饱和烃PPT课件

.,1,第二章饱和烃,.,2,一.烷烃（Alkanes,）,碳氢化合物,烃,（hydrocarbons）,烷烃,烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃）,又叫饱和烃，C原子的四个价键完全被H原子或C原子所饱和。,.,3,同分异构现象和同分异构体,.,4,C4以上烷烃出现同分异构现象(P26表2-1),C6H14,C20H42,366,319,化合物含有的碳原子数和原子种类越多,同分异构体越多。,Kekule结构式缩略式碳架式,烃的表示方法：,.,5,1,1,2,1,1,1,2,2,1,1,3,4,4,1,1,1,1,1,1,1,烷烃中碳原子和氢原子的分类,分析下列化合物所含碳原子种类,.,6,1C（伯碳，一级碳）,primarycarbon,2C（仲碳，二级碳）,secondarycarbon,tertiarycarbon,3C（叔碳，三级碳）,4C（季碳，四级碳）,quaternarycarbon,与伯,仲,叔碳原子相连的H原子,分别称为伯,仲,叔H原子,.,7,碳原子种类的扩展,1自由基（伯自由基）,2自由基（仲自由基）,3自由基（叔自由基）,1碳负离子（伯碳负离子）,3碳正离子（伯碳正离子）,.,8,烷基,正烷基：去掉一个直链烷烃末端氢原子的原子团。“正”(n-）,仲烷基：去掉一个仲氢原子所得的烷基。用“仲（sec-）表示,叔烷基：,去掉一个叔氢原子所得的烷基.命名时用“叔”（tert,或t）表示。,.,9,例如:,叔戊基,异戊基,新戊基,正戊基,正戊烷,异戊烷,新戊烷,.,10,一些烷基（alkyl）结构及名称(P27表2-2),.,11,普通命名法按照含C的数目，称为甲、乙、丙.壬、癸、十一烷等。用于简单化合物的命名系统命名法(IUPAC命名法)（IUPAC:国际纯粹与应用化学联合会）,二.烷烃的命名,新己烷,异己烷,正己烷,？,？,.,12,2.IUPAC命名规则(P28),“取代基位次”+“取代基名称”+“母体名称”,选择最长的C链作为主链（看作母体），根据C的数目称为某烷。如果出现两个等长的C链，则选择取代基多的作为主链。,2.编号规则，从靠近取代基的一端用数字（1,2,3）进行编号，使取代基编号依次最小。,2,5,7,2,4,7,.,13,3.书写规则，用编号标明取代基的位置，当两个取代基在同一个C上时，每一个都要用相同的编号标明它们的位置，并把相同的取代基合并。,2,7-二甲基-4-乙基辛烷,另外，已知名称写构造式，先看几烷，写出几个C的主链，然后对应着加上各取代基，再按命名法则检验。,补充：（1）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“-”。,（2）多个支链书写顺序：按“顺序规则”小前大后。,.,14,把构造式中连续的最长碳链作为母体称为某烷.,例1：命名下列化合物,3-甲基-5-乙基辛烷,.,15,例2：,六个碳的主链上有四个取代基，六个碳的主链上有两个取代基,2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷,.,16,烷烃（系统命名）*（重点！）,直链烷烃（按碳原子数的多少直接称某烷）,支链烷烃的系统命名,A）选主链。,B）编号码。,C）名取代,选择构造式中连续的最长（等长最多）碳链为主链。,取代基编号依次最小。,取代基相同合并，不同简在前，注意,-。,.,17,总结例题.命名下列烷烃,123456789,-4-异丙基,A）选主链。,B）编号码。,C）名取代。,壬烷,2，6，6-三甲基,.,18,2，4-二甲基-3-乙基庚烷,3,3二甲基丁烷,命名下列各化合物或写出结构式,1）,2）,课内习题,3,3,4,5-四甲基-4-乙基庚烷,3）,.,19,（1）形状：一头大，一头小。（2）成分：每一个轨道含1/4s，3/4p成分。（3）易于成键：成键时，轨道重叠程度大于单纯s或p轨道。（4）键角：等性杂化，各轨道间夹角均为109.5。,特点,三、烷烃的结构,构成饱和烷烃的碳原子以sp3杂化轨道成键，为键。,.,20,烷烃的结构模型,C:sp3杂化，成键,1=0.1nm1nm=10-9m,.,21,键：轴对称，键可“旋转”。CC单键是可以旋转的.,单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）,.,22,四、构象（conformation）,构象：一已知构型的分子，仅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：单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体。,.,23,比较,构造异构和构象异构,.,24,描述立体结构的几种方式,伞形式(透视式)锯架式(从斜侧面看分子模型的形象)Newman投影式(从碳碳键轴的延长线上来观察),.,25,构象有无数种，主要研究典型位置的构象：重叠式、交叉式。,（一）乙烷的构象,.,26,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,原子间距离最远,内能较低（最稳定）,（有无数个）,乙烷构象能量变化图:,重叠式能量比交叉式高12.1KJ/mol。,.,27,重叠式,交叉式,扭转张力:重叠的化学键之间电子云的相互斥力。空间张力：两个非键合的原子或原子团在空间产生相互排斥力（也叫范德华斥力）,更稳定,构象间能量差很小，所有不同构象在室温下都可互相转换。多数以最稳定的交叉式存在，交：重99:1.,rH=1.2,.,28,（二）丁烷的构象,.,29,丁烷的构象,交叉式（anti）（对位交叉式）,部分重叠式,邻位交叉式（gauche）,全重叠式,邻位交叉式（gauche）,甲基间距离最远(最稳定),较不稳定,较稳定,甲基间距离最近（最不稳定）,.,30,稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡，不能分离。对位交叉占68%，邻位交叉占32%，其余含量极少。,.,31,有机物的物理性质通常是指:物态、沸点、熔点、密度、溶解度、折射率、比旋光度和光谱性质等。,1.状态(常温常压下),正烷烃:C1C4C5C17C18以上气体液体固体,2.沸点(b.p.),沸点主要与下列因素有关:,分子间引力:包括色散力，诱导力和取向力.分子的极性越大,引力越大。,分子间是否形成氢键，氢键的影响明显。,五、物理性质(P34),.,32,直链烷烃随着碳数的增加,分子间色散力增大,因而沸点逐渐升高.同碳数的烷烃中,直链烃的沸点较高,支链越多,沸点越低。,3.熔点(m.p.),烷烃的熔点也随着碳数的增加而升高,但不像沸点变化那样有规律。,4.密度比水轻,1gcm3,5.溶解性根据“极性相似者相溶”的规律,所有烷烃均不溶于水,易溶于非极性或弱极性溶剂如乙醚、苯、CCl4。,.,33,烷烃的结构,六、烷烃的化学性质,一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐强酸碱、不与氧化剂反应（常用作低极性溶剂）烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应!）,sp3杂化已饱和不能加成,低极性共价键H酸性小不易被置换,.,34,工业上可控制不同反应条件，获得各种氯代物,甲烷的氯代反应,（一）烷烃的取代反应,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。烷烃常见的取代反应有卤代反应。,.,35,卤素与甲烷反应活性：F2Cl2Br2I2,反应速率:F2Cl2Br2I2（不反应）,.,36,(二)甲烷的卤代反应机理（反应机制，反应历程）（ReactionMechanism）,反应机理是对反应过程的详细描述，应解释以下问题：,了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入。,什么是反应机理：,研究反应机理的意义：,.,37,（1）甲烷卤代反应机理-自由基链式反应,.,38,均裂生成自由基，可见光波足以引发,卤代反应的自由基机理,.,39,消耗旧自由基，生成新自由基，反复循环。,.,40,自由基反应“三步曲”：链引发；链增长；链终止,.,41,甲烷的氯代反应机理的表达,自由基型链反应（chainreaction）,.,42,（2）甲基自由基的结构,(CH3-)甲基C：SP3杂化(CH3)甲基自由基C：SP2杂化,C,.,43,过渡态理论,在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（活化能，相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。,例：机理步骤(2),过渡态,势能增加,势能降低,势能最高,（三）甲烷卤代反应过程中的能量变化-活化能和过渡态,.,44,Ea即过渡态与反应物之间的能量差。活化能Ea越小，反应越易进行，反应速度也越快。Ea大的反应就不易进行，反应速度也慢。它是反应进行所需要的最低能量,.,45,过渡态与中间体：,过渡态,.,46,其它烷烃的卤代反应更复杂，如：,（四）其它烷烃的卤代反应,.,47,若继续反应，产物种类更多。,.,48,（五）反应活性与选择性,烷烃的溴化反应与氯化反应相比，往往能得到更多的叔和仲氢原子被取代的溴代物。,卤素的活性对氢的选择性在有机反应中，对于相同的底物，活性小的试剂有较强的选择性。溴自由基的活性较低，选择性较好。,.,49,（六）卤化反应的取向与自由基的稳定性,高级烷烃由于可以生成各种异构体而使反应变得复杂，这些异构体是由于烷烃上不同的氢原子被取代而生成的。,.,50,为何出现以上特点？,各种氢的相对活性不同,各种氢的相对活性：3H2H1H,从产物比率可以算出不同种类氢的相对活性，若以伯氢的活性为1，则仲氢、叔氢的相对活性为：仲氢伯氢=28/2(34+16)/9=2.8，叔氢伯氢=22(34+16)/9=4.0。,.,51,C-H键的离解能;自由基的稳定性。,C-H键的离解能：能量低者易离解。,相对活性顺序的理论解释：,.,52,离解能低者易形成自由基，自由基也相对稳定，因此，烷烃分子中活泼氢被卤代的几率大。,七烷烃的主要来源和制法(自学),氢原子的活泼性：3H2H1H；自由基的稳定性：321CH3。,.,53,1.用纽曼投影式画出1,2-二溴乙烷的几个有代表性的构象,全重叠,固定一个C原子不变另一个绕单键旋转60度,1,2-二溴乙烷结构简式,部分重叠,全交叉,邻位交叉,课后习题,.,54,2、写出2,2,4三甲基戊烷进行溴代反应可能得到的一溴代产物的结构式。并指出哪种产物的理论产量最多？氯代呢？,解：,首先，写出2,2,4三甲基戊烷的结构式,Br2,烷烃的溴化反应与氯化反应相比，往往能得到更多的叔和仲氢原子被取代的溴代物。叔、仲、伯三种氢原子发生溴代反应的相对活性之比为1600821。由于活性差别如此之大，在同样的反应条件下，溴代反应的选择性就远远好于氯代反应。,.,55,3.写出CH3CH2CH3与Br2在光照条件下的主要产物,并给出反应机理,答案要点：,主要产物：,.,56,直链烷烃两头的两个碳原子以单键连接成环状结构。,环烷烃(cycloalkane)(P45),.,57,（一）环烷烃的类型,(单)环烷烃,通式：CnH2n,桥环烃（稠环）,桥环烃,螺环烃,（与烯烃通式相同）,.,58,（1）单环烷烃的命名,根据分之中成环碳原子数目，称为环某烷。编号时使取代基编号依次最小。,1-甲基-2-乙基环戊烷,1,3-二甲基-1-乙基环己烷,（二）环烷烃命名,.,59,（2）二环烷烃,.,60,桥环烃（包括稠环烃）的命名,判断环数及总碳数，称几环某烷。环的数目：断裂二根CC键可成链状烷烃为二环；断裂三根CC键可成链状烷烃为三环.,选桥头碳原子（一般为分支最多的碳原子），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）。,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，最后编最短的桥。（若有取代基，则尽量使其位次较小）,二环4.2.0辛烷,.,61,.,62,螺环化合物的命名,根据成环的碳总数，叫螺某烷。,两环除开公用碳原子外的碳原子数，由小到大，放于内，并用下角原点隔开。,编号：从小环（连接螺碳的碳原子）开始公用碳原子（螺碳）大环（使取代基位次较小）。,螺3.4辛烷,5-甲基螺2.4庚烷,.,63,练习：,1,2,4-三甲基双环4.3.0壬烷,5-氯螺2.5辛烷,.,64,（三）环烷烃的同分异构,1构造异构,.,65,2顺反异构,-由于分子中与环或双键相连接的原子或原子团的相对旋转受到阻碍而产生的立体异构。,两个相同的原子（团）在环的同侧为顺式构型两个相同的原子（团）在环的异侧为反式构型,.,66,.,67,（四）物理性质和化学反应,1物理性质（自学）,2化学反应,1）取代反应(大环)2）开环反应(小环),.,68,环的大小与化学性质,.,69,小环化合物的催化加氢(环越大越不易加氢),（打开一根C-C键）,主要产物,支链多较稳定,（小环烷烃，特别是环丙烷，和一些试剂作用时易发生开环）,.,70,小环化合物与卤素的反应,（离子型）加成反应,三元环与X2、HX在常温下即可发生开环反应，X2、HX于常温下不使四元环开环，但加热后，反应可发生。,卤素分别加两头,需加热!,室温即可!,.,71,小环化合物与HI或H2O/H2SO4的反应,反应选择性与碳正离子稳定性有关,分别加两头,.,72,（五）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。,1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。,.,73,环丙烷三个原子共平面，相邻的两个C上C-H键处于重叠式，能量高。,扭转张力：由于构象是重叠式而引起的张力称之。,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。,2环丙烷,.,74,3环己烷的结构及构象*(重点),如果环己烷的6个碳原子在同一平面上:将有角张力;将有扭转张力,C-H重叠,环己烷一定不是平面型分子,.,75,椅式构象,船式构象,两者互为构象异构体,环己烷碳架是折叠的,.,76,椅式构象,无角张力无扭转张力无空间张力,交叉式,.,77,船式构象（了解）,有较大的扭转张力有空间张力,重叠式,.,78,环己烷的其它构象,V=104105次/秒；椅式：约99.9,.,79,环己烷椅式构象的画法,两个平面三对平行线a键，e键,椅式构