烷烃药学PPT课件

2020/4/27,.,1,第一节同系列和同分异构现象,一、分类,2020/4/27,.,2,2020/4/27,.,3,2020/4/27,.,4,二、同分异构现象,构造：有机分子中原子或基团相互连接的方式和顺序构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。,同分异构(isomerism)：具有相同的分子组成，而分子结构不同的现象称为同分异构现象。,1、链烷烃的构造异构,2020/4/27,.,5,无异构体,有两个异构体,有三个异构体,有多少个个异构体？,2020/4/27,.,6,2020/4/27,.,7,熔点-135-145沸点-0.5-11.7,构造异构体:它们的性质，如熔点、沸点有差别。,正丁烷,异丁烷,2020/4/27,.,8,2、环烷烃的同分异构,具有构造异构和顺反异构，以C5H10为例:,（1）构造异构,2020/4/27,.,9,（2）顺反异构,顺反异构：由于分子中与双键或环相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的来立体异构称之。,两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式(cis)构型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式(trans)构型,2020/4/27,.,10,1,4-Dimethylcyclohexane,2020/4/27,.,11,三、饱和碳原子的种类,1,2,伯碳原子(1)：1、5、6、7、8仲碳原子(2)：4叔碳原子(3)：3季碳原子(4)：2,3,4,5,6,7,8,伯氢原子(1H)：仲氢原子(2H)叔氢原子(3H),2020/4/27,.,12,第二节烷烃的命名,一、普通命名法(commonnomenclature),1、直链烷烃,110个C直链烷烃，用词头“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的个数，在加上词尾“烷”。,CH4：甲烷(methane)C2H6：乙烷(ethane)C3H8：丙烷(propane)C4H10：正丁烷(n-butane),10个碳原子以上直链烷烃的用中文数字命名。如：,C11H24：正十一烷(n-undecane)C12H26：正十二烷(n-dodecane)C20H42：正二十烷(n-eicosane),2020/4/27,.,13,2、烷烃异构体的命名,异丙基,叔丁基,2020/4/27,.,14,例：,(正)戊烷;n-戊烷；n-pentane,异戊烷;iso-戊烷；iso-pentane,新戊烷;neo-戊烷；neo-pentane,2020/4/27,.,15,n-己烷n-hexane,iso-己烷isohexane,neo-己烷neohexane,?,?,2020/4/27,.,16,二、系统命名法(systematicnomenclature),1892年在日内瓦开了国际化学会议，制定了系统的有机化合物的命名法，叫做日内瓦命名法。后由国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）作了几次修订，简称为IUPAC命名法。,我国参考这个命名法的原则结合汉字的特点制定了我国的系统命名法（1960）。1980年进行增补和修订，公布了有机化学命名原则。,1、直链烷烃的命名,在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，仅不写上“正”字。,2020/4/27,.,17,2、支链烷烃的命名,取代基：支链或侧链，常见的烃基,2020/4/27,.,18,2020/4/27,.,19,烷烃系统命名法要点选主链（母体）编号命名,选含取代基最多的、最长碳链作为主链，并写出相当于这个主链的直链烷烃的名称。,主链碳原子的位次编号：要使取代基的位次最小（从距离支链最近的一端开始，用“1、2”编号）。位次和取代基名称之间要用“-”连起来，写出母体的名称。,1,2,3,4,5,6,3乙基己烷3-ethyhlexane,2020/4/27,.,20,当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择具有支链数目最多的链作为主链。,2，3，5三甲基4丙基庚烷2，3，5trimethyl4propylheptane,2020/4/27,.,21,当两个相同取代基位于相同位次时，应使第三个取代基的位次尽可能小。,2,3,3,5四甲基己烷2,3,3,5tetramethylhexane,如果含有几个相同的取代基时，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四等表示，写在取代基的前面，其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用“，”隔开。,2020/4/27,.,22,两个不同的取代基位于相同的位次时，按照次序规则中排列小（最不优先）的取代基具有较小的编号。烷基的优先次序是：,异丙基异丁基丁基丙基乙基甲基,1,2,3,4,5,6,7,3甲基5乙基庚烷5ethyl3methylheptane,在英文命名时按字首的字母排列顺序先后列出,2020/4/27,.,23,如果支链上还有取代基时，从与主链相连的碳原子开始，把支链的碳原子依次编号，支链上取代基的位置就由这个编号所得的号数来表示。这个取代了的支链的名称可放在括号中，或用带撇的数字来表明支链中的碳原子。,3-甲基-6-（1,1-二甲基丙基）癸烷3-甲基-6-1,1-二甲基丙基癸烷,1,2,3,2020/4/27,.,24,练习：写出下列化合物的英文名称或结构,1、3-ethyl-2,2,5,6-tetramethylheptane2、,5-(1,1-dimethylethyl)-2,3-dimethyloctane,5-tert-butyl-2,3-dimethyloctane,2020/4/27,.,25,三、环烷烃命名法,1、单环烷烃的命名,2020/4/27,.,26,3-甲基-4-环丁基庚烷,2020/4/27,.,27,Exercise:namethesecycloalkanes,a:异丙基环戊烷b:1-甲基-4-叔丁基环已烷c:1,4-二甲基-2-乙基环已烷d:1-甲基-1-乙基环丙烷,2020/4/27,.,28,2、螺环烷烃的命名,两个环共用一个碳原子的环烷烃称为螺环烷烃。共用的碳原子称螺碳原子。,spiro-n1.n2-,点号,可能情况下给取代基以尽量小的编号。,2020/4/27,.,29,C,H,3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,0,C,H,3,1,7-二甲基螺4,5癸烷,2020/4/27,.,30,3、桥环烷烃命名,两个环共用两个或两个以上碳原子的化合物称桥环化合物。,桥头碳：共用的C桥：两个桥头碳间的碳链或键。,2020/4/27,.,31,(1)确定碳环数：3个桥路为二环(双环)；4个桥路为三环,(2)编号：顺序：从一个桥头开始，沿最长桥路到第二桥头，在沿次长桥路到第一个桥头，最后给最短桥路编号。应使“C=C”、取代基的位次最小。,二环4.4.0癸烷bicyclo4.4.0decane,二环2.2.2辛烷bicyclo2.2.2octane,2020/4/27,.,32,1-甲基二环4.1.0庚烷1-methylbicyclo4.1.0heptane,三环3.3.1.0壬烷tricyclo3.3.1.0nonane,2020/4/27,.,33,课堂练习:,写出下列各化合物的分子结构式：1、1-甲基环己烯2、顺-1-甲基-2-溴环戊烷3、环己基环己烷4、1-氯二环2.2.2辛烷5、1，4-二甲基螺2.4庚烷,2020/4/27,.,34,第三节结构,构成烷烃的碳原子以SP3杂化轨道成键，为键。,一、烷烃的结构,2020/4/27,.,35,2020/4/27,.,36,二、链烷烃构象（conformation）(重点),构象（conformation）：由单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。构象异构体(comformer)：单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体。,Conformation,2020/4/27,.,37,乙烷的交叉式构象模型,乙烷的重叠式构象模型,600,（一）乙烷的构象,构象的表示：透视式，纽曼投影式,C-C旋转,2020/4/27,.,38,交叉式构象重叠式构象乙烷的锯架式(perspectiveformula),2020/4/27,.,39,交叉式构象重叠式构象乙烷的纽曼投影式(Newmanprojectionformula),2020/4/27,.,40,图29乙烷分子构象的能量曲线,12.6kJ/mol,.,41,*构象的能量分析：非键合的两原子或基团接近到相当于范德华半径之和时,二者间以弱的引力相互作用,体系能量较低；如果接近到这一距离以内,斥力就会急剧增大,体系能量升高。,一些原子或基团的范德华半径(pm)HCNOClCH3120150150140180200,乙烷的重叠式内能最高，最不稳定，而交叉式内能最低，最为稳定。这种构象称为优势构象。,第二章烷烃和环烷烃第一节烷烃(三、构象异构),上页,下页,首页,2020/4/27,.,42,C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距,乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析,110.7pm154pm109.5o60o250pm,110.7pm154pm109.5o0o229pm,250pm240pm229pm,E重叠E交叉E=12.1KJmol-1,每个C-H、C-H重叠的能量约为4KJmol-1,2020/4/27,.,43,(二)、正丁烷的构象,正丁烷的构象比较乙烷要较为复杂一些。,全重叠式邻位交叉部分重叠式对位交叉式,2020/4/27,.,44,正丁烷的极端典型构象有四种,1,2,3,4,2020/4/27,.,45,4,2020/4/27,.,46,高级烷烃的碳链呈锯齿形,由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。,2020/4/27,.,47,三、环烷烃的结构,环烷烃的C也为SP3杂化，但为了成环，碳原子间键角很难维持109.5。键角因环不同而异。,（一）角张力（anglestrain）,角张力：环烷烃碳原子间的键角必偏离正常键角。这种由于键角偏离正常键角而引起的张力称之。,碳环中碳原子键角偏离正常键角越大，角张力越大，分子越不稳定。,2020/4/27,.,48,（二）燃烧热（自学）,CycloalkaneH/n(kJ/mol)Cyclopropane697Cyclobutane686Cyclopentane664Cyclohexane658Cycloheptane662Cyclooctane663Cyclononane664Cyclodecane663,2020/4/27,.,49,（三）环丙烷,扭转张力(torsionalstrain)：由于构象是重叠式而引起的张力,环丙烷分子中由于角张力和扭转张力均存在，分子能量高，不稳定。,2020/4/27,.,50,环丁烷的构象,2020/4/27,.,51,环戊烷的构象,2020/4/27,.,52,环己烷船式构象,环己烷椅式构象,2020/4/27,.,53,2,5,1,4,4,1,2020/4/27,.,54,椅式构象中的竖键（axial）和横键（equitorial）,横键（equitorial）,竖键（axial）,2020/4/27,.,55,构象翻转(ring-flip),2020/4/27,.,56,第五节、烷烃的物理性质,t,外观：状态颜色气味物理常数：沸点（bp)熔点（mp)折光率（n)旋光度密度（D)溶解度偶极矩（）光谱特征,分子间的作用力,2020/4/27,.,57,沸点大小取决于分子间的作用力,烷烃沸点的特点（1）沸点一般很低。（非极性，只有色散力）（2）随相对分子质量增大而增大。（运动能量增大，范德华引力增大）（3）相对分子质量相同、支链多、沸点低。（支链多，分子不易接近）,一、沸点,2020/4/27,.,58,烷烃熔点的特点（1）随相对分子质量增大而增大。（2）偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值大（对称性好）（3）相对分子质量相同的烷烃，支链增多，熔点下降。但是分子对称性好,熔点高.,熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度,二、熔点,2020/4/27,.,59,分子间接触面积大作用力强,分子间接触面积小作用力弱,bp：36,bp：9.5,正戊烷异戊烷新戊烷bp36289.5mp-130-160-17,2020/4/27,.,60,三、波谱性质,1H-NMR0.9-1.8IRC-C吸收弱,无意义;C-H伸缩振动特征吸收3000-2850cm-1,强吸收;C-H弯曲振动特征吸收1465-1340cm-1MSm/zM-15,M-29,M-43,M-57,2020/4/27,.,61,2020/4/27,.,62,2020/4/27,.,63,课堂练习,2,3-二甲基戊烷(I)、正庚烷(II)与2-甲基己烷(III)三种烃类化合物的沸点次序为:(A)IIIIII(B)IIIIII(C)IIIIII(D)IIIIII不要查表，试将下列烃类按沸点降低的次序排列。3，3-二甲基戊烷正庚烷2-甲基庚烷正戊烷2-甲基已烷,C,沸点降低次序为：,2020/4/27,.,64,把下列纽曼投影式写成透视式，它们是不是相同物质。,相同物质,2020/4/27,.,65,第六节化学性质,总体特点1、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。2、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。,一、烷烃的反应,2020/4/27,.,66,（一）氧化和燃烧反应,燃烧反应：,注意：有机反应写法，一般用单箭头。,用途：内燃机，汽油，柴油等发生热能的基本反应，热源利用（沼气等）,2020/4/27,.,67,一些烷烃的燃烧热,直链烃中，每增加一个CH2，燃烧热增加平均为658.6KJ.mol-1。支链烷烃比同碳数直链烷烃燃烧热低，内能低。通过比较不同烷烃的燃烧热，可以比较不同烷烃的稳定性,燃烧热越高，化合物所具有的能量就越高，也就越不稳定。,2020/4/27,.,68,（二）甲烷的卤代反应(halogenationreaction),烷烃RH和卤素X2在光照（hv）或加热（）下，RH中的H被卤素取代的反应称卤代，其产物称卤代烃。,取代反应:烷烃RH中的氢原子被其它原子或基团取代的反应称为取代反应（substitutionreaction）。,2020/4/27,.,69,工业上可控制不同反应条件，获得各种氯代物,CH4与Br2的反应产物与氯代相似，但反应速度较慢；氟代反应过于激烈，难控制；碘代反应难进行，加入适当氧化剂才可。,卤素与甲烷反应相对活性：F2Cl2Br2I2,2020/4/27,.,70,(三)、卤代反应机理,反应机理(reactionmechanism)对某个化学反应逐步变化过程的详细描述，又称反应机制或反应历程。,卤代反应属自由基链反应(freeradiclchainreaction),（1）链引发(chain-initiatingstep)：形成自由基,243kJ/mol,2020/4/27,.,71,（2）链增长(chainpropagatingstep)：延续自由基、形成产物,4kJ/mol,108kJ/mol,2020/4/27,.,72,2020/4/27,.,73,（3）链终止(chain-initiatingstep)：消除自由基,2020/4/27,.,74,（四）、烷基自由基的结构,自由基:带有孤电子的原子或原子团称为自由基。含有孤电子碳的体系称为碳自由基。,甲烷CH4：SP3杂化甲基自由基C：SP2杂化,SP2杂化,2020/4/27,.,75,自由基的产生,热均裂产生,辐射均裂产生,单电子转移的氧化还原反应产生,H2O2+Fe2+HO+HO-+Fe3+RCOO-RCOO,-e-,电解,2020/4/27,.,76,（五）甲烷卤代反应过程中的能量变化-反应热，活化能和过渡态,自由基机理虽能很好地解释了甲烷的卤代反应，但无法说明不同卤素对甲烷的反应活性顺序，因此，需进一步分析反应过程中的能量变化。,一个反应能否进行或进行难易，在很大程度上取决于反应物和产物之间的能量变化。放热反应一般比吸热反应易进行。就放热反应而言，产物的能量比反应物能量低，产物稳定性好。,反应热H：标准状态下反应物和产物之间的能量差称为反应热。其数值可由键的离解能估计。,2020/4/27,.,77,甲烷卤代反应的反应热H（KJ.mol-1）,2020/4/27,.,78,活化能Ea：反应进行所需要的最低能量。如：,CH3-H+XCH3-H-X#CH3+HX过渡态,逆反应活化能大，逆反应难进行。,2020/4/27,.,79,甲烷与溴自由基反应的Ea,逆反应活化能低，逆反应易进行。,2020/4/27,.,80,卤素的相对反应活性,分析：第一步X-X2x只有旧键断裂，I2的活化能最小。,第二步CH3-H+XCH3+HXEa(KJ.mol-1)H（KJ.mol-1）F4-130Cl17+4Br75+67I141+140第三步CH3+X-XCH3X+X放热反应,第二步为决定反应速度步骤。Ea小者反应易进行。,2020/4/27,.,81,其它烷烃的卤代反应更复杂，如：,（六）其它烷烃的卤代反应,V:V=45/6:55/2=1:3.8,1oH,2oH,1oH,V:V=64/9:36/1