大学 有机化学 第02章 饱和烃.ppt

1、化学,中心科学,化学是在分子水平上研究物质世界的科学。说它是中心科学，并非认为化学是所有科学中最重要的，而是因为它联系着物理学和生物学，材料科学和环境科学，农业科学和医学，它是所有处理化学变化的科学的基础。因而，和这些科学的交叉就成为化学科学发展的必然趋势。,【本章重点】,命名；立体异构;卤代反应及其反应历程。,【必须掌握的内容】,1. 链烷烃的构象异构及表示方法。,2. 链烷烃的物理性质、化学性质卤代反应历程、自由基的结构及稳定性、各类氢原子的相对活性。 3. 环烷烃的结构命名及化学性质。环己烷的 构象异构和构型异构。,第二章 烷烃 Alkane,石油的炼制,烯烃,2- 1 链烷烃 一、分子

2、结构 烷烃（CnH2n+2） 例：CH4 碳原子杂化状态：sp3，s成分占1/4 共价键类型：4个碳氢键 分子形状：正四面体 CC键长：0.154nm 键角：109.5,109.5 ,由sp3杂化碳原子形成的甲烷分子,丁烷的球棒模型,13,二、结构异构 1.构造异构：自学（同分异构现象） （Constitutional isomerism） 2.立体异构（Steroisomerism） (1)定义 CC相对旋转,使分子中的非成键原子或基团在空间有不同的排列构象 (Conformation) 不同构象之间互称为conformational isomer 构像异构体. (2)乙烷和丁烷的构象 (3

3、)表示方法,d,d =,l,乙烷的构象,乙烷构象表示方法 立体透视式、锯架式以及纽曼投影式:,重叠式 交叉式,乙烷构象表示方法 锯架式:,纽曼投影式：,重叠式 交叉式,乙烷各种构象的能量曲线图,60,120,180,室温下，乙烷是无数构象的平衡体，其中有代表性的构象是： 交叉式 非键斥力体系能量低，存在时间较长优势构象。 重叠式 非键斥力体系能量高，存在时间较短，不稳定。,丁烷的构象 以C2C3为转动轴 ，观察丁烷分子的构象，也是无数构象的平衡体，有四种代表性构象： 对位交叉，邻位交叉，部分重叠，全重叠,丁烷各种构象的能量曲线图,这四种构象的稳定性次序为： 对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠

4、 对位交叉为优势构象,对位交叉,部分重叠,邻位交叉,全重叠,三、命名 1、碳原子的种类及取代基名称,1 2 3 4,1伯 2仲 3叔 4季,1oCH 2o CH 3oCH 410 395 380,不同C-H键离解能（kJ/mol）的大小： (p31),取代基名称 烷烃 取代基 名 称 CH4 CH3 甲 基（Me-） CH3CH3 CH2CH3 乙 基（Et-） CH3CH2CH3 CH2CH2CH3 丙 基（n-Pr-） （丙烷） CH(CH3)2 异丙基（i-Pr-） CH3(CH2)2CH3 (CH2)3CH3 丁 基（n-Bu-） （丁烷） CH(CH3)CH2CH3 仲丁基（s-Bu

5、-） (CH3)2CHCH3 CH2CH(CH3)2 异丁基（i-Bu-） （异丁烷） C(CH3)3 叔丁基（t-Bu-）,2.普通命名法 (p23，自学),3.系统命名法:,3-甲基己烷,2,7,8-三甲基癸烷,当碳链以不同方向编号，得到两种或两种以上不同的编号序列时，则顺次逐项比较各序列的不同位次，首先遇到位次最小者，定为“最低系列”。,2-甲基-3-乙基戊烷,主链当有两个以上的等长碳链可供选择时，其选择顺序为： 1：选择支链多的碳链为主碳链。2：支链数目相同时选择支链位号较小的为主碳链。,2,3,6-三甲基-4-丙基庚烷,3,5-二甲基-4-乙基庚烷,26,次序规则（p51）即： 用来

6、决定有关原子或原子团次序的方法。 (1)按与主链直接相连的第一个原子的原子序数大者为较优基团；同位素原子按原子量排列。 OH NH2 CH3 (2)原子序数相同时: C(CH3)3 CH(CH3)2 CH2CH3 CH3 C(C,C,C） C(C,C,H) C(C,H,H) C(H,H,H),3-甲基-5-乙基庚烷,3,5-二甲基-3-乙基庚烷,2,8-二甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷,四、烷烃的物理性质,(1) 直链烷烃,M，b.p；庚烷：100(98.4)。,色散力 共价键数目(即CC、CH),1.沸点 boiling point （b.p.）,分子间作用力 b.p.,形成氢键的能力

7、 分子极性 相对分子质量 分子间距离,(2) 支链烷烃(同分异构体),支链，b.p。, 分子间距离色散力 。,支链数相同：对称性，b.p；,分子相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间会产生很弱的吸引力，这种吸引力成为色散力 由于分子中电子和原子核不停地运动，非极性分子的电子云的分布呈现有涨有落的状态，从而使它与原子核之间出现瞬时相对位移，产生了瞬时偶极，分子也因而发生变形。分子中电子数愈多、原子数愈多、原子半径愈大，分子愈易变形。,色散力,瞬时偶极可使其相邻的另一非极性分子产生瞬时诱导偶极，且两个瞬时偶极总采取异极相邻状态，这种随时产生的分子瞬时偶极间的作用力为色散力。虽然瞬时偶极存在暂短，但异极相

8、邻状态却此起彼伏，不断重复，因此分子间始终存在着色散力。 色散力不仅存在于非极性分子间，也存在于极性分子间以及极性与非极性分子间。,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；,比较下列各组化合物的沸点高低,并说明理由。,(1)正丁烷和异丁烷； (2)正辛烷和2,2,3,3-四甲基丁烷； (3)己烷、3-甲基己烷和3,3-二甲基戊烷。,课堂练习1,2.熔点 melting point (m.p.) 分子间作用力、分子对称性 m.p. 3.溶解度 solubility (s) 溶解的实质 用溶质与溶剂分子间作用力取代溶质分

9、子间、溶剂分子间作用力。 溶解的原则 相似相溶,五、化学性质 结构与性质的关系 弱极性或非极性共价键弱极性或非极性分子分子间作用力小 键稳定不易断裂，烷烃性质不活泼； 在一定条件下反应时，共价键均裂 游离基型反应； CC单键可绕键轴相对旋转构象异构。,1.卤代 (1)反应条件 光照(h)或高温 (2)试剂 Cl2、Br2 (3)产物 CH键均裂，生成一卤代、二卤代、多卤代烷混合物。 例：CH4 CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3 + CCl4,(4)历程 游离基型取代反应 链引发：,（ClCl键的离解能CH键的离解能）,链终止：,链传递：,35,(5)各类CH断裂的难易与 游离基中间

10、体的稳定性,2H1H =13 产物产率比例=11,h,h,3H1H =19 产物产率比例=12,共价键键能（kJ/mol）： （p31） 3oCH2oCH1oCHCH3H 380 395 410 435 键能生成烷基游离基中间体需要的能量中间体易生成越易生成的中间体稳定性相应产物的产率。 游离基中间体稳定性次序：（p31）,(5)各类CH断裂的难易与 游离基中间体的稳定性,2-1 环烷烃,一、分类和命名,脂环烃,小环： C3C4 常见环：C5C6 中等环：C7C12 大环： C12以上,环烷 环烯 环炔,单环 双环 多环,螺环 桥环,1、单环烃（P33）,环丙烷,环己烷,1-甲基-5-丙基-2

11、- 异丙基环己烷,4-甲基- 1-环戊基己烷,命名下列化合物,课堂练习2,答案: 异丙基环丙烷 1,3-二甲基环戊烷 1-甲基-3-乙基环己烷 1,2-二环己基乙烷,环烷烃的顺反异构(p33),顺-1,4-二甲基环己烷,反-1,4-二甲基环己烷,2.桥环烷烃,从桥头碳开始编号:先编大桥（or环），再编次大桥， 最短的桥最后编；有取代基时，编号应使各取代基的 位次最小。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,二环a.b.c 某烷,除桥头碳外每个 桥上的C原子数。,桥环烷烃（bridge cycloalkane）,命名格式为： “环数+带有数字的方括号+母体烃名称” 命名步骤： 1). 确定环数：环

12、数等于把化合物切成开链烃的最小切割次数； 2). 确定母体烃名称，根据成环原子的数目而定； 3). 确定主环和主桥。碳原子数最多的环为主环，主环内最长的桥为主桥，其他桥为次桥；,4). 编号。先编主环，从主桥的一个桥头碳开始，循最长的环编到主桥的另一个端，再编主环的另一半到起始桥端，然后编长桥上的碳原子，接着编次桥上的碳原子。 5). 确定方括号内的数字。依次为主桥两侧的碳原子数（不包括桥头碳，先多后少）、主桥上的碳原子数、各次桥上碳原子数；次桥碳原子数的右上方要写上该桥碳原子编号；,二环3.2.1辛烷,3,7,7-三甲基二环4.1.0庚烷,练习命名：,答案：1,7,7-三甲基二环2.2.1庚

13、烷,3.螺环烷烃,命名格式： “螺数+带数字的方括号+母体烃的名称”。,1，3，7-三甲基-1-乙基二螺3.1.5.2十三烷,螺环烷烃的命名规则,1）确定螺数。根据螺原子格式分为单螺、二螺、三螺等。 2）确定母体烃的名称。根据成环碳原子的数目而定。 3）编号。从邻近于螺原子的一个碳原子开始，由较小的环顺次编完，并尽可能给螺原子以最小的编号。 4）确定方括号内的数字。顺着环的编号次序，用数字标明螺原子之间的碳原子的数目。,1,7二甲基螺4.5癸烷,螺原子,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,螺4.5癸烷,此外，如果环上有取代基时，放在最前面，并使取代基的编号尽可能最小。有其他官能团存在时，

14、其编号也应力求最小。,命名练习：,课堂练习3,（1）,（2）,答案： （1）2,8-二甲基二环4.4.0癸烷 （2）螺3.3庚烷,二、分子结构 1.分子结构,环烷烃（CnH2n） 例：,实验事实 环丙烷在室温、避光条件下，能使Br2/CCl4褪色，生成1,3-二溴丙烷发生开环反应。 燃烧热/molCH2：C3C4 C5 C6=开链烷烃环的稳定性。,键角的变形,键角的变形会产生张力，张力是环的稳定性下降，反应活性增加； 键角变形程度越大，张力越大，反应活性越大； 对于环丙烷，由正常键角为109.5变为60，必须使两个C-C键各自向内偏转2444=1/2(10928-60）。,2444,944,044,-516,109.5 ,105.5 ,60,见p38图2-7,环烷烃分子中的碳原子也是sp3杂化,结构 碳原子杂化状态：sp3 共价键类型：键 环丙烷碳碳之间形成弯键，夹角为105(p37) 结构与环的稳定性 角张力：键角压缩产生角张力 键角压缩程度角张力环的稳定性开环趋势 扭转张力：非键斥力扭转张力 环的稳定性开环趋势,2.结构与性质的关系 弱极性或非极性共价键弱极性或非极性分子分子间作用力小,角张力环稳定性小环的开环反应 构象异构和顺反异构,