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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,烃,脂肪烃,脂环烃,碳骨架,的,类型,开 链：,环状：,乙烷、丁烷,环烷烃的通式,5.1 环烷烃的通式分类构造异构和命名,环烷烃的通式：,C,n,H,2,n,烃脂肪烃脂环烃 碳骨架 开 链：环状： 乙烷、丁烷环烷烃的通,1,环丙烷,环丁烷,环戊 烷,环己烷,环烷烃的通式：,C,n,H,2,n,环烷烃的构造异构,C,4,H,10,：,正丁烷,异丁烷,环丙烷环丁烷 环戊 烷环己烷 环烷烃的通式： CnH2n 环,2,同分异构体(isomers)：,分子式相同，原子的排列方式不同的化合物,构造异构体(constitutional isomers) ：,分子式相同，分子构造不同的化合物,碳骨架,异构,直链烷烃,支链烷烃,正戊烷,异戊 烷,新戊烷,同分异构体(isomers)： 分子式相同，原子的排列方式不,3,5.1.1 脂环烃的分类,1根据碳原子的饱和程度可分为：,饱和脂环烃和不饱和脂环烃。如：,环戊烷,环戊烯,环辛炔,5.1.1 脂环烃的分类 1根据碳原子的饱和程度可分为：,4,2,根据环的大小可分为：,大环（12个以上C原子的环）；,中环（8-12个C原子的环）；,普通环（5-7个C原子的环）；,小环（3-4个C原子的环）。,3根据碳环的数目可分为：,单环、双环和多环脂肪烃。,2根据环的大小可分为：3根据碳环的数目可分为：,5,两个碳环共用一个碳原子的脂肪烃称为螺环烃。如：,两个或两个以上的碳环共用两个及两个以,上碳原子的脂肪烃称为桥环烃。,两个碳环共用一个碳原子的脂肪烃称为螺环烃。如： 两个或两个以,6,5.1.2 脂环烃的命名,1单环脂环烃,单环烃的命名与链烃相类似，只需在,相应的化合物类名前加个“,环,”字即可。,例如：,环丙烷,乙基环戊烷,5.1.2 脂环烃的命名 1单环脂环烃 单环烃的命名与链,7,当环上有多个取代基时，尽可能使取代基,的位次为小，且使小取代基号数为小。,1-甲基-2-乙基环戊烷,当环上有不饱和键时 要使不饱和键编号,最低，并使取代基编号较小。,3,5-二甲基环己烯,当环上有多个取代基时，尽可能使取代基1-甲基-2-乙基环戊烷,8,当取代基比较复杂或链长环小时， 环部分作为取代基。,3-环丙基戊烷,2,4-二甲基-3-环戊基戊烷,当取代基比较复杂或链长环小时， 环部分作为取代基。 3-环丙,9,2螺环烃,从小环邻接于螺原子的环碳开始编号,方括号内用阿拉伯数字注明每环碳原子数目,螺3.5 壬烷,螺 4.5 -1,6-癸二烯,2螺环烃 从小环邻接于螺原子的环碳开始编号 方括号内用阿拉,10,3桥环烃,桥环的编号从第一个桥头碳开始,二环3.2.0 庚烷,二环4.2.0辛烷,3桥环烃 桥环的编号从第一个桥头碳开始 二环3.2.0,11,环烷烃的结构,键的形成及其特性,C :,1s,2,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,0,碳原子在基态时的电子构型：,sp,3,杂化轨道,(hybrid orbitals),:,基态,2p,2s,1s,电子,跃迁,激发态,2p,2s,1s,sp,3,杂化态,杂化,1s,sp,3,图 2.1 sp,3,杂化轨道形成过程示意图,环烷烃的结构键的形成及其特性C :1s2 2s2 2px1,12,在甲烷分子中，C 原子是sp,3,杂化。,s,轨道成分：1/4； p 轨道成分：3/4。,图 2.2 sp,3,杂化轨道,在甲烷分子中，C 原子是sp3杂化。s 轨道成分：1/4；,13,图 2.3,sp,3,杂化的碳原子,几何构型：四面体,图 2.3 sp3杂化的碳原子几何构型：四面体,14,sp,3,1s,键,4个CH,键,图 2.4 甲烷的结构,sp3 1s 键4个CH 键图 2.4 甲烷的结构,15,图 2.5 甲烷的球棍模型,图 2.5 甲烷的球棍模型,16,图 2.6 甲烷的比例模型,图 2.6 甲烷的比例模型,17,环烷烃的结构与稳定性,环烷烃随着环的大小不同，其稳定性,不尽相同。,环烷烃的结构与稳定性 环烷烃随着环的大小不同，,18,燃烧热：,1 mol 化合物,完全燃烧,生成CO,2,+ H,2,O,放出的热量,表 2.2 一些环烷烃的燃烧热,分子燃烧热,/(kJmol,-1,),-CH,2,-的,平均燃烧热,/ (kJmol,-1,),环丙烷 3 2091 697,环丁烷 4 2744 686,环戊烷 5 3320 664,环己烷 6 3951 659,环庚烷 7 4637 662,环辛烷 8 5310 664,环壬烷 9 5981 665,环癸烷 10 6636 664,环十五烷 15 9885 660,开链烷烃 659,名称,环大小,与开链烷烃,燃烧热的差,/(kJmol,-1,),38,27,5,0,3,5,6,5,1,燃烧热：1 mol 化合物完全燃烧生成CO2 + H2O放出,19,环烷烃的稳定性：,环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷,环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。,环丙烷的结构：,图2.12 丙烷及环丙烷分子中碳碳键,原子轨道交盖情况,环烷烃的稳定性：环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷环,20,在环丙烷分子中，两个相邻的C原子以,sp,3,杂化轨道形成 CC,键时，以弯曲的,方式交盖，从而未能最大程度的交盖。因,此，环丙烷不稳定。,在环丙烷分子中，两个相邻的C原子以,21,环己烷的构象,环己烷的碳骨架不是平面结构，,C键角为109.5。通过旋转,键,和键角的改变，可以得到两种构象：,椅型,船型,图 2.14 环己烷的椅式和船式构象,环己烷的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构，椅型,22,环己烷椅型构象,环己烷船型构象,图 2.15 环己烷椅型和船型构象的模型,环己烷椅型构象 环己烷船型构象 图 2.15 环己烷椅型和,23,椅型构象和船型构象可以相互转变，,但椅型构象比船型构象稳定：,椅型构象稳定的原因：,所有的键处于交叉式,椅型构象和船型构象可以相互转变，椅型构象稳定的,24,e,a,e,a,e,a,e,e,a,a,a,e,e,e,e,e,e,e,在船型构象中，所有的CH键处于交叉式。,在椅型构象中，C,1,、C,3,、C,5,原子在一个,平面上；C,2,、C,4,、C,6,原子在另一个平面上。,12个CH 键分为两类：6个CH 键处于,直立键(,a,键)，6个CH 键处于平伏键(,e,键)。,a,a,a,a,a,a,eaeaeaeeaaaeeeeeee在船型构象中，所有的C,25,环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一,种椅型构象，原来的,a,键变为,e,键，原来的,e,键,变为,a,键：,一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转,成另一种椅型构象。在能量上：,椅型构象 纽船型构象 船型构象 ,半椅型构象,环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一一种椅型构,26,图2.16 环己烷的构象翻转,图2.16 环己烷的构象翻转,27,2.4.4 取代环己烷的构象,在一取代的环己烷分子中，取代基可以,处在,a,键上，也可以处在,e,键上：,当取代基处在,a,键时，它与3, 5位的H原子,存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。,同时，取代基与相邻碳原子上的,CH,2,处于邻位交叉，而当取代基处于,e,键上时，,取代基与相邻碳原子上的,CH,2,处于对位,交叉,2.4.4 取代环己烷的构象 在一取代的环己烷分,28,取代基处在,e,键上稳定。,取代基处在e 键上稳定。,29,取代基越大，它处于,e,键的构象越稳定：,取代基越大，它处于e 键的构象越稳定：,30,环烷烃的化学性质,2.6.1 自由基取代反应,饱和烃分子中的氢原子被其它原子或基团,所取代的反应,取代反应,。,通过自由基取代H原子的反应,自由基,取代反应。,(1) 卤化反应,(halogenation),：,在光、高温或催化剂作用下，烷烃、环烷烃,(小环烷烃除外)，与卤素分子反应，生成,卤代烷和卤化氢。,烷烃 卤素 卤代烷 卤化氢,环烷烃的化学性质2.6.1 自由基取代反应 饱和烃,31,乙烷,氯,氯乙烷(78%),环戊烷 环戊基氯(93%),工业上洗涤剂原料的合成：,十二烷 氯十二烷,乙烷氯氯乙烷(78%)环戊烷,32,氧化反应,(oxidation),烷烃和环烷烃在空气中可以燃烧:,工业上对烷烃或环烷烃氧化反应的利用：,制造肥皂的原料的方法,生产环己醇的方法,氧化反应(oxidation)烷烃和环烷烃在空气中可以燃烧:,33,小环环烷烃的加成反应,小环环烷烃,环的张力,易于开环,发生加成反应,(1) 加氢,小环环烷烃及其衍生物在金属催化剂的,作用下，与氢气发生加成反应，生成开链,烷烃：,随着环的增大，环的稳定性增加，开环的,反应条件增强：,环烷烃 反应温度/ 产物,环丁烷 200 正丁烷,环戊烷 300 正戊烷,小环环烷烃的加成反应 小环环烷烃环的张力 易于开环 发生加成,34,
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