有机化学课件 分类和命名

2.4B 正丁烷的构象
4 3 2 4
3
1
2 1
投影式
(i) 对位交叉式；(ii) 部分重叠式；(iii) 邻位交叉式； (iv) 全部重叠式；(v) 邻位交叉式；(vi) 部分重叠式
内能：全部重叠式 > 部分重叠式 > 邻位交叉式 > 对位交叉式
正丁烷的构象
正丁烷的对位交叉式构象
能量最低的最稳定构象
饱和烃：烷烃 脂肪烃 不饱和烃 烃 环烃 烯烃 炔烃 二烯烃
脂环烃：环烷烃、环烯烃、环炔烃 芳香烃：苯及其衍生物、多环芳烃
饱和烃
分子中，碳原子彼此以单键相连接，碳的其余化合价 则全部被氢原子所饱和。
烷烃 饱和烃 环烷烃
H H H H H H H H H H H H
2.1 开链饱和烃
通式: CnH2n+2 同系列: CnH2n+2化学性质相似，物理性质随碳原子 的数目呈规律性变化。具有上述特征的一系列化合物称 为同系列。同系列中的化合物互称同系物。 同分异构：具有相同分子式而结构不同的现象称为同 分异构现象。 构造异构：分子中碳原子的排列方式不同而产生的异构现象。
烷烃和环烷烃的来源
主要来源是石油和天然气。 石油主要是烃类及少量含有氧、氮、硫的化合物所组 成的复杂混合物。 天然气主要成分是甲烷，还有少量乙烷和丙烷等。 目前世界能源50％能源来自石油。 石油醚是烃而不是醚。
2.2 烷烃的物理性质
化合物的状态：C1C4气体；C5C16液体；C17以上固体 熔点、沸点（范德华力决定；构造异构体差别） 密度、溶解度（相似相溶） 同系列中化合物的物理常数是随分子量的增加而递变的。
Saturated Hydrocarbon: Alkanes and Cycloalkanes ① 构象分析（乙烷、丁烷、环己烷及其取代基 衍生物构象） ② 共轭体系（ p 共轭） ③ 饱和烷烃的反应（自由基取代反应） ④ 环烷烃反应
烃的分类
只有碳、氢两种元素组成的有机化合物叫做碳氢化合物， 简称烃。
光或热
甲烷氯代反应机理
2.5A 甲烷氯代反应机理
链引发
光或热
①
链增长 + +
②
+
+
③
一个自由基消失，产生另一个自由基，反复循环。
2.5A 甲烷氯代反应机理
链终止 +
④
反应物浓度降低，自由基碰撞机会增加，自由基消失， 反应结束。 其它可能的链终止反应？
当生成的氯甲烷达到一定浓度时，体系中的氯自由基也可与之反应。
伯碳 (1o) 仲碳 (2o)
季碳 (4o) 叔碳 (3o)
与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯(1o)、仲(2o) 、 叔(3o)氢原子。
② 烃基的概念
烃分子中去掉一个氢原子后剩下的原子团叫做烃基。常用 R—表示。
甲烷 乙烷 丙烷 甲基 乙基 正丙基 （1o H） 异丙基 （2o H）
② 烃基的概念
卤代反应：烷烃分子中的氢原子被卤素原子所取代的反应。 在漫射光、热或催化剂作用下，甲烷与氯发生取代反应。 + + + +
光或热 光或热 光或热 光或热
+ + + +
反应机理
化学反应所经历的途径或过程，也叫反应历程。研究 反应机理就是要明晰各步反应的中间体和过渡态，揭 示有机反应的内在规律，从而有效地控制和利用化学 反应。
反应(2) + (3)是放热反应：反应热
步(4)
+
355.6 kJ mol1 H = 355.6 kJ mol1
氯自由基与甲烷反应的能线图
过渡态I 过渡态II
过渡态 活化能
反应物
活性中间体
活性中间体 决速步骤
产物
活化能
活化能（Ea）：根据过渡态理论，反应物与过渡态之间的能量 差是形成过渡态所必需的最低能量。活化能来源于反应粒子的 碰撞动能，发生碰撞时动能变为势能。 ① 共价键断裂的反应： Ea 0； ② 吸热反应的活化能大于反应热； ③ H = Ea ? ④
1.11A 习惯命名法
B. 异构体的区别，一般用“正”,“异”,“新”表示异构体。 “正”表示表示直链烃； “异”通常指碳链的一端带有 “新”专指具有
结构而无其它支链的烃；
结构的含五六个碳原子的烃。
1.11A 习惯命名法
C. 表示属类的词尾。饱和的链状烃为烷，含碳碳双键的为烯等。 正戊烷
3 3 3 3
① 母体及主链的选择
官能团的优先次序来确定母体官能团：COOH SO3H COOR COX CONH2 CN CHO CO OH SH NH2 OR R X NO2；确定母体 官能团后选择含母体官能团最长的碳链为主链。
1.10 有机化合物构造式
分子中原子相互连接的方式和次序叫做构造。表示 分子构造的化学式叫做构造式。 构造式表示方法： ① 电子式 ② 蛛网式及结构简式 ③ 键线式
电子式（Lewis式）
用元素符号和电子符号来表示分子的构造。
甲烷
乙烯
wenku.baidu.com
乙炔
甲醛
a) 写出最外层电子 b) 一对电子表示单键、两对电子表示双键 c) 未成键电子亦表示出来
为了表达某些化合物的立体化学关系，需决定有关原子或基团 的排列顺序，其方法称为顺序规则。中文命名利用顺序规则规 定基团的列出顺序。 a) 单原子取代基按原子序数大小排列，原子序数大的排在前 面（优先），小的排在后面。有机化合物中常见元素其顺 序由大到小排序如下： I Br Cl S P F O N C D H 同位素中质量高的顺序大。
7 6 5 4 3 2 1
2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷
③ 书写
d. 不同基团则按“顺序规则”顺序，较优基团后列出。
3 2 3 3 2 2 2 2 3 2 2 3
4-丙基-6-异丙基壬烷
③ 书写
e. 复杂支链的命名：若支链上有取代基，则从主链相连的 碳原子开始，将支链的碳原子依次编号，支链上取代基的 位置由这个编号所得的位号取代。
异戊烷
新戊烷
正丁烯
异丁烯
1.11B 系统命名法
普遍适用的命名法，采用国际上通用的国际理论与应用化学联 合会(IUPAC, International Union of Pure and applied Chemistry)命名原则，结合我国文字特点制定的命名法。
1.11B 系统命名法
① 碳原子和氢原子的类型
能量最低的最稳定构象
乙烷的交叉式构象
能量最高最不稳定构象
乙烷的重叠式构象
乙烷构象的稳定性
① 在交叉式中，两个碳原子上的氢原子间的距离最远，相 互排斥力最小，因而内能最低。 ② 内能最高的一种构象式重叠式，在重叠式中两个碳原子 上所连的氢原子两两相对，相距最近，相互间排斥力最 大，因而内能最高，最不稳定。 ③ 交叉式和重叠式内能相差约12.5kJ/mol，这种能量差叫 做能垒。在接近绝对零度时，分子都以交叉式存在，而 在室温无数构象体的平衡混合物。
2.3 烷烃的结构
甲烷的结构：碳原子的四个等同的sp3杂化轨道与四个 氢原子的s轨道重叠，形成四个等同的CH键。
甲烷的结构
乙烷的结构
碳碳键合生成链状结构
3碳以上烷烃分子的碳链是锯齿形的
键的特点
电子云呈轴对称 具有可旋转性 重叠程度高，键较牢固
2.4 烷烃的构象
2D 同排列方式。（构象异构体）
顺序规则
b) 如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连 的其它原子。比较时，按原子序数排列，先比较最大的， 在顺序比较居中的、最小的。
Cl较F原子序数大，故CH2Cl顺序大。
顺序规则
c) 含有双键或三键的基团，可认为连有两个或三个相同的原子。
根据顺序规则，几种常见烃基的次序为：
系统命名法原则
正丁烷的部分重叠式构象
正丁烷的邻位交叉式构象
正丁烷的完全重叠式构象
能量最高最不稳定构象
构象分析小结
乙烷 正丁烷
交叉式构象 （优势构象）
对位交叉
邻位交叉
2.4C 戊烷的构象
>3碳：锯齿形
练习题
写出2-甲基丁烷较稳定的构象，并指出哪个构象最稳定。
答案：
CH3
3
H
CH3
3
CH3
CH3
4 1 3 2
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2,7,9-三甲基-6-(2-甲基丁基)十一烷
中英文命名方法的区别
2 4 6
1
3
5
2-甲基-3-异丙基己烷
3-isopropyl-2-methylhexane
练习题
系统命名法命名：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
答案： 5-甲基-4-丙基-6-异丙基壬烷
第2章 饱和烃：烷烃和环烷烃
正丁烷
3 2 3
正丁基 （1o H） 仲丁基 （2o H） 异丁基 （1o H）
异丁烷
叔丁基 （3o H）
② 烃基的概念
烷烃去掉两个氢原子后，剩余的基团叫亚基。
亚甲基 亚乙基 1,2-亚丙基 1,2-亚乙基 1,3-亚丙基
3
② 烃基的概念
乙烯基 丙烯基 烯丙基 异丙烯基
3
2
乙炔基
③ 顺序规则 (sequence rule)
4 3 2 1
2 3
5
7
3
6 2
2
5 3
3
4 4
2
3 5
3
2 6
3
1 7
3
1
② 编号
c. 若两个不同取代基所取代的位置按两种编号法位号相 同，则从顺序较小基团的一端开始编号。
9 1
3
8 2
2 3
7 3
2
6 4
5 5
2
4 6
3 7
2 2
2 8
2
1 9
3
3
2 3
③ 书写
基本格式：取代基位号 取代基名称 母体官能团位号 母体 含相同支链时进行合并：支链前加注“二、三”等数字； 表示支链位次的阿拉伯数字之间以逗号隔开。
4 3 2 1 5
3-甲基-3-羟基戊酸
① 母体及主链的选择
a. 若有多个等长候选主链，选择支链数目最多的为主链。
7 6 5 4 4 5 6 7 3 3 2 2 1 1
② 编号
母体官能团位次最小的方式进行编号
b. 最低系列规则：若有两条等长候选主链，且支链数目也相 同，则选择支链位号最小的为主链。
+
+
439.3 kJ mol1 431.8 kJ mol1 H = (431.8 kJ mol1) (439.3 kJ mol1) = +7.5 kJ mol1 步(3)
+
242.7 kJ mol1
+
355.6 kJ mol1
H = (355.6 kJ mol1) (242.7 kJ mol1) = 112.9 kJ mol1
蛛网式及结构简式
用元素符号和价键符号来表示分子的构造 C4H10
共价键符号略去，结构简式：
键线式
把碳、氢元素符号省去，只写碳原子的锯齿形骨架。 碳、氢以外的原子及原子团不能省去。
=
1.11 有机化合物命名的基本原则 1.11A 习惯命名法
简单链烃一般采用习惯命名法
A. 根据分子中碳原子数目，称为“某”烃。 碳原子数目在10以内时用天干：甲、乙、丙、丁、戊、 己、庚、辛、壬、癸表示碳原子数目。碳原子数目在 10以上，则用汉语数字十一、十二等表示。
熔点、沸点
熔点： ① 分子间作用力：极性、氢键 ② 分子在晶格中排列的有序性：分子的对称性、刚性 正戊烷：mp -129.8 oC；新戊烷：mp -16.8 oC 沸点：分子间作用力 正戊烷：bp 36.1 oC；新戊烷：bp 9.5 oC 非极性化合物沸点：范氏力（色散力） ① 可极化性：尺寸、孤对电子 ② 分子表面积：线型 > 支化 异戊烷？
H
2.5 烷烃的化学反应
烷烃结构：
键：
CC（345）和CH键能(425)较大，不易断裂。在常温下很不 活泼，化学性质稳定。 与大多数试剂，如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂都不反应。 C（2.5）和H（2.2）的电负性差异较小，发生反应时均裂。
取代反应
烷烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应。
2.5A 甲烷氯代反应机理
均裂键离解能
成键
H = 242.7 kJ mol1 放热 H = 242.7 kJ mol1 吸热
断键
反应热（H）计算
H = H产物 H反应物
成键放热
甲烷氯代反应的反应热
步(1) 242.7 kJ mol1 步(2) H = +242.7 kJ mol1
3D
构象：围绕 键旋转而产生分子中原子或基团在空间的不
2.4A 乙烷的构象
乙烷的构象
H H
旋转
H H HH
H H
H
透视式
投影式
透视式
投影式
(a) 乙烷的交叉式构象 （优势构象）
(b) 乙烷的重叠式构象
透视式：从分子的侧面观察分子，可直接反映碳原子和氢原子空间排列情况； 但难以表达各个氢原子的相对位置。 Newman投影式：用投影方式观察和表达有机分子立体结构的方法。