第二章-烷烃和环烷烃PPT课件

.,1,第一节烷烃,第二节环烷烃,第二章烷烃和环烷烃,.,2,第二章烷烃和环烷烃,教学要求：1、掌握烷烃的分子结构,碳原子类型；烷烃的系统命名方法,卤代反应,游离基取代反应机理,伯、仲、叔碳原子卤代反应速度2、熟悉烷烃的同分异构现象，乙烷、正丁烷的构象，环己烷的构象3、了解烷烃卤代的反应机理、熟练地对脂环烃进行命名或写出结构式。,.,3,烃：只含有碳氢两种元素的有机化合物称为碳氢化合物，简称烃（hydrocarbon）,hydrocarbon,chainhydrocarbon,Cyclichydrocarbon,saturatedhydrocarbonalkane,unsaturatedhydrocarbon,alkene,alkyne,alicyclichydrocarbon,aromatichydrocarbon,.,4,第一节烷烃,定义：烃分子中，碳和碳之间互相以单键相连，碳的其余价键均与氢原子相连接的烃称为烷烃，烷烃也称饱和烃。,一、同系列和构造异构,.,5,（一）烷烃的同系列和同系物,CH2,CH2,CH2,CH2,结构相似而分子组成上相差一个或多个CH2原子团的一系列化合物叫做同系列。该化合物之间互称为同系物。,烷烃的通式：CnH2n+2,.,6,（二）烷烃的同分异构现象,分子组成相同而分子结构不同的现象，称为同分异构现象（isomerism）。分子式相同而结构式不同的化合物互称为同分异构体。,以5个碳的烷烃为例说明同分异构体的书写,（1）首先写出直链烷烃CH3CH2CH2CH2CH3,（2）取出1个碳作为支链,（3）取出2个碳作为支链,.,7,在烷烃中，只有大于4个碳的烷烃才有同分异构体，且这种现象是由于组成分子的原子或原子团的连接次序不同引起的，属于构造异构。,分子式C5H10,.,8,（三）碳原子和氢原子的分类,(1)伯碳原子（一级碳）：只与一个碳原子相连C1、C5、C6、C7、C8,(2)仲碳原子（二级碳）：与两个碳原子相连C4,(3)叔碳原子（三级碳）：与三个碳原子相连C3,(4)季碳原子（四级碳）：与四个碳原子相连C2,.,9,二、命名,（一）普通命名法,普通命名法适用于结构简单的烷烃。,1.直链烷烃：碳原子数从一到十的，采用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）代表碳原子的数目，称某烷；碳原子数在十以上时，则用中文数字十一、十二、十三表示。例如：,CH3CH2CH2CH2CH2CH3己烷,辛烷,十一烷,.,10,2、支链烷烃,注意:某字包括分子中所有的碳原子数。,.,11,(二)系统命名法,结构比较复杂的烷烃，采用系统命名法。系统命名法是采用国际通用的IUPAC(internationalofPureandAppliedChemistry)命名法，结合我国文字的特点制定的。系统命名法的特点就是每个化合物只有一个名称，名称和结构密切相关。系统命名法主要是确定主链和处理取代基的位置。取代基在此指各种烷基，烷烃分子中去掉一个氢原子剩下的原子团叫做烷基，用R表示，其通式为CnH2n+1。常见烷基的结构及名称如下：,.,12,.,13,烷烃的系统命名法的主要规则是：,1选择最长的碳链为主链，根据主链所含碳原子数称某烷。,2当主链上连有取代基时，从靠近取代基的一端开始对主链上的碳原子进行编号，依次用阿拉伯数字1，2，3标出取代基的位次。位次号码与取代基之间用一短线连接起来，写在母体化合物名称的前面。例如：,3甲基己烷,.,14,3若在主链的不同碳原子上连有不同的取代基时，则按取代基从小到大的顺序排列。例如：,3甲基5乙基4丙基壬烷,取代基由小到大的顺序为：,.,15,4若在主链上连有相同的取代基时，无论在同一碳原子上，还是在不同碳原子上，则将取代基合并，取代基的数目用二、三、四数字表示，标在取代基的前面，各取代基的位次按照编号标出。例如：,2，3，3三甲基己烷,.,16,5若有几条等长的碳链时，要选含取代基最多的碳链作主链。例如：,2甲基3乙基戊烷,2,3,6-三甲基-4-丙基庚烷,.,17,甲烷的结构,分子式：CH4,结构式：,C为SP3杂化,三、结构,.,18,四、烷烃的构象异构（conformationalsomer）,因键轴旋转而产生分子的原子或原子团的不同空间排列称为构象。,构象异构属于立体异构（stereoisomer）,（一）乙烷的构象,.,19,重叠式交叉式（eclipsed）(staggered)Newmanprojectionformula,构象的稳定性交叉式重叠式,在重叠式中，碳原子上的氢原子相距最近，排斥力最大，分子能量最高，最不稳定。,在交叉式中，氢原子距离较远，排斥力小，体系稳定。,.,20,乙烷分子构象的能量曲线,.,21,（二）正丁烷的构象,正丁烷分子在围绕C2-C3键旋转时，有4种典型的构象异构体。,对位交叉式,anticonformation,邻位交叉式,gaucheconformation,部分重叠式,eclipsed,全重叠式,alleclipsed,nBuNewmanprojectionformula,稳定性对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,.,22,正丁烷C2-C3旋转时构象的能量曲线,部分重叠式,全重叠式,部分重叠式,.,23,五、烷烃的物理性质,六、烷烃的化学性质,（一）氧化和燃烧,烷烃在常温状态下与强酸、强碱、强氧化剂不应。,（三）甲烷的卤代反应,取代反应（sabstitutionreaction）有机化合物中氢原子被另一原子或原子团取代的反应叫取代反应。,（二）热裂反应,.,24,1甲烷的卤代反应（halogenation）,.,25,包括：链引发（chain-initiatingstep）链增长（chain-propagatingstep）链终止（chain-terminatingstep）,反应机理：游离基取代反应（free-radicalsabstitutionreaction）,（四）甲烷的卤代反应机理（reactionmechanism）,.,26,（五）游离基的构型及其稳定性,甲基游离基的碳原子是sp2杂化的，三个Csp2Hs的键处于同一平面，单电子居于剩余的C2p轨道上。且垂直于该平面。当甲基游离基与氯分子反应生成CH3Cl后，碳原子的杂化状态由sp2转变为sp3。,游离基的稳定性321CH3,.,27,烷烃碳原子增多时，可因卤代烃位置不同得到异构产物,相对反应活性,各级氢的相对反应速度叔氢仲氢伯氢,5：4：1,.,28,例题：丙烷与氯气在日光作用下，生成1-氯丙烷（43%），2-氯丙烷（57%），试回答下列问题：（1）写出其反应式；（2）该反应的反应历程；（3）各级氢的相对反应活性。,.,29,反应历程,.,30,五、几种常用的烷烃混合物,（一）石油醚（petrofeumether）有机溶剂，易燃，有毒。,（二）石蜡（paraffin）蜡疗、封瓶、理疗。,（三）凡士林（vaseline）医药上常用作软膏基质。,.,31,第二节环烷烃,环烷烃：链状烷烃碳链的首尾两个碳原子以单键相连，所形成的具有环状结构的烷烃称为环烷烃。（cycloalkane）。又称为饱和脂环烃（saturatedalicyclichydrocarbod）。,一、环烷烃的分类和命名,(一)分类据分子中所含的碳环的数目分：单环、双环和多环,据环上的碳原子的数目分：小环、常见环、中环、大环,.,32,(二)命名,单环脂环烃的系统命名法与链烃相似，只是在链烃名称前面加上“环”字。环上的双（叁）键及取代基的表示规则与脂肪族链烃相同。为了书写方便，也常用键线式（骨架式）来表示脂环烃的结构。,环丙烷环丁烷环戊烷环己烷,.,33,1-甲基-2-乙基环戊烷,1-甲基-4-异丙基环己烷,3-乙基环戊烯,5-甲基-1,3-环己二烯,.,34,多环环烷烃的命名,螺环,两个碳环共用一个碳原子的环烃称为螺环烃（spirohydrocarbod）,双环螺环的命名是在成环碳原子总数的烷烃前加“螺字”。编号从螺原子的邻位碳开始，由小环到大环，并使环上的取代基位次最小。将连接在螺原子上的环数目，按由少到多的顺序写在方括号里，数字间用下角圆点隔开，标在“螺字”与烷烃之间。,.,35,螺3，4辛烷,4-甲基螺2，4庚烷,例如：,.,36,桥环,环烃分子中具有两个或两个以上的碳环，且共用两个或两个以上碳原子的化合物称为桥环烃（bicyclicbridgedhydrocarbod）。,桥环烃的结构特点：均有环与环间相互连接的两个碳原子，称为“桥头”碳原子，连接在桥头碳原子之间的碳链则称为“桥路”。,命名时，按共用碳原子的环数，称为二环或三环。在括号内按桥路所含碳原子的数目由多至少的次序列出，在数字之间用下角圆点隔开。方括号内编号顺序为：从一个桥头开始，沿最长的桥路到第二个桥头，再沿次长的桥路到第一桥头，最后编号是最短的桥路。,.,37,二环3，2，0庚烷,1，8二甲基二环3，2，1辛烷,.,38,二环3,2,0庚烷,1,8-二甲基-2-乙基二环3,2,1辛烷,.,39,二、同分异构,（一）构造异构,（二）顺反异构,顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,2-二甲基环丙烷,.,40,由于碳原子在脂环烃分子中成环后，阻碍了C-C键的自由旋转，若环上碳原子连接两个不同原子或原子团时，可产生顺反异构现象。,三、物理性质和化学性质,（一）物理性质,小环为气体，常见环为液体，中环及大环为固体。,.,41,（二）化学反应,1、催化加氢,2、加卤素,环烷烃和溴反应时，溴的棕红色消失，可用于鉴别小环烷烃,.,42,3、加卤化氢,碳碳键的断裂：含氢较多和较少两碳之间；加成产物符合马氏规则。,.,43,对于五元、六元环来说，它们不易开环加成。而在光照条件下可发生取代反应。,.,44,四、环烷烃的分子结构,稳定性环己烷环戊烷环丁烷环丙烷,在环丙烷分子中，碳原子是sp3杂化，但键角却不能保持10928，因此不能象烷烃那样沿对称轴方向作最大重叠。这样就形成了一个弯曲的香蕉形的CC键，称为“弯曲键”。根据量子力学计算，环丙烷分子中CC键的键角为105.5，CH键的键角为114。,环烷烃的稳定性与环大小的关系,拜尔张力学说,.,45,环丙烷分子中碳碳键的电子云的重叠（弯曲键的形成）,像环丙烷这样的结构，因轨道扭曲而重叠减小，造成分子内能升高，稳定性降低。环丁烷的情况与环丙烷相似，但因sp3杂化轨道扭曲的角度没有环丙烷大，所以电子云重叠程度比环丙烷大，分子的稳定程度相应增大。环戊烷分子中，碳碳键弯曲程度较小，重叠较正常，环也