有机化学王晓兰PPT学习教案

1、会计学1有机化学王晓兰有机化学王晓兰1 烷烃的同系列烷烃的同系列 v系列差：系列差：CH2称为同系列的系列差，也称系差。称为同系列的系列差，也称系差。v烷烃的通式烷烃的通式CnH2n+2v同系物：同系列中的各个化合物互称同系物。同系物：同系列中的各个化合物互称同系物。CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 v同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似的化合物系列。同系列：具有一个通式，结构相似，性质相似的化合物系列。2- -1 同系列和同分异构同系列和同分异构 第1页/共54页2 同分异构现象同分异构现象 v构造异构：构造异构：具有相同的分子式，而分子中原子或基团的顺序不同。具有相同

2、的分子式，而分子中原子或基团的顺序不同。碳链异构，碳链的连结方式和次序不同；碳链异构，碳链的连结方式和次序不同；官能团异构，相同的原子组成不同的官能团。官能团异构，相同的原子组成不同的官能团。位置异构，取代基或官能团的位置不同；位置异构，取代基或官能团的位置不同；第2页/共54页v立体异构：分子中原子的结合顺序相同，而原子或基团在空间的相对位置不同。立体异构：分子中原子的结合顺序相同，而原子或基团在空间的相对位置不同。顺反异构，取代基在双键或环的方位不同；顺反异构，取代基在双键或环的方位不同；对映异构，互为镜像但不能重合的分子；对映异构，互为镜像但不能重合的分子；构象异构，由单键旋转产生的不同

3、的分子形象。构象异构，由单键旋转产生的不同的分子形象。构型异构构型异构第3页/共54页v构造构造( (Constitution) )：分子中原子互相联结的方式和次序。：分子中原子互相联结的方式和次序。3 构造式的写法构造式的写法 v构造简式构造简式 v构造式构造式v键线式键线式 CH3CH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH3CH(CH3)2CH3CH2CH2CH3CH3CH3 CH CH3第4页/共54页4 写出烷烃的同分异构体写出烷烃的同分异构体CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH CH2 CH2 CH3CH3CH3 CH2 CH CH2 CH3CH3CH3 CH

4、 CH CH3CH3CH3CH3 CH2 C CH3CH3CH3第5页/共54页5 碳、氢原子的分类碳、氢原子的分类 v和伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子；和伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子；v伯、仲、叔、季碳原子；伯、仲、叔、季碳原子；1234CH3 C CH2 CH CH3CH3CH3CH3v不同类型的氢原子反应性能是有一定差别的。不同类型的氢原子反应性能是有一定差别的。第6页/共54页1 普通命名法普通命名法( (习惯命名法习惯命名法) ) v只限于简单的烷烃，用只限于简单的烷烃，用“烷烷”表示饱和烃类化合物，在烷字前面将分子中所含的碳原子数目表示出来；表

5、示饱和烃类化合物，在烷字前面将分子中所含的碳原子数目表示出来；丁烷丁烷 CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)10CH3十二烷十二烷 v由碳原子的数目依次称为甲烷、乙烷由碳原子的数目依次称为甲烷、乙烷癸烷，自十一个碳原子以后依次称为十一烷、十二烷癸烷，自十一个碳原子以后依次称为十一烷、十二烷2- -2 烷烃的命名烷烃的命名 第7页/共54页v异构体可以在名称前加形容词正、异、新来表示异构体可以在名称前加形容词正、异、新来表示。CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CH3CH3 C CH3CH3 C CH2CH3CH3CH3正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷 新

6、己烷新己烷 第8页/共54页2 系统命名法系统命名法 v选择选择最长的碳原子直链作为主链最长的碳原子直链作为主链 ，支链作为取代基，支链作为取代基；v主链碳原子编号，使取代基的位次最小；主链碳原子编号，使取代基的位次最小；3-甲基己烷甲基己烷 1CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3v烷基和烷基的位数写在主链的前面，阿拉伯数字和汉字之间用烷基和烷基的位数写在主链的前面，阿拉伯数字和汉字之间用“-”连接；连接； 2 3 4 5 6第9页/共54页v烷烃分子中去掉一个氢原子剩下的原子团称为烷基。烷烃分子中去掉一个氢原子剩下的原子团称为烷基。 CH3甲基甲基( (Me) ) CH3CH2乙基乙基(

7、 (Et) ) CH3CH2CH2丙基丙基( (Pr) ) CH3CH2CH2CH2丁基丁基( (Bu) ) 异丙基异丙基( (i-Pr) )CH3CHCH3叔丁基叔丁基( (t-Bu) ) CH3CCH3CH3第10页/共54页v取代基的数目用汉字数字表示；取代基的数目用汉字数字表示；CH3C CHCH2CH3CH3CH3CH32,2,3-三甲基戊烷三甲基戊烷 v取代基不同时，要把小的写在前面，大的写在后面；取代基不同时，要把小的写在前面，大的写在后面；3-甲基甲基-5-乙基庚烷乙基庚烷 CH3CH3CH2CH CH2CHCH2CH3CH2CH3第11页/共54页基团的基团的“大小大小”，应

8、按次序规则确定：，应按次序规则确定： 取代基游离价所在的原子，原子序数大的优先；取代基游离价所在的原子，原子序数大的优先；原子序数相同时，则按同位素的质量数。原子序数相同时，则按同位素的质量数。 CH3HOCH3(CH2)8CH2HOHD第12页/共54页游离价所在的原子相同时，则依次比较和该原子相连的第二个原子；游离价所在的原子相同时，则依次比较和该原子相连的第二个原子； 重叠式重叠式v楔形透视式楔形透视式0.229nm0.25nmCHHHHHHCCHHHHHHC第26页/共54页v乙烷构象势能关系图乙烷构象势能关系图 060180120240300360E重叠式重叠式 交叉式交叉式 12.

9、5kJmol- -1 第27页/共54页2 丁烷的构象丁烷的构象 第28页/共54页全重叠式全重叠式(sp)对位交叉式对位交叉式(ap)H3CCH3HHHHCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3邻位交叉式邻位交叉式(sc)部分重叠式部分重叠式(ac) (ac)(sc)CH3HHHHCH3第29页/共54页v稳定性次序：稳定性次序：ap sc ac sp。 060180120240300360Eap acscspacscap 14.6kJmol-118.425.5kJmol-13.33.7kJmol-1第30页/共54页v分子总是倾向于以稳定的构象形式存

10、在。分子总是倾向于以稳定的构象形式存在。CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH315 70 15 第31页/共54页 物质状态物质状态 v烷烃在室温常压下：烷烃在室温常压下：1C4C (g)，5C16C (l)，17C(s)。 沸点沸点bp. . v烷烃的沸点随分子量的增加而逐渐升高；烷烃的沸点随分子量的增加而逐渐升高；CH3(CH2)3CH3bp./ 36.1 68.998.4CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH32- -5 烷烃的物理性质烷烃的物理性质 第32页/共54页v相同分子量的烷烃，支链越多，沸点越低。相同分子量的烷烃，支链越多，沸点越低。bp./ 3

11、6.127.99.5v液体的沸点取决于分子间引力的大小，分子间引力越大，沸点就越高。液体的沸点取决于分子间引力的大小，分子间引力越大，沸点就越高。 v分子间作用力主要有偶极力、色散力和氢键。分子间作用力主要有偶极力、色散力和氢键。CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3CH3CH3CH3 C CH3第33页/共54页 熔点熔点mp. v直链烷烃的熔点随分子量的增加而升高，其中含偶数个碳原子的升高得多些。直链烷烃的熔点随分子量的增加而升高，其中含偶数个碳原子的升高得多些。 第34页/共54页v原因：在晶体中，分子之间的作用力不仅取决于分子的大小，而且和分子的对称性有关。原因

12、：在晶体中，分子之间的作用力不仅取决于分子的大小，而且和分子的对称性有关。mp./ - -129.7- -159.9- -16.6v分子量相同的烷烃异构体中，对称性大的熔点高些。分子量相同的烷烃异构体中，对称性大的熔点高些。 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3CH3CH3CH3 C CH3第35页/共54页v烷烃不溶解于水，易溶解于有机溶剂。烷烃不溶解于水，易溶解于有机溶剂。 相对密度相对密度d v相对密度，是有机物的质量与同体积水的质量比，是无单位的量。相对密度，是有机物的质量与同体积水的质量比，是无单位的量。 溶解度溶解度 v直链烷烃的相对密度随着分子量的增加而

13、增大，最后趋近于最大值直链烷烃的相对密度随着分子量的增加而增大，最后趋近于最大值0.78( (20) )。 d=mH2Om第36页/共54页1 烷烃的稳定性烷烃的稳定性 v在常温下，强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不能和烷烃起反应，或反应速度很慢。在常温下，强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂等都不能和烷烃起反应，或反应速度很慢。 v原因：原因： 烷烃是饱和烃，烷烃是饱和烃，CC键和键和CH键都是比较牢固的共价键键都是比较牢固的共价键( (键键) )，键能较大；，键能较大； 分子无极性分子无极性( (0)0)，碳和氢的电负性差别小，碳和氢的电负性差别小( (C：2.5，H：2.2) )，分子中的共

14、价键不易极化；，分子中的共价键不易极化； 分子中无官能团。分子中无官能团。 2- -6 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 第37页/共54页2 卤代反应卤代反应 (1) 甲烷的氯代甲烷的氯代 CH4Cl2CH3ClHCl+漫射光CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4Cl2Cl2Cl2v甲烷的氯代反应很难停留在一氯甲烷阶段甲烷的氯代反应很难停留在一氯甲烷阶段。 氯甲烷氯甲烷 二氯甲烷二氯甲烷 三氯甲烷三氯甲烷 四氯化碳四氯化碳 第38页/共54页(2) 其他烷烃的氯代其他烷烃的氯代 CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl25Cl2, hvH的卤代活性：的卤代活性：3H

15、2H 1H。 43%57%CH3 CHCH3CH3 Cl2, h25CH2 CHCH3CH3ClCH3 C ClCH3CH3+64%36%第39页/共54页3 氧化反应氧化反应 =H1427 kJ mol12 CH3CH37 O2+4 CO26 H2O+燃烧(1) 燃烧燃烧( (完全氧化完全氧化) ) vH是反应中的焓是反应中的焓( (一种热力学函数一种热力学函数) )的变化，可以表示反应热；的变化，可以表示反应热；vH为正时反应是吸热的，为负时反应是放热的。为正时反应是吸热的，为负时反应是放热的。 第40页/共54页(2) 部分氧化部分氧化( (控制氧化控制氧化) ) RCOOHRCOOH

16、+O2, MnO2110R CH2 CH2 R甲醇甲醇甲醛甲醛羧酸羧酸 羧酸羧酸 CH3CH2CH2CH32CH3COOH70atm, 170 200空气CH4CH3OHCH2O+O2( )空气20atm, 460乙酸乙酸 第41页/共54页2- -7 烷烃卤代反应的历程烷烃卤代反应的历程 甲烷的氯代反应历程甲烷的氯代反应历程 v链引发链引发 v链传递链传递 hCl Cl2 Cl+ CH4HCl +ClCH3+ Cl2+CH3ClCH3ClH=+ 4.1kJ mol1H=108.9kJ mol1第42页/共54页v链终止链终止 +Cl2ClClCH3CH3CH3CH3+CH3ClCH3Cl+H

17、Cl +ClCH2ClCH3Cl+ Cl2+ ClCH2ClCH2Cl2v在链传递的步骤中，氢还可以进一步被取代。在链传递的步骤中，氢还可以进一步被取代。 第43页/共54页v碳氢键解离能越小，反应活性就越大。碳氢键解离能越小，反应活性就越大。2 烷烃的相对活性烷烃的相对活性 H = 410 kJmol-1 H = 397.5 kJmol-1 CH3CH2CH2 HCH3CH2CH2+HCH3CHCH3+ HCH3CHCH3H第44页/共54页H = 380.7 kJmol-1 v烷烃的相对活性为：烷烃的相对活性为：3H 2H 1Hv碳氢键的解离能越小，则生成的自由基越稳定。碳氢键的解离能越小

18、，则生成的自由基越稳定。CH3CCH3+HCH3CCH3HCH3CH3第45页/共54页烷基自由基的稳定性顺序：烷基自由基的稳定性顺序：自由基自由基CH3 CH3CH2 (CH3)2CH (CH3)3C H/kJmol-1435.1410397.5380.7v自由基的自由基的稳定性稳定性 H 0+ HRR H CH3 CCH3CH3CH3 CHCH3CH3 CH2CH3第46页/共54页v自由基的结构自由基的结构 CH3.和和平面结构的伯烷基自由基接近平面结构的伯烷基自由基接近sp2杂化，其他自由基多为杂化，其他自由基多为sp3杂化。杂化。Cv影响自由基稳定性的因素：电子离域，空间位阻，螯合作用，邻位原子的性质等。影响自由基稳定性的因素：电子离域，空间位阻，螯合作用，邻位原子的性质等。 C第47页/共54页v一步反应：一步反应： 3 过渡状态和活化能过渡状态和活化能 A B C+A B C+A B Cabc位能位能反应进程反应进程abcEa H 放热反应放热反应 第48页/共54页位能位能反应进程反应进程abcEa H 吸热反应吸热反应 v活化能活化能Ea：过渡状态和反应物的能量差