大学有机化学2课件

1、第一章 开链烃（烷烃)Alkanes1 1 几个基本概念几个基本概念 烃烃(Hydocarbons)(Hydocarbons) 饱和烃饱和烃(Saturated hydrocarbons)(Saturated hydrocarbons) 链烷烃的通式链烷烃的通式(General formula) C(General formula) Cn nH H2n+22n+2 同系列同系列(Homologous series)(Homologous series) 同系物同系物(Homologs)(Homologs)1.11.1烃烃：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫碳：只由碳氢两种元素组成的有机物；也叫

2、碳氢化合物。氢化合物。开链烃开链烃： 碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪烃叫烷烃。脂肪烃叫烷烃。烃开链烃环烃（脂 肪烃）饱和 烃不饱和 烃(烷烃）饱和烃饱和烃 烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的化合物CHHHHCHHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHHCHHCHHCHHHCH4 C2H6C3H8 C4H101.2 1.2 同系列和同分异构同系列和同分异构 一、一、同系列同系列：结构相似，组成上相差若干个：结构相似，组成上相差若干个CHCH2 2的化合的化合物组成，物组成，互称同系物。烷烃结构通式：互称同系物。烷烃结构通

3、式：C Cn nH H2n+22n+2二二同分异构体同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物。：分子式相同而结构不同的化合物。 官能团异构官能团异构：甲醚、乙醇：甲醚、乙醇 碳链异构碳链异构：直链和支链的异构。：直链和支链的异构。aCH3bCH2bCH2bCH2aCH3 aCH3bCH2cCHaCH3 aCH3 CH3 aCH3dCaCH3 CH3戊烷（正戊烷）戊烷（正戊烷）2-甲基丁烷（异戊烷）甲基丁烷（异戊烷）2，2-二甲基丙烷（新戊烷）二甲基丙烷（新戊烷）a:一级（一级（1 1 ）(伯伯)碳原子碳原子 b:二级（二级（2 2 ）(仲仲)碳原子碳原子c:三级（三级（3 3 ）(叔叔)碳原子

4、碳原子d:四级（四级（4 4 ）(季季)碳原子碳原子 伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢 2 2 链烷烃的命名链烷烃的命名 1. 1. 习惯命名法（普通命名法）习惯命名法（普通命名法） 2. 2. 系统命名法系统命名法 3. 3. 衍生物命名法衍生物命名法 4. 4. 俗名俗名 基团基团 (-yl) (-yl) 的概念：的概念：烷烃分子中除去一个氢原子余下的部烷烃分子中除去一个氢原子余下的部分，可用分，可用R-R-表示表示(1)(1)某基某基：甲基：甲基(methyl) CH(methyl) CH3 3- - ；乙基；乙基(ethyl) CH(ethyl) CH3 3CHCH2 2- - ；丙基

5、丙基 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2- - (2)(2)异某基异某基：异丙基：异丙基 (CH(CH3 3) )2 2CH- CH- ； 异丁基异丁基 (CH(CH3 3) )2 2CHCHCHCH2 2- - (3)(3)仲某基仲某基：仲丁基：仲丁基 CHCH3 3CHCH2 2CH(CHCH(CH3 3)-)-(4)(4)叔某基叔某基：叔丁基：叔丁基 (CH(CH3 3) )3 3C-C-一、普通命名法：普通命名法：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸分别表示十个以下甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸分别表示十个以下碳原子数目碳原子数目; 碳原子数在十个以上的，用中文数字十

6、一、十二、碳原子数在十个以上的，用中文数字十一、十二、十三十三来表示来表示 ; 用用“正正(normal)、异、异(iso)、新、新(neo)”等字为前等字为前缀区分异构体，加上缀区分异构体，加上“烷烷”字即为全名。字即为全名。CH3-CH2-CH2-CH2-CH3正戊烷正戊烷 CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CCH3 异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷二、系统命名法（二、系统命名法（IUPAC）(International Union of Pure and Applied Chemistry) 命名规则命名规则 (P.14)(1)选主链：最长碳链。选主链：最长碳链。取代基最多；取代基最

7、多；(2)编号：编号：a:从离支链最近的一端开始编号；从离支链最近的一端开始编号；b:“最低系列最低系列”规则，规则，“次序规则次序规则”(3)写出名称：写出名称：a:支链烷基名称和位置写在前；支链烷基名称和位置写在前； b: 小基团在前，大基团在后；小基团在前，大基团在后； c:相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目。相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目。注意： (1).数字与汉字间用数字与汉字间用“”隔开，数字间用隔开，数字间用“，”分开；分开； (2). “某基某基”和和“某烷某烷”之间不能用之间不能用“”隔开隔开; (3).汉字二、三、四等不能用阿拉伯数字汉字二、三、四等不能用阿

8、拉伯数字2,3,4等替换等替换主主链链及及编编号号CH3CCHCH2CHCH3CH3CH3CH3 6 5 4 3 2 12,2,3,5-四甲基己烷CH3 1 2 3 4 5 6CH3CH2CHCHCHCHCH3CH2CH3CH2CH3CH3CH37 6 5 4 3 2 12,3,5-三甲基-4-丙基庚烷最低系列原则最低系列原则选择含取代基多的最长碳链选择含取代基多的最长碳链CH3CH3CH3CH3CH2CHCHCH2CH2CH212345674-甲基-3-乙基庚烷3-乙基-4-甲基庚烷 4-丙基-6-异丙基壬烷CH3CH2CH2CHCH2CHCH2CH2CH3CH2CH2CH3CH3H3CCH

9、3CH2C(CH3)2CH2CH(CH2CH3)CH2CH33,3-二甲基-5-乙基庚烷课堂习题：1.1.对下列烷烃进行命名对下列烷烃进行命名CH3CH3CH3CH2CH2CH2CHCCH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CCH2CH3CH2CH33,3,5-三甲基庚烷2，4-二甲基-4-乙基已烷2.指出下列两化合物的命名不正确的地方并重新命名指出下列两化合物的命名不正确的地方并重新命名2，4-二甲基-6-乙基庚烷4-乙基-5,5-二甲基戊烷一一、甲烷的正四面体结构甲烷的正四面体结构HHHHC 键长键长：0.110nm 0.110nm 键角键角：109109 2828 109.53 烷烃的结

10、构一、一、碳原子的碳原子的spsp3 3杂化：杂化：1个个2s轨道和轨道和3个个2p轨道杂化后，形成轨道杂化后，形成4个完全相等的个完全相等的sp3杂化轨道。杂化轨道。 杂化杂化a 杂化轨道有更强的方向性；杂化轨道有更强的方向性；b 四个四个SP3杂化轨道完全等值；杂化轨道完全等值；c 四个键尽可能远离；四个键尽可能远离；d 每两个杂化轨道之间的夹角都是每两个杂化轨道之间的夹角都是109 28 spsp3 3 轨道和甲烷分子的形成轨道和甲烷分子的形成C-C -键键乙乙烷烷分分子子中中原原子子轨轨道道重重叠叠示示意意图图C-H -键键三三 烷烃分子的模型和表示方法烷烃分子的模型和表示方法 键线表

11、示法：键线表示法： 楔形式楔形式 ：CCHHHHHH 己烷己烷 2-甲基戊烷甲基戊烷 乙烷乙烷 （3)3)模型：模型：Kekkule(Kekkule(凯库勒凯库勒) )模型：球和棍棒，表示原子和键；模型：球和棍棒，表示原子和键； stuartstuart（斯陶特（斯陶特) )模型：原子半径和键长的比例；模型：原子半径和键长的比例；乙烷的凯库勒模型乙烷的凯库勒模型 斯陶特模型斯陶特模型4 4 烷烃的构象烷烃的构象(Conformation)(Conformation) 构象：由单键旋转所产生的分子中原子或基团在空构象：由单键旋转所产生的分子中原子或基团在空间的特定排列形式。间的特定排列形式。 构

12、象异构体构象异构体(Conformers)(Conformers)：由单键旋转而产生的异：由单键旋转而产生的异构体。构体。 单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构体。单键旋转会产生无数个构象，它们互为构象异构体。一、乙烷的构象：一、乙烷的构象：构象构象：围绕单键旋转所产生分子中的原子或基团在空间的不：围绕单键旋转所产生分子中的原子或基团在空间的不同排列。同排列。构象表示法构象表示法： 锯架式（锯架式（a)a)、立体透视式（、立体透视式（b)b)、 NewmanNewman投影式（投影式（c)c)极限构象：极限构象：重叠式，交叉式构象重叠式，交叉式构象乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不同构象的能

13、量曲线图60 120 180 240EHHHHHHHHHHHH重叠式构象交叉式构象HHHHHHHHHHHH12.1 kJ / mol旋转角度丁烷的构象CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3全重叠式 邻位交叉式 部分重叠式HHCH3HHCH3HCH3HHHCH3HHCH3HHCH3HCH3HHHCH3123456对位交叉式 部分重叠式 邻位交叉式60O60O60O60O60O 丁烷不同构象的能量曲线图60 120 180 240 300 360E3.7 kJ/mol18.8 kJ/mol15.9 kJ/molCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3HHCH3HHCH3HCH3HHHCH3HHC

14、H3HHCH3HCH3HHHCH3123456CH3HHHHCH31旋转角度1状态状态：室温下，碳原子数：室温下，碳原子数：14 气态；气态；517 液态；液态；18以上以上 固态。同分异构体中，固态。同分异构体中，有支链者沸点低；支链越多，沸有支链者沸点低；支链越多，沸点越低。点越低。2溶解性溶解性：易溶解于氯仿、乙醚、四氯化碳、苯的弱极性：易溶解于氯仿、乙醚、四氯化碳、苯的弱极性和非极性溶剂，不溶于水和其他极性溶剂。和非极性溶剂，不溶于水和其他极性溶剂。3密度密度：随分子量增大而增高，但都小于：随分子量增大而增高，但都小于1。 5. 5. 烷烃的物理性质烷烃的物理性质结构是决定性质的内在因

15、素；同系物结构相似，因而化学性结构是决定性质的内在因素；同系物结构相似，因而化学性质也基本相似。相对于其他有机物来说，烷烃未含官能团而质也基本相似。相对于其他有机物来说，烷烃未含官能团而具有较大的稳定性，一般情况下，烷烃和大多数试剂都不发具有较大的稳定性，一般情况下，烷烃和大多数试剂都不发生反应。生反应。 烷烃分子中只有烷烃分子中只有碳碳，碳氢碳碳，碳氢 s-s-键键，故十分稳定，故十分稳定 碳氢键的极性小，不易发生异裂，一般发生均裂碳氢键的极性小，不易发生异裂，一般发生均裂6 6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质一、氯代一、氯代：在日光：在日光(或紫外光或紫外光)照射下，或高温下，烷烃分子中的氢

16、照射下，或高温下，烷烃分子中的氢原子能逐步被氯取代，得到不同的产物。如甲烷：原子能逐步被氯取代，得到不同的产物。如甲烷： CH4 + Cl2 CH3Cl (一氯甲烷一氯甲烷) + HCl ； CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 (二氯甲烷二氯甲烷) + HCl ； CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 (三氯甲烷三氯甲烷) + HCl ； CHCl3 + Cl2 CCl4 (四氯化碳烷四氯化碳烷) + HCl 。 反应有时很剧烈，控制不好会爆炸。反应有时很剧烈，控制不好会爆炸。 CH4 + 2 Cl2 C + 4 HCl 甲烷过量甲烷过量(10:1)时，主要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比时，

17、主要得到一氯甲烷；甲烷与氯气体积比0.26:1时，主要得到四氯化碳。时，主要得到四氯化碳。共价键的断裂方式与反应类型烷烃的卤化 反应机理反应机理 (Reaction mechanism)(Reaction mechanism)CH4 + Cl2hvCH3Cl HClCl22ClhvCH4 + ClCH3 HClCH3 Cl2CH3Cl ClCl ClCl2CH3 CH3CH3CH3CH3 ClCH3Cl链引发链增长链终止CH3CH2CH3Cl2hvCH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl25 oC;+丙烷丙烷 45% 55% CH3CCH3CH3HCl2, 光25oCClCH2CCH3CH3

18、H+CH3CCH3CH3Cl仲氢：伯氢仲氢：伯氢=55/2：45/64：1异丁烷异丁烷 63% 37% 叔氢：伯氢叔氢：伯氢=37/1：63/95：1总结：氯化时，叔氢：仲氢：伯氢总结：氯化时，叔氢：仲氢：伯氢 = 5：4：1 自由基稳定性：叔自由基自由基稳定性：叔自由基 仲自由基仲自由基 伯自由基伯自由基 甲基自由基甲基自由基CH3CH3CH3CH3CCH3CH3CHCH3CH3CH2. 6 6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质催化剂存在下，烷烃在其着火点以下，可被氧气氧化，反应复杂：催化剂存在下，烷烃在其着火点以下，可被氧气氧化，反应复杂：RR + O2 ROH (醇醇)+ ROH(醇醇)RCH2CH2R + O2 RCOOH (酸酸) + RCOOH (酸酸)烷烃在高温和足够空气中燃烧，生成烷烃在高温和足够空气中燃烧，生成CO2和水，放出大量的热：和水，放出大量的热：CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 热能热能C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + 热能热能 CnH2n+