第二章 烷烃和环烷烃
- 格式：doc
- 大小：386.50 KB
- 文档页数：7
第二章 烷烃和环烷烃
教学目的
1. 使学生熟悉简单烷烃的普通命名法和较复杂烷烃的系统命名法。理解原子序数优先规则，能够准确的写出较复杂烷烃的构造式或名称。
2. 使学生理解“构象”概念，能够认识和书写简单烃类的构象的透视式和纽曼式、能够比较简单构象式的能量差别，掌握环己烷优势构象的画法。
3. 使学生了解饱和碳原子上的游离基取代反应、反应历程的概念和游离基稳定规律。
教学重点
1. 烷烃的系统命名规则、环己烷优势构象。
2. 原子序数优先规则
教学难点
1. 烷烃的构象（透视式与纽曼式）、环己烷优势构象。
2. 饱和碳原子上的游离基取代历程。
第一节 烷烃的同系列和同分异构现象
一、烷烃的同系列
二、烷烃的同系列和同分异构现象
第二节 烷烃和环烷烃的命名
一、普通命名法
其基本原则是：
（1）含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳原子的数目，后面加烷字。
例如： CH3CH2CH2CH3 命名为正丁烷。
（2）含有10个以上碳原子的直链烷烃，用小写中文数字表示碳原子的数目。
如CH3（CH2）10CH3命名为正十二烷。（3）对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。
如： CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷
异戊烷 (CH3)2CHCH2CH3
新戊烷
CCH3CH3CH3CH3
二、系统命名法
1.烷烃的命名
系统命名法是我国根据1892年曰内瓦国际化学会议首次拟定的系统命名原则。国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC法）几次修改补充后的命名原则，结合我国文字特点而制定的命名方法，又称曰内瓦命名法或国际命名法。
烷基：烷烃分子去掉一个氢原子后余下的部分。其通式为CnH2n+1-，常用R-表示。
常见的烷基有：
甲基 CH3— （Me）
乙基 CH3CH2— （Et）
正丙基 CH3CH2CH2— （n-Pr）
异丙基 （CH3）2CH— （iso-Pr）
正丁基 CH3CH2CH2CH2— （n-Bu）
异丁基 （CH3）2CHCH2— （iso-Bu）
仲丁基 （sec-Bu）
叔丁基 （CH3）3C— （ter-Bu）
在系统命名法中，对于无支链的烷烃，省去正字。对于结构复杂的烷烃，则按以下步骤命名：
（1） 选择分子中最长的碳链作为主链，若有几条等长碳链时，选择支链较多的一条为主链。根据主链所含碳原子的数目定为某烷，再将支链作为取代基。此处的取代基都是烷基。
（2） 从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子编号。若主链上有2个或者个以上的取代基时，则主链的编号顺序应使支链位次尽可能低。
（3） 将支链的位次及名称加在主链名称之前。若主链上连有多个相同的支链时，用小写中文数字表示支链的个数，再在前面用阿拉伯数字表示各个支链的位次，每个位次之间用逗号隔开，最后一个阿拉伯数字与汉字之间用半字线隔开。若主链上连有不同的几个支链时，则按由小到大的顺序将每个支链的位次和名称加在主链名称之前。
如果支链上还有取代基时，则必须从与主链相连接的碳原子开始 ，给支链上的碳原子编号。然后补充支链上烷基的位次.名称及数目。
2.环烷烃和多环脂环烃的命名
按照分子中所含环的多少分为单环和多环脂环烃。
根据脂环烃的不饱和程度又分为环烷烃和环烯烃（环炔烃）。
在多环烃中，根据环的连接方式不同，又可分为螺环烃和桥环烃。
（1）单环脂环烃的命名：环烷烃的命名与烷烃相似，根据成环碳原子数称为“某”烷，并在某烷前面冠以“环”字，叫环某烷。例如：
环丙烷 环丁烷 环已烷
环上带有支链时，一般以环为母体，支链为取代基进行命名，如：
二甲基环丙烷
CH3CH2CHCH3CH3CH3 1-甲基-4-异丙基环已烷
若环上有不饱和键时，编号从不饱和碳原子开始，并通过不饱和键编号，如：
5-甲基-1，3-环戊二烯
3-甲基环已烯
环上取代基比较复杂时，环烃部分也可以作为取代基来命名。如：
2-甲基-3-环戊基戊烷
（2） 螺环烃的命名： 在多环烃中，两个环以共用一个碳原子的方式相互连接，称为螺环烃。其命名原则为：根据螺环中碳原子总数称为螺某烃。在螺字后面用一方括号，在方括号内用阿拉伯数字标明每个环上除螺原子以外的碳原子数，小环数字排在前面，大环数字排在后面，数字之间用园点隔开。如：
螺[4.4]壬烷
螺[4.5]-1，6-癸二烯
（3）桥环烃的命名： 在多环烃中，两个环共用两个或两个以上碳原子时，称为桥环烃。命名时以二环（双环）为词头，后面用方括号，按照桥碳原由多到少的顺序标明各桥碳原子数，写在方括号内（桥头碳原子除外），各数字之间用园点隔开，再根据桥环中碳原子总数称为某烷。如：
双环[3.2.1]辛烷
双环[4.4.0]癸烷
桥环烃编号是从一个桥头碳原子开始，沿最长的桥路编到另一个桥头碳原子，再沿次长桥编回桥头碳原子，最后编短桥并使取代基的位次较小。如：
1- 乙基-7，7-二甲基双环[2.2.1]庚烷
第三节 烷烃和环烷烃的结构
一、烷烃的分子结构
1.碳原子的四面体概念和构型
2.碳原子的sp3杂化和σ键
3.烷烃的构象
（1） 乙烷的构象
（2）丁烷的构象
二、环烷烃的结构
1.环烷烃的分子结构和环的稳定性 CH3CH3CH3CH2CHCH2.环烷烃的构象
（1）环己烷的构象
环已烷可以椅式和船式构象存在。在环已烷的构象中，最稳定的构象是椅式构象，在椅式构象中，所有键角都接近正四面体键角，所有相邻两个碳原子上所连接的氢原子都处于交叉式构象。
环已烷的船式构象比椅式构象能量高。因为在船式构象中存在着全重叠式构象，氢原子之间斥力比较大。另外船式构象中船头两个氢原子相距较近，约183pm，小于它们的范德华半径之和240pm，所以非键斥力较大，造成船式能量高。
在环已烷的椅式构象中，12个碳氢键分为两种情况，一种是6个碳氢键与环已烷分子的对称轴平行，称为直键，简称a键。另一种是6个碳氢键与对称轴成109度的夹角，称为平键，简称e键。环已烷的6个a键中，3个向上3个向下交替排列，6个e键中，3个向上斜伸，3个向下斜伸交替排列。
在环已烷分子中，每个碳原子上都有一个a键和一个e键。两个环已烷椅式构象相互转变时，a键和e键也同时转变，即a键变为e键，e键变为a键。
（2）取代环己烷的构象
环已烷的一元取代物有两种可能构象，取代a键或是取代e键，由于取代a键所引起的非键斥力较大，分子内能较高，所以取代e键比较稳定。甲基环已烷的优势构象为：
当环已烷分子中有两个或两个以上氢原子被取代时，在进行构象分析时，还要考虑顺反构型问题。但就能量而言，不论两个取代基相对位置如何（1，2位、1，3位或1，4位），取代基连在e键上总是能量最低。二元取代物有反-1，2-，顺-1，3-和反1，4-三种具有稳定构象的顺、反异构体。二甲基环已烷各种异构体的优势构象为：
根据构象分析得知，当环上有不同取代基时，基团最大的取代基连在e键上最稳定，这种构象属于优势构象。对多取代基的环已烷，e键上连的取代基越多越稳定 ，所以e键上取代基最多的构象是它的优势构象。
椅式构象是环己烷的优势构象。船式构象与椅式构象相比，其能量高29.7KJ/mol，在椅式构象中，几乎不存在环张力。
由分析可以得到结论： HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3 A.e型比a型构象稳定（优势构象）；
B.环上有不同取代基时，大基团处于e键稳定
第四节 烷烃和环烷烃的物理性质
一、沸点
二、熔点
三、密度
四、溶解度
第五节 烷烃和环烷烃的化学性质
一、卤代反应
将甲烷与氯气混合，在漫射光或适当加热的条件下，甲烷分子中的氢原子能逐个被氯原子取代，得到多种氯代甲烷和氯化氢的混合物。
CH4+ClH hυ
ClHCl2CH3ClCH2Cl2CCl4Cl2Cl2Cl2ClHClH+++++++CH3ClCH2Cl2CHCl3CHCl3 hυ hυ
hυ
卤素反应的活性次序为：F2 >Cl2 > Br2 > I2
对于同一烷烃,不同级别的氢原子被取代的难易程度也不是相同的。大量的实 验证明叔氢原子最容易被取代，伯氢原子最难被取代。
二、氧化反应
CH4+++O2CO2OH2点燃热量
在控制条件时,烷烃可以部分氧化,生成烃的含氧衍生物。例如石蜡（含20—40个碳原子的高级烷烃的混合物）在特定条件下氧化得到高级脂肪酸。
++O2RCH2CH2RMnO2RCOOHRCOOH
三、环烷烃的反应
1.卤代反应
在高温或紫外线作用下，脂环烃上的氢原子可以被卤素取代而生成卤代脂环烃。如：
300℃ Cl2ClH++++
hυ
ClBrBr2HBr
2.氧化反应
不论是小环或大环环烷烃的氧化反应都与烷烃相似，在通常条件下不易发生氧化反应，
