有机化学课件02烷烃.ppt

本章学习要求掌握烷烃系统命名法 IUPAC 与普通命名法 自由基取代反应历程 Newman投影式的书写 环烷烃的结构与化学性质的关系及其重要化学反应 环己烷的一元 二元取代物的优势构象 了解烷烃的物理性质及其变化规律和单环烷烃的命名 通式 CnH2n 2例 CH4C2H6同系列 具有相同的通式 在组成上相差CH2或它的倍数 结构相似 化学性质相似 物理性质随碳原子数的增加而有规律地变化 这类化合物系列称为同系列 同系物 同系列中的化合物互称为同系物 系列差 相邻的同系物在组成上相差的结构单元 CH2 1 1烷烃的通式和同系列及同分异构 1烷烃 同分异构 分子式相同而结构 构造 不同的化合物称为同分异构体 这种现象称为同分异构现象 碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多 它的同分异构体也越多 如 C7H16的同分异构体数9个 C8H18的同分异构体数可达18个 C10H22的同分异构体数可达75个 碳链异构 碳原子之间的连接方式不同而呈现出的异构现象 例 由于碳链异构现象 引起了碳原子与碳原子的连接方式不同 由此可将碳划分为四种类型 同时 与不同类型的碳原子相连的氢原子也可以分为几种类型 在烷烃中碳原子与碳原子之间可能有四种结合方式 因此把碳原子分为伯 以1 表示 仲 2 叔 3 季 4 四类 连在伯 仲和叔碳原子上的氢 分别称为伯 仲和叔氢原子 不同类型的氢原子的反应性不同 1普通命名法 称某烷 甲 乙 丙 癸 十一 十二 碳数 11 中文数字加前缀 正 异 新 1 2烷烃的命名 异 新 2 带支链的烷烃i选主链 母体 含碳原子数最多 带支链最多的碳链作为主链 数出其碳原子总数 把它当作直链烷烃 按方法 1 命名 支链作取代基 ii对主链碳原子编号 a 从靠近取代基的一端 b 两端位置相同 从简单取代基的一端 c 按最低系列 使取代基所连碳的位次最小 2系统命名法 IUPAC 1 无支链的直链烷烃 某烷 同普法 不加前缀 iii写出化合物名称 命名 取代基位次 取代基名称 母体名称 a相同支链要合并 阿拉伯数字之间加逗号 阿拉伯数字与汉字之间添短线 b多个支链书写顺序 按 顺序规则 小前大后 较优基团较后列出 顺序规则 A 原子序数大者为较优基团 同位素质量大者为较优基团 B 如取代基与母体相连第一原子相同 则比较其次相连的原子 依次类推 C C C C CC C C CCCC 2 6 二甲基 4 丙基辛烷 3 8 二甲基 5 乙基癸烷 1 2 3 4 2 2 二甲基戊烷 3 甲基 4 乙基己烷 2 5 6 三甲基辛烷 2 7 9 三甲基 6 异丁基十一烷 烷基的命名及缩写 烷烃 去掉一个H生成的一价原子团叫烷基R CnH2n 1 去掉两个H生成的二价原子团叫亚某基 去掉三个H生成的三价原子团叫次某基 C sp3杂化 C C C H键均为 键 键角接近109 28 1 3 1甲烷和乙烷的分子结构 1 3烷烃的结构 1 3 2乙烷和丁烷的构象1 乙烷分子 构象 由于围绕单键的旋转而产生的分子中原子在空间中的不同排列 两种极限构象式 重叠式和交叉式 构象的表示方法 透视式 锯架式 纽曼投影式 2 丁烷分子四种极限构象 常温下C1 C4的直链烷烃为气体 C5 C16的直链烷烃为液体 C17以上的直链烷烃是固态 随相对分子质量增加 沸点相应增加 异构体中支链烷烃比直链烷烃沸点低 支链越多 沸点越低 支链数目相同者 分子对称性越好 沸点越高 1 4烷烃的理化性质 1 4 1物理性质 熔点随着相对分子质量增大而增加 含偶数碳原子烷烃的熔点比奇数碳原子的熔点升高较多 原因 有较高对称性 支链烷烃比同分异构的直链烷烃熔点低 但对称性特高的支链烷烃比同碳数的直链烷烃熔点要高 如新戊烷熔点 16 6 比戊烷 129 7 高 原因 对称性高者排列较紧密 熔点较高 相对密度小于1 随着相对分子质量增加 相对密度增大 异构体中支链增多 相对密度降低 溶解度烃类皆不溶于水 易溶于有机溶剂 符合 相似者相溶 规则 1 4 2化学性质 C H和C C键的键能强 极性小 因此 对离子型试剂有相当大的化学稳定性 在一般情况下 烷烃与大多数试剂 如强酸 强碱 强氧化剂等都不起反应 但在一定条件下 例如在高温或有催化剂存在时 烷烃也可以和一些试剂作用 一般性 1 取代反应 1 甲烷氯化机理 自由基机理 特征 在光照 加热或催化剂存在的条件下进行 有自由基中间体生成 均裂反应 2 其他烷烃的卤代 i H的活性 叔H 仲H 伯H 与反应中产生的自由基有关 含单电子的碳原子上连接的烷基越多越稳定 R3C R2HC RH2C H3C ii 卤素的活性 F2 Cl2 Br2 I2 自由基的结构 碳为sp2杂化 未杂化的p轨道有一个单电子 属于缺电子体系 不稳定 反应活性高 2 氧化反应 烷烃在通常情况下是不被氧化的 但是它能在空气中燃烧 剧烈氧化 生成二氧化碳和水 同时放出大量的热能 因此烷烃可以用作燃料 3 裂化与裂解 烷烃在无氧条件下进行的热分解反应 500 700 称为裂化反应 过程复杂 包括C C键C H键的断裂 生成小分子烷烃 烯烃及氢气等混合物 2 1脂环烃的分类与命名 分类 2环烷烃 1 单环烷烃 小环 普通环 正常环 中环 大环C数 3 45 78 11 122 多环烷烃 螺环烃 稠环烃 桥环烃 环烷烃的顺反异构 假定环中碳原子在一个平面上 以环平面为参考平面 两取代基在同一边的叫顺式 cis 否则叫反式 trans 单环烷烃的通式 CnH2n 命名 1 单环烷烃 a 根据环中碳原子的数目叫 环某烷 b 环上取代基的位次和编号写在母体环烃名字前面 编号 原则与烷烃相同 c 若有两个取代基 则在最前面标明 顺 反 d 若取代基碳链较长 则环作为取代基 2 多环烷烃 a 根据成环的碳总数 叫螺 某烷 b 两环除开共用C 螺碳原子 外的C数 由小到大 放于 内 并用下角原点隔开 c 编号 从小环 共用C 大环 并尽可能使取代基为最小 螺环烃 a 判断环数及总碳数 称几环 某烷 环数 将桥环烃变为开链化合物需要断开的C C键的最小数 b 将桥上碳原子数 不包括桥头碳 由多到少顺序列在 内 并用下角原点隔开 有几个桥就有几个数字 c 编号 从第一个桥头碳开始 从最长的桥编到第二个桥头碳 再沿次长的桥回到第一个桥头碳 即按桥渐短的次序将其余的桥依次编号 若有取代基 则尽量使其位次较小 桥环烃 包括稠环烃 两个或两个以上碳环共用两个以上的碳原子 二环 4 2 0 辛烷 2 7 7 三甲基二环 2 2 1 庚烷 三环 2 2 1 02 6 庚烷 2 2环烷烃的分子结构 环丙烷的结构 环丙烷分子中碳原子为sp3杂化 C C键为弯曲键 香蕉键 分子中存在着较大的张力 角张力和扭转力 所以易开环 发生加成反应 环丁烷的分子结构 存在张力 较环丙烷小 所以开环反应比环丙烷困难 环戊烷的分子结构 C C C夹角为108 环张力很小 分子稳定 不易开环 而易发生取代反应 环己烷及六元环以上的环烷烃的键角都为109 5 符合四面体结构 为无张力环 所以分子稳定 不开环 与开链烃的性质相似 共性 同烷烃相似 光照或加热下发生自由基取代反应 难氧化 特性 小环的开环加成 2 4环烷烃的化学性质 2 3环烷烃的物理性质 1 加氢 2 加溴 3 加溴化氢 1 环丙烷活性最大 不稳定 易发生开环加成 H2 X2 HX 3 环丙烷衍生物开环位置 取代最多的C与取代最少的C之间 加成位置 符合马氏规则 2 其他环烷烃性质与开链烷烃相似 发生X2的自由基取代反应 结论 马氏规则 H加成到含H较多的C上 X加成到含H较少的C上 环已烷椅式构象特点 2 5环己烷的构象 1 每个C上有两个C H键 其一为a键 直立 与分子对称轴平行 另一为e键 平伏 与a键成109 5 夹角 12个C H键分为两组 一组为a键 一组为e键 2 两种椅式构象可相互翻转 一种构象的a键是另一种构象的e键 3 相邻两组a键伸展方向相反 一个向上 一个向下 e键也如此 取代环己烷的构象 环已烷两种椅式构象能量无差别 无法区分 处于动态平衡中 当六个碳原子上连的都是氢时 两种构象是同一构象 连有不同基团时 则构象不同 CH3 CH3 93 7 a键取代基结构中的非键原子间斥力比e键取代基的大 取代基越大 e键型构象为主的趋势越明显 1 环己烷多元取代物的最稳定的构象是e 取代最多的构象 2 环上有不同取代基时 大的取代基在e 键的构象最稳定 例1 反 1 2 二甲基环己烷最优构象 同一平面上的比较 在同侧为顺 a e在异侧为反 a a e e 反式 e e 比顺式的稳定 a a 实际上不存在 能量太高 叔丁基在e键上的构象比在a键上的另一种构象要稳定的多