第四章烷烃与环烷烃

大一新生思维导图烷烃与环烷烃，烷烃分子的所有碳原子均为sp 3杂化，原子之间以σ键相连。环丙烷不稳定的因素：1.重叠程度小。2.角张力越大，环越不稳定。3.氢原子属于重叠式构象。

第四章烷烃与环烷烃

• 烷烃
  • 结构
    • 烷烃分子的所有碳原子均为sp 3杂化，原子之间以σ键相连。
  • 构造异构和命名
    • 分子中原子间相互链接的次序和方式称为构造。
    • 命名规则
      • 1.主链的确定:最长碳链为主链;当具有相同长度的链可作为主链时，应选择含有取代基数目多的为主链。2.主链碳原子数为1—10，用“甲，乙，丙，丁，戊 ，己 ，庚，辛，壬，癸。”表示 10个碳以上，用汉字“十一，十二 ”表示
      • 3.给主链编号：从靠近取代基的一端开始，给主链碳原子用阿拉伯数字编号。 4.当取代基与两端等距离时，采用最低次位原则
      • 5.主链上有多个取代基：若取代基相同，用汉字二，三表示取代基的数目，取代基各位次之间用，隔开。若取代基不同，按照取代基英文名称字母顺序在前缀中依次排列。
  • 物理性质
    • 1.状态:c1~c4的直链烷烃是气体。c5~c17的直链烷烃是液体。c18以上的直链烷烃是固体。2.熔沸点:随着碳原子的增多，沸点升高；同分异构体中，支链越多，沸点越低。随着碳原子的增多，熔点升高；偶数碳原子的直链烷烃熔点比相邻的奇数碳原子的高。分子的对称性越好，熔点越高。3.烷烃都不溶于水，易溶于有机溶剂。密度小于1。
  • 化学性质
    • 一 : 稳定性 一般情况下，烷烃与强酸强碱，强氧化剂，强还原剂都不反应。
    • 二 ：卤代反应 烷烃分子中的氢原子被卤原子取代生成卤代烷的反应。
      • 1.甲烷的卤代反应 在紫外线照射或加热至250~400℃的条件下：CH4＋CI2→CH3CI＋HCI
      • 卤素与烷烃的反应活性顺序为：F2＞ CI2＞ Br2＞ I2＞
      • 2.卤代反应的机制 反应机制是对某个化学反应逐步变化过程的详细描述。自由基链反应：链引发-链增长-链终止
        • ·链引发：CI原子吸收一个光子，发生均裂，生成两个高能量的CI· ·链增长：CH3CI ＋ CI·→ HCI＋ ·CH2CI 特点：每一步不仅生成一个产物分子，还生成一个新的自由基 ·链终止:反应物完全消耗或自由基一旦相互结合成分子，反应终止。
      • 烷烃卤代反应取向 ：碳链较长的烷烃含有不同类型的氢原子，由于不同类型的氢原子的解离速率不同，导致反应活性不同，形成个卤代产物的比例不同。 例如：乙烷的6个氢原子都是伯氢，卤化只生成一种一元取代物C2H6＋ CI2 →光照 C2H5CI ;丙烷的一元卤代产物有两种CH3CH2CH3＋CI2 →光照 CH3CH2CH2CI＋ CH3CH(CI)CH3
        • 烷烃氢原子活性：叔氢＞仲氢＞伯氢 5：4：1
      • 烷基自由基的稳定性与构型 自由基：具有未成对电子的原子或原子团； 甲基自由基是最简单的有机自由基。自由基的相对稳定性：甲基自由基＜ 伯碳自由基＜ 仲碳自由基＜ 叔碳自由基 自由基越容易生成，也就越稳定。
  • 构象异构
    • 乙烷的构象:常用锯架式和纽曼投影式表示烷烃的构象
      • 乙烷的锯架式
      • 乙烷的纽曼投影式
    • 丁烷的构象
      • 4种典型的构象异构体：对位交叉，邻位交叉，部分重叠，全重叠，(其稳定性逐渐降低）
• 环烷烃
  • 命名
    • 命名与烷烃的相似，只是在同碳原子的链状烷烃的名称前加环字
      • 螺环烃命名
        • 两环共用一个碳原子的螺环烃。螺[ ]某烷 1.某一成环碳原子的总数由少到多，标出除螺原子外的环碳原子数。例如:螺[3，4]辛烷。2.编号:从小环邻接于螺原子处编号，取代基位号最小。例如:4-甲基螺[2，4]庚烷
      • 桥环烃命名
        • 1.成环碳原子总数 ：二环[ ]某烷2.在方括号内，由大到小，标出除桥头原子外的环碳原子数；3.二环桥烷烃：两个桥头碳原子之间用三道桥连接起来，因此方括号内应有三个数字。例如:二环[2,2,1]庚烷
      • 单环烷烃命名
        • 如果环上有复杂取代基时，将环作为取代基。例如；1，2-二环己基乙烷
  • 结构与稳定性
    • 环丙烷不稳定的因素：1.重叠程度小。2.角张力越大，环越不稳定。3.氢原子属于重叠式构象。
    • 环烷烃稳定性的顺序:环己烷>环戊烷>环丁烷>环丙烷
  • 性质
    • 物理性质
      • 分子运动幅度较小，具有一定的对称性和刚性。环烷烃的沸点，熔点和密度都比同碳原子数的烷烃高。
    • 化学性质
      • 1.取代反应
      • 2.加成反应
  • 构象
    • 一：环戊烷的构象——交叉式
    • 二：环己烷的构象
      • 1.椅式构象和船式构象 （椅式构象是其优势构象）2.构象稳定性的分析:因为椅式构象的环己烷无角张力，无扭转力和空间张力，所以在自然界中稳定性极高的优势构象。
    • 取代环己烷的构象分析
      • 一取代:平伏键(e键）取代的构象能量较低，是较稳定的优势构象； 取代基的体积越大，取代基在横键（e键）和在竖键（a键）的两种构象的能量差也越大，横键取代构象所占的比例就越高。叔丁基几乎100%处于横键。因此，一取代环己烷的最稳定的椅式构象是最大基团在横键的构象。 二取代：当环己烷分子中两个碳原子上的氢原子被其他原子或基团取代时，存在顺反异构。例如:顺-1，2-二甲基环己烷的两种椅式构象中，均有一个甲基在a键，另一个甲基在e键(ea键和ae键）。两种构象的能量相等，稳定性相同。若取代基不同大取代基放在e键上。
      • 判断取代环己烷的优势构象 1.椅式构象是最稳定的构象2.多个取代基时，e键取代基最多的构象是稳定构象。3.有不同取代基时，较大取代基处于e键的构象是稳定构象。