第二章烷烃和环烷烃
椅式构象中的两类C-H键
a键
与对称轴平行为竖键(a键)
与对称轴近乎垂直为横键(e键 )
e键
对称轴
室温下,环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象
H H
H H
H
H
H
翻环
H
H
H H
H
a e,e a
环己烷椅式构象的画法
先画侧面椅式折线,再交上 另一椅式折线,最后画 a键 和e键,同碳指向相反。
a键
H
锯架式 H
H H
H
HH
H
Newman 投 影 式
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
H H
H
(2)正丁烷的构象 有四种典型conformation:
2 3
C3H
H
H
H
H
C3H
C3H
H
C3H
H C3H
H 3C C3H
H
H
H
H H
C3H H
H H
H H
对位交叉式 优势构象
邻位交叉式
部分重叠式 全重叠式 最不稳定构象
CH3 CH3 , H C
乙烷
H
H
由于C上所连基团不同,
CH σsp3-s 键角有所变化,但也接
H
σsp3-sp3
近109º28’。
键的特点:键能大,极化度小,稳定,且成键原子可绕键轴旋转。导 致烷烃化学性质稳定,且具有特殊异构现象——构象异构 。
烷烃分子组成可用通式CnH2n+2表示。
同系列(homologous series):具有相同的组成通式和 结构特征的一系列化合物
伯碳(1°):一级碳原子,只与1个其他碳原子直接相连
仲碳(2°):二级碳原子,只与2个其他碳原子直接相连
叔碳(3°):三级碳原子,只与3个其他碳原子直接相连
季碳(4°):四级碳原子,只与4个其他碳原子直接相连
CH3
CH3
H3C
C CH2
3° 2°
H
伯氢(1°H):伯碳上的H
仲氢(2°H):仲碳上的H
由于几何形状上的限制,环丙烷 分子虽是平面结构,但成键的电 子云并不沿轴向重叠,其杂化轨 道之间以弯曲方向进行部分重叠 ,形成弯曲键。
环烷烃中的碳原子也是
sp3杂化,因此只有当
键角接近109º 28’,
轨道的重叠程度最大,
结构也越稳定。
键角与轨道的正常夹 角有偏差, 造成重叠程 度小, 键能下降,产生角 张力。容易开环
药物分子的构象与其生物活性有着密切关系。许多药 物分子是以特定的构象与受体结合发挥作用。
药效构象
如:多巴胺是体内合成去甲肾上腺素的前体, 其药效构象为
NH 2
H
H
H
H
OH OH
四、烷烃的化学性质
1. 稳定性 室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂或强还原 剂不发生反应或反应很慢。
2. 卤代反应 (Cl2、Br2) halogenation
致分子中原子或基团在空间的排列方式不同而产 生的立体异构现象——构象异构。这种空间排列 方式——构象 conformation
(1)乙烷的构象
H3C CH 3
当C-C键旋转时, 可产生无数个构象
有两种典型conformation:
乙烷的两种典型构象的表示方法
优势构象
交叉式 staggered
H
重叠式 eclipsed
环烷烃的稳定性: 环己烷 > 环戊烷 > 环丁烷 > 环丙烷
三、环烷烃的化学性质
1. 自由基取代反应
+C 2l 光
Cl + H Cl
2. 加成反应 addition reaction 环丙烷的一条 键断裂,试剂中的两个原子分别加到两端
催化氢化
+ H2
Ni 80℃
CH3CH2CH3
加卤素和卤化氢
+ H2
练习:预测2-甲基丁烷在室温下进行氯代反应所得的一氯代物
Cl
答 案 : C3 C H H C2C H H 3 +C 2l 光 C3 C H C2 C H H 3
C3H
C3H
第二节 环烷烃 Cycloalkane
一、环烷烃的分类和命名
环烷烃
单环 双环
环烷烃的命名( P26 )
多环
在相同碳数的烷烃名称前加“环”,“cyclo”
例如:
C2H C3H
C3H
乙基环戊烷 ethylcyclopentane
H3C C3H
C2H C2H CH2C3 H C3H
1,1,4-三甲基环己烷
3-甲基-1-环己基戊烷
1,1,4-trimethylcyclohexane 1-cyclohexyl-3-methylpentane
二、环烷烃的结构和稳定性
CH3 CH3 CH C Br
CH3 CH3
四、环烷烃的异构现象
1. 顺反异构 cis-trans isomer (P84) 环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构
HH
H
CH 3
CH 3 CH 3
顺-1,2-二甲基环丙烷
CH 3 H
反-1,2-二甲基环丙烷
练习:写答出案: 1-甲基-3-乙H基环己烷的顺反异构体CH 3
同系物(homolog):同系列中的化合物互称为同系物 同系差:相邻两同系物之间的组成差别。烷烃同系物的 系差为CH2 。
同系物具有相似的化学性质,但反应速率往往有较大的差 异;物理性质一般随碳原子数的增加而呈现规律性变化。 同系列中的第一个化合物往往具有明显的特性。
碳原子的类型
饱和碳原子分为伯、仲、叔、季四种类型
作业:P130 /1, 6, 7 ,8; P105 / 8(3) (4) *C2-C3键旋转 阅读Section 1. Alkanes and Cycloalkanes 全文
翻译 1.1第一段,1.2.2第一段,1.2.3 第四段
2. 系统命名法 选主链 碳链最长,取代最多
编号 位次最低
取代基 先小后大(优先基团后列出),同基合并 用中文小写“二、三、四”表明取代基数 目,在英文名称中,基团按字母顺序先后 列出,用“di、tri、tetra”表示取代基数目
CH 3 CH CH 2 CH CH 2 CH 3
CH 2
CH 2
CH 2
CH4 甲烷 methane C3H8 丙烷 propane C5H12 戊烷 pentane C7H16 庚烷 heptane
C2H6 乙烷 ethane C4H10 丁烷 butane C6H14 己烷 hexane C8H18 辛烷 octane
•用“正”、“异”、“新”等字区别同分异构体
n-
e键
同类型键: 邻位指向相反, 间位指向相同。
取代环己烷的构象
➢一取代环己烷以e-取代物为优势构象
如:甲基环己烷
构象分析见(P102)
H 5
H
3
1 C3H
H 5
H
3
C3H 1
稳定——优势构象
不稳定
➢二取代环己烷有顺式和反式两种构型,其优势构象为
e键取代基最多的构象 大基团处于e键的构象
如:
CH 3 CH 3
第二章烷烃和环烷烃
烃 hydrocarbons 只含有碳和氢两种元素的化合物
饱和烃——烷烃
脂肪烃 aliphatic
烯烃 不饱和烃
炔烃
hydrocarbon 脂环烃
烃
alicyclic hydrocarbon
芳香烃 aromatic hydrocarbon
苯型芳香烃 非苯型芳香烃
链烃 环烃
H
CH 2
CH 3
CH 3
4-甲基-6-乙基壬烷
6-ethyl-4-methylnonane
CH 3 CH 2 CH CH 2 CH CH 3
CHCH 3 CH 3
CH 3
2,5-二甲基-3-乙基己烷 3-ethyl-2,5-dimethylhexane
三、烷烃的异构现象 isomerism
有机化合物的分子组成相同而结构不同的现象 ——同分异构现象
H
H
CH 3 C2H5 顺式
H C2H5
反式
—— ——
相相 同同 基基 团团 在在 同异 侧侧 顺反 式式
2. 构象异构 (P100)
环己烷中C-C键的扭转可产生各种构象 椅
典型构象为椅式和船式 演示
式
5
1
6
H
H
和
4
船
56 1 式
4Hale Waihona Puke 32的32
相 互
椅 式 优势构象
船式
转
变
5, 6
2, 3
5, 6
2, 3
➢chain-propagating step Cl· + CH4 —>CH3· + HCl CH3· + Cl2 —>CH3Cl + Cl·
➢chain-terminating step
Cl· + Cl·—> Cl:Cl CH3·+ Cl·—> CH3Cl CH3·+ CH3·—> CH3CH3
烷烃卤代反应的取向
iso- neo-
例如:
C3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3H
C3H
C3 C HH 2 CC 3H H C3H CC3H
C3H
C3H
(正)戊烷 n-pentane
异戊烷 isopentane