有机化学课件-第一章烷烃.ppt

第 二 章 烷烃,2020/8/12,有机化学课件,第一节 烷烃的同系列和异构 一、烷烃的同系列( 通式：CnH2n+2 ) 具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。 同系列中的化合物互称为同系物。 二、烷烃的同分异构现象 构造（constitution)分子中原子互相连接的方式和次序。 分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。,三、伯、仲、叔、季碳原子,C1 、C6 、C7、 C8、C9,C3、C5 ,C4 ,C2 ,伯碳原子、一级碳原子、 1,仲碳原子、二级碳原子、2,叔碳原子、三级碳原子、3,季碳原子、四级碳原子、4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,骨架式,试指出各碳原子的类型,问题?,2020/8/12,有机化学课件,（1）烷烃分子中的碳都是sp3杂化。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是键。键角接近10928。甲烷具有正四面体的结构特征。 （2） C，H电负性差别小， 电子云不易偏向某一原子，整个分子电子云分布均匀，没有电子云密度较大或较小的部位，对Nu或E+均没有特殊的亲和力。（化学性质较稳定） （3）当烷烃中的碳原子数大于3的时候,碳链就形成锯齿形状。,四、 烷烃的结构特征,一、烷烃的结构,sp3,?,甲烷分子（CH4）的形成,Sp3杂化,H,H,H,H,H,乙烷分子（CH3-CH3）的形成,思考：1. C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式。 2. 直链烷烃的分子链真是直的吗？,2020/8/12,有机化学课件,1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。 2、键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。,键的特点,2020/8/12,有机化学课件,s,p,3,s,键,p,p,键,p,s,键,在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。,键的定义,2020/8/12,有机化学课件,二、 烷烃的异构现象,构 象 一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。,构象异构体 单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。,（一）碳架异构体 （二）构象异构体 （三）旋光异构体,1烷烃的英文名称,三 、烷烃的命名法,2020/8/12,有机化学课件,第二节 烷烃的命名 烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法 一、普通命名法 根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。,例：,CH3CH2CH2CH2CH2CH3,正己烷 n-己烷 n-hexane,异己烷 isohexane,正 normal n-,异 iso-,新己烷 neohexane,2020/8/12,有机化学课件,二、烷基 烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。 3. 常见的烷基 -ane -yl,CH3- methyl Me 甲基 CH3CH2- ethyl Et 乙基 CH3CH2CH2- n-propyl n-Pr (正) 丙基,isopropyl iso-Pr 异丙基,n-butyl n-Bu (正)丁基,sec-butyl sec-Bu 仲丁基,CH3CH2CH2CH2-,iso- butyl iso-Bu 异丁基,tert-butyl t-Bu 叔丁基,2020/8/12,有机化学课件,烷基的通式为CnH2n+1，常用R表示,4. 系统命名法（IUPAC命名法）,系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。系统命名法规则如下： 1. 选择主链（母体） （1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。 （2）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主,2020/8/12,有机化学课件,2020/8/12,有机化学课件,2. 碳原子的编号 (1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1、2、3编号。,（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。,2020/8/12,有机化学课件,（3） 若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。 3烷烃名称的写出 A 将支链（取代基）写在主链名称的前面 B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序： 甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基。,2020/8/12,有机化学课件,C 相同基团合并写出，位置用2，3标出, 取代基数目用二,三标出。 D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔 开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，,2020/8/12,有机化学课件,B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序： 甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基。 C 相同基团合并写出，位置用2，3标出, 取代基数目用二,三标出。 D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。 烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，由简到繁。,2020/8/12,有机化学课件,优先次序：叔丁基异丙基异丁基 丁基丙基乙基甲基,?,如何命名？,例,2020/8/12,有机化学课件,2-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷,?,2,6-二甲基-3-乙基庚烷,2-甲基-3-环戊基戊烷,六、烷烃的构象异构,构象由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式。,1. 乙烷的构象,构象异构体因单键的旋转而产生的异构体（构象异构属于立体异构）。,交叉式,重叠式,纽曼(Newman)投影式,锯架式,构象的表示式,2020/8/12,有机化学课件,（3）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析,当两氢原子间距少于240pm（二个氢原子的半径和）时，氢原子间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。,交叉式稳定的优势构象,2. 正丁烷的构象,对位交叉式,部分重叠式,邻位交叉式,全重叠式,1 2 3 4,稳定性： 对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线,部分重叠式,邻位交叉式,部分重叠式,正丁烷C2-C3旋转时各种构象的能量曲线,2020/8/12,有机化学课件,构象分布在达 到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。,15 %,15 %,70 %,能 量 计 算 C-H， C-H 重叠， 4 kJ / mol C-CH3， C-CH3邻交叉，3.8 kJ / mol C-CH3， C-CH3重叠， 22.6 - 8 = 14.6 kJ / mol C-CH3， C-H 重叠， (14.6-4)/2 = 5.3 kJ / mol,（） 正丁烷的构象分布和能量计算,分子总是倾向于以稳定的构象形式存在,2020/8/12,有机化学课件,3、丙烷的构象,丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-1。,高级烷烃的碳链呈锯齿形,由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。,2020/8/12,有机化学课件,4、乙烷衍生物的构象分布,1，2-二氯乙烷（对位交叉70%） 1，2-二溴乙烷（对位交叉84%-91%） 1，2-二苯乙烷（对位交叉90%),乙二醇,2-氯乙醇,大多数分子主要以交叉式构象的形式存在；乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可形成分子内氢键，主要是以邻交叉构象形式存在。,构象与药物的构效关系,多巴胺,N,H,2,H,H,H,H,O,H,O,H,1 2,2020/8/12,有机化学课件,三、 烷烃的物理性质,外 观：状态 颜色 气味 物理常数：沸点（bp)熔点（mp) 折光率（n) 旋光度 密度（D) 溶解度 偶极矩（）光谱特征,2020/8/12,有机化学课件,烷烃熔点的特点 随相对分子质量增大 而增大。 偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值 大 （如右图）。 相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点 下降。,奇数碳,偶数碳,熔点高低取决于分子间的作用力 和晶格堆积的密集度。,（一）熔点,2020/8/12,有机化学课件,沸点大小取决于分子间的作用力,烷烃沸点的特点 （1）沸点一般很低。 （非极性，只有色散力） （2）随相对分子质量增大而增大。 （运动能量增大，范德华引力增大） （3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。 （叉链多，分子不易接近）,（二） 沸点,2020/8/12,有机化学课件,分子间接触面积大 作用力强,分子间接触面积小 作用力弱,bp：36,bp：9.5,2020/8/12,有机化学课件,烷烃异构体的熔点、沸点规律,支链较多烷烃：熔点高、沸点低 支链较少烷烃：沸点高、熔点低,正戊烷 异戊烷 新戊烷 bp 36 28 9.5 mp -130 -160 -17,2020/8/12,有机化学课件,烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。,偶极矩均为0。,烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。,（三） 密度,（四） 饱和烃的偶极矩,（五）溶解度,2020/8/12,有机化学课件,四、烷烃的化学性质,（一）总体特点 （二）烷烃的卤化和自由基反应 （三）烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解 （四）烷烃的氧化和自动氧化,2020/8/12,有机化学课件,、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。 、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。,（一）总体特点,（二）烷烃的卤代和自由基反应,卤代反应 分子中的原子或基团被卤原子取代的反应称为卤代反应。,、 烷烃的卤代,取代反应 分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应称为取代反应。,1. 甲烷的卤代,2. 卤代反应机理,反应机理是对某个化学反应过程的详细描述,甲烷的卤代反应自由基的链反应,甲烷的自由基链反应：,均裂,链引发（形成自由基）：,链增长（延续自由基，形成产物）：,ClCl Cl + Cl,热或光,CH3 + Cl CH3Cl,CH3 + CH3 CH3CH3,链终止（消除自由基）：,3. 自由基的构型及其稳定性,sp3 sp3 四面体 四面体,sp2,平面,？,Cl + Cl Cl2,sp3,sp3,sp2,请指出自由基中各碳原子的杂化状态,自由基平面构型（sp2杂化）,结论,形成自由基需要的能量,?,自由基的稳定性： 3 2 1 CH3，为什么？,结论,4含多个碳原子的烷烃的卤代反应,2020/8/12,有机化学课件,1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由： a CH3CHCH(CH3)2 b CH2CH2CH(CH3)2 c CH3CH2C(CH3)2 2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是1:3.8:5,计算2-甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。 3.某烷烃A，分子式为C6H14 ，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃A的结构。 4. 所有分子式为C5H12或C8H18的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？,.,.,.,2020/8/12,有机化学课件,Wurtz(武慈）反应： 2RX+2Na R-R+2NaX 2.铜锂试剂法: RX R Li R2CuLi R-R,2020/8/12,有机化学课件,本章小结： 烷烃的命名（烷基的命名）； 烷烃的同分异构体的书写； 烷烃的构象（乙烷、丁烷、优势构象） 烷烃的物理性质（m.p , b.p 比较） 烷烃的化学性质：卤代机理； 自由基稳定性顺序及原因； 能线图过渡态；中间体；活化能；反应热； 决速步骤） 不同H的活性（氯代、溴代）,