第三章 烷烃和环烷烃（课件）- 《有机化学》同步教学（华中科技大学版）

第三章 烷烃和环烷烃 十 · 目录 第一节 烷烃 第二节 环烷烃 学习目标 烷烃和环烷烃的通式、同分异构现象；烷烃和环烷 烃的系统命名法；烷烃的卤代反应；环己烷的椅式 构象。 烷烃的结构；小环烷烃与氢气和卤素的开环加成反 应。 烷烃及环烷烃的分类；构象异构体的概念；取代环 己烷的构象；角张力的概念。 熟悉 了解 掌握 第 一 节烷烃 一 、同系列和同系物 二、 结构 三、 异构现象 四、 命名 五 、物理性质 六 、化学性质 一、同系列和同系物 具有相同的分子通式，在组成上相差一个或整数倍CH2 的一系列化合物称为同系列（homogeneous series）。 同系列中的各化合物称为同系物（homologue），CH2称 为同系差。 二 、结构 甲烷是烷烃中最简单的分子，分子式为CH₄ 。现代物理方法的研 究表明，甲烷分子呈正四面体构型。碳原子处于正四面体的中心，4个 氢原子占据正四面体的4个顶点，所有键角均为109°28',如下图。 甲烷的结构 碳原子的4个sp3杂化轨道，分别与碳原子的sp³ 杂化轨道和氢原 子的1s轨道沿对称轴方向以“头碰头”的方式形成C—Co 键和C—Ho 键，如下图。 σ(s-sp³) C—Co键和C—Ho 键 σ(sp³-sp³) C sp³ C sp³ C sp³ H 1s 三、异构现象 （一）饱和碳原子的类型 烷烃分子中的碳原子根据与其直接相连的碳原子的数目分为四 类，仅与一个碳原子相连的碳原子，称为伯碳原子，或一级碳原子， 用1°表示；与两个碳原子相连的碳原子，称为仲碳原子，或二级碳原 子，用2°表示；与三个碳原子相连的碳原子，称为叔碳原子，或三级 碳原子，用3°表示；与四个碳原子相连的碳原子，称为季碳原子，或 四级碳原子，用4°表示。例如： （二）构造异构 分子式相同而结构不同的化合物称为同分异构体（isomer）。这种 现象称为同分异构现象（isomerism）。结构包括构造、构型和构象， 构造（constitution）是指分子中原子之间相互连接的方式和次序。 同分异构体包括构造异构体、构型异构体和构象异构体。构造异构 体（constitutional isomers ）是因构造不同而产生的同分异构体。烷 烃的同分异构体包括构造异构体和构象异构体。 在烷烃的同系列中，甲烷、乙烷和丙烷没有构造异构体，从丁烷开 始有构造异构体。丁烷有两种构造异构体： 戊烷有三种构造异构体： 烷烃构造异构体的数目随着分子中碳原子数的增加而迅速增加 ，见下表。 烷烃构造异构体的数目 碳原子数 构造异构体数 碳原子数 构造异构体数 4 5 6 7 8 9 2 3 5 9 18 35 10 15 20 75 4 347 366 319 （三）构象 单键(σ键）能够旋转，当围绕分子中的单键旋转时，分子中的原子或基 团在空间的排列就会发生变化，比如乙烷（CH3—CH3 ），当围绕C—C单键旋 转时，分子中的H原子在空间的排列就会发生变化。即单键的旋转会使得分子 中的原子或基团在空间的排列不同，把每一种特定的排列称为构象。即构象是 指在分子中，由单键旋转产生的原子或基团在空间的特定排列。把每一种特定 排列（构象）对应的异构体称为构象异构体。 1.乙烷的构象 把乙烷分子沿着C—C 键旋转一周(0°到360°),可以得到无数种构象， 在这无数种构象中，有两种构象比较典型， 一种是两个甲基上的氢原子之间的 距离最近的构象，沿C—C 键的键轴方向观察，前后两个碳原子上的C—H 键重 叠，把这种构象称为重叠式构象；另一种是两个甲基上的氢原子之间的距离最 远的构象，沿C—C 键的键轴方向观察，前后两个碳原子上的C—H 键相互交 叉，把这种构象称为交叉式构象。用模型表示如下： 重叠式构象 交叉式构象 烷烃的构象通常用锯架式和纽曼（Newman）投影式表示。锯架式是从 C—C键轴斜45°方向观察，每个碳原子上的三根键的夹角为120°;Newman 投影式是沿C—C键的键轴方向观察，在Newman投影式中，前面的碳原子 用 表示 ，后面的碳原子用 表示。 乙烷的构象用锯架式和Newman投影式表示如下： 锯架式 重叠式构象 交叉式构象 Newman投影式