第二章烷烃和环烷烃

烷烃是一类有机化合物，分子中的碳原子都以碳碳单键相连，其余的价键都与氢结合而成的化合物，分为环烷烃和链烷烃两类。 链烷烃的通式为CnH2n+2，环烷烃的通式为CnH2n，是最简单的一类有机化合物。烷烃的主要来源是石油和天然气，是重要的化工原料和能源物资。

第二章烷烃和环烷烃

• 烷烃的构象
  • 乙烷的构象:重叠式构象不稳定,交叉式构象又称优势构象
  • 正丁烷的构象:对位交叉式,邻位交叉式,部分重叠式,全重叠式
• 环乙烷及其衍生物的构象
  • 椅型
  • 船型
• 烷烃的物理性质
  • 物态：直链烷烃C4以下是气体，C5~C17是液体，C18以上是固体
  • 沸点
    • 直链烷烃：质量越高沸点越高（分子间力：取向力，诱导力，色散力）
    • 支链烷烃：支链越多沸点越低
  • 熔点（m.p)
    • 直链烷烃：质量越大，熔点越高
    • 含偶数C,m.p上升的多；含奇数C,m.p上升的少“偶上奇下”
    • 支链烷烃
      • 支链质量越多，熔点越低
      • 对称性升高，熔点越高
  • 相对密度：分子量越高，密度越高，但<1:支链越高，密度越低
  • 溶解度；烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂，可用于分离，提纯
• 烷烃的化学性质
  • 总体特点
    • 烷烃没有官能团，化学性质比较稳定
    • 烷烃的反应只要是在高温，关照或者催化剂作用下，C-C和C-H键的断裂，以及H被其他原子或基团取代。
    • 烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的
  • 氧化反应
    • 完全氧化
    • 不完全氧化
    • 控制氧化
  • 异构化反应
  • 裂化，裂解和脱氢：C-H发生断裂，C-C发生断裂
  • 取代反应：1,卤化反应F2>Cl2>Br2>I2
• 环烷烃的化学性质
  • 取代反应（主要是五，六元环）在高温或紫外线的作用下，可发生自由基取代反应
  • 加成反应（主要是三，四元环）
    • 催化加氢
    • 与卤素的加成
    • 与卤化氢加成反应
  • 氧化反应：环丙烷虽然易发生开环加成反应，但对氧化剂是稳定的
• 烷烃的结构
  • 1，甲烷的分子模型
  • 2，碳原子的sp3杂化y
  • σ键的特征
    • （1）头对头形成，以键轴为称轴
    • （2）自由旋转，具有可旋转性
    • （3）结合较牢固，不容易断裂
    • （4）相连接的两个原子，其原子核对σ电子的束缚力较强，流动性小，具有相对的稳定性
  • 其他烷烃的构型
• 环烷烃的结构与稳定性
  • 燃烧热：其大小反映了分子能量的高低
  • 环丙烷：轨道夹角105.5℃，角张力：109.5℃-60℃=49.5℃
  • 环丁烷：轨道夹角111.5℃，角张力：109.5-90℃=19.5℃
  • 环戊烷：轨道夹角108℃，角张力：109.5℃-108=1.5℃
  • 环己烷：轨道夹角109.5℃，无角张力
• 烷烃和环烷烃的命名
  • 烷烃
    • 伯，仲，叔，季碳原子和伯，仲，叔氢原子
    • 烷基R
      • 普通命名：按俗名后加“基”的方式进行
      • 系统名命：对复杂的烷基，以游离价键的碳原子为起点，选取基中最长链为母体，取代基母体上的支链认为是取代基赋予编号
    • 子主题
    • 普通命名法
      • 1.按碳原子数目称:甲，乙，丙，丁，戊，己，庚，辛，壬，癸烷，十一烷，十二烷.2.直链的称为正某烷.3.直链的称为正某烷.4.碳链一端带有直链的称为正某烷两个甲基的称为异某烷.5.有季碳原子的称新某烷.6.石油工业上，“#”表示辛烷值，异辛烷不属于习惯命名，是商品名或俗名
    • 系统命名
      • （1）碳原子最多的碳链为主链
      • 编号
        • （1）离取代基最近的一端开始编号（两边取代基位次相等，应使取代基的位次之和最小）
        • （2）不同的取代基左右位次相同时，按英文取代基的英文命名第一个字母的顺序，给字母排在前面的取代基较小的编号。
        • （3）若直链中又带直链，用到撇的数字表示中直链的位置
  • 环烷烃
    • 单环环烷烃的命名
      • （1）将环作为母体，支链为取代基
      • （2）给母体编号，使环上取代基的位次尽可能最小
      • （3）有两个以上不同的按取代基时，取代基位次”最低系列“原则列出，使取代基的位次最小；若取代基位次相同，则按照取代基英文命名字母顺序给首字母靠前的取代基较小的编号。
      • （4）如环上取代基复杂，将取代基作为母体，碳环作为取代基
    • 螺环烷烃的命名
      • （1)两个碳环公用的碳原子称为螺原子，以“螺”为词头，按成环的碳原子总数称为“某烷”
      • （2)环上编号由较小环中与螺原子相邻的碳原子开始，沿小环经螺原子到大环，若环上有取代基，尽可能使取代基的位次最小。
• 烷烃和环烷烃的通式，同系列及构造异构现象
  • 通式：烷烃CnH2n+2，环烷烃CnH2n
  • 同系列：具有同一个通式，结构相似，化学性质相似
  • 同系物：同系列中的化合物互称为同系物
  • 同分异构
    • 构造异构
      • 位置异构
      • 碳干异构
      • 官能团异构
      • 互变异构
    • 立体异构
      • 构型异构：顺反异构，对映异构
      • 构象异构