同系列与同分异构体.docx

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同系列与同分异构体

分子间的力

分子间的力也叫范德华力，是决定物质物理性质的重要因素

1偶极—偶极作用力，这种力产生于具有永久偶极的极性分子之间。

分子之间以正负相吸定向排列，所以这种力也叫定向力

2色散力，非极性分子中由于电子运动可能形成暂时偶极，分子间由暂时偶极产生的极弱引力

3氢键

同系列与同分异构体

烷烃通式

这些结构相似，而在组成上相差

或它的倍数的许多化合物，组成一个系列，叫同系列。

同系列中的各化合物叫做同系物。

由于原子的连接次序不同而产生的异构体叫做构造异构体。

有机化合物的异构通常分为构造异构和立体异构。

一级（1°）碳原子/伯碳原子，标记的碳原子只与一个碳相连，其他三键与氢结合。

以此类推，二级（2°）…仲叔季

命名

1.普通:

甲乙丙丁午己庚辛壬癸

正：

不含支链的化合物

异：

分子中碳链一端的第二位碳原子上带有一个

的化合物

新：

具有叔丁基的结构的五个或六个碳原子的链烃

异　新　二字只适用于少于七个碳原子的烷烃

２.系统

ａ在分子中选择一条最长的碳链作主链，根据主链所含的碳原子数叫做某烷。

ｂ由距离支链最近的一端开始

ｃ支链烷基的名称及位置写在母体名称的前面。

（较优基团列在后面）

　　ｄ当主链上有几个支链时，从主链的任一端开始编号，

　　最低系列：

逐个比较两种编号法中表示取代基位置的数字，取最先遇到位次较小者

　　排列＂较优基团＂方法：

将各取代基中与母体相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大的，为较优基团。

构象

由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式叫做构象

每一个特定的构象就叫做一个构象异构体，属于立体异构

能量上来说只有一种构象的内能最低，因而稳定性也最大，这种构象就叫做优势构象

表示构象可以用透视式（锯架式）或投影式（纽曼投影式）

交叉式，两个碳原子上的氢原子间的距离最远，相互间的排斥力最小，因而分子的内能最低

重叠式，两个碳原子上的氢原子两两相对，距离最近，相互间的排斥作用最大，因而内能最高，最不稳定

其他构象的内能介于这二者之间　　在接近绝对零度的低温时，分子都以交叉式存在

使构象之间转化所需要的能量叫做扭转能

重叠式构象或其他非交叉式构象之所以不稳定是由于分子中存在着扭张力，具有这种构象的分子有转化成最稳定的构象而消除张力的趋势

丁烷（看作乙烷二甲基的衍生物），内能高低：

全重叠式＞部分重叠式＞邻位交叉式＞对位交叉式

物理性质

烷烃的沸点和相对密度都随相对分子质量的增加而升高。

在室温下，烷烃系列中前四个化合物是气体，由戊烷开始是液体，十八烷以上是固体。

烷烃的相对密度都小于１.同分异构体中，分支越多，沸点越低。

化学性质

结构是决定性质的内在因素

烷烃由于分子中只含有C-C键以及C-H键，这两种键的强度都很大，而且碳和氢的电负性相差很小，所以C-H键极性很小，因此相对于其他有机物来说，烷烃对离子型试剂有相当大的化学稳定性，在一般情况下，烷烃与大多数试剂，如强酸、强碱、强氧化剂等都不起反应。

但在一定条件下，例如在高温或有催化剂存在时，烷烃也可以和一些试剂作用。

1.氯代

烷烃在日光或紫外光照射（以hν表示光照）或在高温下，能发生取代反应。

烷烃分子中的氢原子能逐步被氯取代，得到不同的氯代烷混合物。

反应机理，对由反应物至产物所经历的途径的详细描述，它是在大量同一类型的实验事实基础上总结出的一种理论假设，这种假设必须符合并能说明已经发现的实验事实。

一种反应机理只适用于某一类型的反应。

一个反应的机理通常是用一系列详细的反应式以及反应过程中的能量变化图来加以描述。

在需要时，这些反应式中还包括分子的几何形状，并指出键的断裂与形成过程中电子转移的情况。

连锁反应（链式反应）可分为引发、增长（重复步骤）、终止。

反应中，键被拉长，但尚未断裂，体系的能量逐渐上升，达到最高点时的结构叫做过渡态。

通常以虚线表示这种键的断裂与形成的中间过程：

甲烷的氯代在强光直射下，极为激烈，以致发生爆炸产生碳和氯化氢。

含单电子的碳上连接的烷基越多，这样的游离基越稳定。

越稳定的，在相同条件越容易生成，反应速率越快。

氧化和燃烧

有机反应中，（加氧去氢氧化，加氢去氧还原），分子中的碳与电负性比碳强的元素如N，O，X等结合形成新键的反应都是氧化。

而其逆反应（即断裂C-X，C-O，C-N）键，形成C-H键，亦即碳上电子密度增加，则属还原。

高级烷烃的氧化是工业上制备高级醇和高级脂肪酸常用的方法。

高级醇和高级脂肪酸是制造合成表面活性剂及肥皂的原料。

烷烃在高温和足够的空气中燃烧（实际是激烈的空气氧化），则完全氧化，生成二氧化碳和水，并放出大量的热能。

不饱和烃

烯烃

命名

系统

主链，包含双键的最长碳链，编号由距离双键最近的一端开始，需注明双键位置（较小数字表示）

烯烃分子中有多个双键，每个双键上所连基团都有Z，E两种构型，在必要时标出所有双键的构型

异构

构造异构，碳链异构与官能团位置异构

立体异构，顺反异构（几何异构）

顺式异构体，相同基团在双键同侧

反式异构体，相同基团在双键反侧

当连接的四个基团完全不同时，将每个以双键相连的碳原子上的两个原子或基团按次序规则定出较优基团，该原子上的较优基团在双键的同侧者，以Z表示，反之，以E表示

物理性质

四个碳以下的烯烃在常温下是气体，高级同系物是固体

比水轻

不对称的烯烃有微弱的极性

不溶于水易溶于非极性或弱极性有机溶剂

顺式异构体的沸点一般比反式异构体略高，对于熔点来说则相反

化学性质

一个是σ键，一个是π键

π键相对于σ键，曝露于分子的外部，受原子核的作用较小，很容易将其一对电子给与如

、路易斯酸等却电子的试剂——亲电子试剂。

所以

主要反应是加成反应，即打开π键，与其它原子或基团形成两个σ键，从而生成饱和的化合物

加成反应

顺式加成是指加成的两部分从烯烃的同侧加上去

反式加成是指加成的两部分从烯烃的异侧加上去

马氏规则，当发生亲电加成反应（如卤化氢和烯烃的反应）时，亲电试剂中的正电基团（如氢）总是加在连氢最多（取代最少）的碳原子上，而负电基团（如卤素）则会加在连氢最少（取代最多）的碳原子上

加氢（催化加氢）烯烃与氢加成，打开一个π键和一个

键，生成两个

键。

为放热反应，反应的活化能很高，需催化剂。

常用催化剂，Ni镍、Pa钯、Pt铂

加X溴水和溴的四氯化碳溶液都是鉴别不饱和键常用的试剂

加HX

加

在酸的催化下，烯烃可以和水加成生成醇，这个反应也叫做烯烃的水合，是醇的制备方法之一

反应历程，

与水中氧上未公用电子对结合成水合质子

，烯烃与

作用生成碳正离子，碳正离子再用水作用得到质子化的醇，最后质子化的醇，最后质子化的醇与水交换质子而得到醇及水合质子。

加

烯烃能和硫酸加成，生成可以溶于硫酸的烷基硫酸氢酯

与次卤酸加成

（卤醇）

与烯烃加成在酸的催化下，一分子烯烃可以对另一分子烯烃加成

硼氢化反应烯烃可以和甲硼烷进行加成生成三烷基硼，三烷基硼在碱性溶液中能被过氧化氢氧化成醇

氧化反应

与

反应氧化产物决定于反应条件，在温和条件下，如冷的高锰酸钾溶液，产物为邻二醇

如果在酸性条件或加热情况下，则进一步氧化的产物是C-C于双键断裂后生成的羧酸或酮

当以双键相连的碳原子上两个烷基的部分，氧化断裂的产物为酮；

以双键相连的碳原子上只连有一个烷基，氧化断裂的产物为羧酸。

臭氧化烯烃在低温下很容易与臭氧作用形成不稳定而且极易爆炸的臭氧化物，所以一般不分离出臭氧化物而直接进行下步反应，即臭氧化物在还原剂

存在下与水作用则分解为两分子羰基化合物

还原剂的作用是防止水解生成过氧化氢而将易被氧化的醛氧化为酸

环氧乙烷的生成乙烯在Ag的催化下，可被空气中的氧氧化为环氧乙烷

聚合反应

α-氢的卤代高温或光照

炔烃

物理性质

易溶于石油醚、苯、醚、丙酮等有机溶剂。

乙炔在较大压力下，爆炸力极强。

乙炔在氧气中燃烧的火焰温度可高达3500℃，所以可用于熔融及焊接金属

化学性质

与烯烃相似，亲电加成反应一般比烯烃慢些

加成反应

催化氧化一般炔烃在用Pa钯、Pt铂等催化剂氢化时，总得到烷烃，很难得到烯烃

在特殊催化剂如Lindlar（醋酸铅及喹啉处理过得铂，为降低铂的活性）下，可以制得烯烃

与HX加成炔烃可以与一分子或两分子卤化氢加成，分别得到卤代烯烃或卤代烷

与水加成在硫酸及汞盐的催化下，炔烃能与水加成。

乙炔与水加成所得的乙烯醇是极不稳定的（一般与C=C与-OH直接相连的烯醇都是不稳定的），一经产生则异构化为乙醛

与HCN加成乙炔在氯化亚铜及氯化铵的催化下，可与HCN加成而生成丙稀腈

金属炔化物的生成

金属炔化物在干燥状态受热或撞击时，则发生爆炸而生成金属和碳。

所以进行这类鉴别反应后生成的金属炔化物应加硝酸使其分解，以免干燥后爆炸

双烯烃

聚集烯烃共轭烯烃（最重要）隔离烯烃

1,3-丁二烯

s-顺式s-反式（能量相差不大，室温下即可转化）

1,4加成1,2加成（占主要比例）

共轭体系中这种特殊的电子效应（即分子的一端收到的影响能通过共轭链传递到另一端，不论此共轭体系有多长）叫共轭效应

双烯合成反应（环化加成反应）

异戊二烯（2-甲基-1,3-丁二烯），沸点34℃的液体

天然橡胶，天然高分子化合物，异戊二烯的聚合体

脂环烃（性质与脂肪烃相似的环烃）

命名

“环—”

连有取代基，取代基位置数字最小原则

不同取代基，较优基团取较大

不饱和键，不饱和键最小号

某些情况，例如简单的环上连有较长的碳链，也可将环当作取代基

构象

船型和椅型是环己烷的两种构象

船型不如椅型稳定，环己烷及其衍生物一般以椅型存在

椅型的两种构象直立键（a键）平伏键（e键，主）

催化氢化

与溴的作用

芳香烃

单环（包括苯、苯的同系物和苯基取代的不饱和烃）

通常甲苯分子中甲基上去除一个氢原子后余下的部分叫做苄基

邻对间

两个取代基相同时，作为苯的衍生物命名

多环

联苯类苯环间以一单键相连

多苯代脂肪烃看作是脂肪烃分子中的氢原子被苯环取代的产物

稠环芳香烃两个或两个以上苯环彼此共用两个相邻的碳原子连接起来、

物理性质

苯及其低级同系物都是无色液体，比水轻，易溶于石油醚、醇、醚等有机溶剂，芳香烃燃烧时产生带黑烟的火焰。

苯及其同系物有毒

化学性质

取代（亲电取代）

1）卤代

2）硝化

3）磺化磺化反应是可逆的，苯磺酸与水共热可脱去磺酸基，这一性质常被用来在苯环的某些特定位置引人某些基团

4）傅氏在无水

等的催化下，苯可以与卤代烷反应，生成烷基苯，叫做傅氏烷基化

在无水

催化下，苯还能与酰氯（酸酐）等得到酮，叫做傅氏酰基化（不发生异构）

芳环上连有强吸电子基如硝基，酰基等，则不发生傅氏反应，所以傅氏酰基化不发生多元取代物

加成反应

氧化反应

在加热情况下，苯不被高锰酸钾、重铬酸钾等强氧化剂氧化，但苯的同系物如甲苯或其他烷基苯可被高锰酸钾或重铬酸钾等氧化剂氧化，得到最终产物重视苯甲酸

烷基侧链的卤代

取代基定位规律

邻对位定位基（更易发生亲电取代反应，致活作用）

（致钝）

间对位定为基（与苯环直接相连的原子带有不饱和键或正电荷，对亲电反应有致钝作用）

卤化烃

除氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷、氯乙烯等个别卤化烃在室温为气体外，一般卤代烃大多为液体，不溶于水。

分子中卤原子数目增多，则可燃性降低

化学性质

一般来说，卤代烷中的卤原子是比较活泼的，容易被其他原子或基团取代，或通过其他反应而转化成多类有机物或金属有机化合物

亲核取代反应

由于卤原子的电负性大于碳，所以C—X之间的共用电子对偏向于卤原子，而使碳原子带部分正电荷。

所以与卤素相连的碳原子就容易受亲核试剂（Nu，如负离子

或带未共用电子对的分子如

等）的进攻，卤素带走了碳卤间的一对电子，以负离子的形式离开，而碳与亲核试剂上的一对电子形成一个新的共价键

反应中受试剂进攻的物质叫做底物。

卤素被Nu取代，以负离子形式离去，叫做离去基团

1）被羟基取代

2）被烷氧基取代卤代与醇钠作用，卤原子被烷氧基（RO—）取代而生成醚。

3）被氨基取代卤代烷与氨作用，卤原子可被氨基取代生成胺

胺是有机碱，它与反应中产生的氢卤酸成盐，所以产物为胺的盐，即

4）被氰基取代卤代烷与氰化钠（或氰化钾）的醇溶液共热，则氰基（—CN）取代卤原子而得腈

生成的腈比反应物RX分子中多一个碳原子，这是在有机合成中接长碳链的方法之一

腈水解即得羧酸

消除反应

由一个分子中脱去一些小分子，同时产生不饱和键的反应，叫消除反应

仲或叔卤代烃脱卤化氢时，主要是由与连有卤素的碳原子相邻的含氢较少的碳原子上脱去氢，叫做扎伊切夫规律

与金属反应

卤代烃能与多种金属如Mg，Li，Al等反应生成金属有机化合物（含有金属—碳键的化合物）

格氏试剂由于C—Mg键的极性很强，所以非常活泼，能被许多含活泼氢的物质，如水、醇、酸、氨以致炔氢等分解为烃，并能与二氧化碳作用生成羧酸

醛和酮

在普通命名法中，与醛基相连的碳叫α—碳，然后依次以

等标记

含有芳香环的醛，则将芳香烃当作取代基