汪小兰有机课件(第四版)烷.ppt

2020 2 23 第二章烷烃 TableofContents第一节烷烃的同序列及同分异构现象一 同序列二 同分异构三 碳 氢原子的类别第二节烷烃的命名一 普通命名法二 烷基三 系统命名法 烷wan 取完全之意 碳被氢完全饱和 烃t ing 指碳tan氢qing化合物 烷烃通式CnH2n 2 2020 2 23 第三节烷烃的构型一 碳原子的四面体概念及分子模型二 碳原子的SP3杂化三 烷烃分子的形成第四节烷烃的构象一 乙烷的构象二 正丁烷的构象第五节烷烃的物理性质第六节烷烃的化学性质一 氧化二 热裂三 卤代 2020 2 23 第七节烷烃卤代反应历程一 甲烷的卤代二 烷烃卤代的相对活性与自由基的稳定性第八节烷烃的制备一 偶联二 还原 2020 2 23 第一节烷烃的同序列和同分异构现象 一 同序列 同系列 结构相似 组成相差CH2或它的倍数的化合物烷烃构造式的表示 2020 2 23 2020 2 23 2020 2 23 同分异构 分子式相同而结构不同的化合物 构造异构 分子或原子连接顺序不同而产生的异构 直链与支链的异构属于碳链异构 属于构造异构 2020 2 23 碳原子的类型 2020 2 23 第二节烷烃的命名 一 普通命名法 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸正 异 新二 烷基 R 烷烃分子去掉氢原子后剩下的部分 CnH2n 1 2020 2 23 TheAlkylGroups 烷基通常用 R表示Alkylgroupsareoftenrepresentedas R Thenamesofalkylgroupsarealways yl Theyhavethegeneralformula CnH2n 1 2020 2 23 常见的烃基CommonAlkylGroups C1throughC4 2020 2 23 CommonAlkylGroups C5andC6 2020 2 23 系统命名法SystematicNomenclature InternationalUnionofPureandAppliedChemistryIUPACCommitteeonOrganicNomenclature 2020 2 23 TheAlkanes 2020 2 23 命名规则NomenclatureoftheAlkanes 选择最长碳链 1选择最长碳链作主链 根据主链所含碳原子数叫做某烷 若有等长碳链 选取代基多的碳链为主链 Alkanesalwayshavetheending ane Sidechains substituents arenamedasalkylgroups 2020 2 23 烷烃命名 2近取代基端编号 最低系列原则由距支链最近的一端开始将主链上的碳原子数子编号 支链的位置用它所连接的碳原子的号表示 取代基距链两端位号相同时从次序小的基团端开始 当主链上有几个支链时按最低系列编号 2020 2 23 较优基团 3支链烷基的名称及位置写在母体名称前面 主链上有不同支链时按次序规则将较优基团列在后面 2020 2 23 次序规则 次序规则 较优基团 单原子取代基 按原子序数大小 I BrClFONCDH 多原子取代基第一个原子相同时依次比较与其相连的其它原子含双键及参键的基团可分别看成连接另外一个或二个碳 2020 2 23 WWUChemistry 43212 Methylbutane2 甲基丁烷 OrganicNomenclature 2020 2 23 FindtheLongestContinuousCarbonChain 123453 甲基戊烷3 Methylpentane 2020 2 23 YouMustChoosetheLongestContinuousCarbonChain 43215674 乙基庚烷4 Ethylheptane 2020 2 23 NumberfromtheEndNearesttheFirstSubstituent 76543214 Ethyl 3 methylheptane3 甲基 4 乙基庚烷 2020 2 23 NumberfromtheEndNearesttheFirstSubstituent 876543213 Ethyl 5 methyloctane5 甲基 3 乙基辛烷 2020 2 23 相同的两个取代基用 二 表示Use di WithTwoSubstituents 12342 3 Dimethylbutane2 3 二甲基丁烷 2020 2 23 EverySubstituentMustGetaNumber 1234563 3 Dimethylhexane 2020 2 23 NumberfromtheEndNearestFirstSubstituent 109876543212 7 8 Trimethyldecane 2020 2 23 NumberfromtheEndWhichHasthe FirstDifference 123456789103 4 8 Trimethyldecane 2020 2 23 AMore Highly SubstitutedCarbonTakesPrecedence 543212 2 4 Trimethylpentane 2020 2 23 NumberfromtheEndNearestthe FirstDifference 123456783 4 二甲基 6 乙基庚烷 2020 2 23 Ifyoucannamethis youcannameanything 1234567894 Isopropyl 2 6 6 trimethylnonane 2020 2 23 含复杂支链烷烃的命名 支链上有取代基 则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号 并将支链取代基位号 名称 连同支链写在括号内 2020 2 23 复杂取代基命名 1 Methylethyl 2020 2 23 NamingComplexSubstituents 1 3 Dimethylbutyl 2020 2 23 NamingComplexSubstituents 2 Ethyl 1 1 dimethylbutyl 2020 2 23 ThisShouldBeFun 1231234567895 丙基 5 1 甲基 1 乙基丙基 壬烷5 1 Ethyl 1 methylpropyl 5 propylnonane 2020 2 23 GoodLuck 7 1 1 Dimethylbutyl 3 ethyl 7 methyldodecane 2020 2 23 DegreeofSubstitution 2020 2 23 DegreeofSubstitution 1 1 1 3 2 3 2 4 1 1 3 2 1 2 1 2020 2 23 第三节烷烃的构型 一 碳原子的四面体概念及分子模型构型 Constitution 具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况 Van tHoffandLeBel分别提出碳四面体概念 2020 2 23 TetrahedralGeometry Methane的正四面体Kekul 模型 甲烷球棒模型 甲烷比例模型 2020 2 23 丁烷的Kekul 模型 球棒模型 丁烷的Kekule模型 球棒模型 2020 2 23 丁烷的斯陶特模型 丁烷的斯陶特模型 2020 2 23 二 碳原子的sp3杂化 2020 2 23 sp3HybridOrbital 2020 2 23 三 烷烃分子的形成 2020 2 23 第四节烷烃的构象 构象 Conformation 一定构型的分子通过单键旋转 形成各原子或原子团的空间排布 Differentarrangementsofatomswithinamoleculethatcanbeconvertedintooneanothermerelybyrotationaboutsinglebonds 一 乙烷的构象 2020 2 23 Ethane Staggered交叉Conformation SideView EndView 乙烷的交叉式构象 2020 2 23 Ethane eclipsed重叠conformation SideView EndView 2020 2 23 构象表示方法 锯架式 透视式 投影式 2020 2 23 交叉式 重叠式 构象异构体 2020 2 23 ConformationsofEthane 乙烷构象能量图 2020 2 23 扭转张力TorsionalStrain Extrapotentialenergythatamoleculepossessduetothepresenceofeclipsedbonds 由于重叠产生的能量升高 Extrapotentialenergythatamoleculepossessesbecausegroupsarecrowdedtogether orareforcedtoapproacheachothertowithinthesumoftheireffectiveradii 2020 2 23 二 丁烷的构象 CH3CH2CH2CH3看成是1 2 二甲基乙烷 沿C2C3旋转 产生各种构象 典型构象有四种 2020 2 23 能量大小顺序全重叠 1 2 3 4 2020 2 23 Butane anticonformation sideview对位交叉 endview 2020 2 23 Butane gaucheconformation邻位交叉构象 sideview endview 2020 2 23 Butane synconformation全重叠 sideview endview 2020 2 23 Butane anticlinalconformationoreclipsed 120conformation部分重叠 sideview endview 2020 2 23 ConformationsofButane 丁烷构象能量图 2020 2 23 StericStraininButane gaucheconformation closecontactbetweenmethylgroups 2020 2 23 StericStraininButane synconformation reallycrowded 2020 2 23 第五节烷烃的物理性质 物质状态 C4以下gas C5C16liquid C17以上solid 沸点 分子间范德华力越大 其沸点越高 正烷烃的沸点是随着分子量的增加而升高的 范德华力包括静电引力 诱导力和色散力 2020 2 23 1 正烷烃的沸点随碳原子数的增多而升高2 正烷烃的沸点高于它的异构体 支链烷烃 b p CH3 CH2 2CH3 0 5 CH3 2CHCH3 10 2CH3 CH2 3CH3 36 1 CH3 2CHCH2CH3 27 9C CH3 4 9 5 2020 2 23 熔点 分子晶体的熔点不仅取决于分子间的作用力的大小 而且取决于晶体中碳链的空间排布 对称性 情况 同分异构体中 对称性越高的熔点越高 C4以上的正烷烃的熔点随着碳原子数增加而升高 偶数碳原子的烷烃的熔点升高多些 m p CH3 2CCH2CH3 159 9CH3 CH2 3CH3 129 7 CH3 4C 16 6溶解度 likedissolveslike 2020 2 23 第六节烷烃的化学性质 CC CH键能较大 极性小 故化学性质比较稳定 一 氧化 烷烃部分氧化成各种含氧衍生物 醇 醛 羧酸 在工业上有应用 2020 2 23 TheInternalCombustionEngine 内燃机 2020 2 23 二 热裂 热裂 有机化合物在高温和无氧条件下发生键断裂的反应 温度在450 以上 为自由基反应 催化热裂的温度可以低些 裂化在炼油工业上是一个很重要的反应 2020 2 23 三 卤代 卤代反应 有机化合物分子中的氢原子被卤原子取代 生成卤代物 并放出卤化氢的反应 2020 2 23 甲烷的氯代 2020 2 23 25 时 不同类型氢原子一氯代的相对活性 3 H 2 H 1 H 5 4 1 而溴代的选择性更高 相应为1600 82 1 例 预测下面反应所生成的一溴代异构体的比例 2020 2 23 2020 2 23 反应机理由反应物到产物经历的途径 从反应物到产物过程中键的断裂及形成包括各种中间体及过渡态说明电子的转移反映立体化学特点各步反应的相对速率 2020 2 23 第七节烷烃卤代反应历程 反应历程 Reactionmechanism 化学反应所经历的途径或过程 有称反应机理或反应机制 一 甲烷的卤代历程Experimental 1 黑暗下不加热 无反应2 仅加热 能反应3 仅光照 即使1个光子 也能产生许多分子的卤代产物4 氧气的存在 能延缓反应的发生 2020 2 23 自由基取代历程 链的引发 链的传递 链的终止 属链锁反应 2020 2 23 自由基的产生条件 加热 光照 引发剂 2020 2 23 二 卤素对烷烃的相对反应活性 F2 Cl2 Br2 I2 F2 Cl2 Br2 I2 2020 2 23 三 烷烃对卤代反应的相对反应活性与烷基自由基的稳定性 1 结构 CH3 Sp2平面构型 甲基自由基的结构烷基自由基的稳定性次序 3 2 1 CH3 2020 2 23 第八节过渡状态理论 基元反应 2020 2 23 决定反应速度的是活化能 而不是反应热 2020 2 23 ENERGYPROFILE onestepreaction product startingmaterial transitionstateTS activationenergyEa heatofreactionDH ENERGY 能线图 一步反应 2020 2 23 甲烷氯代反应的决速步骤 产生甲基自由基的一步 2020 2 23 中间体和过渡态的异同相同点 能量高 寿命短 活性高 不同点 中间体处能谷 能证实 过渡态处能峰 不能分离出来 2020 2 23 startingmaterial product Ea1 Ea2 DH intermediate TS2 TS1 ENERGYPROFILE twostepreaction ENERGY step1 step2 能线图 二步反应 2020 2 23 第九节烷烃的制备 一 偶联反应1 Wurtz合成法 仅适合对称烷烃的制备 2020 2 23 2 Corey House和成法 3 Kolbe电解法