有机化学【烷烃】
例:
21
CH2CH3 | CH3CHCH2CHCH2CH3 3 4 5|
CH2CH2CH3
6 78
3-甲基-5-乙基辛烷
系统命名法命名直链烷烃时,与习惯 命名法基本相同,但无须“正”字。
例:
C3 C H H 2 C H 2 C H 2 C3H
戊烷——系统命名
正戊烷——习惯命名
系统命名的基本原则:(支链烷烃)
例:
11 10 9
CH3 CH CH2 CH3
CH3
8
CH
C7
654
CH2CH2CH2
CH3 CH3
3
21
CH CH CH3
CH3 CH3
• 2,3,7,7,8,10-六甲基十一烷
• (而不是 2,4,5,5,9,10-六甲基十一烷)
(C)将取代基的名称写在主链名称之前,取 代基的位次用主链上碳原子的编号表示,写 在取代基名称之前,两者之间用半字线“-” 相连。当含有几个不同的取代基时,取代基 排列的顺序,按“次序规则”所规定的“较 优”基团后列出(简单的基团在前,复杂的 基团在后)。当含有几个相同的取代基时, 相同基团合并,用二、三、四……表示其数 目,并逐个标明其所在位次,位次号之间用 逗号“,”分开。
第二章 烷 烃 (alkane)
烃(hydrocarbon)的定义:
分子中只含有碳(carbon)和氢 (hydrogen)两种元素的有机化合物叫做 碳氢化合物,简称烃。
其它有机化合物可以看作是烃的衍 生物,所以烃是有机化合物的“母体”。
开链烃 (脂肪烃)
饱和烃(烷烃) 如 CH3-CH3 烯烃 如 CH2=CH2
色散力示意图:
烷烃的状态
烷烃属于非极性分子,分子间只 有 微 弱 的 色 散 力 , 在 室 温 ( 25℃ ) 和 0.1MPa下,
C1~C4的烷烃为气态(gas); C5~C16的烷烃为液态(liquid); C17以上的烷烃为固态(solid)。
1.沸点(boiling point)
1、随着碳原子数的递增,沸点依次升高。
(1)普通命名法: 例: C3 C H H 2 C H 2 C H 2 C3(H 正戊烷)
CH 3 CHC H2CH3
CH 3
(异戊烷)
CH 3 CH 3 C CH 2 H
CH 3
(新戊烷)
普通命名法基本原则:
普通命名法亦称习惯命名法。碳原子数在
十以内,分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、 庚、辛、壬、癸表示碳原子的数目,十个碳 原子以上则以十一、十二……数目字表示。 以“正”、“异”、“新”等前缀区别不同 的构造异构体。“正”代表直链烷烃;“异” 指仅在一末端具有(CH3)2CH-构造而无其它 支链的烷烃;“新”专指具有(CH3)3C-构造 的含五、六个碳原子的烷烃。
构造异构:因分子中原子的连结次序不同或 者键合性质不同而引起的异构。
正丁烷和异丁烷的这种构造异构是由于 碳骨架不同引起的,故又称碳架异构。烷烃 的构造异构均属于碳架异构。
例如,C7H16有9个构造异构体,C8H18 有18个构造异构体。
问题:
C6H14有多少个构造异构体? 写出其结构简式和键线式。
CH3CH2CH2_ CH CH2 CH CH2CH2CH2CH3
CH3 CH
CH2
CH3
CH2
CH3
6-丙基-4-异丙基癸烷
命名练习:
1C (. H 3 ) C 2 H C H C 2 H C 2C (H 3 ) 3
2.
3.
1 2 34 56 7 8 9
CH3CH2C CH HC 2H21C CH HC C 2H H22C C 3H H23CH2CH3 CH3 CH2CH3
用透视式表示乙烷的构象 乙烷分子的纽曼投影式
锯架式
Newman
极限构象
乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析
H
H
每个C-H、C-H
H
重叠的能量约
为4 KJ mol-1
H
C-H 键长 C-C 键长
键角 两面角 两氢相距
0.110 nm 0.154 nm 109.5o 0o 0.229 nm
0.110 nm 0.154 nm 109.5o 60o 0.250 nm
含有四个或四个以上碳原子的烷烃 不止一种构造。例如:
CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CCHH3-CH3
正丁烷
异丁烷
(沸点:-0.5℃) (沸点:-11.7℃)
构造异构、碳架异构: 正丁烷和异丁烷属于同分异构体。正丁
烷和异丁烷这种同分异构体,是由于分子内 原子间互相连接的顺序不同造成的(即不同 构造(constitution)引起的),称为构造异构 体(constitutional isomers) 。
优势构象(能量最低的稳定构象称为优势构象)
问题: (1) 在常温下能否将重叠式与交叉式构象分 离?为什么?
(2) 试画出丙烷的极限构象。
2.丁烷的构象
对位交叉式 部分重叠式 邻位交叉式 全重叠式
(优势构象)
试分析丁烷不同构象的稳定性。
五、烷烃的物理性质
外观:
物理性质 状态,颜色,气味
物理常数: 沸点(b.p.) 熔点(m.p.)
2.烷基的名称:
烷基常用R-表示,其通式为CnH2n+1-
CH3-
CH3CH2-
CH3CH2CH2-
甲基
乙基
(正)丙基
CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2- CH3CHCH2CH3
|
|
异丙基
(正)丁基
仲丁基
(CH3)2CHCH2- (CH3)3C- (CH3)3CCH2-
异丁基
叔丁基
新戊基
3.烷烃的命名:
当二个氢原子的间距少于0.240 nm (即 二个氢原子的半径和)时,氢原子之间会产 生排斥力,从而使分子内能增高,所以重叠 式比交叉式内能高。
两氢离距相比:
0.250 nm > 0.240 nm > 0.229 nm
能量差别:
E重叠 > E交叉 E=12.6KJ•mol-1
乙烷不同构象的能量变化曲线
例: CH3CH2CH2CH2CH2CH3 (正己烷)
CH3CHCH2CH2CH3 CH3
CH3 CH3—C—CH2 CH3
CH3
(异己烷) (新己烷)
(2)系统命名法:
我国现在使用的有机化合物系统命 名法是参考国际纯粹和应用化学联合会
(International Union of Pure and Applied Chemistry 简称IUPAC)制定的 命名原则,并结合我国的文字特点于1960 年制定,1980年由中国化学会加以增减修 订的《有机化学命名原则》。
如果含有几个不同取代基时,取代基 排列的顺序,是将“次序规则” 所规定的 “较优”基团列在后面。
•几种烃基的优先次序为:
•(CH3)3C—> (CH3)2CH— > CH3CH2CH2— > CH3CH2— > CH3—
例:
CH3 CH CH2 CH CH2 CH3
CH3
CH2CH3
2-甲基-4-乙基己烷
乙烷的球棒模型(a)和比例模型(b)
(a)
(b)
碳的价键分布呈四面体型,而且碳碳单键 可以自由旋转,所以三个碳以上烷烃分子中的 碳链不是像构造式那样表示的直线型,而是以 如下锯齿形或其它可能的形式存在。
C
C
C
C
C
CCCC NhomakorabeaC
C
C
C
C
C
C C
C
C
C
C
C
C
C
C C
四、烷烃的构象
构象(conformation)定义:
2、碳原子数相同时,支链越多,沸点越低。
沸点大小取决于分子间的作用力
烷烃沸点的特点
(1)沸点一般很低。 (非极性,只有色散力)
(2)随相对分子质量增大而增大。 (运动能量增大,范德华引力增大)
(3)相对分子质量相同、支链多、沸点低。 (支链多,分子不易接近)
问题: 正戊烷、异戊烷、新戊烷中, 沸点最高的是( ); 最低的是( )。为什么?
(A)从烷烃的构造式中选取最长的连 续碳链作为主链,支链作为取代基。当 含有不止一个相等的最长碳链可供选择 时,一般选取包含支链最多的最长碳链 作为主链。根据主链所含碳原子数称为 “某”烷。
例:
1
CH3CH2CH2_ CH_CH2CH3 CH_CH3
CH3
CH3CH2CH2_ CH2_CH2CH3
名称 分子式 构造式的简写式
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CH3
烷烃的通式与同系列:
烷烃的分子式都符合通式: CnH2n+2,两个烷烃分子式之间总是相差 一个或几个CH2。在组成上相差一个或 多个CH2,且结构和性质相似的一系列 化合物称为同系列。同系列中的各化合 物互称为同系物。同系列中,相邻的两 个分子式的差值CH2称为系差。
3 -乙基-5 -(1 -乙基丙基)壬烷
英文命名简介:
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
methane ethane propane butane
正丁烷 n-propane
异丁烷 i-propane
甲基 乙基 丙基 丁基
methyl(Me) ethyl(Et) propyl(Pr) butyl(Bu)
正丁基 异丁基 仲丁基 叔丁基
二、烷烃的命名
1.碳原子与氢原子的类型: