有机化学课件第2章烷烃.ppt

第二章 烷 烃 基本概念 烃：只含有C、H的有机化合物。 烷烃：分子中C之间以单键连接的开链烃，通式为 同系列：具有同一通式，组成上相差一个或多个CH2的一系 列化合物。 同分异构体：分子式相同，结构不同的化合物。 构造异构： 分子中各原子的连接次序不同。 CnH2n2。 第一节 烷烃的同系列和构造异构 正丁烷 bp: -0.5 mp: -138.3 异丁烷 bp: -11.7 mp: -159.4 构造异构体之间的的物理性质不同 甲烷的正四面体 烷烃的结构 110 pm 凯库勒模型：用不同的颜色的小球 代表各种原子，用短棒表示化学键 。凯库勒模型使用方便、能清楚地 看出原子在空间的相对的位置和几 何特征，不能准确地表示原子的大 小比例和键长。 斯陶特模型:根据分子中各个原子 的大小比例和键长按一定的比例放 大制成的，能准确的表示原子的大 小比例，但是价键的空间分布情况 不容易看清楚。 丁烷的凯库勒模型（球棒模型） 丁烷的斯陶特模型 正己烷 第二节 烷烃的命名 一. 碳原子类型：伯 (1)、仲(2)、 叔(3 )、季(4 )碳 氢原子按所连的碳原子分为：伯(1)、仲(2)、叔(3 )氢 伯(1) 仲(2) 叔(3 ) 季(4 ) 练习：标出伯、仲、叔、季碳原子 二. 烷烃的命名 1. 普通命名法 （1）C原子数的确定：n10 “天干” （甲,乙,丙,丁,戊,己,庚,辛,壬,癸） n10 十一、十二等。 （2）直链烷烃为正某烷 例如 （3）简单的支链烷烃 例如 正戊烷 新戊烷异戊烷 2. 烷基：烷烃分子RH中去掉一个H原子，剩余的基团 ，常用R来表示。 甲基（Me-）乙基（Et-）正丙基（n-Pr-） 异丙基（i-Pr-） 叔丁基（t-Bu-）异丁基（i-Bu-） 仲丁基（s-Bu-） 新戊基 常见烷基（P25） 3. 系统命名法 （1）选主链：选取含支链最多的最长碳链为主链，确定母体，称“某烷”。 （2）编号：从离支链最近的一端对主链碳原子编号或遵循最低序列规则。 取代基 母体 （3）命名：先取代基后母体的顺序，取代基按次序规则排列，较优基团 后列出，相同取代基合并。 次序规则（P84） a. 原子序数较大的基团优先。 b. 如果取代基的第一个原子相同，采用外推法比较后面的原子。 (CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 (C, C, C) (C, C, H) (C, H, H) (H, H, H) c. 以双键、三键相连原子可以看成是与两个或三个相同原子相连。 例： 2,4-二甲基-3-乙基己烷 3-甲基-4,7-二乙基壬烷 3-甲基-4-异丙基-6-(1,2-二甲基丙基)癸烷 构象：由于单键的旋转而产生的分子中原子在空间的不构象：由于单键的旋转而产生的分子中原子在空间的不 同排列方式称为构象（同排列方式称为构象（conformationconformation）。）。 围绕C-C键旋转产生无穷 多的构象，一般研究典型 的极限构象。 第三节 烷烃的构象 l l 描述立体结构的几种方式描述立体结构的几种方式 透视式透视式锯架式锯架式NewmanNewman投影式投影式 扭转角（P28） 1. 乙烷的构象 a. 重叠式最不稳定构象 b. 交叉式最稳定构象 范德华半径之和 乙烷的构象能量转化图 12kJ/mol CH3 H H H CH3 HC2旋转60 1 2 3 4 CH3 HH H H H3C CH3 H H H H H3C 60o CH3 HH CH3 H H 60o60o CH3 H H CH3 H H 2. 丁烷的构象 反交叉式反交叉式 （最稳定）（最稳定） 部分重叠式部分重叠式 （较不稳定）（较不稳定） 顺交叉式顺交叉式 （较稳定）（较稳定） 全重叠式全重叠式 （最不稳定）（最不稳定） 顺交叉式顺交叉式 稳定性为：反交叉式顺交叉式部分重叠式全重叠式 l l 丁烷构象转换与位能关系图丁烷构象转换与位能关系图 丁烷典型构象的球棒模型 反交叉部分重叠顺交叉全重叠 高级烷烃的构象：相邻碳对位交叉 物质的物理性质主要包括状态、气味、颜色、沸点、熔物质的物理性质主要包括状态、气味、颜色、沸点、熔 点、密度、折光率和溶解度等。点、密度、折光率和溶解度等。 状态：常温(25)常压(760mmHg)下， 密度：烷烃的密度都小于1 (0.424-0.780) 溶解度：烷烃不溶于水，易溶于非极性有机溶剂。 直链烷烃 C1C4 气体，C5C16 液体，C17 固体 第四节 烷烃的物理性质 l分子间相互作用力 P33 偶极-偶极相互作用 极性分子之间的一种相互作用 HClHCl + -+ - 偶极-偶极相互作用的结果，分子之间结合得较牢固。 例如，丙酮 （M 58）b.p. 56 丁烷（M 56）b.p. -0.5 ver der Waals 力 （色散力）P33 普遍存在于有机化 合物分子或原子间的相互作用力 + -+ - AB 诱导偶极-诱导偶极作用力 l非极性分子间只有范德华力 l 色散力与分子中原子的数目和大小约成正比 对物理性质如沸点、溶解性的影响 氢键 当H与电负性很强且原子半径较小的原子（如N，O，F等原子）相连 时，电子云偏向电负性较大的原子，使H变成近乎氢正离子状态，与 另一电负性很强的原子发生静电吸引作用，使氢原子在两个电负性很 强的原子之间形成桥梁，这样形成的键称为氢键，其本质也是一种很 强的偶极-偶极相互作用。 l氢键特点：饱和性 方向性（与未共用电子对的对称轴一致） 形成氢键必须具备的条件： （1）分子中有H原子 （2）X-HY中的X和Y原子元素的电负性大，半径小，且有孤电子对 一般地，只有N、O、F三种元素才能满足第二个条件。羧酸、醇、 胺以及蛋白质和某些合成高分子化合物等物质的分子（或分子链） 之间都存在有氢键。因为这些物质的分子中含有F-H、O-H或N-H键 。 水分子间形成的氢键 对物理性质如沸点、溶解性的影响 分子间作用力大小顺序： 氢键偶极-偶极吸引力范德华力 沸点:(i)直链烷烃随分子量增加有规律升高 (ii)同数碳的烷烃异构体，直链的沸点最高，支链越多 沸点越低。 熔点:(i)随分子量增加而升高 (ii)含偶数碳的烷烃高于相邻含奇数碳的烷烃 (iii) 熔点不仅取决于分子大小，而且与分子在晶格中 排列有关，支链低于直链异构体，分子对称性好，熔点高 五. 烷烃的化学性质 C C H H 电负性电负性 2.5 2.5 2.22.2 l l 烷烃的结构烷烃的结构 spsp 3 3 杂化杂化 已饱和已饱和 不能加成不能加成 低极性共价键低极性共价键 H H 酸性小酸性小 不易被置换不易被置换 烷烃中仅含有C-C键和C-H键，分子无极性或极性很弱，化学性质不活 泼。常温下与强碱、强酸、强氧化剂、强还原剂不反应，但稳定性是 相对的。 取代反应 氧化反应 异构化反应 裂化反应 1. 燃烧 有机化学中，有机化合物分子中 引入氧或者脱去氢的反应，称为氧化反应； 失去氧或者引入氢的反应，称为还原反应。 l燃烧 完全氧化，生成二氧化碳和水 l氧化 部分氧化，碳键断裂，生成醇、醛、酮、酸等含氧有 机化合物的混合物。 反应通式： 燃烧热：1摩尔烷烃完全燃烧放出的热量，不同的烷烃异构体， 燃烧热越低，越稳定。（见P36表2.3） 总结：支链烷烃比直链烷烃稳定；支链越多越稳定。 CnH2n2 (3n+1)/2 O2 nCO2 + (n+1)H2O + Q 生成热（P37） 化合物受热分解称为热解。 烷烃热解，C-C键均裂，生成两个自由基，自由基是活性中间体， 可以相互结合、歧化（P38）。 2. 烷烃的热解 键裂解能（KJ/mol）：共价键均裂生成自由基所需要的能量。 CH3- CH3-376.8 C2H5-360.1 i-C3H7-360.1 t-C4H9-351.7 C-C键裂解能（KJ/mol） 3. 烷基自由基的稳定性顺序:叔 仲 伯 （P39） 例: 烷基自由基的中心碳原子接近SP2杂化 CH2Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl Cl + CH3Cl CH2Cl + HCl CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl Cl + CH4 CH3 + HCl 4. 卤代反应 a. 反应通式： h 或 b. X2反应活性：F2Cl2Br2I2 c. 反应机理：自由基取代反应 i. 链的引发 ClCl Cl + Cl h 或 ii. 链的增长 iii. 链的终止 Cl + Cl Cl2 Cl + CH3 CH3Cl Cl + CH2Cl C2HCl2 CH