有机化学--第一章烷烃课件

第第第第 二二二二 章章章章 烷烃烷烃烷烃烷烃 6/30/2024有机化学课件第一节第一节 烷烃的同系列和异构烷烃的同系列和异构一、烷烃的同系列一、烷烃的同系列(通式：通式：CnH2n+2)具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。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。同系列中的化合物互称为同系物。二、烷烃的同分异构现象二、烷烃的同分异构现象构造（构造（constitution)分子中原子互相连接的方分子中原子互相连接的方式和次序。式和次序。分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异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，故又称为碳链构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。异构。6/30/2024有机化学课件三、伯、仲、叔、季碳原子三、伯、仲、叔、季碳原子 123456789C1、C6、C7、C8、C9 C3、C5 C4 C2 伯碳原子、一级碳原子伯碳原子、一级碳原子、1仲碳原子、二级碳原子、仲碳原子、二级碳原子、2 叔碳原子、三级碳原子、叔碳原子、三级碳原子、3 季碳原子、四级碳原子、季碳原子、四级碳原子、4 CCH3CH3CH2CHCH3CH2CH3CH36/30/2024有机化学课件C1 C2 C3、C4、C5 C6、C7 C8 C9 432121CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3123456789骨架式骨架式试指出各碳原子的类型试指出各碳原子的类型问题问题?6/30/2024有机化学课件（1 1）烷烃分子中的碳都是）烷烃分子中的碳都是spsp3 3杂化。烷烃中的杂化。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是碳氢键和碳碳键都是键键。键角接近键角接近109109 2828。甲烷具有正四面体的结构特征。甲烷具有正四面体的结构特征。（2 2）C C，H H电负性差别小，电负性差别小，电子云不易偏向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，对子云密度较大或较小的部位，对NuNu或或E+E+均没有均没有特殊的亲和力。（特殊的亲和力。（化学性质较稳定化学性质较稳定）（3 3）当烷烃中的碳原子数大于当烷烃中的碳原子数大于3 3的时候的时候,碳链就碳链就形成锯齿形状。形成锯齿形状。四、四、烷烃的结构特征烷烃的结构特征6/30/2024有机化学课件一、一、烷烃的结构烷烃的结构sp3 CH4 CnH2n+2?甲烷分子（甲烷分子（CH4）的形成）的形成Sp3杂化杂化HHHHH6/30/2024有机化学课件乙烷分子（乙烷分子（CH3-CH3）的形成）的形成Sp3-sp3键Sp3-1s 键键HHHHHH思考：思考：1.C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式。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？直链烷烃的分子链真是直的吗？6/30/2024有机化学课件 1 1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。牢固。2 2、键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。键可以自由旋转。键的特点键的特点6/30/2024有机化学课件sp3s 键pp 键ps 键在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫方向重叠形成的键叫键。键。键的定义键的定义6/30/2024有机化学课件二、二、烷烃的异构现象烷烃的异构现象 构构 象象一个已知构型的分子，一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式在空间的特定排列形式称为构象。称为构象。构象异构体构象异构体单键旋转时会产生单键旋转时会产生无数个构象，这些无数个构象，这些构象互为构象异构构象互为构象异构体（或称旋转异构体（或称旋转异构体）。体）。（一）碳架异构体（一）碳架异构体 （二）构象异构体（二）构象异构体 （三）旋光异构体（三）旋光异构体6/30/2024有机化学课件1烷烃的英文名称烷烃的英文名称 三三 、烷烃的命名法、烷烃的命名法甲烷甲烷 methane乙烷乙烷 ethane丙烷丙烷 propane丁烷丁烷 butane戊烷戊烷 pentane己烷己烷 hexane 庚烷庚烷 heptane辛烷辛烷 octane壬烷壬烷 nonane癸烷癸烷 decane 6/30/2024有机化学课件第二节第二节 烷烃的命名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、普通命名法一、普通命名法根据分子中碳原子数目称为根据分子中碳原子数目称为“某烷某烷”，碳原子数，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、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。异、新表示同分异构体。6/30/2024有机化学课件例：例：CH3CH2CH2CH2CH2CH3 正己烷正己烷 n-己烷己烷 n-hexane异己烷异己烷 isohexane 正正 normal n-异异 iso-CH3CH CH2CH2CH3CH36/30/2024有机化学课件新己烷新己烷 neohexane新新 neo-CH3CCH3CH3CH2CH36/30/2024有机化学课件二、烷基二、烷基 烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。称为烷基。3.3.常见的烷基常见的烷基 -ane -yl CH3-methyl Me 甲基甲基CH3CH2-ethyl Et 乙基乙基CH3CH2CH2-n-propyl n-Pr (正正)丙基丙基6/30/2024有机化学课件isopropyl iso-Pr 异丙基异丙基 n-butyl n-Bu (正正)丁基丁基 sec-butyl sec-Bu 仲丁基仲丁基 CH3CH2CH2CH2-iso-butyl iso-Bu 异丁基异丁基 tert-butyl t-Bu 叔丁基叔丁基 6/30/2024有机化学课件 亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 次甲基次甲基次乙基次乙基烷基的通式为烷基的通式为CnH2n+1，常用，常用R表示表示6/30/2024有机化学课件4.系统命名法系统命名法（IUPAC命名法）命名法）系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用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（化学联合会（IUPACIUPAC）制定的有机化合物命名原则，）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。系统命名法规再结合我国汉字的特点而制定的。系统命名法规则如下：则如下：1.1.选择主链（母体）选择主链（母体）（1 1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。链作为取代基。（2 2）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主多的一条为主6/30/2024有机化学课件6/30/2024有机化学课件2.2.碳原子的编号碳原子的编号(1)(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用用1 1、2 2、3 3编号。编号。编号错误编号错误编号正确编号正确编号正确编号正确编号错误编号错误（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位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。置都相同时，则从较简单的一端开始编号。6/30/2024有机化学课件（3 3）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、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。低系列原则）为原则。3 3烷烃名称的写出烷烃名称的写出A A 将支链（取代基）写在主链名称的前面将支链（取代基）写在主链名称的前面B B 取代基按取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出烷基的小的基团优先列出烷基的大小次序：大小次序：甲基甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基 异戊基异戊基 异丁基异丁基 异丙基。异丙基。6/30/2024有机化学课件C C 相同基团合并写出，位置用相同基团合并写出，位置用2 2，3 3标出标出,取代取代基数目用二基数目用二,三三标出。标出。D D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基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名称之间要用“半字线半字线”隔隔开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，定位，同基合并，6/30/2024有机化学课件B 取代基按取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出烷基的小的基团优先列出烷基的大小次序：大小次序：甲基甲基乙基乙基丙基丙基丁基丁基戊基戊基己基己基异戊基异戊基异丁基异丁基 异异异异异异丙丙丙丙丙丙基基基基基基 异异异异异异丁丁丁丁丁丁基基基基基基 丁丁丁丁丁丁基基基基基基 丙丙丙丙丙丙基基基基基基 乙基乙基乙基乙基乙基乙基 甲基甲基甲基甲基甲基甲基1234567?如何命名？如何命名？例例6/30/2024有机化学课件2-甲基甲基-5,5-二二(1,1-二二甲基丙基甲基丙基)癸烷癸烷6/30/2024有机化学课件?2,4-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 2,4-dimethyl-3-ethyl heptane 3-ethyl-2,4-dimethyl heptane 12345672,6-二甲基二甲基-3-乙基庚烷乙基庚烷 2-甲基甲基-3-环戊基戊烷环戊基戊烷 6/30/2024有机化学课件六、烷烃的构象异构六、烷烃的构象异构 构象构象由于碳碳单键的旋转，导致分子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中原子或原子团在空间的不同排列方式。1.1.乙烷的构象乙烷的构象 构象异构体构象异构体因单键的旋转而产生因单键的旋转而产生的异构体的异构体（构象异构属于立体异构）。（构象异构属于立体异构）。6/30/2024有机化学课件交交叉叉式式 重重叠叠式式 纽曼纽曼(Newman)投影式投影式锯架式锯架式 构象的表示式构象的表示式 交交叉叉式式 HHHHHH重重叠叠式式 HHHHHHHHHHHHHHHHHH6/30/2024有机化学课件（3）乙烷交叉式构象与重）乙烷交叉式构象与重叠叠式构象的能量分析式构象的能量分析C-H 键长键长C-C 键长键长 键键 角角 两面角两面角两氢相距两氢相距110.7 pm154 pm109.5o60o250 pm110.7 pm154 pm109.5o0o229 pm250 pm 240 pm 229 pmE重叠重叠 E交叉交叉 E=12.1KJmol-1每个每个C-H、C-H重重叠的能量约为叠的能量约为4 KJ mol-1当两氢原子间距少于当两氢原子间距少于240pm240pm（二个氢原子的半径和）时，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。式比交叉式内能高。6/30/2024有机化学课件旋转角度旋转角度/能能 量量重叠式重叠式斜交式斜交式交叉式交叉式交叉式交叉式0 60 12012.6kJmol-1 乙烷分子构象的能量曲线乙烷分子构象的能量曲线 交叉式交叉式稳定的优势构象稳定的优势构象 6/30/2024有机化学课件2.正丁烷的构象正丁烷的构象 对位交叉式对位交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式 全重叠式全重叠式 1 2 3 4CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHH6/30/2024有机化学课件稳定性：稳定性：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式 正丁烷正丁烷C C2 2-C-C3 3旋转时各种构象的能量曲线旋转时各种构象的能量曲线 部分重叠式部分重叠式 邻邻位位交叉式交叉式部分重叠式部分重叠式 正丁烷正丁烷C C2 2-C-C3 3旋转时各种构象的能量曲线旋转时各种构象的能量曲线 6/30/2024有机化学课件 构象分布在达构象分布在达到平衡状态时，各到平衡状态时，各种构象在整个构象种构象在整个构象中所占的比例称为中所占的比例称为构象分布。构象分布。15%15%70%能能 量量 计计 算算C-H，C-H 重叠，重叠，4 kJ/molC-CH3，C-CH3邻交叉，邻交叉，3.8 kJ/molC-CH3，C-CH3重叠，重叠，22.6-8=14.6 kJ/molC-CH3，C-H 重叠，重叠，(14.6-4)/2=5.3 kJ/mol（）正丁烷的构象分布和能量计算正丁烷的构象分布和能量计算分子总是倾分子总是倾向于以稳定向于以稳定的构象形式的构象形式存在存在6/30/2024有机化学课件3、丙烷的构象、丙烷的构象E=4+4+5.3=13.3KJmol-1交叉式交叉式 重叠式重叠式 丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构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。二种构象的能差象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-1。6/30/2024有机化学课件高级烷烃的碳链呈锯齿形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，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所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。锯齿形。6/30/2024有机化学课件4、乙烷衍生物的构象分布、乙烷衍生物的构象分布1 1，2-2-二氯乙烷（对位交叉二氯乙烷（对位交叉 70%70%）1 1，2-2-二溴乙烷（对位交叉二溴乙烷（对位交叉 84%-91%84%-91%）1 1，2-2-二苯乙烷（对位交叉二苯乙烷（对位交叉90%)90%)乙二醇乙二醇2-氯乙醇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。交叉构象形式存在。6/30/2024有机化学课件构象与药物的构效关系构象与药物的构效关系多巴胺多巴胺NH2HHHHOHOH1 26/30/2024有机化学课件三、三、烷烃的物理性质烷烃的物理性质外外 观：观：状态状态 颜色颜色 气味气味物理常数：物理常数：沸点（沸点（bpbp)熔点（熔点（mp)mp)折光率（折光率（n)n)旋光度旋光度 密度（密度（D)D)溶解度溶解度 偶极矩（偶极矩（）光谱特征光谱特征 6/30/2024有机化学课件烷烃熔点的特点烷烃熔点的特点 随相对分子质量增大随相对分子质量增大 而增大。而增大。偶数碳烷烃比奇数碳偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值烷烃的熔点升高值 大大（如右图）。（如右图）。相对分子质量相同的烷相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点烃，叉链增多，熔点 下降。下降。奇数碳奇数碳偶数碳偶数碳熔点高低取决于分子间的作用力熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。和晶格堆积的密集度。（一）（一）熔点熔点6/30/2024有机化学课件沸点大小沸点大小取决于分子间的作用力取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点烷烃沸点的特点（1 1）沸点一般很低。）沸点一般很低。（非极性，只有色散力）（非极性，只有色散力）（2）随相对分子质量增大而增大。）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）（运动能量增大，范德华引力增大）（3）相对相对分子分子质质量相同、叉链多、沸点低。量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）（叉链多，分子不易接近）（二）沸点沸点6/30/2024有机化学课件分子间接触面积大分子间接触面积大作用力强作用力强分子间接触面积小分子间接触面积小作用力弱作用力弱bp：36bp：9.56/30/2024有机化学课件 烷烃异构体的熔点、沸点规律烷烃异构体的熔点、沸点规律支链较多烷烃：支链较多烷烃：熔点高、沸点低熔点高、沸点低支链较少烷烃：支链较少烷烃：沸点高、熔点低沸点高、熔点低 正戊烷正戊烷正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷新戊烷新戊烷bpbp 36 36 28 28 9.59.5mp mp -130 -130 -160 -160 -17-176/30/2024有机化学课件烷烃的密度均小于烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。）。偶极矩均为偶极矩均为0。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。（三三）密度密度（四四）饱和烃的偶极矩饱和烃的偶极矩（五五）溶解度溶解度6/30/2024有机化学课件四、烷烃的化学性质四、烷烃的化学性质（一一）总体特点总体特点 （二二）烷烃的卤化和自由基反应烷烃的卤化和自由基反应 （三三）烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解（四四）烷烃的氧化和自动氧化烷烃的氧化和自动氧化6/30/2024有机化学课件、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。生反应。、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。（一一）总体特点总体特点（二二）烷烃的卤代和自由基反应烷烃的卤代和自由基反应卤代反应卤代反应分子中的原子或基团分子中的原子或基团被卤原子取代的反应被卤原子取代的反应称为卤代反应。称为卤代反应。、烷烃的卤代烷烃的卤代取代反应取代反应分子中的原子或基团被分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的其它原子或基团取代的反应称为取代反应。反应称为取代反应。6/30/2024有机化学课件1.甲烷的卤代甲烷的卤代 热或光热或光热或光热或光热或光热或光热或光热或光甲烷甲烷 一氯甲烷一氯甲烷 二氯甲烷二氯甲烷 三氯甲烷三氯甲烷 四氯化碳四氯化碳 简写反应式简写反应式2.卤代反应机理卤代反应机理反应机理是对某个化学反应过程的详细反应机理是对某个化学反应过程的详细描述描述6/30/2024有机化学课件甲烷的卤代反应甲烷的卤代反应自由基的链反应自由基的链反应自由基（游离基）自由基（游离基）自由基（游离基）自由基（游离基）甲烷的自由基链反应：甲烷的自由基链反应：链引发链引发 链增长链增长 链终止链终止 共价键断裂共价键断裂均裂均裂异裂异裂均裂均裂6/30/2024有机化学课件链引发（形成自由基）：链引发（形成自由基）：链增长（延续自由基，形成产物）：链增长（延续自由基，形成产物）：CH3H+Cl CH3+HCl CH3 +Cl2 Cl +CH3Cl CH3Cl +Cl CH2Cl +HCl CH2Cl+Cl2 CH2Cl2 +Cl CH2Cl2 +Cl CHCl2 +HCl CHCl2 +Cl2 CHCl3 +Cl CHCl3 +Cl CCl3 +HCl CCl3 +Cl2 CCl4 +Cl Cl Cl Cl +Cl 热或光热或光6/30/2024有机化学课件CH3 +Cl CH3ClCH3 +CH3 CH3CH3链终止（消除自由基）：链终止（消除自由基）：3.自由基的构型及其稳定性自由基的构型及其稳定性 sp3 sp3四面体四面体 四面体四面体 sp2 平面平面？Cl +Cl Cl2CHHH透视式透视式CH4 CH3CH3Cl6/30/2024有机化学课件 sp3 sp3sp2 请请指出自由基中各碳原子的杂化状态指出自由基中各碳原子的杂化状态自由基自由基平面构型（平面构型（sp2杂化）杂化）结论结论CH3-H CH3 +H 离解能离解能435kJmol-1甲基自由基甲基自由基CH3CH2-H CH3CH2+H 离解能离解能 410kJmol-1 乙基自由基（乙基自由基（1）CH3CH2CH2-H CH3CH2CH2 +H 离解能离解能410kJmol-1 丙基自由（丙基自由（1）形成自由基需要的能量形成自由基需要的能量?6/30/2024有机化学课件(CH3)2CH-H (CH3)2CH+H 离解能离解能 397kJmol-1异丙基自由基（异丙基自由基（2）(CH3)3C-H (CH3)3C+H 离解能离解能385kJmol-1叔丁基自由基（叔丁基自由基（3）自由基的稳定性：自由基的稳定性：3 2 1 CH3，为什么？为什么？结论结论4含多个碳原子的烷烃的卤代反应含多个碳原子的烷烃的卤代反应64%36%+Cl2+光光生物体内的自由基生物体内的自由基 6/30/2024有机化学课件1.1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：明理由：a CHa CH3 3CHCH(CHCHCH(CH3 3)2 2 b CH b CH2 2CHCH2 2CH(CHCH(CH3 3)2 2 c CHc CH3 3CHCH2 2C(CHC(CH3 3)2 22.2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是比是1:3.8:5,1:3.8:5,计算计算2-2-甲基丁烷被一氯代时的产物的甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。相对比及各产物的百分比。3.3.某烷烃某烷烃A A，分子式为，分子式为C6H14 C6H14，氯代时可以得到两，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃种一氯代产物。试推测烷烃A A的结构。的结构。4.4.所有分子式为所有分子式为C C5 5H H1212或或C C8 8H H1818的烷烃中，那些结构的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？的烷烃只能得到一种一氯代产物？.6/30/2024有机化学课件1.Wurtz(武慈）反应：武慈）反应：2.2RX+2Na R-R+2NaX2.铜锂试剂法铜锂试剂法:RX R Li R2CuLi R-RLiCu IRX6/30/2024有机化学课件本章小结：本章小结：烷烃的命名（烷基的命名）；烷烃的命名（烷基的命名）；烷烃的同分异构体的书写；烷烃的同分异构体的书写；烷烃的构象（乙烷、丁烷、优势构象）烷烃的构象（乙烷、丁烷、优势构象）烷烃的物理性质（烷烃的物理性质（m.p,b.p 比较）比较）烷烃的化学性质：卤代机理；烷烃的化学性质：卤代机理；自由基稳定性顺序及原因；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；能线图过渡态；中间体；活化能；反应热；决决速步骤）速步骤）不同不同H的活性（氯代、溴代）的活性（氯代、溴代）6/30/2024有机化学课件