烷烃有同分异构体区别

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 烷烃和环烷烃,第一节 烷 烃,一 烷烃的结构,二 烷烃的命名,四 烷烃的化学性质,五 烷烃的卤代反应历程,第二节 环 烷 烃,一 环烷烃的分类,二 单环烷烃的命名,三 单环烷烃的结构,四 环烷烃的化学性质,三 烷烃的物理性质,【学习要求】,1. 了解C原子和H原子的类型以及烷基。,4. 掌握烷烃和环烷烃的化学性质及影响因素。,5. 掌握构象异构和顺反异构产生的原因、特 点、命名及书写。,2. 掌握普通命名法和系统命名法的基本原则，并能熟练命名烷烃和环烷烃。,3. 了解同系物沸点、熔点变化规律。,第一节,烷 烃, 烃,：,由C、H 两种元素组成的化合物 叫碳氢化合物，简称烃。根据碳架的形状及碳原子间连接的方式分类如下：,烃,脂肪烃,脂环烃,芳香烃,不饱和脂肪烃（,烯烃、炔烃、二烯烃）,饱和脂环烃（,环烷烃,）,不饱和脂环烃（,环烯烃、环炔烃,）,含苯芳烃（,萘、蒽、菲,）,非苯芳烃,饱和脂肪烃（,烷烃,）,烷 烃,定义：分子中只含 C、H 两种元素；,烃分子中碳原子之间以单键连接，碳原,子的其余化合价完全为氢原子所饱和。,通式,：,C,n,H,2 n,+ 2,同系列,：具有同一个分子通式，在组成上相差一个或几 个CH,2,的一系列化合物。,同系物,：同系列中的化合物彼此互为同系物。,（一）,烷烃的同分异构现象,一. 烷烃的结构,分子式相同而,结构,不同的现象。,同分异构,构型,构造异构,构象,（,键的旋转产生,）,立体异构,碳架异构,位置异构,官能团异构,互变异构,顺反异构,（,键的不能旋转产生,）,旋光异构（,手性产生,）,分子中原子和基团在空间的排布不同,原子的连接方式和顺序不同,与,一个碳,相连：一级碳原子，或,伯,碳（primary），用1,0,C表示，一级碳上的氢称一级氢，用1,0,H表示。, 与,两个碳,相连：二级碳原子，或,仲,碳（secondary），用2,0,C表示，二级碳上的氢称二级氢或仲氢，用2,0,H表示。, 与,三个碳,相连：三级碳原子，或,叔,碳（tertiary），用3,0,C表示，三级碳上的氢称三级氢或叔氢，用3,0,H表示。,与,四个碳,相连：四级碳原子，或,季,碳（quaternary），用4,0,C表示,（二） C原子和H原子的种类,碳原子的四种类型,1,C,（伯碳，一级碳）,primary carbon,2,C,（仲碳，二级碳）,secondary carbon,tertiary carbon,3,C,（叔碳，三级碳）,4,C,（季碳，四级碳）,quaternary carbon,1,H,（伯氢）,2,H,（仲氢）,3,H,（叔氢）,二种类型 2,C,二种类型 1,C,二种类型 1,C,分析下列化合物所含碳原子种类,碳原子种类的,扩展,1,自由基,（伯自由基）,2,自由基,（仲自由基）,3,自由基,（叔自由基）,1,碳负离子,（伯碳负离子）,3,碳正离子,（叔碳正离子）,(三).构象 (formation) 和构象异构体,C,C,单键是可以旋转的,单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）,不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）,乙烷的两种构象,构象(conformation)：,原因：,由于键绕键轴“自由”转动，非键合原子或基团在空间产生不同的排列,由于,单键旋转,所形成的异构体称,构象异构体,构象异构体的数量,： 无数,典型构,象：,根据能量的高低具有代表性的构象,A：构象异构体之间不可能完全分开,B：,构象异构体之间的转换不需断键,构象异构体的特点,：,描述立体结构的几种方式,伞形式,锯架式,Newman投影式,注意Newman投影式的写法,键电子云排斥，,von der waals,排斥力，,内能较高,（最不稳定）,乙烷的构象,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,staggered,conformer,skewed,conformer,eclipsed,conformer,原子间距离最远,内能较低,（最稳定）,优势构象,（有无数个）,小于两个H 的,von der waals,半径（1.2）之和，有排斥力,乙烷构象转换与势能关系图,旋转中须克服能垒,扭转张力,电子云排斥,相邻两,H,间,的,von,der,waals,排斥力,一般情况下( T-250,o,C):,单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。,一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。,丁烷的构象,对位交叉式（anti）,（反交叉式）,部分重叠式,邻位交叉式,（gauche）,全重叠式,邻位交叉式,（gauche）,甲基间距离最远(,最稳定,),较不稳定,较稳定,甲基间距离最近,（最不稳定）,丁烷构象转换与势能关系图,其它烷烃的构象,规律: 大基团总是占据对位交叉,最稳定,最不稳定,立体异构体：,由原子或基团在,空间,的排列（或连接）方式不同所产生的异构体（包括,构型异构体,和,构象异构体,）,立体异构体、构型异构体与构象异构体,构型异构体,不可转换,理论上可分离,构象异构体,可通过单键旋转转换,一般无法分离,见分类,二. 烷烃的命名,取代基（烷基）,：烷烃,去掉一个氢原子,后留下的原子团,烷烃,烷基,普通命名法,用于简单化合物的命名,IUPAC,命名法（系统命名法）,（,IUPAC,:,国际纯粹与应用化学联合会，,I,nternational,U,nion,of,P,ure,and,A,pplied,C,hemistry,）,一些常见的烷基,（1）取代基中与主链直接相连的原子按,原子序数,由大到小排列，原子序数大的为优先基团。,HDCNOFPSClBrI,次序规则,（,2）若取代基中与主链直接相连的,第一个原子,相同，则把与,第一个原子,直接相连的,其他原子,进行比较，若仍相同，则继续比较，直到有差别为止。,较优基团,与主链直接相连的,第一个原子,与主链直接相连的,其他,原子,（3）含有双键和三键的基团，可以看作是用单键连有两个或三个相同的原子或基团。,较优基团,较优基团,比较下列基团的优先顺序,（1）根据分子中碳原子的总数称为#烷，碳原子数为1-10的用甲、乙、丙、丁、表示。10个以上的用中文数字表示。如：十二烷。,（2）直链烷烃，名字前加“正”。,链端,第二个碳原子,上有一个甲基而无其他支链的，名字前加 “异”,（CH,3,）,2,CH,。,链端,第二个碳原子,上有二个甲基而无其他支链的，名字前加“新”。,（ CH,3,）,3,CCH,普通命名法,例：,中文名,英文名,甲烷,乙烷,丙烷,methane,ethane,碳原子数目,+,烷,碳原子数为,110,用天干（甲、乙、丙、,壬、 癸）表示,C1,C2,C3,propane,碳原子数为10以上时用,中文数字,表示,。,如：十二烷,异构词头用词头,“,正,”、“,异,”和“,新,”等区分,相应的英文词头为,n,-,(normal),、,iso,和,neo,（注意不加“,-,”,）,中文名,英文名,正,丁烷,异,丁烷,正,戊烷,异,戊烷,新,戊烷,n,-,but,ane,iso,but,ane,n,-,pent,ane,iso,pent,ane,neo,pent,ane,C4,C5,系统命名法(,IUPAC),：,（1）,选主链,，碳链,最长,，支链,最多,。,（2）,定基位,，,有多个排序时,遵循“,最低系列原则,”(最先遇到位次较低的取代基为最低系列），,有多个最低系列时,，按“,次序规则,”使,较优基团,位次较大。,(3)书写时，标明取代基的位次，名称，且按,先简后繁。如：,例,最长链为主链,取代基编号数最小,取代基最多的链为主链,小基团排在前面（英文以字母顺序排列）,练习,2，6二甲基- 3，6二乙基壬烷,写出 3甲基8乙基6氯十一烷的结构式,化合物性质的两个方面,物理性质,物态：,气体？ 液体 ？ 固体？,沸点（,b.p.,）,熔点（m.p.）,密度（比重）,溶解度：,水中溶解度？ 有机溶剂中？,折光率,化学性质：,有机化学反应,（本课程的重点）,三 烷烃的物理性质,1 物态,常温、常压(0.1MPa,),C,5,C,16,：,液态,C,1,C,4,：,气态,C,17,：,固态,2 沸点（,b.p,）,随分子质量的增加而增高，但高级烷烃沸点差较小，难以分离。在同分异构体中 ，分子中支链增多 ，分子间距增大，,分子间作用力,减少，沸点降低 。,分子间作用力,b.p,M,支链少,3 熔点(m.p),随分子质量的增加而增高 ，熔点高低与,分子间作用力,、,分子在晶格中的排列有关,。分子对称性高，排列比较整齐，分子间作用力大，熔点高 。,偶数碳原子的烷烃比含奇数碳原子的烷烃熔点升高值大，两者形成两条熔点曲线 。对同分异构体，分子的对称性越高，分子排列越紧密有序，熔点越高。,M,，m.p,烷烃 正戊烷 2-甲基丁烷 2，2-二甲基丙烷,熔点,：,-129.72 -159.9 -17,沸点： 36.1 25 9,如：,结论：,高度对称,支链异构体,m.p 直链异构体不对称的支链异构体,。,练习,：,1.比较下列各组化合物的沸点高低。并说明理由。,(1)正丁烷和异丁烷； (2)正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷；,(3)庚烷、3-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷。,2.比较下列各组化合物的熔点高低。并说明理由。,(1) 正戊烷、异戊烷和新戊烷；,(2) 正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷；,4 相对密度：,分子量，密度，,但1；,支链，密度。,5 溶解度：,易溶于非极性的有机溶剂，不溶于极性溶剂,C H,电负性 2.5 2.2,烷烃的结构,一般情况下烷烃化学性质,不活泼、耐酸碱,（常用作低极性溶,剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）,烷烃可与卤素发生,自由基取代反应,（烷烃的重要反应）,sp,3,杂化,已饱和,不能加成,低极性共价键,H不易被置换,四 烷烃的化学性质,甲烷的卤代反应,甲烷的氯代反应,反应特点:,(1)反应需光照或加热。,(2)光照时吸收一个光子可产生几千个氯甲烷（反应有引发过程）。,甲烷与其它卤素的反应,反应速率:,F,2, Cl,2, Br,2, I,2,（不反应）,F,2,：,反应过分剧烈、较难控制,Cl,2,：正常（常温下可发生反应）,Br,2,：稍慢（加热下可发生反应）,I,2,：,不反应。即使反应, 其逆反应易进行,主要讨论的内容,2 氧化反应：,烷烃在高温和空气中燃烧，生成二氧化碳和水，并放出大量的热。,注: 烷烃与空气以一定比例混合后会发生爆炸，这就是煤矿常见的瓦斯爆炸。,有机反应的类型,离子型反应 由共价键异裂成离子而引起的反应。,自由基反应 由自由基而引起的反应。,五 烷烃的卤代反应历程,自由基的稳定性顺序：,叔自由基仲自由基伯自由基甲基自由基,异裂,均裂,烷烃上H原子的活性顺序：,叔H 仲 H 伯H 甲基H,根据离解能解释自由基的稳定性及H的活性,自由基的能量越高越不稳定，C-H断键所需能量越低， 该H越活泼,2. 卤代反应机理：,实验事实,：,CH,4,、Cl,2,混合物在黑暗中长期保存，不反应,。,CH,4,经光照后与Cl,2,混合，也不反应,。,Cl,2,经光照后，迅速在黑暗中与,CH,4,混合，反应立即发 生。,实验事实告诉我们：,烷烃的卤代反应是从Cl,2,的光照开始的。,光提供的能量：330kJ/mol Cl-Cl 断键能量：242.4,kJ/mol,C-H 断键能量: 435 kJ/mol,甲烷的,氯代,反应机理的表达,自由基型,链反应（chain reaction）,自由基,中间体,过渡态,(,Transition State,),理论,在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（,活化能,，相应结构称为,过渡态,），然后再转变为产物。,例：机理步骤(2),过渡态,势能增加,势能降低,过渡态,：,反应物转变为产物的中间状态，,（,推测的）势能最高处,的原子排列，,寿命= 0，无法测得。,中间体：,反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，,中间体,一般很活泼，但可通过实验方法观察到。,对比,势能最高,甲烷氯代的势能变化图,过渡态,:,势能最高处的原子排列，,Ea,：活化能,D,H,:,反应热,机理的决速步骤,（以氯代为例）,D,H,(反应热),+,7.5,kJ/mol,吸热,112.9,kJ/mol,放热,决速步骤,3,.卤代反应中,X,2,的相对活性,：,注：从,反应热,来解释，放出的热越多越易进行,从,活化能,来解释，活化能越小越易进行,第二节,环烷烃,(cycloalkane),一 环烷烃的分类及命名,螺环烃(两个碳环共用1个C)；,稠环烃,(两个或两个以上,苯环,共用两个相邻C),桥环烃(,两个或两个以上,碳环,共用两个以上C,),环烷烃：分子中具有碳环结构的烷烃,（一）环烷烃的分类,根据碳环的数目分类,单环烷烃,多环烷烃,小环(C,3,C,4,)；,普通环(C,5,C,7,)；,中环(C,8,C,11,)；,大环(C,12,)。,螺环烃,稠环烃,桥环烃,（,二） 单环烷烃的构造异构和命名,命名,以碳环为母体，环上侧链为取代基，根据成环碳原子的数目称“环#烷”。,一个取代基时 称#基环#烷,多个取代基时 从较小的原子或基团开始，遵循,最低系列原则,编号。,有多个最低系列时，使较优基团位次较大。,1，2-二甲基-1-乙基环丙烷,正确,1，2-二甲基-2-乙基环丙烷,错误,不饱和键位次最小,练习,：,1-甲基-3-已基-4氯环己烷,1-甲基-2-乙基-5-异丙基环己烷,反-1-甲基-3-乙基环己烷,注：当环上有复杂的取代基时，碳环作为取代基,4-甲基-1-环丙基己烷,三 单环烷烃的结构,角张力:实际键角偏离正常键角而使分子产生的张力,（一） 单环烷烃的结构,扭转张力:相邻C上的H原子间因距离太近而产生的斥力,由此可见：,(1) 键的,重叠程度小,，稳定性 。,(2) 电子云分布在,两核连线的外侧,，增加了试剂进攻的可能性，故具有,不饱和烯烃,的性质。,（二） 单环烷烃的立体异构,顺反异构,由于两个成环碳原子上所连接的不同原子或基团在空间的,排列（分布）不同,而形成不同构型化合物的异构现象。,顺式,反式,顺反异构产生的原因：,键不能旋转,顺反异构体的特点： 为不同物质，转换需断键,环己烷的构象异构,环己烷中C-C,键在环不破裂的情况下，可发生协同扭转，产生无数构象。,典型构象,: 船式构象（能量最高）,椅式构象 （能量最低）优势构象,环己烷的椅式构象,环己烷的船式构象,范德华张力：原子间由于距离太近,( a键,2.甲基H与C3、C5直立H距离,远,不存在范德华力,多取代环己烷的优势构象,1，2二取代：,顺,反,ae,ae,aa,ee,优势构象,注：环己烷中的顺反，若相同基团都朝上或下，即,顺,，若,相同基团,一个朝上，一个朝下，即,反,多元取代环己烷优势构象的书写规律,取代基尽可能在e键上,体积大的取代基尽可能在e键上,例1 写出顺-1-甲基-4-异丙基环己烷的优势构象。,同时要满足顺反异构和位置,例2 写出反-1-甲基-2-乙基环己烷的优势构象。,例3 写出下列化合物的优势构象。,四 环烷烃的化学性质,1. 与烷烃类似的性质,（1）卤代反应：,（2）氧化反应：,所有环烷烃,2. 与烯烃类似的性质 小环烷烃的加成,（1） 加H,2,：,（2） 加X,2,：,3. 加HX：,练习,2 如何鉴别丙烷和环丙烷,1,