈（2）主鏈碳原子的位次a.

從靠近取代基一端順次

；b.

當(dāng)有幾種可能時(shí)，選擇使取代基具有“最低序列”即使取代基的

順次逐項(xiàng)比較為最小的

；取代基

：（上）2，6，8（下）2，4，8（正確）（3）名稱的書寫次序取代基取代基的排列順序：小前、大后、同合并取代基順序規(guī)則（詳見第六章）IUPAC法按取代基英文名稱的首字母的次序排列。CH3例1

例2CH3

CH

CH2

CH2

CH2

CH3CH3CH

CH2

CH2

CH3CH2CH33-甲基己烷3-methylhexane2-甲基己烷2-methylhexaneCH3CH2CH

CH3CH

CH2CHCH3CH32，5-二甲基-3-乙基己烷3-ethyl-2,5-dimethylhexaneCH32，8-二甲基-4-乙基壬烷4-ethyl-2,8-dimethylnonane注意：取代基和名稱之間不加短線。四、環(huán)烷烴的系統(tǒng)命名1、單環(huán)烴1

按成環(huán)碳原子數(shù)目稱為環(huán)某烷。1-甲基-3-乙基環(huán)己烷3-ethyl-1-methylcyclohexane2

長鏈作，環(huán)作取代基。3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷4-cyclobutyl

-3-methylheptane3）順、反環(huán)烷烴受環(huán)的限制，σ鍵不能

旋轉(zhuǎn)。環(huán)上取代基在空間的位置不同，產(chǎn)生順反(幾何)異構(gòu)。順(cis)：反(trans)：兩個(gè)取代基在環(huán)同側(cè)；兩個(gè)取代基在環(huán)異側(cè)。CH3CH3H3CH

H順-1,

4-二甲基環(huán)己烷cis-1,4-dimethylcyclohexaneH

CH3H3CHCH3H

CH3H3C

H反-1,4-二甲基環(huán)己烷trans-1,4-dimethylcyclohexane2.

雙環(huán)烴分子的碳架中含有兩個(gè)碳環(huán)的烴。聯(lián)環(huán)

橋環(huán)

螺環(huán)稠環(huán)橋頭碳1

雙環(huán)橋環(huán)烴命名橋頭碳原子：兩環(huán)共用的碳原子。橋：兩個(gè)橋頭碳原子之間的碳鏈或一個(gè)鍵。(1)橋橋頭碳橋(3)(2)橋二環(huán)[3.2.1]辛烷bicyclo[3.2.1]octane12345672,7,7-

二環(huán)[2.2.1]庚烷2,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptane2）螺環(huán)烴螺原子：兩個(gè)碳環(huán)共用的碳原子螺原子31245678910螺[4.5]癸烷spiro[4.5]decane12345673,7,7-

二環(huán)[4.1.0]庚烷3,7,-trimethylbicyclo[4.1.0]heptane2,8-二甲基-1-乙基二環(huán)[3.2.1]辛烷1-ethyl-2,8-dimethylbicyclo[3.2.1]octane例：學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的線索：結(jié)構(gòu)——性質(zhì)——用途結(jié)構(gòu)構(gòu)造分子中原子的排列順序構(gòu)型分子中原子在空間的排列狀況構(gòu)象由于單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成分子中各原子或原子團(tuán)的空間排布。第三節(jié)結(jié)構(gòu)一、烷烴的結(jié)構(gòu)甲烷：CH4C—H鍵：SP3—S乙烷：C2H6C-C鍵

sP3—sP3HHH

C

C

HHHC—H

鍵sP3—s及書寫1、楔型（傘型）甲烷：甲烷凱庫勒模型楔型乙烷：2、鋸架（sawhorse

formula)3、紐曼投影式(projection)二、小環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)（一）小環(huán)烷烴的不穩(wěn)定和角張力的概念為什么小環(huán)化合物容易開環(huán)并且三元環(huán)比四元環(huán)更容易開環(huán)，而五元環(huán)、六元環(huán)相對穩(wěn)定？角張力(拜爾張力)：與正常鍵角偏差而引起的張力。(二)環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)CH3CH3CH2

109.5°CCHHHHC60°H114°H105°49.5o19.5o1.5o與正常鍵角偏差角度三元環(huán)四元環(huán)五元環(huán)環(huán)烷烴第四節(jié)烷烴的構(gòu)象構(gòu)象(Conformation)有一定構(gòu)造的分子通過單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團(tuán)的空間排布。一、乙烷的構(gòu)象1、兩種極限構(gòu)象的表達(dá)式（順疊式）Eclipsed

conformation交叉式（反疊式）Staggered

conformation式和交叉式構(gòu)象的楔型式、思考：寫出和紐曼式。模型紐曼式楔型式2、兩種極限構(gòu)象的位能變化穩(wěn)定性比較：交叉式＞

式思考：如何分析交叉式構(gòu)象和

式構(gòu)象的穩(wěn)定性？（原子的空間分布、位能）二、正丁烷的構(gòu)象圍繞C2—C3單鍵旋轉(zhuǎn)形成各種構(gòu)象HH

HCC4H10H

CH

HH

HC

C

HHHCHHCHCH3CH31、四種極限構(gòu)象式的表達(dá)對位交叉式（反疊式）部分式（反錯(cuò)式）鄰位交叉式（順錯(cuò)式）全式（順疊式）2、四種極限構(gòu)象的位能變化穩(wěn)定性比較：對位交叉式＞鄰位交叉式＞部分式＞全式注意：構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象和極限構(gòu)象思考：寫出戊烷（C2—C3）的極限構(gòu)象式（紐曼式、、楔型式）總結(jié)書寫紐曼式、

、楔型式的規(guī)律四、環(huán)己烷的構(gòu)象椅式船式HHHHHHHHHHHH123456250pm6HHH135HH2H4HHHHHH不存在跨環(huán)（空間）張力；扭轉(zhuǎn)張力；角張力。椅式構(gòu)象：a

鍵e

鍵a鍵：直立鍵(豎鍵)(axial

bonds)e鍵：平伏鍵(橫鍵)(equatorial

bonds)構(gòu)象翻轉(zhuǎn)a鍵轉(zhuǎn)變成e鍵，e鍵轉(zhuǎn)變成a鍵；環(huán)上原子或基團(tuán)的空間關(guān)系保持。船式構(gòu)象：6135HHHH4HH2HHHHHHHHHH183pmH12345H

6存在：跨環(huán)張力；扭轉(zhuǎn)張力；穩(wěn)定性：椅式構(gòu)象環(huán)己烷

>

船式構(gòu)象環(huán)己烷室溫下，平衡有利于椅式構(gòu)象（優(yōu)勢構(gòu)象）。一種椅式構(gòu)象經(jīng)半椅式、紐船式、船式翻轉(zhuǎn)成另一種椅式構(gòu)象。在能量上：椅式構(gòu)象

<

扭船式構(gòu)象

<

船式

<半椅式構(gòu)象第五節(jié)

烷烴的物理性質(zhì)（

）一、物態(tài)規(guī)律：隨分子量的增加，由氣態(tài)—液態(tài)—固態(tài)二、沸點(diǎn)boiling

point規(guī)律：melting

pointC數(shù)增加，

m.p.升高；偶數(shù)烷烴m.p＞奇數(shù)烷烴三、

規(guī)律：C數(shù)增加，沸點(diǎn)b.p.升高；正烷烴b.p＞支鏈烷烴（同碳數(shù)）四、相對密度density，尤其是烴類。規(guī)律:C數(shù)增加，相對密度D升高五、溶解度solubility規(guī)律:難溶于水，易溶于相似相溶第六節(jié)化學(xué)性質(zhì)烷烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定原因：（1）C—C、C—H

σ鍵的鍵能大，不易破裂；化學(xué)鍵C—CC—H鍵能KJ/mol345.6415.32

C—C鍵矩為0，C—H鍵矩很小，電子云分布均勻，為非極性分子；3鍵的斷裂：均裂一、氧化和燃燒Cn

H

2n+2

+

(

3

n

+1

2)

O2

nCO2+(n+1)H2O

+Q用途：用作

（重要能源之一）燃燒熱?測量燃燒熱有什么意義？二、熱裂反應(yīng)生產(chǎn)2、催化熱裂：應(yīng)用催化劑的熱裂反應(yīng)稱催化熱裂反應(yīng)生產(chǎn)高辛烷值

，提高

利用率

.CH3CH

CH2H

460℃3CH

CHCH2+H2CH322HCH

CHH和化工原料

460℃CH22CH

+

CH41、熱裂：在高溫及無氧條件下發(fā)生鍵斷裂的分解反應(yīng)。三、鹵代反應(yīng)用途：

1）生產(chǎn)氯代甲烷混合溶劑；2）控制條件，

一氯甲烷。（一）甲烷的氯代鹵素的活性：F2

>Cl2

>Br2

>I2CH4X2

hv

3CH

X++HX甲烷的鹵代：（二）甲烷鹵代的反應(yīng)機(jī)制亦稱反應(yīng)歷程、反應(yīng)機(jī)理，是描述反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的每一步過程。1、

基鏈鎖反應(yīng)氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生

基：hvCl2or2

Cl產(chǎn)生甲基基：鏈

①鏈增長

②CH3

+

HClCl+CH4產(chǎn)生新的氯基：CH3+Cl2CH3Cl

+

Cl鏈增長

③氯甲基Cl+基的形成：+

CH3Cl

CH2Cl

HCl鏈增長④氯甲基基再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子CH2Cl

+

Cl2CH2Cl2

+

Cl鏈增長⑤基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應(yīng)終止：Cl

+CH3

+CH3

+ClClCH3Cl2CH

Cl3CH3CH3鏈終止、鏈增長、鏈終止。整個(gè)反應(yīng)經(jīng)歷三個(gè)階段：鏈此

基反應(yīng)也稱鏈鎖反應(yīng)。1）將氯氣用光照射后在

中放置一段時(shí)間再與甲烷混合會發(fā)生氯代反應(yīng)嗎

？2

甲烷氯代易得氯代烷的混合物，為什么？基3

甲烷和氯氣同時(shí)光照，為什么不

甲基？CH3Cl422.2Cl

ClCH2Cl2414.2CHCl3

CH4400.8

439kJ/mol2Cl243

kJ/mol:2、甲基基的結(jié)構(gòu)HHC-Hsp2帶孤單電子碳sp2雜化。孤單電子占據(jù)未參與雜化的P軌道。P軌道垂直于三個(gè)sp2雜化軌道所在的平面。C

CH3HC

CH3C

CH3CH3CH3H

H

CH3乙基

基

異丙基

基

叔丁基基3、甲烷鹵代反應(yīng)過程中的能量變化：1、

反應(yīng)熱和活化能，二者有什么差別？2、過渡態(tài)理論的主要觀點(diǎn)是什么？3、試用過渡態(tài)理論來解釋甲烷氯代反應(yīng)中的能量變化。4、為什么鹵素的反應(yīng)活性順序?yàn)椋?/p>

F2>Cl2>Br2>I24CH

+Cl·CH3Cl+Cl·δH3C

H

ClδδH3C

Cl

ClδHCl+

Cl2H3C+(三）其他烷烴的鹵代反應(yīng)CH3CH2CH3

+

Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl

+

CH3CHCH3Cl45%

55%1oH與2oH被取代的概率為:62氫的相對反應(yīng)活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8hv25oCCH3

CH3

CH3CH3CHCH3

+

Cl236%CH3