02第二章 饱和烃：烷烃与环烷烃.ppt

单环脂环烃 图 2.6 甲烷的比例模型 σ键的特性： σ键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。 C－C σ键是由两个碳原子各以一个 sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。 如：乙烷分子的结构 乙烷的结构 由两个和两个以上碳原子组成的烷烃， 除了具有C－Hσ键外，还有C－C σ键。 由于σ键是沿成键轨道方向交盖而成，在 碳链中，C－C－C的键角保持了接近 109.5°。对于直链烷烃，其三维形状是 曲折型，而不是直线型。 1个C－Ｃσ键 6个C－Hσ键 sp3－ sp3 σ键 sp3－ 1s σ键 图 2.7 乙烷的球棒模型 图 2.8 乙烷的比例模型 图 2.9 乙烷的棍棒模型 2.3.2 环烷烃的结构与稳定性 环烷烃随着环的大小不同，其稳定性 不尽相同。 图2.10 正丁烷的球棒模型 图2.11 正丁烷的比例模型 正十五烷 曲折型 燃烧热： 1 mol 化合物 燃烧 CO2 + H2O 放出的热量 表 2.2 一些环烷烃的燃烧热 分子燃烧热 / kJ·Mol-1 -CH2-的 平均燃烧热 / kJ· Mol-1 环丙烷 3 2091 697 环丁烷 4 2744 686 环戊烷 5 3320 664 环己烷 6 3951 659 环庚烷 7 4637 662 环辛烷 8 5310 664 环壬烷 9 5981 665 环癸烷 10 6636 664 环十五烷 15 9885 660 开链烷烃 659 名称 环大小 与开链烷烃 燃烧热的差 / kJ·Mol-1 38 27 5 0 3 5 6 5 1 环烷烃的稳定性： 环己烷 环戊烷 环丁烷 环丙烷 环的张力越小，相应的环烷烃越稳定。 环丙烷的结构： 图2.12 丙烷及环丙烷分子中碳碳键 原子轨道交盖情况 由于σ键呈圆柱状对称，C－Ｃ单键能够 发生旋转，由此而导致的分子中的其它原子 或原子团在空间的排布方式不同，分子的这 种立体形象—构象(Conformation)。 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.4.1 乙烷的构象 由此产生的异构体—构象异构体 (Conformers) 在环丙烷分子中，两个相邻的C原子以 sp3杂化轨道形成 C－C σ键时，以弯曲的 方式交盖，从而未能最大程度的交盖。因 此，环丙烷不稳定。 重叠式 乙烷的构象 纽 曼 投 影 式 透 视 式 交叉式 纽曼(Newman)投影式： 能量 (kJ.mol-1) 0 60 120 旋转角度 / ( °) 12.6 交叉式与 重叠式是 乙烷分子 的极限构象 120° 120° 对位交叉 部分重叠 部分交叉 全重叠 由C2－C3 σ键旋转 产生的构象： 图 2.13 正丁烷构象的模型 2.4.2 丁烷的构象 固定C2原子，反时针 旋转C3原子，得到以 上正丁烷的极限构象 稳定性： 对位交叉 部分交叉 部分重叠 全重叠 2.4.3 环己烷的构象 环己烷的碳骨架不是平面结构， C－Ｃ－Ｃ键角为109.5°。通过旋转σ键 和键角的改变，可以得到两种构象： 椅式 船式 图 2.14 环己烷的椅式和船式构象 环己烷椅式构象 环己烷船式构象 图 2.15 环己烷椅式和船式构象的模型 椅式构象和船式构象可以相互转变， 但椅式构象比船式构象稳定： 椅式构象稳定的原因： 所有的键处于交叉式 e a e a e a e e a a a e a a a a a a e e e e e e 在船式构象中，所有的C－H键处于交叉式。 在椅式构象中，C1、C3、C5 原子在一个 平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。 12个C－H 键分为两类：6个C－H 键处于 直立键(a键)，6个C－H 键