有机化学2章.ppt

第二章饱和烃 烷烃家族的族谱 烷烃 C H两种原子按其成键规律确定的游戏规则拼接有机物 烷烃 碳氢两种元素组成 饱和烃 氢碳呈单键组合的最大比例的烷烃 一 同系列和构造异构 通式 CnH2n 2 同系物 具有相同的结构特征和分子组成通式相同 组成上彼此相差一个CH2的化合物 甲烷CH4 乙烷CH3CH3 丙烷CH3CH2CH3丁烷CH3CH2CH2CH3H3CCHCH3CH3其中正丁烷和异丁烷是同分异构体 符合C4H9的两种饱和烃 分子式C5H11 可以有三种结构不同的饱和烃符合 在饱和烷烃中碳原子的分类 二 命名 1 普通命名法 C总个数对应甲 乙 丙 正 异 新区别支链位置 2 系统命名法 1 选主链 直主链C数对应甲到葵 进一步由11 12 13 完成 2 C原子定位 支链作为取代基 主链C编号从距支链最近开始 先出现的取代基位置最小 3 支链取代基描述优先 取代基的顺序按立体化学次序规则 体现不尊老爱幼的中性道德规范 三 烷烃的结构 C原子周围全单键伸展的立体构图是理解烷烃结构的基石 1 碳原子的成键特征 C原子周围键长 可控距离 C原子周围键角 空间伸展方向综合键长键角 空间立体结构 分子中每个C的立体结构总和给出整个分子结构 在无环境污染的情况下 采取相互间斥力最低的最佳取向 C原子周围键连原子不同时 根据基团大小和键长因素瓜分C周围的空间范围 键角偏离平均化的109 5o 2 单键的旋转和构象 C 碳原子的杂化和分子构型烷 Csp3Csp3 自由旋转 构象异构电子运动的线性软连接形成单键 围绕键轴旋转是天性 但是源自成键两原子上的取代基通过带电斥力和位阻效应限制单键的旋转 以一个C原子为中心 第二个C在四面体的顶点 引入第三个C的成键方向与原键直线有109 5o左右的夹角 直链烷烃的概念是不含支链的曲中求直 1 单键的旋转 2 分子构象和构象异构 乙烷的构象 乙烷的优势构象和构象转化 优势构象 碳周围的最优姿势 与另一碳上的氢也相互避让到最佳程度 斥力最小 能量最低 存在权重大 交叉式 劣势构象 两个碳原子以H为武器 一对一的斗鸡姿势 斥力最大 能量最高最不稳定的构象 存在权重低 重叠式 构象转化 旋转一周 三次交叉重叠的转换 绝对0 旋转静止 分子休眠 呈交叉式优势构象 室温时 能量吞吐之间 乙烷自由旋转 各种构象的动态平衡 扭转能 构象间转化时需要的能量 乙烷的构象转化 丁烷的构象 中间两碳成键为轴 外测两甲基类似乙烷的H看待 甲基比H大 对其他H具有更大的斥力 甲基的引入使三个交叉和三个重叠式也分别不等同 交叉式 甲基偏离最远的对位交叉 能量最低 甲基偏离近的邻位交叉有左邻右舍两种 重叠式 一种甲甲重叠 能量最高 两种甲氢重叠能量居中 丁烷的构象变化 四 饱和烷烃的物理性质 分子缺乏极性 分子间存在极弱的色散力 溶沸点低 密度小 溶沸点 1 分子量大 分子与分子接触机会多 色散力大 分子间限制较强 溶沸点高 2 分子量大 分子笨重 溶沸点高 3 碳原子数一样 支链多 影响相互接近 色散力小 溶沸点低 熔点 沸点 溶解性 密度 沸点 溶解性 相似者相容 溶于非极性或溶解非极性物质 五 饱和烷烃的化学性质 饱和烃清一色的CC和CH键 彼此相对平等的共价键 对外界惰性 不易起反应 是很稳定的化合物 化学反应需要条件激烈 石油 天然气沉睡地下 1 甲烷的卤代反应 反应机理 原料到产物 能掌控到的中间过程 出发点 原料 目的地 产物 途径什么地方 中间是否休息 过渡态 研究机理利于更深入地认识反应 左右反应 甲烷的卤代 自由基反应 自由基反应抑制剂 能使自由基反应减慢或停止的物质 引发剂 反应中加入易产生自由基的试剂 可导致自由基反应的发生的物质 人们希望可控氯代 人为地控制方向 速度和终止 如火炬接力 一直向前 形成各级氯代甲烷 自由基反应的三个关键 1 链的引发 一旦引发 最初的自由基种子 星星之火便去燎原 2 链的增长和循环 接力赛一样 形成产物 一人休息 和新的自由基 接着跑下去 3 链的终止 自由基与自由基遭遇 形成中性化合物 烷烃的自由基氯化 自由基结构 反应过渡态 僵持的拔河状态 双方都用力 能量高 反应活化能 决速步 从原料到最高处 过渡态 是决速步 决定反应能否成功的关键 会当凌绝顶 一览众山小 多碳烷烃不同种类氢的氯化速度 自由基的稳定性 自由基电子的活动空间其他基团拥挤得到缓解稳定的自由基易于形成 卤素的相对活性 2 氧化和燃烧 氧化还原的概念 在有机化合物中加氧去氢是氧化 加氢去氧是还原 非氢氧变换时 共价键中的原子在反应后 原拥有的电子资源略微向