第二章 烷烃和环烷烃( 1)
主要内容
烷烃的结构,同分异构体
烷烃的命名(普通命名法,IUPAC命名法)
构象和构象异构体,构象式的表示法一,烷 烃 ( Alkanes,Paraffins)
碳氢化合物烃 ( hydrocarbons)
完全烷 饱和烃类 (烷烃、烯烃、炔烃、芳烃)
同系列,有相同通式、结构上相差一定的
“原子团”的一系列化合物。
同系物,同系列中的化合物为同系物。
烷烃的通式,CnH2n+2
(例,CH4,C2H6,C3H8,C4H10,…… )
同系列
(同系物,Homologs)
烷烃的结构
Space Filling
Model
Ball and Stick
Model
C
H
H
HH
1 0 9,5 o
1,0 9?
键 ( s p 3 - s )
C
H
H
C
H
H
H
H
1 0 9,3 o
1,5 4?
1,1 0?
键 ( s p 3 - s )
键 ( s p 3 - s p 3 )
C,sp3 杂化,成? 键
同分异构现象和同分异构体(碳架异构体)
( CONSTITUTIONAL ISOMERS,STRUCTURAL ISOMERS)
同分异构体具有相同的分子式,但原子的连接顺序不同的分子
CH4
C2H6
C3H8
无异构体
C1~C3烷烃无异构现象
C4 以上烷烃出现同分异构现象
C4H10
C5H12
C6H14
C20H42 366,319
同分异构体数
2
3
5
碳原子的四种类型
1? C(伯碳,一级碳)
primary carbon
2? C (仲碳,二级碳)
secondary carbon
tertiary carbon
3? C (叔碳,三级碳) 4? C (季碳,四级碳)
quaternary carbon
H 3 C C H 2 C H 2 C H 3
H 3 C C H C H 3
C H 3
H 3 C C C H 3
C H 3
C H 3
1? H(伯氢) 2? H(仲氢)
3? H(叔氢)
H
3
C C H
2
C H
2
C H
2
C H
3 H 3 C C H C H 2
C H
3
C H
3
C H C H
2
C C H
3
C H
3
C H
3
H
3
C
C H
3
二种类型 2? C 二种类型 1? C
二种类型 1? C
分析下列化合物所含碳原子种类
碳原子种类的 扩展
H 3 C C H 2 C H 2 H 3 C C C H 3
C H 3
H 3 C C H C H 3
1?自由基
(伯自由基)
2?自由基
(仲自由基)
3?自由基
(叔自由基)
1?碳负离子
(伯碳负离子)
3?碳正离子
(伯碳正离子)
H 3 C C H 2 C H 2 C H 2 H 3 C C C H 3
C H 3
普通命名法用于简单化合物的命名
IUPAC命名法(系统命名法)
( IUPAC,国际纯粹与应用化学联合会,
International Union of Pure and Applied Chemistry)
二,烷烃的命名基础,普通命名法
1,普通命名法中文名 英文名甲 烷乙 烷丙 烷
methane
ethane
propane
碳原子 数目 + 烷
英文命名用词尾 -
ane表示烷烃
碳原子数为 1~10用 天干
(甲、乙、丙,…… 壬、
癸) 表示
C1
C2
C3
C H 4
C H 3 C H 3
C H 3 C H 2 C H 3
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3
C H C H
3
C H
3
C H
3
( C H
2
)
3
C H
3
C H
3
C H C H
2
C H
3
C H
3
C H
3
C C H
3
C H
3
C H
3
异构词头用词头,正,、,异,和,新,等区分
相应的英文词头为 n- (normal),iso和 neo(注意不加,-”)
中文名 英文名正 丁烷异 丁烷正 戊烷异 戊烷新 戊烷
n-butane
isobutane
n-pentane
isopentane
neopentane
C4
C5
C H
3
( C H
2
)
4
C H
3
C H
3
C H C H
2
C H
2
C H
3
C H
3
C H
3
C C H
2
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H C H C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H
2
C H C H
2
C H
3
C H
3
C6
正 己烷异 己烷新 己烷
n-hexane
isohexane
neohexane
中文名 英文名如何命名?
如何命名?
正庚烷正辛烷正壬烷正癸烷正 十一 烷正 十二 烷正 十三 烷正 二十 烷
n-heptane
n-octane
n-nonane
n-decane
n-undecane
n-dodecane
n-tridecane
n-eicosane
碳原子数为 10以上时用 大写数字 表示
C H
3
( C H
2
)
5
C H
3
C H
3
( C H
2
)
6
C H
3
C H
3
( C H
2
)
7
C H
3
C H
3
( C H
2
)
8
C H
3
C H
3
( C H
2
)
9
C H
3
C H
3
( C H
2
)
1 0
C H
3
C H
3
( C H
2
)
1 1
C H
3
C H
3
( C H
2
)
1 8
C H
3
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
C20
中文名 英文名
2,IUPAC命名法(系统命名法)
基本方法:
选定一条最长链作为 主链 (以普通命名法命名)
其它支链作为主链上的 取代基 。
C H 3 C H C H 3
C H 3
普通命名法,异丁烷
IUPAC命名法,2-甲基 丙烷
取代基(烷基),烷烃 去掉一个氢原子 后留下的原子团
R H R
烷烃 烷基
R ( 烷 基 )
C H
3
C H
3
C H
2
C H
3
C H
2
C H
2
中 文 名 英 文 名甲 基乙 基
( 正 ) 丙 基
m e t h y l
e t h y l
n - p r o p y l
C H
3
C H
C H
3
异 丙 基缩 写
M e
E t
n - P r
i s o p r o p y l i - P r
一些常见的烷基
C H
3
C H
2
C H
2
C H
2
C H
3
C H C H
2
C H
3
( 正 ) 丁 基异 丁 基
n - b u t y l
i s o b u t y l
C H
3
C
C H
3
C H
3
叔 丁 基 t e r t - b u t y l
n - B u
i - B u
t - B u
( t e r t i a r y )
C H
3
C H
2
C H
仲 丁 基 s e c - b u t y l s - B u
C H
3
( s e c o d a r y )
R ( 烷 基 ) 中 文 名 英 文 名 缩 写
C H
3
( C H
2
)
3
C H
2
C H
3
C H C H
2
C H
2
C H
3
( 正 ) 戊 基异 戊 基
n - p e n t y l
n - a m y l
i s o p e n t y l
C H
3
C H
2
C
C H
3
C H
3
叔 戊 基 t e r t - p e n t y l
C H
3
C C H
2
C H
3
C H
3
新 戊 基 n e o p e n t y l
R ( 烷 基 ) 中 文 名 英 文 名 缩 写
主链的选择和取代基位置编号
最长链为主链
取代基编号数最小
C H 3 C H 2 C H 2 C H C H C H 3
C H 2 C H 3
1234
C H 3
56
12
2 - 甲 基 - 3 - 乙 基 己 烷 3 - 异 丙 基 己 烷
3 - e t h y l - 2 - m e t h y l h e x a n e
3456
不 正 确 命 名
取代基最多的链为主链
小基团排在前面(英文以字母顺序排列)
C H 3 C H 2 C H 2 C H C H 2 C H 3
C H 2 C H 2 C H 2 C H 3
1 2 3 4
5 6 7 8
1234
5678
4 - 乙 基 辛 烷
4 - e t h y l o c t a n e
4 - 乙 基 - 辛 烷不 正 确 命 名
不同基团编号相同时,使小取代基编号最小
7
C H 3 C H 2 C H C H 2 C H 2 C H C H 2 C H 3
1 2 3 4 5 6
C H 3
123456
C H 2 C H 3
8
78
3 - 甲 基 - 6 - 乙 基 辛 烷
6 - e t h y l - 3 - m e t h y l o c t a n e
相同取代基合并用大写 数字表示( 英文表示基团数目用词头 di,tri,tetra,penta,
hexa 表示)
C H 3 C H 2 C H C H 2 C H C H C H 2 C H 3
E t
E t
123
456
E t
78
3,4,6 - 三 乙 基 辛 烷
3,4,6 - t r i e t h y l o c t a n e
用“,”隔开
含支链的取代基的命名注,p39- 40有关一些其它基团的,顺序规则,放第三章介绍仲丁基
2-丁基
1-甲基丙基
2,7-二甲基 -4-仲丁基 辛烷
2,7-二甲基 -4-(2-丁基 )辛烷
2,7-二甲基 -4-(1-甲基丙基 )辛烷
1
2
3
4
5
6
7
8
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
1
这样选取主链及编号是否合适?
三,构象 (comformation) 和构象异构体
C— C单键是可以旋转的
单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列
(构象)
不同的构象之间为构象异构关系(一类立体异构现象)
乙烷的两种构象
描述立体结构的几种方式
C
H
H
C
H
H
H
H
1
2
H
H H
HH
H
1
2
1
2
H
H
H
H
H
H
1
伞形式 锯架式 Newman投影式键电子云排斥,von der
waals排斥力,内能较高
(最不稳定)
1,乙烷的构象交叉式构象 扭曲式构象 重叠式构象
staggered
conformer
skewed
conformer
eclipsed
conformer
原子间距离最远内能较低
(最稳定)
(有无数个)
C
H
H
C
H
H
H
H2,3?小于两个 H 的
von der waals 半径( 1.2?)之和,
有排斥力
6 0 o
C 1 旋 转
< 6 0 o
C 1 旋 转
1
2
H
H
H
H
H
H
1 1
2
H
H
H
H
H
H
1 1
2 H
H
HH H
H
1
0 6 0 1 2 0
p
o
t
e
n
t
i
a
l
e
n
e
r
g
y
(
K
J
/
m
o
l
)
d e g r e e s o f r o t a t i o n
1 2,1
1
H
H
H
H
H
H
1
H
H
H
H
H
H
1
H
H
H
H H
H
……
乙烷构象转换与势能关系图旋 转 6 0 o1
2
H
H
H
H
H
H
1 1
2 H
H
HH H
H
1
1
2
H
H
H
H
H
H
1
旋 转 6 0 o
旋转中须克服能垒 —— 扭转张力
电子云排斥
相邻 两 H间的 von der waals排斥力一般情况下 ( T>-250oC):
单个乙烷分子:绝大部分时间在稳定构象式上。
一群乙烷分子:某一时刻,绝大多数分子在稳定的构象式上。
C H
3
H H
H
C H
3
H C 2 旋 转
1
2
3
4
6 0
o
C H
3
H H
H
H
H
3
C
C H
3
H H
H
H
H
3
C
6 0
o
C H
3
H H
C H
3
H
H
6 0
o
6 0
o
C H
3
H H
C H
3
H
H
… …
2,丁烷的构象交叉式( anti)
(反交叉式)
部分重叠式 邻位交叉式
( gauche)
全重叠式 邻位交叉式
( gauche)
甲基间距离最远 (最稳定 )
较不稳定 较稳定甲基间距离最近
(最不稳定)
C H 2H 3 C1 2 C H 2 C H 33 4
0 6 0 1 2 0
d e g r e e s o f r o t a t i o n
3 6 03 0 02 4 01 8 0
1 4,6
3,8
2 2,6
1 4,6
3,8
p
o
t
e
n
t
i
a
l
e
n
e
r
g
y
(
K
J
/
m
o
l
)
C H
3
H
H
H
C H
3
H
C H
3
H
H
H
C H
3
H
C H
3
H
H
H
H
H
3
C
C H
3
H
H
C H
3
H
H
C H
3
H H
C H
3
H
H
C H
3
H H
H
H
H
3
C
C H
3
H H
H
C H
3
H
丁烷构象转换与势能关系图
C H
3
H B r
B r
H
H
3
C
6 0
oC H
3H
B r
B r
H
H
3
C
6 0
o
2
3
6 0
o
H
B r C H
3
B r
H
H
3
C
C 2 转
HB r
C H
3
B r
H
H
3
C
6 0
o
B r
H
3
C H
B r
H
H
3
C 6 0 o B rH 3 C
H
B r
H
H
3
C
6 0
o
… …
3,其它烷烃的构象例,画 出 化 合 物 的 所 有 交 叉 式 和 重 叠 式 构 象
B r
H
C H 3B rH 3 C
H
2
3
规律,大基团总是占据反是对位交叉最稳定最不稳定立体异构体:
由原子或基团在 空间 的排列(或连接)方式不同所产生的异构体(包括 构型异构体 和 构象异构体 )
立体异构体,构型异构体与构象异构体
H
C
B r
C l
I H
C
B r
C l
I

H
H H
H
H
H HH
H
H
H
H
与构型异构体
不可转换
理论上可分离构象异构体
可通过单键旋转转换
一般无法分离课后练习,
p39 习题 2-2
p41 习题 2-4(只写中文命名)
p47 习题 2-7,2-9
本次课要求
了解并掌握烷烃的结构、同分异构现象等知识。
掌握烷烃的两种基本命名方法,能用 IUPAC命名法命名结构较为复杂的烷烃分子。
了解并掌握化合物构象的概念,熟练掌握开链烷烃构象式的基本表达方法。