有机化学第二章课件王红

第二章,饱和烃：烷烃和环烷烃,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,烷烃和环烷烃的命名,烷烃和环烷烃的结构,烷烃和环烷烃的物理性质,烷烃和环烷烃的化学性质,烷烃和环烷烃的构象,一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构,烃类化合物,(Hydrocarbons),脂肪族,(Aliphatic,),芳香族,(Aromatic),烷烃,Alkanes,烯烃,Alkenes,炔烃,Alkynes,脂环烃,Cyclic Aliphatic,一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构,1.,烷烃和环烷烃的通式,a.,烷烃,(Alkane),CH,4,、CH,3,CH,3,、CH,3,CH,2,CH,3,、CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,烷烃的通式：,C,n,H,2n2,b.,环,烷烃,(Cycloalkane),环烷烃的通式：,C,n,H,2n,2.,烷烃和环烷烃的构造异构,一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构,a.,烷烃：,C,4,H,10,:,同分异构体:,分子式相同，而结构不同的化合物。,碳架异构:,碳骨架不同引起的构造异构。,构造异构体:,分子式相同，原子间互相连接的次序(构造)不同。,异构体,(isomers),一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构,一、烷烃和环烷烃的通式和构造异构,b.,环烷烃：,与烷烃类似，但比烷烃,复杂,C,5,H,10,:,异构现象是造成有机化合物数目庞大的原因之一,第二章,饱和烃：烷烃和环烷烃,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,烷烃和环烷烃的命名,烷烃和环烷烃的结构,烷烃和环烷烃的物理性质,烷烃和环烷烃的化学性质,烷烃和环烷烃的构象,二、烷烃和环烷烃的命名,1.,伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子,2.,烷基和环烷基,二、烷烃和环烷烃的命名,烷烃和环烷烃分子从形式上,去掉一个氢原子,后剩余的部分分别称为,烷基和环烷基,(alkyl and cycloalkyl)。,R-,正烷基：去掉直链烷烃末端氢原子所得的烷基。命名时用“正或,“normal的第一个字母“n表示。,仲烷基：去掉一个仲氢原子所得烷基用“仲或 “secondary的,前三个字母“sec表示。,叔烷基：去掉一个叔氢原子所得烷基叫叔烷基。用“tertiary的前,一个字母“t表示。,异烷基：链端倒数第二位碳原子上带有一个甲基支链。用“isom-,eric的前一个字母“i表示。,二、烷烃和环烷烃的命名,二、烷烃和环烷烃的命名,烷基的通式：,C,n,H,2n+1,环烷基的通式：,C,n,H,2n-1,烷烃分子从形式上去掉两个氢原子后剩余的基团称为,亚烷基,二、烷烃和环烷烃的命名,3.,烷烃的命名,(1).,普通命名法,正,（,n,）,表示直链烷烃,异,（,i,）,表示链端第,二位,C,原子上,带有,一个,甲基。,新,（,neo,）,表示链端,第二位,C,原子,上带有,两个,甲基,二、烷烃和环烷烃的命名,(2).,衍生物命名法,将烷烃看作是,甲烷,的烷基衍生物。,1.,选择连有,烷基最多的,C,原子,作为甲烷的,C,原子，而把与此,C,原子,相连的基团作为甲烷,H,原子的取代基。,2.,取代的烷基,按大小排列，,简单在前，复杂在后，相同合并。,二、烷烃和环烷烃的命名,原那么：,二、烷烃和环烷烃的命名,(3).,系统命名法,(CCS),有机化合物最常用的命名法是IUPACInternationl Union of Pure and Applied Chemistry),国际纯粹化学和应用化学联合,会系统命名法。,构型,+,取代基,+,母体,R, S;,Z, E,取代基位置号,+,个数,+,名称,官能团位置号,+,名称,(有多个取代基时，中文按,顺序规那么确定次序，小的在,前；英文按英文字母顺序排列),(没有官能团时不,涉及位置号),二、烷烃和环烷烃的命名,a. 选主链,选择,连续的最长的取代基最多,的碳链为主链，按主链的碳数定,为“某烷”。（如果两条主链的长度一样，则选择,旁支多,的为主链),b.,编序号,从,靠近支链较近,的一端为主链依次编号；如果两个支链靠近碳链的两端一样近，则应从较为,靠近第二支链一端,为主链编号。,二、烷烃和环烷烃的命名,“最低系列是指当碳链以不同方向编号，得到两种或两,种以上不同的编号序列时，那么顺次逐项比较各序列的不同位,次，首先遇到位次最小者，定为“最低系列。,二、烷烃和环烷烃的命名,简单取代基的编号最小,二、烷烃和环烷烃的命名,二、烷烃和环烷烃的命名,4.,环烷烃的命名,二、烷烃和环烷烃的命名,根据分子中环的数目，可分为,单环,脂环烃、,二环,脂环烃,和,多环,脂环烃。,(1),单环环烷烃的命名,以碳环作为母体，环上侧链作为取代基，名字前面加环字(cyclo)。环上碳原子的编号顺序，按“最低系列使取代基编号最小, “较优基团以较大的编号，。,二、烷烃和环烷烃的命名,1-,甲基,-2-,乙基环己烷,1,1-,二甲基,-3-,异丙基环戊烷,3-,甲基,-4-,环丁基庚烷,二、烷烃和环烷烃的命名,(2),二环环烷烃的命名,二环脂环烃根据环的连接方式可分为以下四种类型：,联环烃：两个环彼此以单键或双键直接相连。,螺环烃：两个环共用一个碳原子。,稠环烃：两个环共用两个相邻的碳原子。,桥环烃：两个环共用两个不直接相连的碳原子。,都有两个桥头碳原子和三条连在桥头上的“桥,a.,桥环烃：,二、烷烃和环烷烃的命名,命名：,根据组成环的,碳原于总数,命名为,“某烷”，,加上词头,“双环”。,b.再把各“桥”所含的碳原子的数目(桥头碳原子除外)，按,由大,到小,的次序写在 “双环”和“某烷”之间的方括号里，数字用,圆点,分开。,c. 环上碳原子编号则从一个桥头碳原子开始，,先编最长,的桥至,第二个桥头；再编余下的,较长的桥,，回到第一个桥头，最后,编,最短的,桥。而编号的顺序以,“最低系列”,为原则。,双环,庚烷,双环4.1.0,庚烷,3,7,7-三甲基双环4.1.0,庚烷,8,8-,二甲基双环,3.2.1,辛烷,二、烷烃和环烷烃的命名,二、烷烃和环烷烃的命名,b.,螺环烃：,两个碳环共用一个碳原子螺原子的化合物。,a. 根据组成环的碳原子总数，命名为,“某烷”，,加上词头,“螺”。,命名：,c.,环上有取代基时，碳原子的编号是从连接在螺原子上的个碳原子开始，,先编较小的,环，且使取代基,编号最小,，然后经,过螺原子,再编第二个环。,b. 再把连接于螺原子的两个环的碳原子数目，按由小到的次序写在“螺”和“某烷”之间的方括号里，数字用圆点分开。,螺,庚烷,螺2.4,庚烷,5-甲基螺2.4,庚烷,二、烷烃和环烷烃的命名,二、烷烃和环烷烃的命名,第二章,饱和烃：烷烃和环烷烃,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,烷烃和环烷烃的命名,烷烃和环烷烃的结构,烷烃和环烷烃的物理性质,烷烃和环烷烃的化学性质,烷烃和环烷烃的构象,三、烷烃和环烷烃的构造,1.,键的形成及其特性,原子轨道沿核间联线,(键轴),相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道，称为,轨道。,轨道上的电子称为,电子。,轨道构成的共价键称为,键。,在甲烷分于中，已知碳原子为,sp,3,杂化，,CH,键是由碳原子的,sp,3,杂化轨道与,氢原子的,1s,轨道,在对称轴的方向交盖而成。,碳为,SP,3,杂化，,C-H,键， 键角,10928,烷烃：,在乙烷分子中，,CH,键也是由碳原,子的,sp,3,杂化轨道与氢原于的,1s,轨道在,对称轴的方向交盖而成。,CC,键是,由两个碳原子各以一个,sp,3,杂化轨道在,对称轴的方向交盖而成,三、烷烃和环烷烃的构造,甲烷,(methane),乙烷,(ethane),其他烷烃上碳原子所连接的四个原子或原子团并不完全相,同，因此每个碳上的键角并不完全一样。除乙烷外，烷烃分子,的碳链并不排布在同一条直线上，而是曲折地排布在空间。,三、烷烃和环烷烃的构造,异庚烷,(isoheptane,),2. 环烷烃的构造与环的稳定性,三、烷烃和环烷烃的构造,(1),燃烧热与环的稳定性,燃烧热：,1 mol,化合物完全燃烧生成,CO,2,和,H,2,O,所放出的热量。,燃烧热,大,，分子能量,高,，稳定性,小；,燃烧热,小,，分子能量,低,，稳定性,大,三、烷烃和环烷烃的构造,环,烷烃比开链烷烃具有,较高的能量,环越小，,分子越,不稳定,环己烷,是个,无张力环,环己烷和,C12,以上的大环化合物都是很稳定的化合物。,结论：,(2) 环烷烃的构造,三、烷烃和环烷烃的构造,环烷烃：,=,碳为,SP,3,杂化， 弯曲键,(,bent bonds).,105.5,0,角张力：,键角偏差引起的张力。,Baeyer,张力学说：,脂环烃的不稳定性源于这种角张力，因此分子几何,内角偏离,109.5,o,越多，,角张力越大，分子越不稳定。,三、烷烃和环烷烃的构造,Baeyer,错在何处？,几何内角的计算是基于分子的共平面性，事实上不是,共平面,三、烷烃和环烷烃的构造,2,-甲基-,3,-乙基己烷,8,-甲基双环,3.2.1,辛烷,1,3,7,-三甲基螺,4.4,壬烷,练 习,练 习,1,-,甲基,-2-,丙基,-5-,乙基环己烷,2-,甲基,-4-,乙基,-1-,丙基环己烷,1-,丙基,-2-,甲基,-4-,乙基环己烷,第二章,饱和烃：烷烃和环烷烃,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,烷烃和环烷烃的命名,烷烃和环烷烃的结构,烷烃和环烷烃的物理性质,烷烃和环烷烃的化学性质,烷烃和环烷烃的构象,四、烷烃和环烷烃的构象,构造：,原子间相互连接的方式和次序称为构造,(,constitution,)。,构象：,由于围绕单键旋转而引起的分子中各原子在空间的不同,排列方式称为构象,(,conformation,)。,乙烷两个碳原子可以绕他们之间的键自由旋转，两个碳原子上各连接的三个氢原子的相对位置不断变化，由此产生的不同空间形象，称为构象异构。,d,1,= 229 ppm,d,2,= 250 ppm,1.,乙烷的构象,四、烷烃和环烷烃的构象,Newman,投影式:,是,从,CC,键的延长线,上观察，两个碳原子在,投影式中处于重叠位置。,表示距离观察者较近的碳原子及其三键。,表示距离观察者较远的碳原子及其三个键。,H,3,C,CH,3,四、烷烃和环烷烃的构象,=,四、烷烃和环烷烃的构象,稳定性：交叉式 重叠式,2.,丁烷的构象,四、烷烃和环烷烃的构象,对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 仲氢 伯氢 甲基氢,五、烷烃和环烷烃的化学性质,(4) 反响活性与选择性,卤素的活性:,F,2, Cl,2, Br,2, I,2,a. 反响活性,b.,选择性,五、烷烃和环烷烃的化学性质,卤素的选择性:,F,2, Cl,2, Br,2, 仲氢 伯氢 甲基氢,a.,自由基的稳定性顺序为：,c.,卤素的活性:,F,2, Cl,2, Br,2, I,2,d.,卤素的选择性:,F,2, Cl,2, Br,2, I,2,哪种构象更稳定？,练 习,2. 氧化反响 (oxidation reaction),五、烷烃和环烷烃的化学性质,不完全燃烧,完全燃烧,甲醛，福尔马林,制造肥皂,五、烷烃和环烷烃的化学性质,3. 异构化反响 (isomeration reaction),由一个化合物转变成其异构体的反响叫做异构化反响,炼油工业中利用异构化反响，使石油馏分中的直链烷烃异化为支链烷烃以提高汽油质量(辛烷值).,4. 裂化反响 (cracking reaction),五、烷烃和环烷烃的化学性质,裂化反响后得到较低级的烷烃，也含有烯烃和氢,重要的化工原料,五、烷烃和环烷烃的化学性质,5. 小环环烷烃的加成反响,a. + H,2,Difficult !,b. + Br,2,(addition of bromine),:,(addition of hydrogen),五、烷烃和环烷烃的化学性质,c. + HBr (addition of hydrogen halide),环的破裂发生在,含氢最多和含氢最少,的两个碳原子之间,卤化氢的加成时，,氢加在含氢多的碳原子上，,卤素加在,含氢少的碳原子上,