有机化学第二章课件(王红)

第二章,饱和烃：烷烃和环烷烃,P60,62,：,（一）单数；,（四）；,（六）；,（八）；,（九）；（十三）；,（十四）。,本章作业：,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,2n,2,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,原则：,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,IUPAC,（,Internationl,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,顺序规则,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，则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、烷烃和环烷烃的结构,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、烷烃和环烷烃的结构,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相同。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、烷烃和环烷烃的结构,异,庚,烷,(isoheptane,),2.,环烷烃的结构与环的稳定性,三、烷烃和环烷烃的结构,(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、烷烃和环烷烃的结构,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),环烷烃的结构,三、烷烃和环烷烃的结构,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、烷烃和环烷烃的结构,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、烷烃和环烷烃的结构,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),反应活性与选择性,卤素的活性,:,F,2, Cl,2, Br,2, I,2,a.,反应活性,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.,氧化反应,(,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,反应,(,isomeration reaction),由一个化合物转变成其异构体的反应叫做,异构化反,应,炼油工业中利用异构化反应，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,应,(,cracking reaction),五、烷烃和环烷烃的化学性质,裂化反应后得到,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应,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,烷烃和环烷烃的命名；,烷烃,(,乙烷，丁烷,),和环烷烃,(,环己烷,),的构象异构；,烷烃和环烷烃的结构对其物理性质的影响；,烷烃自由基取代反应机理及影响因素；,小环烷烃的加成反应。,总 结,