无机化学-烷烃(Alkanes)PPT课件.ppt

第二章烷烃（Alkanes）,烃（Hydrocarbons）,脂肪族（Aliphatic）芳香族（Aromatic),烷烃（Alkanes)烯烃(alkenes)炔烃(alkynes)环烷烃(Cyclicalkanes),1,一、同系列（homologousseris）、同系物（homologs）、通式（generalformula）二、同分异构（isomerism）：构造异构具有相同分子式，仅由于组成分子的原子间连接顺序和方式不同引起的同分异构现象。烷烃：碳架异构,2,三、碳原子和氢原子的分类,1：与一个碳相连，伯（primary）碳原子，或一级碳（1）4：与二个碳相连，仲（secondary）碳原子，或二级碳（2）3：与三个碳相连，叔(tertiary)碳原子，或三级碳（3）2：与四个碳相连，季（quaternary）碳原子,或四级碳（4）,3,四、命名,1、普通命名法110个碳：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬和癸表示11个碳以上：十一烷，十二烷,异（iso）新（neo）,4,2、系统命名法（IUPAC）InternationalUnionofPureandAppliedChemistry（1）选主链：选择烷烃分子中最长的连续碳链作为主链，按其碳原子数称某烷。（2）编号：从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字对主链碳原子依次编号。（3）取代基书写：相同取代基合并，用汉字表明数目；不同取代基按“次序规则”排列，优先基团在后。（英文按字母顺序排列）（4）分子中有几种等长碳链可选择时，应选择含取代基多的碳链为主链（5）复杂取代基的命名,5,CH3CH2CH2正丙基n-propyln-Pr异丙基iso-propyli-Pr,CH3CH2CH2CH2正丁基n-butyln-Bu仲丁基sec-butyls-Bu(CH3)2CHCH2异丁基iso-butyli-Bu(CH3)3C叔丁基tert-butylt-Bu(CH3)3CCH2新戊基neo-pentyl,取代基名称：CH3甲基methylMeCH3CH2乙基ethylEt,6,五、烷烃的结构,楔线式棒球模型斯陶特模型,7,Sp3杂化轨道,基态激发态,8,9,键的特点：（1）轴向重叠，重叠程度大，较牢固，（2）可自由旋转，不改变重叠程度。,10,六、物理性质(physicalproperties）,分子键作用力（Intermolecularforce）1、偶极偶极（dipole-dipole）相互作用2、范德华力（Vanderwaals）3、氢键（Hydrogenbond）有机化合物的物理性质取决于它们的结构和分子间的作用力烷烃分子间作用力主要是范德华力,11,1、沸点（boilingpoint）直链烷烃的沸点随分子中碳原子数增加而增高。同分异构体中，含直链的异构体比含支链的异构体沸点高，支链越多，沸点越低。2、熔点（meltingpoint）直链烷烃熔点随分子量的增加而升高。同分异构体中，含直链的异构体比含支链的异构体熔点低，支链越多，分子越对称，分子在晶格中的排列越紧密，熔点越高。,12,3、密度（density）烷烃的密度均小于1。4、溶解性（solubility）不溶于极性的水，溶于低极性的有机溶剂（苯及四氯化碳等）。,13,七、化学性质1、烷烃的卤代反应（1）甲基的氯化,（2）卤代反应机理自由基链锁反应,14,15,（3）甲烷与其它卤素反应卤素的相对活性：F2Cl2Br2I2,16,（4）卤素与其它烷烃的反应,17,18,三种氢的反应活性次序：3H2H1自由基相对稳定性次序如下：,19,八、构象（Conformation）,围绕键旋转所产生的分子的各种立体形象不同构象称构象异构体（conformationalisomersorconformers）（一）乙烷的构象,20,楔线式,锯架式,纽曼投影式,交叉式重叠式,21,扭转张力(torsionalstrain)优势构象：交叉式,22,丁烷的构象：,23,24,全重叠邻位交叉部分重叠对位交叉部分重叠邻位交叉全重叠,稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式优势构象：对位交叉式,25,第三章烯烃(Alkene)和环烷烃(Cycloalkane)第一节烯烃一、结构1、sp2杂化：,26,27,2、乙烯的结构：,28,29,30,二、同分异构三、命名：烯烃的系统命名是选择含碳碳双键的最长碳链作为主链，按其碳原子数称某烯。在编号时必须从靠近双键一端编起，使表示双键位置的数字尽可能最小，然后将双键中编号，将较小那个碳原子的序号写在某烯前面，以表示双键在碳链中的位置。表示取代基名称和位置等原则与烷烃类似。四、物理性质,31,五、烯烃的化学性质,（一）加成反应（AdditionReactions）,32,1.加氢催化氢化（catalytichydrogenation）,催化剂：铂、钯、RaneyNi等,2.与卤化氢加成（AdditionofHydrogenHalides）,烯烃稳定性：反-2-丁烯顺-2-丁烯1-丁烯一般同类烯烃中，双键碳上所连烷基越多越稳定,33,卤化氢对烯烃加成的活性次序：HIHBrHCl,马尔可夫尼可夫规则（Markovnikovrule)马氏规则,不对称烯烃与卤化氢加成时，卤化氢中的氢总是加到含氢较多的双键碳原子上，卤原子则加到另一双键碳原子上。,34,亲电性试剂（electrophilicreagent）：缺少电子，迫切需要得到电子的试剂。由亲电性试剂进攻发生的（加成）反应称亲电性（加成）反应（electrophilicreaction,electrophilicadditionreaction)。,碳正离子活性中间体稳定性：321,+,+,慢,快,X,碳正离子活性中间体carbocation,+,35,+,烷基具有供（推）电子能力，中心碳上所连烷基越多，碳正离子活性中间体越稳定，反之，连有吸（拉）电子原子或基团，碳正离子稳定性下降。,+,+,X,X,2,1,不对称烯烃与极性试剂加成时，试剂中的正离子或带正电荷的部分总是加到能形成稳定的碳正离子的双键碳原子上。,36,+,无过氧化物,过氧化物,过氧化物效应（peroxideeffect）：在过氧化物存在下，不对称烯烃与溴化氢加成方向是反马氏规则的。过氧化物效应只对溴化氢有效。,3.与卤素加成,Br/CCl4溶液用来检验烯烃,37,卤素对烯烃加成的活性次序：F2Cl2Br2I2(不反应）,溴鎓离子,反式加成,38,4.与硫酸加成-烯烃的间接水合,与不对称烯烃加成同样遵循Markovnikovrule.,39,5.与水加成-烯烃的直接水合,遵循Markovnikovrule,6.与次卤酸加成,+,2()-氯乙醇,不对称烯烃与次卤酸加成同样遵循Markovnikovrule.,40,（二）双键的氧化反应,1.高锰酸钾氧化,+,+,+,+,+,41,-,2.臭氧化,另外，有H2O2产生，能使醛进一步氧化成羧酸。,42,还原水解可以避免产物的进一步氧化常用的还原剂：Zn/H2O,+,（三）-氢原子的反应,43,常温,高温,NBSN-溴代丁二酰亚胺,过氧化物,自由基稳定性：321,44,作业,第一章（p13）3，4，5第二章（p25）1（2）（4）（5）（6）4，6，7，8第三章（p45）1，3（2）（3）（5）（6），4，5，6（1）（3）（4）9，11（2），12,45,第二节环烷烃(Cycloalkane),一、分类和同分异构,46,同分异构:,47,二、命名,命名原则同烷烃，要标明构型。有顺反异构时命名只用顺反不用Z、E。,1,1-二甲基环己烷1,1-Dimethylcyclohexane,1,1-二甲基-4-乙基环己烷4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane,4-乙基环戊烯,48,2-环己基-2-戊烯,顺（非Z）1，3二甲基环戊烷,三、环烷烃的理化性质,1.加氢,49,2.加卤素,高温,+,+,+,室温,3.加卤化氢,+,+,或,不反应,小环（3、4元）似烯大环（5、6元）似烷,50,四、环烷烃的结构,Baeyer张力学说（1885年）sp3碳原子键角应为109。28,任何与此正常键角的偏差，都会引起分子的张力，这种张力具有力图恢复正常键角的趋势。我们把这种张力叫角张力。,只对小环适用,51,52,蝴蝶式,信封式,环戊烷,环丁烷,53,五、环己烷及其取代衍生物的构象,1.环己烷的构象,椅式构象,54,椅式构象球棒模型,船式构象球棒模型,55,56,凡与通过分子中心的假象垂直轴平行的CH键,凡与垂直轴成109。28的CH键,平伏键（e）键equatorialbonds,直立键（a）键axialbonds,57,直立键,平伏键,showingbothaxialandequatorialbonds,向上（下）的碳原子有一根垂直向上（下）的a键，另一根是斜向下（上）e键。,58,59,60,61,62,63,64,65,第四章炔烃和二烯烃,第一节炔烃（Alkyene）一、结构,1、sp杂化,66,67,68,二、炔烃的同分异构和命名,主链选择含双键叁键在内的最长碳链,并按其碳原子数称“某烯炔”，将“炔”字放在名称最后。编号遵守“最低系列”原则.编号相同优先双键较小位号。,69,三、炔烃的理化性质（一）加成反应1、催化氢化（Hydrogenation）,H2,Catalyst,H2,Catalyst,Alkyne,Alkene,Alkane,70,H2,Catalyst,Alkyne,Alkene,Howstopatalkene?,LindlarCatalyst,Pd,BaSO4/喹啉,71,H2,Lindlar,Cisadditionofhydrogen,72,?,HowgetTRANSadditionofhydrogen?,73,Na,NH3,Sodium-AmmoniaReductionofAlkynes,TRANS,liquidammoniasolvent,74,Na,NH3,H2,Lindlar,CIS,TRANS,75,2、加卤素3、加卤化氢4、加水,76,HydrationofAlkynes,H3O+,Hg2+,Howdidthistakeplace?,acetone,77,H3O+,Hg2+,ENOL,Addwatertotriplebond.,78,79,H3O+,Hg2+,80,（二）氧化反应（三）炔氢的反应,81,TerminalAlkynes,NaNH2,Acetylideion,Base,Nucleophile,82,Howdothistransformation?,83,NaNH2,NucleophilicSubstitutionReaction,84,1.NaNH2,2.EtBr,1.NaNH2,2.MeBr,85,Reagent?,H3O+,Hg2+,86,Reagent?,NaNH2,87,Reagent?,CH3Br,88,Reagent?,H2Lindlar,89,Reagent?,NaNH3,90,第二节二烯烃(Dienes),一、分类和命名二、结构,91,IsolatedDoubleBonds,ConjugatedDoubleBonds,92,Overlapofporbitals,93,94,Overlapofporbitals,Nooverlap,95,96,CONJUGATEDdoublebonds,252KJ/Mole,226KJ/Mole,H2,H2,97,共轭,共轭键与键重叠。电子离域,体系稳定。,p-共轭p轨道与键重叠。电子离域,体系稳定。,六个C-H键与三个C-C键,共平面；p轨道垂直于平面且彼此相互平行,重叠；电子离域；大键；共轭体系。,共轭体系中电子的离蜮,使体系能量降低。共轭体系越大,化合物越稳定。键长趋于平均化，C2-C3呈现部分双键。,共轭分子的经典结构式具有单双键交替的特征；,共轭体系的交替偶极不会因共轭连的增长而减弱。,98,三.共轭双烯的反应,1.1,4-加成（共轭加成）,试剂(溴)加到C-1和C-4上(即共轭体系的两端)双键移到中间，称1,4-加成或共轭加成。共轭体系作为整体形式参与加成反应，通称共轭加成。,+-+-,+-,+,(p-