chapt2烷烃和环烷烃.ppt

,【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。,下页,第二章 烷烃和环烷烃,第一节 烷 烃, 烃 (hydrocarbon)：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：, 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：CnH2n+2,同系列：具有同一个分子通式，在组成上相差一个或 几个CH2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。,构造：原子的连接方式和顺序,立体：分子中原子和基团在空间的排布,（二） C原子和H原子的种类, C 伯(1)、仲（2）、叔（3）、季（4）, H 伯（1）、仲（2）、叔（3）,例：,（三） C原子的sp3杂化及烷烃的形成,1. 碳原子的 sp3杂化,Hybrid orbital,Configuration of C in ground s,2.甲烷、乙烷的形成,甲烷,乙烷,（四）烷烃的构象,这种通过单键的旋转而形成的、可以相互转变的、 原子在空间的不同排列方式称为构象。,1.烷烃的构象,常用透视式和纽曼投影式（简称纽曼式）表示构象：,纽曼式中圆圈表示投影时后面的碳原子，交叉点表示 投影时前面的碳原子。,2.烷烃构象的表示,透视式,纽曼式,交叉式（优势构象）,重叠式,乙烷的两种典型构象,二者内能相差仅12.5kJ/mol,丁烷：,对位交叉式,邻位交叉式,部分重叠式,全重叠式,优势构象,丁烷的构象,1 烷基的概念 烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的基团叫烷基。 用R-表示，其通式为CnH2n+1.,二、 烷烃的命名,甲基,乙基,丙基,异丙基,丁基,仲丁基,异丁基,叔丁基,2 次序规则 （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。 IBrClPONCDH （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。如：,（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。,3 烷烃的命名,普通命名法： （1）根据分子中碳原子的总数称为某烷，碳原子数为1-10的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 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”。 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”。 如：,系统命名法：,（1）选主链，碳链最长，支链最多。 （2）定基位，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。 (4)最长碳链不止一条，选择使取代基最多为主链。如：,2，2，4-三甲基戊（异辛烷）,2,3,6-三甲基-5-乙基己烷,左往右：3，4，9,右往左：2，7，8,最低系列原则,2，3，7，7，8，10-六甲基十一烷 （而不是 2，4，5，5，9，10-六甲基十一烷）,三 烷烃的物理性质,1 物态(state),2 沸点（boiling point 缩写b.p）,直链烷烃,(1) M，b.p；庚烷：100(98.4)。,解释：,而：色散力 共价键数目(即CC、CH),(2)相邻同系物的沸点差(b.p)，随M， b.p。,解释：,(1)支链，b.p。,解释：色散力是近距离。,(2)支链数相同：对称性，b.p；,小结：沸点高低的判断方法,A：数碳原子数目数目，b.p；,B：碳原子数目相同支链，b.p；,支链烷烃(同分异构体),3 熔点melting point(m.p),直链烷烃,M，m.p(C3以后)。,由此可见：含偶数C，m.p的多；含奇数C， m.p的少。从而形成了“偶上奇下”两条曲线。,解释：,在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的 大小，还与晶体中晶格排列的对称性有关。,含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶 格排列紧密。,支链M，m.p(不利于晶格的紧密排列)。,对称性，m.p；高度对称的异构体 m.p 直链异构体。,练习：,1.比较下列各组化合物的沸点高低。并说明 理由。,同分异构体,(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。,4 相对密度：,分子量，密度，但1；支链，密度。,(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；,四、 烷烃的化学性质,卤代反应 烷烃分子中的氢原子被卤素原子取代的反应。,条件：光照或高温,反应活性：,F2Cl2Br2I2,叔氢仲氢伯氢,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。甲烷的爆炸极限为5%15%,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,2. 卤代反应机理：,实验事实：,CH4、Cl2混合物在黑暗中长期保存，不反应。,CH4经光照后与Cl2混合，也不反应。,Cl2经光照后，迅速在黑暗中与CH4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Cl2的光照开始的。,自由基反应历程：,一个自由基能使链增长反应重复5,000次，一个光量子可以引发两个自由基，故可使链增长反应重复10,000次。,3.卤代反应中X2的相对活性：,4.卤代反应的取向：,以C4H10为例：,这就告诉我们：,(1) H原子数目，产率不一定高。可见，H原 子数目的多少不是决定产率的唯一因素。,(2) H原子数目，产率(实)产率预 ,说明各 类H的反应活性不同., 产率 = H 原子数目 H 原子的反应活性,以1H 的反应活性为 1，那么：,5.卤代反应取向的理论解释自由基的稳定性：,为什么不同类型H原子的反应活性次序为： 3H 2H 1H ？,(1) 各类CH键的离解能：, H原子的反应活性次序为： 3H 2H 1H,显然，自由基形成的难易应为：,容易形成的自由基，一定是稳定的自由基。 自由基的稳定性顺序为：,(2) 自由基稳定性的理论解释 ，p-超共轭效应,，p-超共轭效应的大小与参与共轭的CH键数目有关。,6卤代反应的选择性,第二节 环烷烃,一 环烷烃的分类,环烷烃：分子中具有碳环结构的烷烃, 根据碳环的数目分类,两个环共用两个或多个碳原 子的化合物称为桥环化合物。,两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烃。,二 单环烷烃的命名,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“环某烷”。, 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。,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,1，2-二甲基环己烷,桥环烃（二环、三环等）,编号原则：从桥的一端开始，沿最长桥编至桥的另一端，再沿次长桥至始桥头， 最短的桥最后编号。 命名：根据成环碳原子总数目称为环某烷，在环字后面的方括号中标出除桥头碳原子外的桥碳原子数（大的数目排前，小的排后），（如左图）。其它同环烷烃的命名。,7，7-二甲基二环2.2.1庚烷,螺环烃,编号原则：从较小环中与螺原子相邻的一个 碳原子开始，徒经小环到螺原子，再沿大环 至所有环碳原子。 命名：根据成环碳原子的总数称为螺某烷， 在方括号中标出各碳环中除螺碳原子以外的 碳原子数目（小的数目排前，大的排后），其 它同烷烃的命名。,螺3.4辛烷,三 单环烷烃的结构,1 Baeyer理论 张力学说（1885年提出）：,角张力:实际键角偏离正常键角而使分子产生的张力,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。,2 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不同而形成不同构型化合物的异构现象。,顺式,反式, 环己烷的构象异构,典型构象: 船式构象（能量最高） 椅式构象 （能量最低）优势构象,环己烷的优势构象,环己烷的结构与构象,椅式构象,角张力 0,扭转张力 0,范氏力很小,优势构象,船式构象：,角张力 0,扭转张力大,范氏力很大,平伏键 （e 键）,直立键 （a 键）,6个 a键，3个朝上，3个朝下； 6个 e键，3个平伏朝上，3个平伏朝下,环己烷的一元或多元取代物的稳定构象,可见取代基在e键稳定,比较顺-1，2-二甲基环己烷同反-1，2-二甲基环己烷的稳定性,顺（e a ),反（e e ) 稳定,同理：顺，和反，4二取代环己烷分别比 反，和顺，二取代环己烷稳定,画出