烷烃和环烷烃

烷烃和环烷烃思维导图：包含与烷烃相似，在同数碳原子的链状烷烃的名称前加“环”编号应使环上取代基的位次最小；有多个取代基时，使它们的位次和最小等等

烷烃和环烷烃

• 环烷烃
  • 分类
    • 单脂环烃
      • C3-C4 小环
      • C5-C6 普通环
      • C7-C12 中环
      • C13以上 大环
    • 多脂环烃
      • 桥环
      • 螺环
  • 命名
    • 与烷烃相似，在同数碳原子的链状烷烃的名称前加“环”
    • 编号应使环上取代基的位次最小；有多个取代基时，使它们的位次和最小
    • 当有复杂取代基时，将环作为取代基命名
    • 两个取代基位于环平面同侧时，称为顺式异构体；位于环平面异侧的，称为反式异构体。
  • 结构与稳定性
    • 张力学说
      • 环上C-C之间的键角偏离正常键角109°28′，就会产生角张力，偏差角越大张力越大，分子越不稳定。
      • 三、四元环为张力环，五元环为无张力环，六元环及更大的环也是张力环
    • 现代理论解释
      • 除了环丙烷以外，其他环烷烃的碳原子都不在同一平面上
      • 环戊烷及其以上的环烷烃都是稳定的
  • 性质
    • 物理性质
      • 物理性质与烷烃相似，易溶于低极性的有机溶剂，而难溶于水和其他强极性溶剂
      • 沸点、熔点和密度比同碳原子数的烷烃高
    • 化学性质
      • 自由基取代反应
      • 加成反应
        • 催化加氢
        • 加卤素
        • 加卤化氢
          • 环的开裂总是在含有最多H和最少H的碳原子之间进行，氢加到含氢多的碳原子上
  • 构象
    • 环戊烷的构象
      • 优势构象是离开平面的碳原子上的氢原子与相邻碳上的氢原子呈交叉式
    • 环己烷的构象
      • 椅式构象和船式构象
        • C-C键角为120°，存在较大角张力
        • 在一系列构象的动态平衡中，椅式构象和船式构象是两个典型构象
      • 构象稳定性的分析
      • 椅式构象中的直立键和平伏键
        • 与对称轴平行的C-H键，叫直立键（a键）垂直于对称轴的C-H键，叫平伏键（e键）
      • 取代环己烷的构象分析
        • e键取代基最多的椅式构象，大基团处于e键的椅式构象是优势构象
• 烷烃
  • 结构
    • sp³杂化，原子间以单键相连
    • 正四面体结构，轨道间夹角为109.5°
    • 通式：CnH2n+2
    • 伯碳（1°）、仲碳（2°）、叔碳（3°）、季碳（4°）
    • 伯氢（1°H）、仲氢（2°）、叔氢（3°）
  • 构造异构和命名
    • 分子式相同的不同化合物彼此互为同分异构体
    • 分子中原子间相互连接的次序和方式称为构造
    • 构造异构是指分子式相同，分子中原子间相互连接的次序和方式不同而形成不同化合物的现象。
    • 碳链异构
      • 甲烷、乙烷、丙烷只存在一种碳原子连接方式，无异构体
      • 具有相同的分子式，由于碳链结构不同而产生的同分异构现象称为碳链异构
    • 命名
      • 普通命名法
        • 碳原子数目在10以下用天干来命名，10以上用数字命名
        • 直链烷烃称为正某烷
        • 端位数第二个碳上有一个甲基称为异某烷
        • 端位数第二个碳上有两个甲基称为新某烷
        • 烃分子中去掉一个H原子，所剩下的基团叫烃基
      • 系统命名法
        • 直链烷烃称为某烷
        • 1·选母体：碳链最长，取代最多
        • 2·取代基编号：位次最低（最低系统原则）
        • 3·取代基：先小后大（优基置后）
  • 构象异构
    • 由于碳碳单键可自由旋转，导致分子中原子或者原子团在空间的不同排列方式称为构象，由此产生的异构体称为称为构象异构体
    • 乙烷的异构
      • 构象的表示方法：锯架式和纽曼投影式
      • 重叠式和交叉式（优势构象）
    • 丁烷的异构
      • 对位交叉式（优势构象）、邻位交叉式、部分重叠式、全重叠式（稳定性逐渐降低）
  • 物理性质
    • 直链烷烃的熔点随碳原子数的增加而升高，含偶数碳的直链烷烃的熔点升高幅度比奇数碳大一些
    • 在同分异构体中，支链越多，沸点越低
    • 烷烃易溶于非极性或者极性较小的有机溶剂，而难溶于水和其他强极性溶剂
    • 支链烷烃的熔点比相应的直链烷烃低，但高度对称的支链烷烃其熔点却异乎寻常的高，是因为分子的对称性越高，在晶体中排列越紧密
  • 化学性质
    • 稳定性
      • 具有高度的化学稳定性
      • 室温下烷烃与强酸、强碱、强氧化剂或强还原剂一般不发生反应
    • 卤代反应
      • 甲烷的卤代反应
      • 卤代反应的机制
        • 游离基的链反应
          • 链终止：消除自由基
          • 链增长：延续自由基
          • 链引发：形成自由基
      • 烷烃卤代反应的取向
        • 仲氢比伯氢活泼
        • 取决于烷烃的结构及卤素的活性
      • 烷基自由基稳定性与构型
        • 甲基自由基、伯碳自由基、仲碳自由基、叔碳自由基的稳定性逐渐增加