《升本烷烃环》PPT课件

第二章烷烃和环烷烃,烃(hydrocarbon)：仅有碳氢两种元素的化合物。,第一节烷烃（alkane）,一、分类和构造异构（已学）,二、命名（英文名称等扩展）,三、结构（已学）,四、构象（略微复习）,五、物理性质（波谱，其它已学）,六、化学反应（重点：取代反应）,一、分类和构造异构（已学）,1、同系列；2、构造异构；3、碳原子的种类,*顺反异构,顺-1，2二甲基环丙烷反-1，2二甲基环丙烷,构造异构改变环碳数、链烯。,(1)常见的烷基取代基P44表2-2,二、命名（一）普通命名法（二）系统命名法,(2)次序规则的运用（已学）,（3）复杂的支链，也要编号确定支链上的支链位置。,（4）英文名称，取代基是按字首字母顺序排先后的。,单环烃：,a英文,烷名前面加“cyclo”.,1-甲基-3-乙基环己烷3-ethyl-1-methylcyclohexane,b取代基较大，则长链作母体，环作取代基。,3-甲基-4-环丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane,螺环烃：螺原子：两环共用的碳原子。,从螺原子邻碳沿小环编号到大环，并使取代基位次最小。英文,螺“spiro”.,螺4.5癸烷spiro4.5decane,5-甲基螺3.4辛烷5-methylspiro3.4octane,有两个以上的碳环，且共用两个以上碳的化合物。,(3)桥环烃：,命名：1)确定碳环数：切断桥路，变成链状，所切最小次数就是环数。或从桥头碳原子出发，判断有几条桥路，如：3个桥路为二环(双环)；4个桥路为三环。,2)编号：顺序：从一桥头，沿最长桥路到第二桥头，再沿次长桥路到第一个桥头，最后给最短桥路编号。使取代基位次最小。,3)写名称：取代基+某环.某烃,二环4.4.0癸烷bicyclo4.4.0decane,二环2.2.2辛烷bicyclo2.2.2octane,三、结构(已学）,1.拜尔张力学说平面多边形。按Sp3杂化正四面体键角应10928,几何学上，三员60，四员90五员108，六员120,小环的内角存在恢复正常键角的张力，使环变得不稳定。,环丙烷必须是平面型环，碳Sp3杂化(1)碳碳键成为弯曲键，存在严重的角张力；(2)碳氢键均处于重叠式构象，存在扭转张力。,环丙烷角张力最大，最不稳定；环戊烷角张力较小，较稳定；实际上环己烷很稳定。,沙赫斯提出，碳原子可不在同一平面上，同时保持正四面体正常角度。30年后莫尔提出非平面张力环的学说，并画出模型。,环戊烷,环己烷,四、构象(复习）,1）乙烷的两种典型构象及表示方法,重叠式,交叉式,楔形式锯架式纽曼式,重叠式,交叉式,介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。,2)正丁烷的构象,四种典型构象,稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式,正烷烃的优势构象类似正丁烷，是能量最低的对位交叉式。,（1）环丁烷：四个碳不在同平面，折叠式排列。蝶式构象占优势。相互翻转（能垒6.3kJ/mol)。,1）折叠后角张力增大，扭转张力减小，相协调；2）平面式构象内能大，也占一定份额。,（2）环戊烷：假如平面形，角张力很小，扭转张力大。故采取信封式优势构象。,非平面结构，虽环角张力略增，但扭转张力减小，氢不再全重叠，接近交叉式。,（3）环己烷：两种典型构象椅式和船式,椅式CH键类型：直立键(a)和平伏键(e),椅式构象翻环作用：a键和e键相互转变,（4）取代环己烷：1）椅式构象是最稳定优势构象；2）取代基e键最多；3）较大取代基处于e键构象。,体积大的基团如叔丁基，处于横键的构象为优势构象，称为控制构象的基团。,（5）二取代环己烷,（6）十氢化萘的构型和构象构型：两环的顺反连接方式,反十氢萘比顺十氢萘稳定。,十氢化萘的构象,五、物理性质,1、核磁共振氢谱C-H极性小，H的屏蔽大，吸收在高场，化学位移0.9-1.8。,2、红外光谱C-C键吸收没有结构分析价值；C-H伸缩振动在3000-2850cm-1强吸收，弯曲振动1465-1340cm-1。,3、质谱正丁烷,六、化学反应,（一）燃烧反应（判断环烷烃的稳定性）,（二）热裂反应高温和无氧下的分解反应。,（三）卤代反应：烷烃的氢原子被卤素取代。,反应活性：F2Cl2Br2I2属于自由基取代反应机理。,（四）卤代反应机理,1.自由基链锁反应氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：,链引发,产生甲基自由基：,链增长,产生新的氯自由基：,链增长,氯甲基自由基的形成：,链增长,再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：,链增长,.,自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：,链终止,整个经历三阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。,2.烷基自由基结构（活性中间体被仪器证实存在）,甲基自由基的碳采用sp杂化方式。孤单电子占据未杂化P轨道。P轨道垂直于三个杂化轨道所在平面。,1)反应热：反应中能量变化的宏观表现。,甲烷卤代反应的反应热H(kJ/mol),（五）甲烷卤代过程中能量变化,反应物能量升高，分子形状、电子云分布和运动状态变化到过渡态。,过渡态：旧键已松弛、新键开始形成、能量最高的中间状态结构。,2)活化能（复习）：讨论卤素的反应的活泼性,活化能：反应物与过渡态之间的能量差Ea。活化能大，化学速度慢。,Ea=+8.4kJ/mol,活化能越大，反应速率越慢。哪一步控制反应速率？,此步控制反应速率（对其它卤素也如此）,Ea=+8.4kJ/mol,结论：卤素的相对反应活性：F2Cl2Br2I2,（六）其他烷烃的卤代反应1.不同氢的活性与氯、溴代反应取向,1oH与2oH被取代的概率为:62,氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8,1oH与3oH氢被取代的概率为:9:1,溴代三种氢的活性（差别较大，因为溴不如氯活泼）：1H:2H:3H=1:82:1600,氯代三种氢的活性（相对接近，因为氯活泼）：1H:2H:3H=1:3.8:5,氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5,影响产物异构体产率的主要因素：概率因素、H的活性、X的活性等。,氯代的氢活性：1H:2H:3H=1:3.8:5溴代的氢活性：1H:2H:3H=1:82:1600但是，卤代反应的选择性：溴大于氯（BrCl）,2.自由基的稳定性与共价键均裂的离解能Ed大小有关。,自由基稳定性次序为:,中心碳原子所连的烷基越多，自由基越稳定。（也可以从超共轭理解）,几种氢的活性与相应烷基自由基的稳定性一致：,反应的活性问题在有机合成和药物的体内活性有意义。,环烷烃的化学性质，主要是不易氧化，可以卤代，开环加成,本部分小结和教学要求：,掌握：1、烷烃的同系列及构造异构，乙烷和丁烷的构象、优势构象，用纽曼投影式表示；2、烷烃的系统命名法和普通命名法。正、异、新的概念，常见的烷基；3、烷烃的物理性质。熔点、沸点的变化规律；4、烷烃卤代反应及其历程，自由基的稳定性，过渡态和中间体的概念。,