有机化学第三版(胡宏纹)第二章-烷烃.ppt

第二章 烷 烃 1、掌握烷烃的结构、命名、同分异构 2、了解烷烃的构像 3、初步掌握烷烃的物理、化学性质 4、了解反应机理的一般概念，掌握烷烃的卤代 反应机理 教学要求： 碳氢化合物及其衍生物 有机化合物 碳氢化合物 烃 烃 饱和烃 不饱和烃 链烃 环烃 烷烃 如甲烷、乙烷、丙烷等 烯烃 炔烃 如乙烯、丙烯、丁烯等 如乙炔、丙炔、丁炔等 饱和环烃 不饱和环烃 如环戊烷、环己烷等 如环戊烯、环己烯等 第一节 烷烃的结构 一 、甲烷的结构 甲烷分子式CH4，四个氢原子正好位于以碳原子为中心的正 四面体的四个顶点上，分子中CH的键长为110pm，HCH的角 度为109o28 二、其它烷烃的结构 烷烃的这种结构是怎么形成的？ C采取SP3杂化，C的SP3杂化轨道与H的S轨道或其它C的 SP3轨道沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式重叠形成键 键电子云沿键轴呈圆柱形对称分布，原子可自由旋转而不 影响电子云重叠的程度 第二节 烷烃的同系列与同分异构 一、同系列 通式：CnH2n+2 系差：CH2 凡具有同一通式，化学性质相似，物理性质随着碳原子 数的增加而有规律的变化，分子式间相差N个CH2的一系列 化合物称为同系列 同系列中各化合物互称同系物 二、同分异构 分子式相同的不同化合物之间互称为同分异构体 因分子中原子或原子团（基团）的连接方式或顺序不同而 产生的同分异构称为构造异构 分子式相同而结构和性质不同的现象称为同分异构 C6H14有多少构造异构体？ 四十烷有62491178805831个构造异构体，怎样才能快速 准确地推导出全部构造异构体？ 伯、仲、叔、季碳原子 和伯、仲、叔氢原子 一、 烷基的概念及名称 第三节 烷烃的命名 烷烃分子中去掉1个H剩余的原子团称为烷基，常用R-表示 二、命名方法 1）普通命名法（适用于简单化合物） 有异构体可能时，必须用正、异、新等词头区分 正己烷 异己烷 新己烷 根据C原子数目称烷， 110个碳的烷烃，用甲、乙、丙 、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；10个碳以上，用数字 十一、十二等表示 正十二烷 2）系统命名法（IUPAC命名法） a. 选择最长碳链作主链，根据主链碳原子数称为烷， 以其 作为母体 b. 从靠近支链一端开始对主链编号，用阿拉伯数字表示 戊烷 庚烷 c. 把支链烷基当作取代基，将其名称写在母体前面，再把表示支 链位置号的数字写在最前面，数字和名称之间用短横线隔开 d. 如果含有几个相同的支链，则在支链名称之前，用汉字数字 表示支链的数目。但表示位置的数字不能省略，而且在阿拉伯 数字之间要用逗号隔开。如含有几个不相同的支链，则按支链 的顺序依次列出，顺序小的列前面 3甲基戊烷2甲基戊烷 2,4二甲基3乙基戊烷 2,4二甲基己烷 顺序规则： 首先比较与主链直接相连的原子，原子序数大顺序大，原子 序数小顺序小，同位素中质量高的顺序大 直接相连的原子相同,则依次比较与其相连的其它原子 含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子 主链选择规则： 存在多条等长碳链时，以支链数目多的作为主链 2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷 最长碳链作为主链 以支链位置号较小的作为主链 2,5-二甲基-4-异丁基庚烷 从顺序小的基团一端开始编号 以支链位置号之和最小的方式编号 主链编号规则: 从靠近支链一端开始编号 2,3,5-三甲基己烷 4-丙基-8-异丙基十一烷 支链上连有支链（取代基）时，从直接与主链相连的碳原子 开始将支链碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支 链名写在括号内 2-甲基 -5-(1,1-二甲基丙基)癸烷 支链编号规则： 2-甲基 -5-1,1-二甲基丙基癸烷 4-isopropyl-5-propylnonane 5-丙基-4-异丙基壬烷 2,3,4,8,9-五甲基-7-乙基癸烷 由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方 式称为构象 一、乙烷的构象 两种极端构象：重叠式和交叉式 第四节 烷烃的构像 介于重叠式与 交叉式之间的 无数构象称为 扭曲式构象 楔形式 锯架式 纽曼式 两种构象的稳定性： 不直接相连的原子间的作用力称为非键张力，张力 总是使体系的内能增加 构象的稳定性与内能有关，内能越低的构像越稳定，交 叉式构像较重叠式构像稳定，其它扭曲式构像的内能及 稳定性介于这两者之间，内能最低的构象称为优势构象 乙烷不同构象的能量曲线图 转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力(扭转张力)： 4.2kJ/mol 室温下，构象异构体 处于迅速转化的动态 平衡中，不能分离 二、正丁烷的构象 绕C-2和C-3之间的键旋转，形成的四种典型构象 对位交叉式 邻位交叉式 全重叠式 部分重叠式 构象稳定性： 对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中， 不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象 第五节 烷烃的物理性质 状态 、沸点(bp) 、熔点(mp) 、相对密度 、溶解度等物理性 质与化合物的结构密切相关 一、状态 烷烃均无色。室温下，C1-C4为气体，C5-C16为液体，C17以 上是固体 。低级烷烃易挥发有特殊气味，高级烷烃难以挥 发无气味 二、沸点 总体是随分子量的增加而增加 CH4 -162 C2H6 -88.6 C3H8 -42 C4H10 -0.5 bp 沸点呈现出的规律如何解释？ bp 36.1oC 25oC 9oC 同分异构体间直链烃最高，支链越多沸点越低 三、熔点 总体也是随 分子量的增 加而增加， 但不像沸点 那样有简单 规律，呈现 出奇偶两条 曲线增加 同分异构体间，通常支链使熔点降低 熔点呈现出的规律又如何解释？ 分子的对称性越好，在晶格中堆积得越紧密，分子间作用力 越大，熔点也就越高 -138 -145 -94-153 -129.8-159 -17-100 讨论 （1）为什么1,2-二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一 定的偶极矩？ 四、密度 五、溶解性 随分子量的增加而增加，但小于1比水轻 不溶于水，易溶于有机溶剂尤其是非极性有机溶剂 化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键键能较大， 极性较小，很稳定。特殊条件下具有反应活性 一、光卤代反应 第六节 烷烃的化学性质 CH3CH2CH3 Cl2 CH3CH2CH2Cl CH3CHClCH3 hv 烃分子中的H被卤素取代的反应称为卤代反应 由反应物到产物所经历的全部过程称为反应机理亦称反 应历程、反应机制 1. 反应机理 氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生氯自由基： 产生甲基自由基： 链增长 产生新的氯自由基： 链引发 链增长 氯甲基自由基的形成： 链增长 氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子： 链增长 自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止： 链终止 整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止 此自由基反应也称链锁反应或链反应 讨论 1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合， 会发生氯代反应吗 ？ 2）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？ 几个关键步骤的能线图 ClCl 243 2. H的反应活性与自由基的稳定性 1oH与2oH被取代的概率为 62 1oH与3oH氢被取代的概率为 9:1 氯代反应三种氢的活性：1H : 2H : 3H = 1 : 3.8 : 5 氯代： 溴代： 溴代反应三种氢的活性： 1H : 2H : 3H = 1 : 82 : 1600 卤代反应中，H的反应活性顺序是：30 20 10 不同氢的反应活性是由自由基的稳定性决定的 H的反应活性是由什么决定的？ 自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关 自由基稳定性次序为 30 20 10 甲基自由基 烷基自由基的结构： 乙基自由基 异丙基自由基 叔丁基自由基 中心碳 sp杂化 孤单电 子占据未参与杂化的P轨道 P轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的 平面 甲基自由基 3. 卤素的反应活性 卤素的活性：F Cl Br I 氟代反应一旦引发将剧烈反应、碘代难以进行 卤代反应的选择性：溴大于氯（Br Cl ) 影响卤代产物异构体相对产率的主要因素： 概率因素、H原子的反应活性、X原子的反应活性 二、燃烧反应 烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热 理论研究上反应热有何用途？ 三、 热裂反应 化合物在高温和无氧存在下的分解反应 第七节 烷烃的合成 一、碳骨架（碳原子数）不变的合成反应 RX Na RR NaX 二、