第二章饱和烃(烷烃) 本章学习要求 (1)熟练掌握烷烃及烷基的命名 (2)掌握简单烷烃的构象。 (3)了解烷烃的物理性质。 (4)熟练掌握烷烃的化学性质 (5)掌握烷烃自由基取代反应的机理 本章基本内容 (一)轨道杂化理论 轨道杂化理论可以解释烷烃中碳原子的正四面体构型。烷烃 中碳原子采取sp杂化,4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布, 夹角为109.5°,所形成的CCσ键不是直线型而是折线型。所 以己烷和异己烷常表示为 (己烷) (异己 烷)。表示分子立体形状的模型常有两种:球棒模型( Kekule模 型)和比例模型( Stuart模型)。 (二)烷烃的命名法 烷烃的命名有习惯命名法、衍生物命名法和系统命名法,其 中系统命名法最常用也最重要 1.习惯命名法 烷烃最早是根据碳原子数目来命名的。碳原子数在十以内 者,可用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子 的数目。超过十个碳原子者,则以十一、十二…数字表示,且以
第二章饱和烃(烷烃) “正”、“异”“新”等前缀区别不同的构造异构体。“正”表示直 链烷烃,“异”表示仅在链端具有(CIH3CH一构造而无其他支链 的烷烃,“新”指具有(CH3)C—构造的含五、六个碳原子的烷烃 2.衍生物命名法 衍生物命名法以甲烷为母体,所有烷烃都被看做甲烷的衍生 物。命名时,一般选择连接烷基最多的碳原子作为母体甲烷的碳 原子,烷基则按由“小”到“大”的次序排列 3.系统命名法 烷烃的系统命名法是中国化学会采用 IUPAC命名原则,结合 我国的文字特点而制订的,其基木原则为: (1)选取最长的,且包含支链最多的碳链作主链。 (2)主链编号时应遵循“最低系列”原则 (3)命名时,取代基名称按照“次序规则”依次列出(“次 序规则”参见第三章不饱和烃)。 总之,烷烃的命名原则可简单总结为十六字口诀:最长碳链, 最低编号,由简到繁,中外有别。 (三)烷烃的构象 在乙烷分子中,固定一个甲基,使另一个甲基绕着碳碳单键 旋转。在旋转过程中,两个甲基上的氢原子在空间的相对位置不 断发生变化,这种仅仅由于σ键的旋转而引起分子中原子或基团 在空间的不同排布方式称为构象。因分子构象不同而产生的异构 称为构象异构。构象异构是一类在室温下快速互变的立体异构, 因其互变速率很快,所以无法分离。 乙烷的碳碳单键每旋转一个角度都是一种构象。所以,分子 构象是无穷多的,其中有两种极端情况:重叠式和交叉式,如图 2.1所示。交叉式中,两甲基的氢原子最远,能量最低,而重叠式 的能量最高,其他构象的能量介于此二者之间。重叠式和交叉式 构象之间的能量之差是126 kJ. mol-。 (a)是乙烷分子构象的透视式表示方法,它是从斜侧面观 察分子模型的,很直观。(b)是纽曼( Newman)投影式表示法
有机化学学习指导 它是从碳碳σ键的延长线上观察。 H H H H H HH H 重叠式构象交叉式构象重叠式构象交叉式构象 图2.1乙烷的构象 丙烷的构象与乙烷相似,丁烷有四种典型极限构象:对位交 叉式、部分重叠式、邻位交叉式、全重叠式 (四)烷烃的物理性质 烷烃是非极性分子,分子间力主要是色散力。直链烷烃随相 对分子质量增大,色散力增大,其沸点相应增大。 异构体中支链烷烃比直链烷烃沸点低;支链越多,沸点越低 支链数目相同者,分子对称性越好,沸点越高。 直链烷烃的熔点也随着相对分子质量増大而増大,含偶数碳 原子烷烃的熔点比奇数碳原子的熔点升高较多 (五)烷烃的化学性质 常温下,烷烃是很稳定的化合物。与强酸、强碱、强氧化剂、 强还原剂都不起反应,但在较激烈的情况下,如光、热、压力等 作用下,也可发生反应 1.卤代反应 RH+.hv,rX 或△ Hx (X2=Br2, C12) 该反应的产物通常为混合物。 2.燃烧(氧化)反应 C,H2n2+1/2(3n+1)02nCO2+(n+1)H2O-△H 3.氧化反应 在金属氧化物或金属盐(锰盐和钴盐)存在下,烷烃发生部
第二章饱和烃(烷烃) 分氧化反应,常常得到一系列有机酸和酮。如轻油氧化ε MnO C, Hm2+O RCOOH +R COOH 107℃~110℃ 4.裂化反应 500℃~600℃ CH 较小的烷烃+烯烃 典型例题解析 例2.1什么是烷基?写出常见的烷基及相应的名称。 解:烷烃分子中去掉一个氢原子剩余的部分称为烷基。例如 CH3CH CH3 CHCH 甲基 乙基 丙基 CH3CH一 CH? CH, Ch,Ch CH2ChCh 异丙基 丁基 仲丁基或第二丁基 CH3 CH3 CHCH CHrC Ch CCH CH 异丁基 叔丁基 新戊基 例22用系统命名法命名下列化合物。 (1)(CH3 CH2)2CCH2 CH2 CHCH2 CH CH CH(CH3)2 CH(CH3)2 (2)CH3 CH2CH2 CHC(CH3 )CH2 CHCH2 CH2CH2 CH3 H3 CCH2 CH3 CHCH2 CH3
有机化学学习指导 解:(1)2,6-二甲基-3,6-二乙基辛烷 (2)5-甲基-5-乙基-4-异丙基-7-仲丁基十一烷 例23用 Newman投影式表示2,3-二甲基丁烷的各交叉式和 重叠式构象异构体,并比较其相应能量。 Me e H Me h Me Me HMe Me le e (a),(b),(c)为交叉式构象,(d),(e),(f)为重叠式构 象。其能量次序为:(f)>[(e=d)][(c=b)]>(a) 四、习题 (一)补充习题 1.写出下列化合物的IPAC名称。 (1)(CH3)2C--CHCH2 CH(CH3)2 Hs C2 CH3 CH3 (2) CH3 CH2CH-CHCH2 CHCHC(CH3)3 CH3 CH(CH3)2 CH3
第二章饱和烃(烷烃) 13 (3)(CH3)2 CHCH-CH- C(CH3)3 HsC C2H Hs C2 CH3 CH3 CH, CH-C-C-CH, CH Ch, CH, CH 2.伯、仲、叔氢被自由基溴代的相对活性为 1:82:1600,试预测(1)CH3CH2CH2CH3 (2)(CH3)2CHCH3发生一溴代反应时的主要产物。 3.下列CHCH2CH(CH3)2的构象,哪个最稳定? H H CH CH3 C H CH3 H H H (二)《有机化学》(高鸿宾主编,第三版,高教出版社,1999) 部分习题(略) (三)《有机化学》(徐寿昌主编,第二版,高教出版社,1993) 部分习题(第二章烷烃) 1.用系统命名法命名下列化合物: ((CH), CHC(CH3),(2)CH3CH2CH-CHCH2CH2CH CH CHCH CH3 CH(CH3) (3)CHSC(CH3)2C Hs (4) CH3 CH, CHCH, CH,C(CH, CH3) CH(CH3)2 CH3 (6)
14· 有机化学学习指导 (7)×人 (8) 2.试写出下列各化合物的构造式: (1)2,2,3,3-四甲基戊烷(2)2,3-二甲基庚烷 (3)2,24-三甲基戊烷 (4)2,4-二甲基-4-乙基庚烷 (5)2-甲基-3-乙基己烷(6)三乙基甲烷 (7)甲基乙基异丙基甲烷(8)乙基异丁基叔丁基甲烷 3.下列化合物的系统命名对吗?如有错的话,指出错在哪 里?试正确命名之。 (1) 2-乙基丁烷 24-二甲基己烷 (3) (4) 3-甲基十二烷 4-丙基庚烷 (5) (6)×人 4-二甲基辛烷 1,1,1-三甲基-3-甲基戊烷 4.不要査表,试将下列烃类化合物按沸点降低的次序排列。 (1)2,3-二甲基戊烷(2)正庚烷(3)2-甲基庚烷 (4)正戊烷 (5)2-甲基己烷 5.用 Newman投影式写出1,2-二溴乙烷最稳定及最不稳定的 构象,并写出该构象的名称 6.下面哪一对化合物是等同的?不等同的异构体属于何种异 构体?
第二章饱和烃(烷烃) 15 (1) CH3 HCH3 C HH, H H CH CH H,Ch H, CLH KcH CH CH CH C (3) (4) 1 H,G cI ,CH CH/H CI CCl H,Cl Ces HYch H (5) (6) 7.哪一种或哪几种是相对分子质量为86的烷烃: (1)两个一溴代产物 2)三个一溴代产物 (3)四个一溴代产物(4)五个一溴代产物 8.反应CmCh+C2热或光CHCH2Cl+HC的历程与甲 烷氯代相似。 (1)写出链引发、链增长、链终止各步的反应式; (2)计算链增长一步的△H值。 9.一个设想的甲烷氯代反应历程包括下列各步骤: 2CI CI+ CHa CH3 Cl+H- H + Cl HCl+Cl- (1)计算这些步骤中每一步的△H; (2)为什么这个反应历程比教材中所述的反应历程可能性 小 10.试将下列烷基自由基按稳定性大小排列成序
有机化学学习指导 (1)CH3 (2)CH, CHCH,CH (3)CH, CH2 CH, CH3 (4)(CH3)C 五、部分习题答案或提示 (一)补充习题答案或提示 1.(1)2,4,5,5-四甲基庚烷 (2)2,2,3,4,7-五甲基-6-异丙基壬烷 (3)2,2,5-三甲基-34-二乙基己烷 (4)3,3,4,5-四甲基-4-乙基庚烷 2.(1)CH3 CHBrCH2CH3 (2)(CH3)3CBr 3.(b)最稳定 (二)《有机化学》(高鸿宾主编,第三版,高教出版社,199 部分习题答案或提示 1.略。 2(1)(CH2)CHCH(CH)22,3二甲基丁烷 (2)(CH3)2CCH(CH3)22,2,3-三甲基丁烷 CH, CH,CH,CH (3)(CH3), CCH,CH3 33-二甲基庚烷 (4)、(5)、(6)略。 3.(1)与(9)相同;(2)、(6)、(10)相同;(3)、(4)、(5) (8)、(12)相同;(7)与(11)相同。 4.(1)C(CH3)4 2,2-二甲基丙烷 (2)(CH3)2CHCH2CH32-甲基丁烷
第二章饱和烃(烷烃) 17 (3)CH3CH2CHCH2CH3戊烷 5.(1)(CH3)2CH2CH2 32,2-二甲基丁烷 (2)(CH)2CH-CCH1)223-三甲基戊烷 CHCH (3)(CH3)2 CCHCH2CHCH(CH3)22,2,3,5,6五甲基庚烷 CH, CH (4)CH2CH-CH-CHCH2CH2CH32,3,5-三甲基4丙基庚烷 CH3 CH3 CHCH2CH3 CH3 (5)CHCH2CH2HCH2CCH3)322二甲基4乙基庚烷 ChCH (6)CH, CHCH, CH, CH-CHCH, CH, CH, CH2 CH, CH CHCH 2-甲基5,6-二乙基十二烷 CH3 CH (7)(CH2)2C-C-CHCH2CH324,5-三甲基-4-叔丁基庚烷 CH, CH(CH3)2 6.(1)、(4)C(CH3)4 (2)CH3,CH3 (3)CH3 CH(CH3)CH2CH3 7.(5)>(1)>(2)>(3)>(4) 8.(3)>(4)>(2)>(1) 9.不矛盾。因为不同H在分子中的个数(或含量)不同,因 此,不同H被取代比率为 3H:2H:1qH:1om_22.28.33.5.16.5 4:3:1:1