《烃和卤代烃》PPT课件.ppt

第十一章 烃和卤代烃,烃（hydrocarbons）： 1、碳氢化合物，只含碳和氢。 2、是有机化合物的“母体”。 3、一切有机化合物可以看作是烃的衍生物。,烃的分类,烃,开链烃 （脂肪烃）,饱和烃,闭链烃 （环烃）,不饱和烃,脂环烃,芳香烃,烯烃,二烯烃,炔烃,烷烃分子通式为CnH2n+2 系列差：CH2 同系列：具有同一分子通式和相同结构特征的一系列化合物。 同系列中的化合物互称同系物。 同系列是有机化学中一种普遍现象。,（一）烷烃的结构,第一节 开链烃,一、开链烃的结构,烷烃的结构,sp3杂化 烷烃分子中的碳原子都以单键相连，其余的价键完全为氢原子所饱和，所以又称为饱和链烃。 键角109 28 ,键的特点： 成键原子可以绕键轴旋转而键不断裂 旋转的结果改变了分子空间排列,C-H,C-C,C-Cl,乙烷的构象,（二）烯烃的结构,官能团：C=C . 通式CnH2n 单烯烃、二烯烃、多烯烃. 单烯烃和共轭二烯烃最为重要。 通常是指单烯烃.,sp2杂化,两个p轨道参与杂化生成三个相同的sp2杂化轨道. 三个杂化轨道共面上，互成120角. 未杂化p轨道垂直于这个平面.,乙烯的结构,乙烯分子中，碳原子的三个sp2杂化轨道中两个同氢原子的1s轨道重叠形成碳氢键。 未参与杂化的两个p轨道用侧面互相重叠形成一个键.,键与键的比较,（三）炔烃的结构,官能团：-CC- 不饱和烃 通式CnH2n-2 单炔烃、二炔烃、多炔烃 通常是指单炔烃,sp杂化,碳原子2s轨道同一个2p轨道杂化，形成两个相同的sp杂化轨道。 对称地分布在碳原子两侧，二者之间夹角为180,乙炔的分子结构,碳原子一个sp杂化轨道同氢原子的1 s轨道形成碳氢键， 另一个sp杂化轨道与相邻碳原子的sp杂化轨道形成碳碳键，组成直线结构的乙炔分子。,未杂化的两个p轨道与另一个碳的两个p轨道相互平行，“肩并肩”地重叠，形成两个相互垂直的键。,乙炔的分子结构,电子云分布,（一）烷烃的结构异构,碳链异构：分子式相同，碳原子的连接方式不同。,二、 开链烃的结构（构造）异构,（二）烯烃和炔烃的结构异构,碳链异构 位置异构：官能团位置不同而产生 都属于构造异构。,三、开链烃的命名,定义：一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基团，剩下的部分为一价基，简称为“基”“-yl”,甲基,丙基,乙基,异丙基,异丁基,（正）丁基,仲丁基,叔丁基,乙烯基,丙烯基,烯丙基,1.烃基的命名,2.饱和碳、氢原子的分类,伯(1) （pri-) 、仲(2) （sec-) 、叔(3) （tert-) 氢原子. 不同类型氢原子其反应性能不同,3.优先顺序规则,1、按原子序数大小排列，大者优先。 IBrClSPONC D H 孤对电子 2、假使第一个原子相同，比较第二个原子。第二个原子也相同，则沿取代链逐次相比。 (CH3)3C-(CH3)2CH-CH3CH2-CH3- CH3CH2CH2CH2-CH3CH2CH2-CH3CH2- -CH2Cl-CH(CH3)2 前：Cl H H 后：C C H,3、有双键或叁键的基团，一个键相当于连一个原子，重复计算。 HCC-CH2=CH-CH3CH2- -COOH -CHO - CH2OH,注意：比较的是原子序数的大小，而不是几个原子的原子序数之和。,*几种常见的原子或原子团：,-Cl-SO3H-F-OH-NO2-NH2-CH2Cl-COOH-COR -CHO-CH2OH-CR3-C6H5-CH2R-CH3-D-H,(一)烷烃的命名 1、普通命名法,（1）直链烷烃按碳原子数目命名，10以下按天干顺序， 10以上中文数字表明碳原子数。,甲烷methane 乙烷ethane 丙烷propane 丁烷butane 戊烷pentane 十一烷,己烷hexane 庚烷heptane 辛烷octane 壬烷nonane 癸烷decane 十二烷,链端为(CH3)2CH-：加“异”(iso-)。 链端为(CH3)3C-：加 “新”(neo-)。 直链烷烃：加 “正” （ n-常省略）,（2）含支链的烷烃,分为三步：一选二编三命名。 1. 选主链：碳链最长，取代最多 2. 编号：位次最低(最低系列原则) 3. 命名：先小后大(优先基团后列出) 同基合并,关键是如何确定主链和处理取代基的位置,2、系统命名法,2、系统命名法,选择主链,最长的连续碳链,取代基最多,含母体官能团,取代基简单,（1）,最长:,含官能团:,例子:,最多：,简单,编号,2、近（低）从靠近侧链一端开始,3、优先顺序 (a)等距两端同时遇到不同取代基，小的基团在前，大的基团在后 (b)等距两端同时遇到相同取代基则比较第二个取代基大小,（2）,1、近（低）母体官能团位次最低,近（低）母体官能团,近支链,编号正确,编号不正确,近官能团优先于近支链,近 （低）,2 ,7,8-三甲基癸烷（和17） (不是3,4,9-三甲基癸烷)（和16）,优,写出名称,多个相同取代基合并，用二、三、四等表示,按优先顺序写出取代基,多个相同官能团合并，用二、三、四等表示,（3）,5-丁基- 4-异丙基癸烷,2,2,4-三甲基戊烷,2-戊烯,丁二炔,写出 名称,2-甲基-3-己烯,命名基本格式,构型 + 取代基 + 母体,R, S; D, L; Z, E; 顺,反,取代基位置号 + 个数 + 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),官能团位置号+名称 (没有官能团时不涉及位置号),四、开链烃的性质,（一）物理性质,1、沸点（bp) C1C4气态，C5C16液体，C17以上固体 随碳数增加，沸点增加。 2、溶解度； 比重,沸点,（二）开链烃的化学性质,一般情况下，烷烃相当稳定 不与强酸、强碱及常用的氧化剂、还原剂反应。 不易发生离子型反应 可以进行游离基反应,1.烷烃,卤代反应,卤代反应：烷烃的氢原子被卤素原子取代。 卤代反应主要指氯代和溴代反应。 甲烷的氯代反应，光照或高温条件下，可以得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷（氯仿）和四氯化碳的混合物。,反应机理(了解) （游离基取代反应）,游离基反应分三步：链引发、链增长和链终止。,链引发,链增长,活泼的氯游离基引起连锁反应,链终止,生成稳定的化合物，反应终止,化学性质：较活泼。,2.烯烃和炔烃,（1）加成反应,催化加氢,在催化剂Pt、Pd、Ni作用下的加氢反应。,活泼性：F2Cl2Br2I2。 反应可使溴的四氯化碳/水溶液褪色。常用来鉴定碳碳双键。,加卤素（亲电加成反应）,加卤化氢（亲电加成反应）,活性顺序：HIHBrHCl 卤化氢是极性分子 ，氢卤酸为H+X-。 第一步，质子（H+）与烯烃生成碳正离子（中间体）。,第二步，X-与碳正离子结合，生成卤代烷。,慢,马氏规则,当不对称烯烃和卤化氢加成时，氢原子主要加在含氢较多的双键碳原子上，叫做马氏规则(Markovnikovs rule) 。 例如：丙烯与氯化氢加成,（2）氧化反应,烯烃很容易被氧化。 随着氧化剂及反应条件的不同，氧化产物也不同。,1、高锰酸钾氧化：紫色褪去。,2、其他方法氧化,可以常用来鉴定R-CCH(端基炔)结构的炔烃,*端炔特有的反应：炔化物的生成,例如:鉴别结构,五、共轭二烯烃,含有两个C=C双键,分子通式为CnH2n-2 。 1、聚集二烯烃 例如：CH2=C=CH-CH3 。 2、孤立二烯烃 例如：CH2=CH-CH2-CH=CH2 。 3、共轭二烯烃 两个C=C间有一个单键（单双键交替,共轭双键)。 例如:1，3-丁二烯CH2=CH-CH=CH2 (C杂化类型 sp2 sp2 sp2 sp2） 。性质很特殊。,二烯烃分类,1,3-丁二烯的结构,1,3丁二烯分子中p轨道的重叠,1,3丁二烯分子中共轭键,电子离域，键长的平均化，系统更加稳定。 这种体系叫做共轭体系，这种键称为共轭键。,加溴，生成3,4-二溴-1-丁烯和1,4-二溴-2-丁烯。,（二）1,3-丁二烯的加成,加HX，也得到1,2-及1,4-加成产物。,第二节 诱导效应和共轭效应,电子效应：分子中电子云的分布对物质产生的影响。 电子效应又可分为诱导效应和共轭效应。 一、诱导效应（I效应）：由键的极性产生的使分子的电子云密度分布沿价键链发生一定程度的改变。 诱导效应将随着传递距离的增加而迅速地减弱 一般经过34个键后，可以忽略。,诱导效应的方向以C-H键作为比较标准（I效应=0）。 X的电负性大于氢原子叫吸电子基。引起的诱导效应叫做吸电子诱导效应（-I） Y的电负性小于氢原子叫斥电子基。引起的诱导效应叫做斥电子诱导效应（+I）,根据实验结果，一些原子或原子团电负性大小的次序如下：,丙烯是不对称烯烃，甲基是斥电子基，由于氢的电负性比甲基大，所以，丙烯碳碳双键上电子云分布不均匀。,用诱导效应解释马氏规则,第一步，亲电试剂H+向丙烯进攻时,攻击丙烯分子中带部分负电荷的碳。生成的中间体是：,第二步，X-和碳正离子结合，终产物为：,不对称烯烃与HX反应第一步生成的碳正离子有两种可能性：,第二步反应的主产物是2-卤丙烷而不是1-卤丙烷。,碳正离子的稳定性解释马氏规则,电荷稳定性：一个体系电荷越分散，这个体系越稳定。（烷基是斥电子基，碳正离子所接的烷基越多越稳定）。 碳正离子的稳定性顺序为： 3C+2C+ 1 C+ CH3 + 。,碳正离子的稳定性：,二、共轭效应,（一）共轭效应 具体表现：共轭链两端的原子的电负性不同，共轭体系中电子离域有方向性，共轭链上正、负电荷交替出现，沿共轭链一直传递下去。 静态共轭效应；动态共轭效应。 （二）共轭效应的分类 吸电子共轭效应(-C)和斥电子共轭效应(+C)。 共轭体系的分类: -共轭体系、p-共轭体系、超共轭体系。,共轭效应与诱导效应比较,第三节 脂环烃,具有链烃性质的环烃。 脂环烃及其衍生物广泛存在于自然界中 石油中的环烷烃 植物中的挥发油，大多是环烯烃及其含氧衍生物。 甾族化合物都是脂环烃的衍生物,环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷,环烷烃(CnH2n)，与单烯烃互为同分异构体。 称环某烷，环戊烷和环己烷最常见。,一、脂环烃的命名,1-甲基-4-异丙基环己烷,1,2,4-三甲基环己烷,环烯烃(CnH2n-2)，与二烯烃互为同分异构体。 称环某烯，双键位次为最小（1,2位）,4-甲基-1-环己烯,3-甲基-1-环己烯,正确,错误,1,6-二甲基-1-环己烯,2,3-甲基-1-环己烯,正确,错误,（一）加成反应,小环易反应，开环加成。小环象烯，大环象烷。,符合马氏规则。（断裂在含氢最多和最少的C-C上）,二、脂环烃的化学性质,（二）游离基取代,环烷烃与卤素高温、光照下进行游离基取代反应。,环烷烃的稳定性：环己烷环戊烷环丁烷环丙烷,第四节 苯系芳烃,芳烃可分为苯系芳烃和非苯系芳烃； 苯系芳烃又可分为单环芳香烃和多环芳香烃两类。,一、苯的结构,苯分子环状结构及电子云分布图,苯分子模型,一个取代基，烷基作取代基。,二、苯同系物的命名和异构,甲苯,乙苯,苯乙烯,两个取代基，则有三种位置异构体。两个取代基的相对位置，可用邻（o）、间（m）和对（p）或数字表示。,三个取代基，它们的位置用数字表示，相同的三元取代基还可用“连”、“偏”、“均”表示。,芳香烃分子中的一个氢原子被去掉后，所余下的原子团称为芳基，常用Ar-表示。,三、苯及同系物的性质,单环芳烃有特殊的气味，蒸汽有毒，对呼吸道、 中枢神经和造血器官产生损害。 良好的有机溶剂,（一）物理性质,（二）化学性质,苯及同系物具有特殊的“芳香性”。 芳香性：难加成，难氧化，易取代，环系稳定。 取代反应最重要。,邻、对位,1、取代反应（亲电取代）,（1）卤代反应,日光或加热条件甲苯与氯气反应，则取代在侧链上。,（2）硝化反应,浓硝酸及浓硫酸的混合物（混酸）共热。,邻、对位,间位,（3）磺化反应,*苯环的取代定位规律,第二个取代基进入苯环的位置和难易程度主要决定于原有取代基的性质，而与进入的取代基关系较少。这就是苯环亲电取代的定位规律。 苯环上原有的取代基叫做定位基。,定位基,邻、对位定位基： -NH2-OH-OR-R-X,间位定位基: -N+(CH3)3-NO2-CHO-COOH,2、氧化反应,在剧烈条件下和催化剂存在时，苯环才被破坏。 苯侧链可被KMnO4等强氧化剂氧化，苯环被保留。,3、加成反应（了解）,苯环的加成需要较高的或特殊的反应条件。,一、卤代烃的分类和命名,（一）分类,按烃基的结构分类,芳香卤代烃,按卤素连接的碳原子分类,叔（3）卤代烷,卤素不同或卤原子的个数不同分类,饱和卤代烃,不饱和卤代烃,仲（2）卤代烷,伯（1）卤代烷,第五节 卤代烃,1、普通命名法（简单卤代烃） a、某烃基卤,（二）命名,叔丁基溴,苄基氯（氯化苄）,烯丙基溴,b、卤（代）某烃,碘代甲烷,氯乙烯,溴苯,主链含卤原子，以相应烃为母体，将卤原子作为取代基。,2、系统命名法,不饱和卤代烃：不饱和键最小编号,3-甲基-2-氯戊烷 （最低系列）,2-甲基-4-氯戊烷 （优先顺序）,5,6-二氯-2-己烯,（一）亲核取代反应,二、卤代烃的性质,卤烃和碱(NaOH/KOH)的水溶液共热，又称碱性水解。,（二）消除反应（-消除）,碱（NaOH/KOH)的乙醇溶液共热，发生消除反