大学有机化学第2章_烷烃(alkane)

1、第二章第二章 烷烃烷烃（alkane）本章重点讲解本章重点讲解v1. 1. 烷烃的命名烷烃的命名 掌握掌握 v2. 2. 烷烃的结构烷烃的结构掌握掌握 v3. 3. 烷烃的物理性质烷烃的物理性质了解了解v4. 4. 烷烃的化学性质烷烃的化学性质理解理解2.1 同系列和同分异构现象同系列和同分异构现象结构通式：结构通式： CnH2n+2 CH4 C2H6 C3H8组成上相差组成上相差CH2及其整数倍的称为同系列。同系列中的及其整数倍的称为同系列。同系列中的各化合物互为各化合物互为同系物同系物。 同分异构体：同分异构体：具有相同分子式，结构不同的化合物。具有相同分子式，结构不同的化合物。C4H10

2、CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12 构造异构体：构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序、方式不同而产生的异构体。分为官能团异构顺序、方式不同而产生的异构体。分为官能团异构、碳架碳架异构和位置异构等异构和位置异构等CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷正戊烷CH3CHCH2CH3 异戊烷异戊烷CH3CH3 C CH3 新戊烷新戊烷CH3CH32.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)1. 1. 烷基的概念烷基的概念 1）伯

3、、仲、叔、）伯、仲、叔、 季碳原子和伯、仲、季碳原子和伯、仲、叔氢原子叔氢原子 2）烷基）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3异丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基碳原子和氢原子的分类碳原子和氢原子的分类2碳，碳，或仲碳或仲碳1碳，碳，或伯碳或伯碳3碳，碳，或叔碳或叔碳4碳，碳，或季碳或季碳与伯、仲、叔碳相连的氢分别称为伯、仲、叔氢。与伯、仲、叔碳相连的氢分别称为伯、仲、叔氢。请问有季氢吗？请问有季氢吗？CH3 C CH2CHCH2CH3CH3CH3CH32.2 2.2 烷烃的命名烷

4、烃的命名CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)1. 1. 烷基的概念烷基的概念 1）伯、仲、叔、）伯、仲、叔、 季碳原子和伯、仲、季碳原子和伯、仲、叔氢原子叔氢原子 2）烷基）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3异丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH正丁基正丁基异丁基异丁基叔丁基叔丁基仲丁基仲丁基CH3CH3CH3CCH3CH3CHCH2 2. 2. 烷烃的命名烷烃的命名

5、CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH-CH3110个碳的烷烃，词头用：个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸庚、辛、壬、癸；10个碳以上，用中文数字十一、十个碳以上，用中文数字十一、十二等表示。二等表示。 碳架异构体用正、异、新等词头区分。碳架异构体用正、异、新等词头区分。正正己烷己烷CH3CCH2-CH3CH31 1）普通命名法（适用于简单化合物）普通命名法（适用于简单化合物）异异己烷己烷新新己烷己烷2 2）系统命名（）系统命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）CH

6、3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123 a. 选主链选主链最长、取代基最长、取代基最多最多。b. 编号编号 靠近取代基靠近取代基、遵守遵守“最低系列原则最低系列原则”CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号 2，3，5取代基位号 2，4，5232 2）系统命名（）系统命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）vc. 取代基距两端位号相同时，取代基距两端位号相同时，优先基团置后优先基团置后。顺序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 48OHCH2CCl3ClOHCH2CCl3ClCH2CH2CH3 C（C、H、H、）

7、 C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H） 多原子基团第一个原子相同多原子基团第一个原子相同,则比较与其相连的其则比较与其相连的其它原子。它原子。 含双键或叁键的基团含双键或叁键的基团,则看作是连有两个或叁个相则看作是连有两个或叁个相同的原子。同的原子。CCH C(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)乙炔基乙炔基 乙烯基乙烯基 叔丁基叔丁基 CHCH3CH3CHCH2CH3COOHCHCH3CH3CHCH2CH3COOHvd. 支链上有取代基，则从和主链相连的碳原子开始支链上有取代基，则从和主

8、链相连的碳原子开始将支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链将支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链名写在括号内。名写在括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基 -5-（1，1-二甲基丙基）二甲基丙基）癸烷癸烷e. 名称的排列顺序名称的排列顺序 中文名称按次序规则，优中文名称按次序规则，优先基团置后；英文名称按先基团置后；英文名称按基团首字母的字顺先后列基团首字母的字顺先后列出。出。5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane分

9、为三步：分为三步：一选二编三命名一选二编三命名。1. 选主链：选主链：最长碳链，取代基最多最长碳链，取代基最多2. 编号：编号：靠近取代基靠近取代基（最低系列原则）（最低系列原则）3. 命名：命名：先小后大先小后大（次序规则：次序规则：优先基团优先基团 置后置后） 同基合并同基合并 在英文命名中，取代基按词首的字母排列顺序先后列出关键是如何确定主链和处理取代基的位置关键是如何确定主链和处理取代基的位置2 2）系统命名（）系统命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）例1 CH3-CH2 CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3 CH2 CH3 CH3辛烷3-甲基-5-乙基母体名基名 连字符

10、读作：位取代基位次例2 CH3-CH2-CHCH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3CH3 CH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷例3 CH3-CH-CH2CHCHCH3 CH3 CH CH3 CH3 CH32,5-二甲基-3-异丙基己烷2,5-二甲基-4-异丙基己烷 1235612358126542,5-2甲基 3,4-2乙基己烷2,5-甲基-3,4二乙基己烷（最低系列原则最低系列原则）例题例题4乙基是较优基团，置后乙基是较优基团，置后3-甲基甲基-3-乙基乙基己烷己烷CH3CH2CCH2CH2CH3CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH2CH2CHCH2CH3CH3CH2C

11、H33-甲基甲基-7-乙基壬烷乙基壬烷37732.3 2.3 烷烃的结构烷烃的结构C CH HH HH HH HCsp3Hs1.1.碳的碳的SPSP3 3杂化和杂化和键的形成键的形成 四个四个C-H键键六个六个C-HC-H键键 一个一个C-CC-C键键烷烃分子立体烷烃分子立体形状表示法：形状表示法：实线实线- -键在纸平面上键在纸平面上; ; 楔线楔线- -键在纸平面前键在纸平面前; ; 虚线虚线- -键在纸平面后。键在纸平面后。 2.2.烷烃的构象烷烃的构象H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H构

12、象：构象：由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式。间的不同排列方式。1 1）乙烷的构象）乙烷的构象H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH 楔形透视式（伞形式）楔形透视式（伞形式） 锯架式锯架式 纽曼投影式纽曼投影式 重重叠叠式式交交叉叉式式乙烷的交叉式构象乙烷的交叉式构象乙烷的重叠式构象乙烷的重叠式构象HHHHHHHHHHHH交叉式交叉式重叠式重叠式乙烷的构象（乙烷的构象（透视式透视式）乙烷的构象（乙烷的构象（Newman 投影式投影式）HHHHHHHHHH交叉式交叉

13、式重叠式重叠式HH能量能量重叠式构象重叠式构象交叉式构象交叉式构象12.5kJ/mol乙烷分子中各种构象的位能变化曲线乙烷分子中各种构象的位能变化曲线分子间的碰撞足以产生这么分子间的碰撞足以产生这么大的能量变化，因而各构象大的能量变化，因而各构象间可以在常温下自动转化间可以在常温下自动转化（稳定构象或占优势构象）（稳定构象或占优势构象） 2 2） 正丁烷的构象正丁烷的构象 绕绕C-2和和C-3之间的之间的键旋转，形成的四种典型构象。键旋转，形成的四种典型构象。对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 全重叠式全重叠式 部分重叠式部分重叠式构象稳定性构象稳定性：对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式

14、邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式最稳定的最稳定的对位交叉对位交叉构象是构象是优势构象优势构象，能量最低。，能量最低。CH3CH3HHHHCH3HHHH对位交叉式对位交叉式邻位交叉式邻位交叉式完全重叠式完全重叠式部分重叠式部分重叠式CH3CH3CH3HHHHCH3H3CHHHH正丁烷构象分析势能图正丁烷构象分析势能图 能否写出以下两个化合物的稳定构象？能否写出以下两个化合物的稳定构象？lCH3CH2CH2CH2CH3lCH3CH2IC2H5CH3HHHHHIHHHH 讨讨 论论 题题 （1）将右式化合物改写成）将右式化合物改写成纽曼式，并用纽曼式，并用纽曼式纽曼式表示表示其其优

15、势构象优势构象。H HC CH H3 3C Cl lH HC CH H3 3C Cl l（2）下列哪一对化合物是等同的？（）下列哪一对化合物是等同的？（C-C单键可以单键可以自由旋转）自由旋转）BrHCH3BrHCH3BrHBrHCH3CH3BrHCH3BrHCH3CH2a. b.CH3BrBrHHCH2CH3v杂化轨道v烷烃命名v次序规则v烷烃构象v分子间力2.4 物理性质物理性质v外外 观：观： 状态，状态， 颜色，颜色， 气味气味v物理常数：物理常数： 沸点（沸点（b.p.)熔点（熔点（m.p.) 折光率折光率(n)旋光度旋光度 密度（密度（D） 溶解度溶解度 偶极矩（偶极矩（） =qd

16、 光谱特征光谱特征v1. 熔点熔点:取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。烷烃的密度均小于烷烃的密度均小于1（0.424-0.780)烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.偶极矩均为偶极矩均为0。1. 1. 熔点熔点: :烷烃熔点的特点烷烃熔点的特点: （1） 随相对分子质量增大随相对分子质量增大 而增大。而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值烷烃的熔点升高值 大大 （如右图）。（如右图）。（3）相对分子质量相同的）相对分子质量相同的烷烃，支链增多，熔点下降。烷烃，支链增多，熔点下降。偶数碳偶数碳奇

17、数碳奇数碳2. 沸点沸点: :沸点大小沸点大小取决于分子间的作用力取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点烷烃沸点的特点:（1 1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。（2）随相对分子质量增大而增大（范德华引力增大）。）随相对分子质量增大而增大（范德华引力增大）。（3）相对分子质量相同、支链多、沸点低。（支链多，分子不易接近）相对分子质量相同、支链多、沸点低。（支链多，分子不易接近）1、22.5 2.5 化学性质化学性质v总体特点：总体特点：化学性质取决于分子的结构。化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键的键能较大，极性较小，烷烃键的键能较大，极性较小，烷

18、烃稳定稳定。高温、光高温、光照照等条件下烷烃具有反应活性。等条件下烷烃具有反应活性。2.5.1卤代反应1) 1) 氯代氯代hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl42）反应机理）反应机理亦称亦称反应历程反应历程、反应机制反应机制，是描述反应由，是描述反应由反应物到产物所经历的每一步过程。反应物到产物所经历的每一步过程。反应经历了反应经历了游离基活性中间体游离基活性中间体。游离基取代反应。游离基取代反应。2.5.12.5.1卤代反应卤代反应Cl2 2ClhvCH3 + CH3 H3CCH3链传递链传递链终止链终止Cl + Cl Cl2Cl2 CH3Cl

19、 + ClCH3 +CH4 + Cl CH3 + HCl链引发链引发Cl + CH3 H3CCl产生产生游离基游离基产生产生甲基游离基甲基游离基产生新的产生新的氯游离氯游离基基游离基游离基之间碰撞，之间碰撞，形成形成稳定分子稳定分子，反应终止反应终止整个反应经历三个阶段：链引发、链传递、链终止。整个反应经历三个阶段：链引发、链传递、链终止。此游离基反应也称此游离基反应也称链锁反应或链反应。链锁反应或链反应。2.5.1卤代反应3 3）氯代、溴代反应的取向）氯代、溴代反应的取向CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%1oH与与2oH被

20、取代的概率为被取代的概率为: 6 2氢的相对反应活性：氢的相对反应活性： 1oH:2oH = (45/6) : (55/2 ) = 1 : 3.8例例 1例例 2CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36% 1oH与与3oH氢被取代的概率为氢被取代的概率为: 9:1氢的相对反应活性：氢的相对反应活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5 9 99 9% % (CH3)2CH CH3CH2 CH32.5.1卤代反应H HH HC C- -H Hsp2 烷基游离基结构烷基游离基结构 带成单电子碳带成单电子碳 sp杂化。杂化。成单电成单电 子占据未参与杂化的子占据未参与杂化的p轨道。轨道。p轨道垂直于三个轨道垂直于三个sp杂杂化轨道所在的平面。化轨道所在的平面。CCH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基游离基乙基游离基 异丙基游离基异丙基游离基 叔丁基游离基叔