有机化学第03章烷烃.ppt

Chapter3开链烃 烃 只含C H两种元素的有机化合物 烷烃Alkane 烷烃属于饱和脂肪烃 通式 CnH2n 2 3烷烃 3 1烷烃的命名3 2烷烃的结构3 3烷烃的物理性质3 4烷烃的化学性质 3 1烷烃的命名 烷烃分子中C原子 H原子类型 1 伯C原子 与一个C相连的C原子 与其相连的H叫伯氢 1 H 2 仲C原子 与两个C相连的C原子 与其相连的H叫仲氢 2 H 3 叔C原子 与三个C相连的C原子 与其相连的H叫叔氢 3 H 4 季C原子 与四个C相连的C原子 无季H 3 1烷烃的命名 伯 仲 叔 季碳及伯 仲 叔氢 伯碳 伯氢 仲碳 仲氢 叔碳 叔氢 季碳 3 1烷烃的命名 烷基的概念 烷基 烷烃分子中去掉一个氢之后剩余的部分 原子团 称为烷基 通常用R 表示 几种常用的烷基 甲基Me 乙基Et 亚甲基 次甲基 仲氢 伯氢 正丙基n Pr 异丙基i Pr 几种常用的烷基 仲氢 伯氢 正丁基n Bu 仲丁基s Bu 几种常用的烷基 叔氢 伯氢 异丁基i Bu 叔丁基t Bu 几种常用的烷基 2 1烷烃的命名 命名法则 习惯命名法 适用于简单的有机化合物 以正 异 新等来区别异构体 习惯命名法 例 正戊烷 异戊烷 新戊烷 系统命名法 依据国际通用的IUPAC命名原则 结合中文特点制订 步骤和原则如下 3 1烷烃的命名 命名法则 系统命名法 1 选择主链选择最长 含支链最多的链为主链 根据主链碳原子数称为 某 烷 2 给主链编号用于确定取代基 支链 的位置 3 依次写出取代基的位次 个数 名称于某烷之前 大基团后列出 系统命名法 6个碳原子 4个支链 6个碳原子 2个支链 选择红色为主链 例1 2 2 5 三甲基 3 乙基己烷 系统命名法 绿色编号正确 3 3 4 三甲基己烷 例2 若有多个取代基 则应使编号之和最小 系统命名法 3 甲基 4 乙基戊烷 例3 若有相同编号 则小基团先编号 注意 1 相同取代基数目用汉文数字二 三 表示 2 取代基位号用阿拉伯数字表示 3 阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开 4 阿拉伯数字之间必须用逗号分开 练习 1 3 4 二甲基己烷 2 甲基 3 乙基己烷 2 练习 在烷烃中 甲烷CH4是最简单的分子 它是由1个sp3杂化的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠 生成4个C H键 它的空间结构是正四面体 甲烷分子中的C H键 成键的电子云是围绕着连接两个原子核的轴 即对称轴 而对称分布的 这种键叫做 键 2 2烷烃的结构 碳原子的4个sp3杂化轨道 甲烷的正四面体结构 HCH键角109 5 C H键长0 109nm 电子云呈轴对称具有可旋转性重叠程度高 键较牢固 键的特点 2 2烷烃的结构 烷烃的同分异构现象 立体异构 由于原子在空间的排列不同而引起的异构现象 若各异构体之间可通过 键旋转转化 则为构象异构 否则为构型异构 构造异构 由于原子的连接次序不同而引起的异构现象 随碳原子数增加 异构体数目迅速增加 4个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体 例 正丁烷bp 0 5 Cmp 135 C 异丁烷bp 11 2 Cmp 135 C 烷烃的构造异构 碳链异构 构象 烷烃分子中 围绕C C单键旋转而产生的分子中各原子在空间的不同排列形式 乙烷和正丁烷的构象异构 构象表示法 透视式纽曼式 2 3烷烃的构象异构 立体异构 有机分子中由于围绕 键旋转而产生的分子中原子或基团在空间不同的排列方式称为构象 在乙烷分子中固定一个甲基 使另一个甲基沿C C 键键轴旋转 两个甲基中的氢原子的相对位置就会不断改变 产生各种不同的构象 其中有两种典型构象 一种叫做交叉式构象 另一种叫做重叠式构象 乙烷的构象 乙烷的构象 重叠式构象交叉式构象 透视式纽曼投影式透视式纽曼投影式 乙烷的两种构象示意图 介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象 室温下 乙烷有 交叉式非键斥力 体系能量低 存在时间较长 优势构象 重叠式非键斥力 体系能量高 存在时间较短 不稳定 a 无数个构象 乙烷的交叉式构象 能量最低的最稳定构象 乙烷的重叠式构象 能量最高的最不稳定构象 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 丙烷的结构 丁烷的结构 丁烷的构象 若只考虑绕C2 C3单键旋转 可得到四种具有代表性的构象 对位交叉式部分重叠式邻位交叉式全重叠式 丁烷的对位交叉式构象 丁烷的部分重叠式构象 丁烷的邻位交叉式构象 丁烷的完全重叠式构象 练习 写出1 2 二溴乙烷 绕C1 C2轴 的优势构象 写出2 3 二甲基丁烷 绕C2 C3轴 的优势构象 答案 结论 对位交叉式在动态平衡中 占比例最大 是优势构象 长链烷烃的构象 戊烷的的结构 己烷的结构 庚烷的结构 2 3烷烃的物理性质 非极性分子 不溶于水 沸点 随相对分子质量增加而增加 同分子量时 支链较多 沸点较低 直链烷烃的沸点 熔点 随相对分子质量增加而增加 但偶数碳链的正烷烃由于分子对称性较高 熔点比高一个碳原子的奇数碳原子正烷烃稍高 2 3烷烃的物理性质 直链烷烃的熔点 2 4烷烃的化学性质 结构特点 非极性分子 无官能团 分子中只有 键 所以化学性质不活泼 只有在较剧烈的条件下才能发生化学反应 1 游离基取代反应 反应历程 反应机理 反应所经过的具体步骤 A链引发 卤代反应分三个阶段 其机理 思考 为什么在同一条件下Cl2分子发生离解而CH4不发生离解 CH4离解能104千卡 mol 大 难离解 Cl2离解能58千卡 mol 小 易离解 B链传递 C链终止 例如 Cl243 57 Br23 97 a 卤素的相对反应活性 F2 Cl2 Br2 I2b 氢的相对活性 被取代 3 H 2 H 1 Hc 游离基的稳定性 容易形成程度 CH3 3C CH3 2CH CH3CH2 CH3 计算 可推