大学有机化学-烷烃完整ppt课件

.,1,第二章烷烃,.,2,烃：分子中只有C、H两种元素的有机化合物叫做烃。,通式：CnH2n+2,烷烃：分子中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。,.,3,同系列：具有同一个通式，结构和化学性质相似在组成上相差一个或几个CH2的一系列化合物。,同系差：同系列组成上的差异CH2。,同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。,第一节烷烃的同系列及同分异构现象,一、烷烃的同系列,最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，它们组成了烷烃的同系列,.,4,分子式构造式构造简式,CH4,CH3CH3,甲烷CH4,乙烷C2H6,丙烷C3H8,CH3CH2CH3,丁烷C4H10,CH3CH2CH2CH3,.,5,二、烷烃的同分异构现象,1异构现象,同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。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。,碳架异构：由碳架不同引起的异构，称碳架异构。(属构造异构),开链烷烃的构造异构只有碳架异构,正戊烷异戊烷新戊烷,.,6,.,7,.,8,三、伯、仲、叔、季碳原子,在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫做伯碳原子（或一级碳原子，用1表示）在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子叫做仲碳原子（或二级碳原子，用2表示）在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子叫做叔碳原子（或三级碳原子，用3表示）在烃分之中仅与四个碳相连的碳原子叫做季碳原子（或四级碳原子，用4表示）,例如：,C,H,3,C,C,H,2,C,H,C,H,3,C,H,3,C,H,3,1,2,3,4,C,H,3,1,与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子，分别称为伯、仲、叔氢原子。不同类型的氢原子的反应性能有一定的差别。,.,9,烷烃的命名,一、普通命名法,根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。例如：,正戊烷异戊烷新戊烷,普通命名法简单方便，但只能适用于构造比较简单的烷烃。对于比较复杂的烷烃必须使用系统命名法。,.,10,二、烷基,为了学习系统命名法，应先认识烷基。烷基烷烃分之中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。,烷基名称通常符号,CH甲基Me,CH3CH2乙基Et,CH3CH2CH2丙基n-Pr,CH3CH|异丙基i-PrCH3,CH3CH2CH2CH2正丁基n-Bu,.,11,烷基名称通常符号,CH3CHCH2异丁基i-BuCH3,CH3CH2CH|仲丁基s-BuCH3,CH3|CH3C叔丁基t-Bu|CH3,烷基的通式为CnH2n+1常用R表示此外还有“亚”某基,“次”某基。,.,12,二价基亚基：,三价基次基：,.,13,三、系统命名法（IUPAC命名法）,系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的（1960年制定，1980年进行了修定）,系统命名法规则如下：,1.选择主连（定母体）（1）选择最长的碳链作为主链，根据主链碳原子数，定母体，称为“某烷”,.,14,主碳链的选择当有两个以上的等长碳链可供选择时，其选择顺序为：,例：选择支链最多的碳链为主碳链。,.,15,2.主链的编号,近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,）取代基编号最小,）小的取代基编号最小,.,16,3烷烃名称的写出,A将支链（取代基）写在母体名称的前面B取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基部分重叠式全重叠式,室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中，不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。,.,28,一、状态,常温、常压(0.1MPa),C5C16：液态,C1C4：气态,C17：固态,直链烷烃,二、沸点（b.p）,1.直链烷烃,(1)M，b.p；庚烷：100(98.4)。,解释：,烷烃的物理性质,分子间力(VanderWaals)：,静电引力,诱导力,色散力(烷烃=0),而：色散力共价键数目(即CC、CH),.,29,(2)相邻同系物的沸点差(b.p)，随M，b.p。,解释：,(1)支链，b.p。,解释：色散力是近距离较大。,2.支链烷烃(同分异构体),(2)支链数相同：对称性，b.p；,.,30,小结：沸点高低的判断方法,A：数碳原子数目数目，b.p；,B：碳原子数目相同支链，b.p；,C：支链数目相同对称性，b.p；,三、熔点(m.p),1直链烷烃,M，m.p(C3以后)。,.,31,由此可见：含偶数C，m.p的多；含奇数C，m.p的少。从而形成了“偶上奇下”两条曲线。,解释：,在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的大小，还于晶体中晶格排列的对称性有关。,含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。,.,32,2.同分异构体,支链M，m.p(不利于晶格的紧密排列)。,对称性，m.p；高度对称的异构体m.p直链异构体m.p。,四、相对密度：,分子量，密度，但1；支链，密度。,五、溶解度,烷烃都不溶于水，能溶于有机溶剂。“相似者相溶”,.,33,烷烃的化学性质,烷烃的化学性质稳定（特别是正烷烃）。在一般条件下（常温、常压），与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂及金属钠等都不起反应，或反应速度极慢。,原因：（1）其共价键都为键，键能大C-H415KJ/molC-C345.6KJ/mol（2）分子中的共价键不易极化（电负性差别小C2.5，H2.1）,但稳定性是相对的、有条件的，在一定条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能起一些化学反应。,.,34,一、氧化反应,.,35,.,36,二、热裂反应,在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-C键和C-H键发生断裂的反应称为热裂反应。,例如：,在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。,.,37,三、卤代反应,烷烃的氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤代反应。通常是指氯代或溴代。,1甲烷的氯代反应,在紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。,甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。,甲烷：氯气=10：1（400-450时）CH3Cl占98%,甲烷：氯气=1：4（400时）主要为CCl4,.,38,2）伯、仲、叔氢的相对反应活性,分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，,氢的相对活性=产物的数量被取代的等价氢的个数。,即仲氢与伯氢的相对活性为4：1。,.,39,再看异丁烷一氯代时的情况：,同上分析，可求得叔氢的相对反应活性：,即叔氢的反应活性为伯氢的5倍。,故室温时三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=5：4：1在高温时（450）氯代时三种氢的活性接近于：3H：2H：1H=1：1：1溴带反应时（光照，127），三种氢的相对活性为：3H：2H：1H=1600：82：1,.,40,实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程,凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终止三个阶段来完成的。,.,41,三.卤代反应中X2的相对活性：,四.卤代反应取向的理论解释自由基的稳定性：,为什么不同类型H原子的反应活性次序为：3H2H1H？,.,42,1、各类CH键的离解能：,H原子的反应活性次序为：3H2H1H,显然，自由基形成的难易应为：,容易形成的自由基，一定是稳定的自由基。自由基的稳定性顺序为：,.,43,2、自由基稳定性的理论解释，p-超共轭效应,，p-超共轭效应的大小与参与共轭的CH键数目有关。,.,44,第二节环烷烃Cycloalkane,一、环烷烃的分类和命名,环烷烃,单环双环多环,环烷烃的命名,在相同碳数的烷烃名称前加“环”，“cyclo”,例如：,乙基环戊烷ethylcyclopentane,1,1,4-三甲基环己烷1,1,4-trimethylcyclohexane,3-甲基-1-环己基戊烷1-cyclohexyl-3-methylpentane,.,45,二、环烷烃的结构和稳定性,由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成键的电子云并不沿轴向重叠，其杂化轨道之间以弯曲方向进行部分重叠，形成弯曲键。,键角与轨道的正常夹角有偏差,造成重叠程度小,键能下降,产生角张力。容易开环,环烷烃中的碳原子也是sp3杂化，因此只有当键角接近10928，轨道的重叠程度最大，结构也越稳定。,.,46,1.自由基取代反应,环烷烃的稳定性：环己烷环戊烷环丁烷环丙烷,三、环烷烃的化学性质,.,47,2.加成反应additionreaction(马氏加成）,环丙烷的一条键断裂，试剂中的两个原子分别加到两端,催化氢化,加卤素和卤化氢,溴的红棕色褪去,鉴别,.,48,取代环丙烷与HX加成，开环总是在H最多和H最少的两个碳原子之间，H加在含H多的碳原子上。,练习：,.,49,四、环烷烃的异构现象,1.顺反异构cis-transisomer,相同基团在异侧反式相同基团在同侧顺式,顺-1,2-二甲基环丙烷反-1,2-二甲基环丙烷,练习：写出1-甲基-3-乙基环己烷的顺反异构体,环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构,.,50,2.构象异构(P100),环己烷中C-C键的扭转可产生各种构象,典型构象为椅式和船式,椅式船式,2,3,5,6,2,3,5,6,H,H,优势构象,椅式和船式的相互转变,.,51,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,椅式构象中的两类C-H键,与对称轴平行为竖键（a键）与对称轴近乎垂直为横键（e键）,a键,e键,翻环,室温下，环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象,ae，ea,.,52,先画侧面椅式折线，再交上另一椅式折线，最后画a键和e键，同碳指向相反。,同类型键：邻位指向相反，间位指向相同。,a键,e键,环己烷椅式构象的画法,.,53,取代环己烷的构象,如：甲基环己烷,一取代环己烷以e-取代物为优势构象,稳定