第三章 烷烃和环烷烃

探索烷烃和环烷烃的奇妙世界！从结构稳定性到化学性质，这一章揭示了环烷烃燃烧热与内能的关系，拜尔张力学说解释了环烷烃的稳定性。三元、四元环烷烃易开环，而五元及以上则表现出化学稳定性。烷烃在光照、高温、催化剂下发生自由基取代反应，其物理性质随碳原子增多而递增。命名规则详尽，卤代反应中不同碳原子的反应倾向各异。

第三章 烷烃和环烷烃

• 第一节 烷烃
  • 结构
    • 甲烷，乙烷，丙烷只有直链结构
    • 丁烷开始烷烃有支链结构出现
      • 分子式相同而结构不同叫做同分异构体
      • 由分子中碳原子排列方式不同而造成的异构现象叫做构造异构
  • 命名
    • 半命名法
      • “正”n烷表示直链结构
      • “异“n烷表示分子一端第二个碳上连有一个甲基支链，其余部分无支链
      • ”新“n烷表示分子一端第二个碳上连有两个甲基支链，其余部分无支链
      • 这种命名法通常用于少于7个碳原子的烷烃
    • 系统命名法
      • 选择含碳原子最多的长链作为主链
      • 按照取代基的最低位次组对主链编号，即要让编号之后的支链编号之和最小
      • 同类取代基合并，并用“二”“三”代指
      • 多个取代基不同时，按照英文名称的字母顺序，依次写出取代基的名称 除“异”“新”这种前缀参与排列外，“二”“三”等不参与排序
      • 若支链上还有取代基，则可以对支链再编号，以与主链相接的那一端开始，进行系统命名法，最后将名字用括号括起来
  • 结构
    • 构型
      • 烷烃里的C都是sp³杂化，即一个C原子和周围相连的四个原子形成四面体结构
    • 构象
      • 由于C-C单键可以旋转，所以会产生构象异构体，当旋转至两个C原子上连接的最大原子基团相隔最远时，此时分子内能最低最稳定，称为“优势构象”
      • 探究烷烃分子构象时，常用纽曼投影式探究，以C-C单键为轴，做类似主视图的构象画法。
  • 物理性质
    • 一般来说，烷烃的沸点，熔点随烷烃的碳原子数增加而增加
    • 同碳原子数的直链烷烃，分子越对称，熔点越大
    • 一般来说，同碳原子数的烷烃，支链越多，分子的熔沸点越低
    • 一般来说，烷烃难溶于水，易溶于有机溶液
  • 化学性质
    • 烷烃有可燃性，能发生卤代反应， 无氧条件下加强热会发生热裂解反应，烷烃分解为烯烃和氢气
    • 在卤代反应时，烷烃上不同位置的碳原子对卤代有不同的反应倾向，这与各自形成的自由基活跃性有关
      • 3℃>2℃>1℃
      • σ-p超共轭效应，自由基体系越稳定，越容易发生卤代反应
• 第二节 环烷烃
  • 命名
    • 无取代基时直接在相应烷烃前加“环”
    • 有一个取代基时，将该取代基名称放在环某烷之前
    • 有两个或多个取代基，应按最低位次组对母体环进行编号，按照英文名称的字母顺序依次写出取代基的名称
    • 当碳链上有多个碳环时，通常将碳链作为主链，环作为取代基
  • 物理性质
    • 熔点，沸点，相对密度都与碳原子有关，碳原子越多，以上物理性质都递增
  • 化学性质
    • 五元及其以上的环烷烃对一般化学试剂表现出稳定性 ⭐在光照，高温，催化剂存在下发生自由基取代反应
    • 三元，四元环烷烃不稳定，容易发生开环反应，常见的加氢，卤代在这里都会导致开环反应的发生
    • 特殊的，环丙烷与浓硫酸反应开环后与水反应会生成丙醇
  • 结构稳定性
    • 拜尔张力学说：环烷烃内角越接近109.5°，环烷烃越稳定
    • 环烷烃燃烧热越低，内能越少，越稳定
    • 环已烷的构型
      • 环已烷常见两种构型：船型与椅型 其中，由于椅型的1，4碳相距最远，所以更稳定
      • 当椅型环已烷上有两个及以上的取代基时，会发生构象异构现象 当取代基朝向同一侧时称为“顺”式，当取代基朝向相反的方向式成为”反“式
        • 环已烷的椅型构象中，每一个碳原子都有两种键来取代，一种是直立键（a键），一种是平伏键（e键）。取代e键更稳定，依次判断不同取代方式的环已烷稳定性。
        • 1，3，5碳与2，4，6，碳的直立键方向相反
        • 直立键与平伏键朝向相反，平伏键是斜向延伸