遵义师范学院教案

遵义师范学院教案课程名称有机化学授课班级2006生物本科授课时间2007.2——2007.7授课教师朱彬教学系部化学系教研室有机化学第一章绪论一、计划学时：2学时二、教学准备：有关参考书的查阅三、教学目的：1、要求学生明确有机化学的研究对象、内容及意义，了解有机化合物的研究方法。2、要求学生理解化学键理论。3、要求学生了解有机反应的基本类型和有机化合物的分类方法。四、重点难点化学键理论、共价键的键参数、有机反应基本类型。五、授课方式讲授、板书与讨论相结合的启发式教学法。六、教学过程（一）讲授新课一、有机化学的研究对象与任务1．有机化合物（简称有机物）有机化合物是含碳的化合物，但要除去CO、CO2、碳酸盐和氰化物（如KCN），这几种化合物虽然也含有碳元素，但它们的性质与无机物相同，所以我们仍然把它们划分为无机物。目前，天然或者合成的有机物已经一千万种，并且还在以每年10万种以上的速度在增加。2．有机物的组成元素有机物都含有C，大多数有机物还含有H，另外一些有机物还含有O、N、P、S、X等，因此有机物有时又叫碳氢化合物。3．有机化学的定义有机化学是研究有机物的化学，也就是研究碳化合物的化学。4．有机化学的任务（1）分离、提纯天然有机物，测定其结构和性质，供人类利用。（2）研究有机物结构与性质的关系、反应经历的途径（我们叫反应机理）以及影响反应的因素。（3）以石油、天然气、煤等天然原料合成人类生产、生活所需要的有机物。二、化学键与分子结构1．化学键的类型化学键包括离子键和共价键。离子键：是成键的原子通过得失电子后形成阴阳离子，然后离子间通过静电引力形成离子键。（以NaCl的形成为例）共价键：是成键原子间通过共用电子对形成的化学键，以CH4的形成为例，有机物中主要存在的是共价键。2．共价键的特性（1）饱和性大量的实验证明，一般情况原子核外有几个未成对的电子，原子就可能形成几根共价键。如O：有两个未成对电子，因此它可以与其它原子形成两根共价键，如它可以与两个H原子形成H2O：H:O:H。O原子在与两个H原子形成共键价后，就没有未成对电子了，就不能再与其它原子形成共价键，因此共价键具有饱和性。（2）方向性共价键形成的根本原因是成键原子的电子云发生了重叠，重叠程度越大，形成的共价键就越牢固，化合物就越稳定，因此原子的电子云在重叠时，总是沿着重叠最大的方向进行，这样就使得形成的共价键具有方向性。如：3．共价键与分子结构的关系共价键的饱和性决定了一个有机物分子必然由一定数目的原子组成，同时原子在形成共价键时又具有方向性，这就决定了形成的分子在空间具有一定的立体形状，我们叫立体结构，分子的立体结构决定了分子的物理性质和化学性质。4．共价键的极性同种原子形成的共价键，由于原子吸引电子的能力相同，因此形成的共价键没有极性；不同种原子形成的共价键，由于原子间吸引电子的能力不同，共用电子对偏向于电负性较大的元素的原子，从而使电负性大的原子带上部分负电荷，电负性小的原子带上部分正电荷，使得形成的共价键产生了极性。如：三、共价键的参数1．键长：形成共价键的两个原子，原子核之间的距离，单位nm（10-9m同一种共价键在不同化合物中，其键长基本相同，差别很小。如：C-C键长0.154nmC-C键长0.153nm2．键角：分子中一个原子与其它两个原子形成的两根共价键的夹角。如：甲烷丙烷乙烯从上面三个分子中H—C—H的键角我们可以看出，由同样原子形成的键角，在不同的化合物中，不一定是完全相同的。键角的大小主要是由中心原子的杂化类型决定，同时分子中原子、基团的相互影响也会对键角的大小产生影响。键长、键角的大小就决定了分子的空间结构。3．键能我们以A原子和B原子形成化学键A—B为例。将1mol气态的AB拆开成气态的A原子和气态的B原子所需的能量叫A—B键的离解能。在多原子分子中，如CH4分子中，从拆开第一根C—H到拆开第四根C—H键所需要的离解能是不相同的。CH4→·CH3+H·

D（CH3-H）=435KJ/molCH3→+H·

D（CH2-H）=443KJ/molD（CH-H）=443KJ/molD（C-H）=339KJ/mol而我们所说的键能实际上是这四个离解能的平均值，即：（435+443+443+339）/4=415KJ/mol因此在多原子分子中离解能和键能是两个不同的概念。请大家看书上第4页的表1—1，表中C—H的键能为413KJ/mol，它是总结许多C—H的离解能数据得到的平均结果，由于是平均值，因此在不同化合物中的同一种化学键我们都可以采用同一套数据。键能反映了化学键的稳定性，键能越大，键越牢固，越稳定。4．键的极性由于电负性大的原子吸引共用电子对的能力较大，使得电子对偏向于电负性较大的原子，从而使形成的共价键产生了极性。如：键的极性的大小用偶极矩来表示：μ=q×d（q是正负电荷中心所带的电量，d是正负电荷中心的距离，偶极矩是一个向量，由正电荷中心指向负电荷中心），单位：C·m或德拜（D）偶极矩越大，键的极性就越大。一个分子的偶极矩是分子中所有共价键偶极矩的矢量和。一个分子有偶极矩，那么这个分子就有极性，反之，就没有。如：μ=1.03D四氯化碳μ=0一氯甲烷μ=1.94D极性分子无极性非极性分子极性分子有极性键的分子并不一定都有极性键的极性对分子的物理、化学性质具有重要的影响。四、分子间作用力分子间作用力又叫范德华力。1．偶极—偶极作用力（定向力）它产生于具有永久偶极的极性分子之间。如：…………2．色散力在非极性分子中正电荷的中心和负电荷的中心在大多数情况下是重合的，因此分子没有极性。但是可能在某一瞬间，分子中核外电子的负电荷中心与原子核的正电荷中心出现瞬时的不重合现象，从而使分子产生瞬时偶极（书中叫暂时偶极），瞬时偶极虽然会很快消失，但又会不断的出现。产生瞬时偶极的分子间就可以产生很弱的偶极作用力，这种作用力就叫色散力。极性分子间同样存在着色散力。色散力只有分子间距离很近时才能起作用（困为作用力很弱）。3．氢键由F、O、N与H原子形成的共价键，由于F、O、N原子的电负性很大，使得形成的这些共价键中，共用电子对明显偏向于F、O、N原子，使得H原子几乎成为一个裸露的质子，而显示出明显的正电性，带正电性的H原子与另一个分子中带负电性的F、O、N原子通过静电引力相互结合，形成氢键。如：…H—F…H—F…H—F…氢键实际上也是偶极—偶极相互作用力的一种，只是由于正负原子所带电量较大，作用力较强，因此它是分子间作用力中最强的一种，除了分子间可以形成氢键，分子内也可以形成氢键，如： 邻硝基苯酚 五、有机物的特点1．熔点、沸点低，水溶性差许多有机物在室温下以气态或液态形式存在，以固态形式存在的有机物，其熔点也很低，如尿素的熔点为132.7℃，葡萄糖的熔点为146℃，一般有机物的熔点不超过300℃，有机物的沸点也很低，如丙烷（写结构式）的沸点为－42.1℃，乙醛的沸点20.8℃大多数有机物不溶于水，易溶于有机溶剂，这就是“相似相溶原则”。当然象甲醇、乙醇等有机物也可以溶于水，这主要是它们可以与水形成氢键而帮助它们溶解。2．反应速率比较慢，副反应多有机反应往往比较慢，需要几个小时、几天、甚至几年才能完成（如酿酒），因此为了加快反应，往往需要加热、光照、加压或者使用催化剂。有机化学反应往往在发生一个主要反应的同时，还会发生一系列我们不需要的副反应，因此有机反应的产物往往比较复杂，需要经过分离提纯才能得到我们所需要的产物。3．对热不稳定，容易燃烧大多数有机物对热不稳定，在加热时容易发生分解或碳化（如米饭烧糊了），在加热或点燃时容易发生燃烧，生成CO2和水，同时放出热量，燃烧有机物是人类能源的主要来源方式。4．分子组成复杂，广泛存在同分异构现象有机物尽管由为数不多的几种元素组成，但数目却非常庞大，究其原因是因为有机物分子结构复杂，广泛存在着同分异构现象（所谓同分异构现象是指分子式相同而结构不同的化合物。如分子式为C2H6O的化合物就有两种：CH3CH2OH乙醇b.p.78.5℃能与金属Na反应产生HCH3OCH3甲醚b.p.－23.6℃随着分子中C原子数的增加，同分异构体的数目会呈几何倍数的增加，如含有25个碳原子的烷烃，理论上同分异构体的数目可以达到3679万个。六、有机反应的基本类型1．共价键的断裂方式化学反应的本质无外乎是旧的化学键的断裂和新的化学键的形成。有机物中的化学键主要是共价键，共价键的断裂方式有两种。均裂：也就是共价键断裂时，一对共用电子平均分配给成键的两个原子。C:YC·+Y·均裂产生的带单个电子的原子或者基团叫自由基或游离基，按均裂方式进行的反应叫游离基反应，有机物在高温、光照或过氧化物存在下的反应，一般是游离基。异裂：也就是共价键断裂时，一对共用电子不是平均分配给成键的两个原子，而是只分配给其中的一个原子，从而形成正、负离子。按异裂方式进行的反应叫离子型反应。一般在极性溶剂中或者在酸、碱催化条件下发生的反应属于离子型反应，在反应中会产生一个活泼的活性离子中间体。2．协同反应：协同反应在反应过程中不产生游离基和正负离子，反应中化学键的断裂和形成是同时进行的。七、研究有机化学的方法1．分离提纯无论是从自然界中获得的有机物，还是人工合成的有机物，往往得到的都是混合物，必须将我们研究的化合物分离提纯出来。提纯的方法有：重结晶、升华（对固体），蒸馏（液体），色谱分离。2．确定化合物的物理化学性质研究的物理性质有：熔点、沸点、密度、折光率、溶解性等。然后通过一系列的化学反应，确定化合物的化学性质。3．通过物理的或者化学的方法确定化合物的分子式。4．通过物理的或者化学的方法确定化合物的分子结构。八、有机化合物的分类：有机化合物有两种分类方法：1．按碳的骨架分类：可以分为三类（1）开链化合物（双叫脂肪族化合物）在开链化合物中，碳原子间相互连结成链状，而不形成环状。如：戊烷丙烯丙醇2-甲基丁烷简写成：CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-CH=CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH=CH3CH3CH2CH2OH可简化为（2）碳环化合物碳环化合物分子中含有完全由碳原子组成的环，它又可以分为两类。脂环族化合物这类化合物可以看成是由开链化合物关环而成的，它们的性质与开链化合物相似。环戊烷简写为环戊烯简写为②芳香族化合物这类化合物中大多含有一个或多个苯环，它们的性质与开链化合物有很大的区别。（3）杂环化合物这类化合物的环中除了含有碳原子外，还有其它元素的原子，我们称这些原子为杂原子。吡咯噻吩呋喃2．按官能团分类这种分类方法是将具有相同官能团的化合物分为一类。具有相同官能团的化合物，具有相似的化学性质。具体分类见书上第10页表1—2。七、板书计划第一章绪论一、有机化学的研究对象与任务1．有机化合物（简称有机物）2．有机物的组成元素3、有机化学的定义4．有机化学的任务二、化学键与分子结构1．化学键的类型离子键共价键2．共价键的特性（1）饱和性（2）方向性3．共价键与分子结构的关系4．共价键的极性三、共价键的参数1．键长2．键角3．键能4．键的极性 四、分子间作用力1．偶极—偶极作用力（又叫定向力）2．色散力3．氢键五、有机物的特点1．熔点、沸点低，水溶性差2．反应速率比较慢，副反应多3．对热不稳定，容易燃烧4．分子组成复杂，广泛存在同分异构现象六、有机反应的基本类型1．共价键的断裂方式（1）均裂（2）异裂2．协同反应七、研究有机化学的方法1．分离提纯2．确定化合物的物理性质和化学性质3．通过物理或化学方法确定化合物的分子式4．通过物理或化学方法确定化合物的分子结构八、有机化合物的分类1．按碳的骨架分类（1）开链化合物（又叫脂肪族化合物）（2）碳环化合物①脂环族化合物②芳香族化合物（3）杂环化合物2．按官能团分类八、作业布置P101.5；1.7（做在书上）九、课后总结通过调查了解，同学们基本掌握了本章内容。第二章饱和脂肪烃（烷烃）一、计划学时：4学时二、教学准备：有关参考书的查阅三、教学目的1．掌握烷烃的命名、构象、卤代反应及链反应机理。2．了解烷烃的同系列和同分异构，物理性质，化学性质等四、重点难点（一）重点1．烷烃的系统命名及同分异构现象；2．烷烃的结构与相应的物理性质如熔点、沸点、溶解度等之间的关系；3．烷烃的构象：透视式和纽曼投影式的写法及各构象之间的能量关系；4．烷烃卤化的自由基反应机理及各类自由基的相对稳定性。（二）难点1．烷烃卤化的自由基反应机理反应机理：1）链的引发；2）链的增长；3）链的终止。2．烷烃的构象：透视式和纽曼式的写法及各构象之间的能量关系。五、授课方式讲授、板书与讨论相结合的启发式教学法。六、教学过程（一）复习旧课化学键理论、共价键的键参数、有机反应基本类型。（二）讲授新课一、烃的分类1．烃：是由C、H两种元素形成的有机物，又叫碳氢化合物。2．烃的分类烃的分类方法有两种。根据分子中碳的骨架可以把烃分为（1）开链烃：是指分子中的碳原子相互连结成链状的烃，开链烃又叫脂肪烃。如CH3CH2CH3环烃：是指分子中含有碳环的烃。如，根据烃分子中化学键是否达到了饱和，又可以把烃分为饱和烃和不饱和烃。（2）饱和烃（烷烃）：在烷烃分子中碳原子间都是以C—C相连，其余的键都与H原子相连。如：，，（2-甲基丙烷）不饱和烃：烃分子中含有碳碳双键或碳碳叁键。根据分子的不饱和程度不饱和烃又可以分为烯烃（如CH3CH=CH3），炔烃（如）、芳香烃（如）二、同系列和同分异构1．同系列烷烃中最简单的几个化合物分别是甲烷、乙烷、丙烷和丁烷：从这几个化合物的分子结构我们可以看出，它们的分子结构非常相似，它们的C原子间都是以C—C相连，碳原子的其他键都是与H原子相连，它们都是开链的烷烃，但是它们在组成上相差一个或几个CH2。我们把这种结构相似，在组成上相差一个或几个CH2的一系列化合物叫同系列，同系列中的化合物相互称为同系物。烷烃的分子式可以用一个通式来表示：CnH2n+2。2．同分异构体我们一起来写一下C5H12可能存在的分子结构。CH3CH2CH2CH2CH3，，戊烷2-甲基丁烷2，2-二甲基丙烷同一个分子式可以写出三种结构的化合物，象这种分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体，简称异构体。上面的这几种异构体它们只是在碳的骨架上有所区别，没有官能团的区别，这种异构体叫碳链异构体。前面我们已经讲过，随着C原子数的增加，异构体的数目会成几何倍数的增加。3．碳原子的分类只与一个碳原子相连的碳原子叫伯碳原子（又叫1°碳原子）与二个碳原子相连的碳原子叫仲碳原子（又叫2°碳原子）与三个碳原子相连的碳原子叫叔碳原子（又叫3°碳原子）与四个碳原子相连的碳原子叫季碳原子（又叫4°碳原子）三、命名1．普通命名法普通命名法对十个原子以内的烷烃用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示碳原子的数目，包括支链上碳原子的数目，对十个碳原子以上的烷烃，用十一、十二等等来表示，最后再加一个“烷”字，对碳原子数相同而结构不同的烷烃，用“正”、“异”、“新”来区别。直链的没有支链的烷烃，在名称前加一个“正”字，对在2号碳原子上有一个甲基支链的烷烃，在名称前加一个“异”字，对含5个和6个碳原子的烷烃，如果含有季碳原子，在烷烃名称前加一个“新”字。普通命名法只能命名简单的烷烃。如：正戊烷异戊烷新戊烷2．系统命名法：（1）无支链烷烃的命名根据直链烷烃碳原子的数目命名为“某烷”，注意系统命名法对直链烷烃不加“正”字。（2）支链烷烃的命名①在分子中首先选择含支链最多的最长碳链为主链，根据主链的碳原子数命名为“某烷”，主链以外的基团我们把它看作取代基，烷烃中的取代基都是烷基。烷基是烷烃分子中去掉一个氢原子后剩余的部分，通常用R—表示，如：CH3—，CH3CH2—。CH3CH2CH2—丙基CH3CH2CH3异丙基CH3CH2CH2CH2—丁基CH3CH2CH2CH3仲丁基异丁烷异戊基，新戊基②从距离支链最近的一端开始编号，将取代基的位次写在取代基名称前，并用一根短横线将位次与取代基名称隔开，如果有多个不同的取代基，取代基之间也要用短横线隔开，并且按照次序规则，次序小的取代基写在前面，大的取代基（又叫优先基团）写在后面。4-甲基-3-乙基庚烷次序规则：①先比较取代基与主链相连的第一个碳原子，原子序数小的为小的取代基，原子序数大的为大的取代基，也就是优先基团，如果含有同位素，质量数大的为优先基团。如：Cl>O>C>D>H。②如果第一个原子相同，则继续比较第二个原子，以此类推，一直到比较出优先次序。例：2-丙基-3-异丙基戊烷（3）对主链进行编号时要采用“最低系列”编号方法。例：按照第二条规则，应从取代基最近的一端开始编号，但两端离取代基的位置都相同，如果分别从两端编号，可以得到下面的两套取代基编号：2，2，3，5和2，4，5，5。那么到底应该采用哪套编号呢，这时就应该遵循“最低系列”规则，也就是逐个比较两套编号，直到比较出编号较小的一个为止，位次编号较小的一套编号就是我们采用的编号。因此上面的两套编号，我们应该采用第一套编号。对于相同的取代基，我们先将它们的位次分别写在取代基名称前面，位次之间用逗号隔开，再将它们的个数用汉字数字写在取代基名称前面，因此上面烷烃的命名为：2，2，3，5-四甲基辛烷。先写出两套编号：2，3，7，7，8，102，4，5，5，9，10可以看出应该采用第一套编号。化合物的命名为：2，3，7，8，10-五甲基-7-乙基十一烷。四、烷烃的结构1．甲烷的结构碳的核外电子排布情况：按照价键理论，原子核外有几个未成对电子，就可能形成几根共价键，碳原子核外只有两个未成对电子，应该只能形成两根共价键，但在有机物中碳原子都是四价的，说明碳原子在成键的时候，必然要有四个未成对电子。碳原子为了产生四个未成对电子，必然会从外界吸收能量，将2s轨道上的一个电子激发到2p轨道上，这样就产生了四个未成对电子，但这样的四个未成对电子在与H原子形成四根C—H时，由于有1个2s电子，3个2p电子，形成的C—H应该有一根与其它三根不同，但实验证明，四根C—H是完全等同的，这就说明碳原子与四个H原子成键时，并不是简单地用1个2s轨道和3个p轨道与H原子成键，而是首先将1个s轨道和3个p轨道重新组合形成四个等同的sp3杂化轨道，再与H原子成键，四个sp3杂化轨道的形状见P17页图2-2，四个sp3杂化轨道的电子云都是带负电的，会相互排斥，只有它们的夹角都是109°28′时（也就是四个轨道指向正四面体的四个顶点时），它们之间的距离最大，排斥力最小，所以sp3杂化轨道的夹角是109°28′，这也决定了甲烷的空间构型是正四面体的构型。根据最大重叠原理，H原子在与C原子成键时，H原子的s轨道必然会沿着四个sp3杂化轨道的轨道轴进行重叠，从而形成键角为109°28′的甲烷，见P18图2-2。2．甲烷分子的模型有机物的分子模型有两种：（1）凯库勒模型（又叫球棍模型），它是用不同颜色的小球代表组成分子的原子，用小棍代表原子间形成的共价键，它能很好地反映出分子中共价键的键角，但小球的大小、小棍的长短关不能反映出原子的真实大小和共价键的键长。见P17图2-1（c）。（2）斯陶特模型（又叫比例模型），它是真实分子的放大，能反映出分子中原子的相对大小和键长，但不能很明显地反映出共价键的键角。见P17图2-1（d）。3．立体构型的书写有机物的立体构型可以用楔形式来表示：如甲烷实线表示在纸面上，虚线表示在纸后，粗线表示在纸前。实线表示在纸面上，实楔形线表示在纸前，虚楔形线表示在纸后。4．乙烷的结构乙烷分子的两个碳原子也是采用sp3杂化，两个碳原子各拿出一个sp3杂化轨道，沿着轨道轴重叠（这种重叠方式又叫头碰头的重叠），形成一根C-C，然后再各拿出三个sp3杂化轨道分别与H原子头碰头重叠，形成C-H，这种头碰头重叠方式形成的键叫σ键，σ键的特点是，沿着σ键键轴旋转，不会改变电子云的重叠程度，因此σ键是可以沿着键轴旋转的，而π键却不能。5．丙烷、丁烷、戊烷的碳干式（碳干式是有机物分子去掉H原子后剩下的碳的骨架式）由于烷烃分子中碳原子都是采用sp3杂化，杂化轨道间的夹角都接近于109.5°，因此当甲烷分子中的两个H原子被两个CH3-取代后，就得到了丙烷：通过结构分析我们可以看出，丙烷的三个碳原子不可能在一条直线上，而是呈V字型（碳干式）。如果丙烷1号碳上的H原子继续被CH3-取代就得到了丁烷，由于C-C可以自由旋转，因此丁烷的碳干式有两种写法：戊烷的碳干式有三种写法：因此所谓的“直链”烷烃，并不是直线型的，而是指没有支链，链烃的碳干式是锯齿型的。C-C的键长为0.154nm，键能为345.6KJ·mol－1。五、乙烷和丁烷的构象1．乙烷的构象乙烷的空间结构：这是乙烷的其中一种空间结构。由于C-C可以自由旋转，如果我们保留第二个碳原子不动，让第一个碳原子绕C-C旋转，那么两个碳原子上所连的氢原子的相对位置会不断发生变化，产生出无数种空间排列方式（如上图就是其中的一种），这些空间排列的方式我们就叫构象。每一种空间排列方式就是一种构象，每一种构象之间互称为构象异构体。2．乙烷构象的表示方法（1）透视式（也叫锯架式）我们用短横线交叉的点代表碳原子，用短横线代表共价键。（2）纽曼投影式如果我们从乙烷的第一个碳原子沿着C-C看第二个碳原子，那么第一个碳原子将第二个遮住了，只能看到第二个碳原子上所连的H原子，我们用短横线交叉的点代表第一个碳原子，用圆圈代表被第一个碳原子遮住的第二个碳原子，然后分别画出它们所连的H原子，注意圆圈上所连的H原子代表第二个碳原子上的H原子。3．乙烷的优势构象由于C-C可以自由旋转，因此如果用透视式和纽曼投影式来表示乙烷的构象的话，可以画出无数种构象，但其中有两种极限的情况，其中一种是乙烷的交叉式构象：在交叉式构象中，1号碳上的H原子和2号碳上的H原子都处于相互交叉的位置，H原子间以及C-H间的距离都达到最大。由于原子的核外电子以及C-H的电子云都是带负电的，会相互排斥。由于交叉式中H原子间的距离最大，因此斥力最小，是乙烷分子最稳定的构象，也是乙烷的优势构象。另一种极限情况是重叠式构象：在重叠式构象中H原子间的距离最小，因此斥力最大，最不稳定，它有一种转化成交叉式构象的趋势。其它的构象介于这两种构象之间，能量也介于这两种构象之间。乙烷交叉式与重叠式的能量差为12.5KJ/mol，在接近绝对零度的条件下，乙烷分子都是以交叉式构象存在，在室温条件下，外界提供的能量12.5KJ/mol，因此乙烷分子可以在交叉式和重叠式之间快速转化。乙烷分子在转化时的内能变化情况见P20的图2-7。交叉式与重叠式之间的能量差叫扭转能（因为旋转C-C产生的能量差），重叠式构象以及其它的非交叉式构象能量均高于交叉式构象，在它们的分子中存在着一种张力（从交叉式构象扭转C-C就可以得到了非交驻式构象和重叠式构象，由于H原子之间的距离缩小，而使H原子间的斥力增大，因此就产生了这种张力），这种张力我们叫扭转张力，简称扭张力。具有重叠式构象和非交叉式构象的分子有转化成交叉式构象的趋势，从而释放出分子中的扭张力。4．丁烷的构象我们将乙烷构象中C1和C2上的一个H原子换成-CH3，就得到了丁烷的构象。丁烷有下面几种极限的构象：全重叠式（1）邻位交叉式（2）部分重叠式（3）能量最高能量低于全重叠式而高于邻位交叉式对位交叉式（4）部分重叠式（5）邻位交叉式（6）能量最低（5）的能（6）能量与（2）相同量与（3）相同因此丁烷构象内能的大小顺序是：全重叠式>部分重叠式>邻位交叉式>对位交叉式，见P21图2-8。由于CH3-比H原子更大，因此在全重叠式中两个甲基的斥力也更大，因此丁烷全重叠式与对位交叉式之间的能量差要大于乙烷重叠式与交叉式之间的能量差，将对位交叉式和全重叠式写成碳干式，就是：，而锯齿形构象也就是对位交叉式是最稳定的构象，因此三碳以上的烷烃锯齿形构象是最稳定的。六、物理性质1．状态：室温下≤C4：气体；C5～C17：液体；≥C18固体2．熔点、沸点：随着分子量的增大而升高，原因是分子量增大，分子间接触面积也增大，分子间作用力增强，将有机物熔化或蒸发所需要的能量也增大，同时分子量越大，分子运动所需要的能量也越大。相同碳原子的烷烃，直链烷烃的沸点高于支链烷烃，支链越多，沸点越低。这是因为支链越多，分子间接触面积就越小，分子间作用力也越小，沸点也就越低。3．密度：随着分子量的增大而增大，但都小于1。4．溶解度：不溶于水等极性强的溶剂，易溶于氯仿、乙醚、四氯化碳、苯等弱极性溶剂。七、化学性质烷烃的化学性质比较稳定，在一般条件下不与强酸、强碱、强氧化剂反应，但在高温、光照或催化剂存在下，也可以发生化学反应。1．氯代（1）甲烷的氯代烷烃在高温或在光照条件下，烷烃分子中的H原子可以被氯原子取代而生成氯代烷。我们以甲烷为例：CH4+Cl2CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2CHCl3+HClCHCl3+Cl2CCl4+HCl因此甲烷氯代后，得到是四种氯代产物的混合物，除了四种氯代产物外，还有乙烷和乙烷和乙烷的氯代产物等等。甲烷氯代的机理：Cl:ClCl·+Cl·ΔH=242.4KJ/mol(1)CH4+Cl··CH3+HClΔH=4.2KJ/mol(2)·CH3+Cl:ClCH3Cl+Cl·ΔH=－108.7KJ/mol(3)生成的氯原子再继续反应。如果与CH4反应，则生成一氯甲烷，如果与反应生成的CH3Cl相遇，则发生下面的反应：CH3Cl+Cl··CH2Cl+HCl（4）·CH2Cl+Cl:ClCH2Cl2+Cl·（5）以此类推CH2Cl2还可以继续反应生成CHCl3和CCl4。在反应中一但产生了氯原子，反应就可以不断地进行下去，并不断产生新的游离基，使反应维持下去，这种反应叫连锁反应或链式反应，那么在反应过程中，反应会不会终止呢？遇到下面的情况，反应就被终止。Cl·+Cl·Cl:Cl（6）·CH3+·CH3CH3CH3（7）·CH3+Cl·CH3Cl（8）·CH2Cl+·CH2ClClCH2CH2Cl（9）……所以甲烷氯代生成的产物是多种氯代烷以及烷烃的混合物。反应中（1）我们叫链式反应的引发阶段，（2）～（5）是链式反应的增长阶段，（6）～（9）是链式反应的终止阶段。活化能：无论是吸热反应还是放热反应，都必须提供额外的能量，反应才能发生，这个能量我们叫活化能。在化学反应中，共价键的形成和断裂需要经历一个逐渐形成和断裂的过程，并不是一下完成的。如：Cl·+CH4Cl…H…CH3]HCl+·CH3反应过程中，氯原子逐渐靠近H原子，Cl-H逐渐开始形成，H-C逐渐开始断裂，当Cl-H要形成还未完全形成，C-H要断裂还未完全断裂时，这时体系能量最大，见P25图2-9，这时体系的结构我们叫过渡态，然后Cl-H进一步增强，C-H进一步减弱，体系能量也逐渐降低，最后生成·CH3和HCl。过渡态与反应物之间的能量差叫活化能。·CH3与Cl2进一步反应生成CH3Cl同样要经历一个过渡态，只是它所需要的活化能较小。活化能越大，反应速度越慢。对于一个由多个步骤组成的反应，整个反应的速度是由整个反应中最慢的一步决定的，因此氯原子与甲烷生成CH3Cl的反应中，第一步是决定反应速率的速度决定步骤。甲烷的氯代反应在强光直射下会发生爆炸性反应，生成C和HCl。CH4+2Cl2C+4HCl（2）丙烷异丁烷的氯代CH3CH2CH3＋Cl2CH3CH2CH2Cl＋CH3CHClCH31:1我们把与伯碳原子相连的H叫伯H，以此类推，与仲碳原子相连的H叫仲H，与叔碳原子相连的H叫叔H。丙烷分子中有6个伯H，两个仲H，被一个氯原子取代应该生成两种产物，从理论上讲两种产物的比例应该是6：2=3：1，而实际比例是1：1。2-甲基丙烷与氯气发生一氯代反应也生成两种产物：以上两上例子说明：叔氢比仲氢容易被取代，仲氢比伯氢容易被取代。叔氢之所以容易被取代，是因为反应形成的叔丁基最稳定，最稳定就最容易生成，因此自由基的稳定性为：>>>·CH32.氧化和燃烧1．氧化在催化剂存在下，烷烃可以在着火点以下被氧气氧化，氧化时往往会发生C-C的断裂，生成一系列碳原子数据较原来烷烃少的醇、醛、酮、酸等，因此生成的产物比较复杂。RCH2CH2R′+O2RCH2OH+R′CH2OHRCH2CH2R′+O2RCOOH+R′COOH在有机化学中我们把有机物得到O或失去H叫氧化，把失去O或得到H叫还原。2．燃烧烷烃在高温或在点燃的条件下，在充足的空气中燃烧生成CO2和水，同时放出大量的热量，是人类获得能量的主要来源。CnH2n+2+O2nCO2+（n+1）H2OC1～C6的烷烃的蒸气与空气按一定比例混合后，遇到火花就会发生爆炸。甲烷的爆炸极限是5.53%～14%，家中使用的液化气也要特别注意安全。八、自然界的烷烃天然气和石油是烷烃的主要来源。天然气的主要成份是甲烷，也叫沼气和瓦斯。瓦斯爆炸就是煤矿中的甲烷浓度达到了爆炸极限，遇明火就会发生爆炸。另外自然界中一些昆虫的性外激素也是烷烃。七、板书计划第二章饱和脂肪烃（烷烃）一、烃的分类1．烃2．烃的分类（1）开链烃（2）饱和烃（烷烃）环烃烯烃不饱和烃炔烃芳香烃二、同系列和同分异构1．同系列2．同分异构体3．碳原子的分类三、命名1．普通命名法2．系统命名法：（1）无支链烷烃的命名（2）支链烷烃的命名四、烷烃的结构1．甲烷的结构2．甲烷分子的模型（1）凯库勒模型（又叫球棍模型）（2）斯陶特模型（又叫比例模型）3．立体构型的书写4．乙烷的结构5．丙烷、丁烷、戊烷的碳干式五、乙烷和丁烷的构象1．乙烷的构象2．乙烷构象的表示方法（1）透视式（也叫锯架式）（2）纽曼投影式3．乙烷的优势构象4．丁烷的构象六、物理性质1．状态2．熔点、沸点3．密度4．溶解度七、化学性质1．氯代（1）甲烷的氯代（2）丙烷异丁烷的氯代2.氧化和燃烧1．氧化2．燃烧八、自然界的烷烃八、作业布置P27全部做，其中2.2a九、课后总结第三章不饱和脂肪烃一、计划学时：4学时二、教学准备：有关参考书的查阅三、教学目的：掌握烯烃的同分异构及命名，不饱和烃的物理、化学性质及反应，马氏规则，检验方法，亲电加成及加成机理，共轭效应与诱导效应。四、重点难点（一）本章重点：烯烃的结构，π键的特征，烯烃的化学性质及应用，亲电加成反应的历程，马氏规则的应用。（二）本章难点：烯烃的结构，π键的特征，亲电加成反应的历程，烯烃的结构对亲电加成反应速率和取向的影响。五、授课方式讲授、板书与讨论相结合的启发式教学法。六、教学过程（一）复习旧课巩固复习烷烃的命名、结构、化学性质。（二）讲授新课一、烯烃1．烯烃：是含C=C的烃，如CH3CH=CH2，C=C是烯烃的官能团。2．烯烃的通式：CnH2n（一）乙烯的结构烯烃C=C上的碳原子采用的是sp2杂化。因此碳原子还有一个没有参与杂化的pz电子，三个sp2杂化轨道处在同一个平面内，轨道间的夹角为120°，pz轨道垂直于这个三角形平面，碳原子在形成乙烯时，每个碳原子各用两个sp2杂化轨道与H原子的s轨道采用头碰头的重叠方式形成两根C-Hσ键，两个C原子间各用一个sp2杂化轨道采用头碰头的重叠方式生成一根C-Cσ键，每个C原子还剩一个pz轨道，它们间采用肩并肩的重叠方式形成π键。由于π键是肩并肩重叠而不是头碰头重叠，因此π键在沿键轴方向旋转时，重叠程度将会减小，甚至完全断裂，因此π键不能自由旋转。由于C原子的三个sp3杂化轨道处于同一个平面之内，因此乙烯分子中所有原子都处于同一个平面内，见P31图3-2。图3-3是乙烯的凯库勒模型和斯陶特模型。都接近于120°C=C比C-C多一个π键，因此它的键能比C-C大，但比C-C键能的两倍要小（为什么？），键长也比C-C的键长短。C=C的键长为0.134nm，键能为610KJ/mol。（二）命名和异构1．系统命名法（1）首先选择含有C=C的最长碳链为主链，根据主链的C原子数命名为某烯。（2）从距离双键最近的一端开始编号，双键和取代基的位次都要标出，双键的位次用双键中编号较小的一个来表示。1-丁烯2-丁烯象这种碳的骨架相同，只是官能团的位置不同的异构体叫官能团位置异构体，简称位置异构。3-丙基-2-庚烯由于C=C不能旋转，所以对于2-丁烯，它还有两种异构体：（两个相同的甲基在双键同一侧）这种由于C=C不能旋转而产生的异构体我们叫顺反异构体，也叫构型异构体，它是由于C=C上的四个基团在空间的排列方式不同造成的。如果双键碳原子上所连的四个基团不同，就不能用“顺”、“反”来命名构型异构体，这时我们要分别比较每个双键碳原子上所连的基团，如果两个双键碳原子上所连的基团中，大的一个都处在双键的同一侧，我们用Z来表示，反之，用E来表示，这两个字母是德文“同一侧”和“相反”两个单词的第一个字母。（E）-3-甲基-4-异丙基-3-庚烯（Z）-2-氯-2-戊烯如果分子中含有多个C=C，要选择含多个双键的最长碳链为主链，并标出每个双键的顺反构型和双键的个数。（2Z，4E）-2，4-己二烯（三）物理性质1．状态：≤C4，气体，高级烯烃为固体。2．密度：比水轻3．极性：弱极性4．溶解性：不溶于水，易溶于苯、乙醚、氯仿等蜚极性或弱极性溶剂。5．沸点：顺式异构体高于反式异构体。原因：以2-丁烯为例：顺式异构体有弱极性，反式异构体无极性，因此顺式异构体分子间作用力大于反式，因此顺式的沸点高于反式。6．熔点：反式异构体大于顺式，反式异构体对称性高于顺式异构体，因此在晶格中排列更加紧密，故熔点较高。（四）化学性质烯烃的π键电子云分布于双键碳原子的上下两侧，相对于σ键来说，更加暴露于分子的外部，由于π键电子云比σ键电子云离核更远，，因此受原子核的引力较小，因此π键容易受到一些缺电子试剂的进攻（缺电子的试剂又叫亲电试剂），从而使π键断裂，发生加成反应。所谓加成反应就是π键发生断裂，生成两个饱和的σ键的反应。1．加成反应（1）加氢：烯烃在催化剂铂或镍或钯的催化作用下与氢气发生加成反应，生成烷烃，这个反应又叫催化加氢或催化氢化。催化加氢的反应是一个定量的反应，通过加氢的量可以计算出分子中C=C的数目。（2）与卤素加成烯烃可以与氯气、溴发生加成反应生成卤代烷。在烯烃中加入溴的四氯化碳溶液，溴的红棕色会褪去，可用于烯烃的鉴别。在反应过程中两个溴原子是同时加在双键碳原子上，还是分步加上去的呢？下面我们用一个例子来说明：1-氯-2-溴乙烷2-溴乙醇如果两个溴原子是同时加成的，那么应该只有一种产物（因为实验证明乙烯不与氯化钠的水溶液反应），而反应生成了3种产物，说明反应是分步进行的。在反应中两上溴是分别从双键的两侧加上去的，所以叫反式加成，在反应中首先加上去的是Br+,Br+是一个亲电试剂，所以这种加成又叫亲电加成。（3）与HX加成烯烃与HX的加成也是亲电加成，首先加上去的是亲电的H+。不会形成三无环当HX与丙烯加成时，H+加在不同的双键碳原子上，将会生成不同的产物。实验发现HX中H加在含H较多的碳原子上，X加在含H较少的碳原子上的产物是主要产物，这就是所谓的马尔可夫尼可夫规则（简称马氏规则）。马氏规则规定：H加在双键中含H较多的碳原子上，而其它原子或基团加在含H较少的碳原子上。马氏规则的解释：（1）从电子效应来解释：双键碳原子采用sp2杂化，杂化轨道中s成份越多，离原子核越近，受原子核的吸引力越大，电负性就越大。甲基碳原子采用sp3杂化，因此它的电负性小于双键碳原子，因此它们间的共用电子对偏向于双键碳原子，使双键碳原子电子云密度增大，2号碳原子上电子云密度增大后，就会使C1和C2间的π键电子云偏向于C1原子。因为C2的电子云密度已经从C3原子得到了补充，因此它对π键电子云的吸引力减弱，从而使C1原子的电子云密度也增大，并且C1原子的电子云密度是3个碳原子中最大的，因此H+会去进攻电子云密度最大的C1原子。（2）从碳正离子的稳定性来解释：H+进攻C1原子生成的是仲C+，进攻C2原子生成的是伯碳正离子，由于C+带正电，吸引电子的能力大于中性的碳原子，因此与C+相连的C-C的共用电子对会偏向于C+，从而减弱C+的正电性，使C+趋于稳定，因此C+上所连的C-C越多，C+就越稳定，越稳定就越容易生成，因此仲C+比伯C+稳定。C+的稳定性顺序是：（4）与水加成在酸的催化作用下，烯烃与水发生加成反应生成醇，这个反应也叫烯烃的水合，反应也是遵循马氏规则的。（水可以看成是HO-H）机理：马氏规则（催化剂）（5）与硫酸加成：生成可溶于硫酸的烷基硫酸氢酯。一些不容易与水直接加成的烯烃，可以采用这种方法制备醇。利用烯烃与硫酸加成后的产物可溶于硫酸的特点，我们可以用硫酸除去有机混合物中所含的少量烯烃（简单介绍方法）。（6）与次卤酸加成烯烃与次氯酸或次溴酸反应生成氯醇或溴醇，次氯酸和次溴酸我们可以写成Cl2+H2O，Br2+H2O，HOX在反应时可以看成是X+和OH－两部分进行加成，反应同样遵循马氏规则。（7）与烯烃加成在酸的催化作用下，一分子的烯烃可以与另一分子的烯烃发生加成反应。二聚异丁烯Ni↓H22,3,4-三甲基戊烷，工业上叫异辛烷，是生产高辛烷值汽油的一种重要方法。机理：马氏规则马氏规则，如果继续与烯烃反应，还可以生成更加复杂的C+（8）硼氢化反应乙硼烷（B2H6）是甲硼烷（BH3）的二聚体，在醚的溶液中可以产生出甲硼烷。烯烃与乙硼烷在醚的溶液中，乙硼烷产生的甲硼烷与烯烃反应，首先生成三烷基硼，三烷基硼在碱性溶液中被过氧化氢氧化生成醇。

生成的醇相当于反马氏加成的产物。而酸性条件下烯烃与水的加成产物是遵循马氏规则的。因此硼氢化氧化反应是通过烯烃制反马氏加成的醇的好方法。2．氧化（1）与KMnO4反应烯烃很容易被KMnO4氧化，氧化后KMnO4溶液的紫红色褪去，这种方法可以用于鉴别C=C。与冷的中性KMnO4溶液反应，生成邻二醇②与酸性KMnO4或加热下与KMnO4反应反应后C=C断裂，根据不同的反应物可以得到不同的产物。双键碳上有氢生成羧酸，无氢生成酮，双键碳在链端，生成CO2。因此通过分析生成的产物，我们可以反过来推测烯烃的结构。（2）臭氧化烯烃与O3反应首先生成臭氧化物，生成的臭氧化物在水溶液中用锌粉还原，生成醛或酮。加锌粉的作用主要是用来还原水解时生成的H2O2，否则H2O2会将醛氧化成羧酸。臭氧化物双键碳上无双键碳上有H氢生成酮生成醛同样通过分析生成的产物，我们可以反过来推测烯烃的结构。（3）环氧乙烷的生成乙烯在Ag的催化作用下，可以被空气氧化生成环氧乙烷。3．聚合在催化剂的作用下，烯烃可以通过相互加成的方式生成高分子化合物，这种反应叫聚合。生成高分子化合物的烯烃我们叫单体，因此乙烯是聚乙烯的单体。聚乙烯、聚丙烯的用途见P40。4．α-H的卤代在有机物中官能团邻位的C叫α-C，α-C上的H叫α-H。如；中，C=C是官能团，CH3-上的H就是α-H。在高温条件下，丙烯与氯气发生的是自由基反应，α-H可以被氯原子取代，生成3-氯-1-丙烯。（五）自然界的烯烃自然界的许多树木都可以产生乙烯，乙烯可以加速树叶的死亡和脱落，同时也有加速果实成熟的作用。天然橡胶、植物色素、香精油中都含有烯烃。二、炔烃含有碳碳叁键的烃叫炔烃。炔烃的通式：CnH2n－2，官能团：（一）乙炔的结构乙炔分子中碳原子采用sp杂化，碳原子用一个s轨道和一个px轨道组合成两个sp杂化轨道，轨道间的夹角为180°，还有两个没有参与杂化的py轨道和pz轨道，在形成乙炔分子时，两个碳原子各拿出一个sp杂化轨道，以头碰头的形式重叠形成C-Cσ键，每个碳原子拿出一个sp杂化轨道与氢原子的s轨道头碰头重叠形成C-Hσ键，所以H-C-C的键角为180°，每个碳原子上没有参与杂化的py轨道与py轨道之间，pz轨道与pz轨道之间通过肩并肩的方式重叠形成两根π键，两个π键的电子云呈圆筒状（见P42图3-4（b）），将C-C包围起来，所以碳碳叁键是由一个σ键和两个π键组成的。碳碳叁键的键长比C=C和C-C都短，为0.120nm，键能比C=C、C-C大为835KJ/mol。（二）命名和异构三个碳原子以内的炔烃根据碳原子数目命名为某炔。四个碳原子以上的炔烃就存在着同分异构体，必须证明碳碳叁键的位置和取代基的位置。命名时首先选择含碳碳叁键的最长碳链为主链，然后从距离碳碳叁键最近的一端开始编号，然后将取代基和碳碳叁键的位次写在炔烃名称前。4-甲基-2-己烷（三）物理性质1．状态：<C4气体2．沸点：高于相应烯烃3．密度：高于相应烯烃，但密度都小于1，比水轻。4．极性：有弱极性5．溶解性：不溶于水，易溶于石油醚、苯、醚、丙酮等有机溶剂。（四）化学性质碳原子杂化轨道的电负性大小为：sp>sp2>sp3s成分：1/2，1/3，1/4炔烃也含有π键，也可以与H2、X2、HX、H2O等发生亲电加成反应，由于含有两个π键，在不同的条件下，可以发生一个π键的加成，也可以发生两个π键的加成，由于炔烃采用sp杂化，碳原子电负性要大于烯烃，对π电子的吸引力也大于烯烃，所以炔烃在发生亲电加成反应时，比烯烃难些、慢些。1．加成反应（1）催化氢化在铂、镍、钯的催化作用下，炔烃加氢直接生成烷烃。如果在Lindlar催化剂的催化作用下，可以得到顺式烯烃。Lindlar催化剂是将Pd吸附在碳酸钙表面，再用醋酸铅和喹啉处理，部分毒化催化剂，使催化剂的活性降低。如果与钠/液氨反应，可以生成反式烯烃。（2）与HX加成控制HX的加入量，炔烃可以与1分子HX加成，加入过量的HX，炔烃也可以与2分子HX加成。马氏加成（3）与水加成在HgSO4-H2SO4催化作用下，炔烃可以与水加成，首先按马氏规则加成生成烯醇，烯醇不稳定，会转化成稳定的醛或酮。（只有乙炔能生成醛）（4）与HCN加成在CuCl-NH4Cl催化下，乙炔与HCN加成生成丙烯腈，烯烃一般不能与HCN发生加成反应。马氏加成，含有-CN的有机物叫腈。2．被KMnO4氧化炔烃同样可以被酸性KMnO4氧化，氧化时碳碳叁键断裂，生成羧酸。3．金属炔化物的生成炔烃碳碳叁键的碳原子采用的是sp杂化，电负性大于sp2和sp3杂化，因此1-炔烃中与碳碳叁键相连的H原子具有弱的酸性，H原子可以被某些金属离子取代，生成金属炔化物。利用这个反应可以用来区分炔烃和烯烃，同时也可以用来鉴别1-炔烃。生成的金属炔化物干燥后在受热或撞击下，会发生爆炸，生成C和金属，生成的金属炔化物必须马上用硝酸分解（硝酸的酸性远远大于炔烃）。三、双烯烃分子中含有两个C=C的烯烃叫双烯烃或二烯烃。根据分子中两个C=C的相对位置，二烯烃可分为三类：聚集双烯（累积二烯烃）：两个C=C连在同一个碳原子上。CH2=C=CH2共轭双烯（共轭二烯烃）：两个C=C间被一个单键隔开。CH2=CH—CH2=CH2隔离双烯（孤立二烯烃）：两个C=C间被两个或两个以上的单键隔开。2-甲基-1，4-戊二烯二烯烃与炔烃具有相同的通式，C原子数相同的二烯烃和炔烃是同分异构体，这种官能团不同的同分异构体叫官能团异构。（一）1，3-丁二烯的结构在1，3-丁二烯中，四个C原子都采用sp2杂化，四个C原子间用sp2杂化轨道采用头碰头的重叠方式，形成四根C-Cσ键，其余的sp2杂化轨道与H原子的s轨道重叠形成C-Hσ键，另外每个碳原子还有一个没有参与杂化的p轨道，这四个p轨道中，除了C1和C2；C3和C4的p轨道可以重叠形成π键外，C2和C3的p轨道也可以发生重叠，因此C2和C3间的碳碳键具有部分双键的性质，它的键长比C-C的短，由于四个p轨道都可以采用肩并肩的重叠，因此这时的四个π电子不再是某两个碳原子拥有，而是四个碳原子共同拥有，这时形成的π键，我们叫“共轭π键”或“大π键”，在单烯烃中，π电子是两个碳原子拥有，在共轭烯烃中，π电子是多个原子共同拥有，好象电子离开了原来的区域，这种现象叫电子的离域现象，这样的π键叫离域π键，而单烯烃中的π键叫定域π键。如果与C=C相连的碳原子上含有p轨道，这个p轨道就可以与C=C的p轨道发生重叠，从而形成在π键，形成的大π键体系，我们叫共轭体系，共轭体系主要有p-π共轭体系和π—π共轭体系。p-π共轭CH2=CH—CH2=CH2π—π共轭。形成共轭体系后，分子的能量降低，分子更加稳定，形成共轭体系的π键个数越多，共轭体系就越稳定。并且C=C和C-C的键长也逐渐平均化，键长的差别缩小，如在苯中6根碳碳键的键长完全一样。由于C-C可以自由旋转，因此1，3-丁二烯有两种构象。s-顺式s-反式（s表示绕单键旋转）（二）1，3-丁二烯的化学性质1．1，4-加成反应1，3-丁二烯同样可以与氢气、氯气、卤化氢等发生加成反应，在反应中除了生成1，2-加成产物外，还有1，4-加成产物，并且往往1，4-加成产物为主要产物。机理：CH2=CH—CH2=CH2+HClCH3-H-CH=CH2==象1，3-丁二烯这种共轭体系，当分子的一端受到影响时，它会通过共轭链传递到分子的另一端，而且无论共轭体系有多长，这种影响都可以传递到另一端，这种效应叫共轭效应。2．双烯合成反应：又叫狄尔斯-阿尔德反应将1，3-丁二烯与乙烯在200℃在双烯体上连有-CH3等供电子基团，在亲双烯体上连有-CHO、-COOH、-CN等吸电子基团，对反应有利。狄尔斯-阿尔德反应是一个典型的协同反应，在反应中各种键的形成和断裂是同时发生的。（三）异戊二烯和橡胶天然橡胶是异戊二烯的聚合体。异戊二烯的结构：系统命名：2-甲基-1，3-丁二烯在催化剂的催化作用下异戊二烯可以相互聚合成聚异戊二烯，也就是橡胶。在天然橡胶中双键的构型都是Z式的。八、作业布置P48全部做，其中3.1a、c、d；3.2a、c、f、g；3.8a九、课后总结第四章环烃一、计划学时：5学时二、教学准备：有关参考书的查阅三、教学目的1．掌握脂环烃的命名。

2．掌握脂环烃的结构和性质，环的大小与稳定性的关系。

3．掌握脂环烃的顺反异构，环己烷及取代环己烷的构象分析（船式和椅式、a键和e键）。

4．理解多环己环烃（十氢萘的顺反异构）。5．掌握苯分子的结构，杂化轨道理论和分子轨道法的定性解释。6．掌握单环芳烃的同分异构和命名法。

7．掌握单环芳烃的化学反应。

8．掌握苯环取代定位规则、给电子基团、吸电子基团及其理论解释和应用。

9．通过卤化、硝化、磺化、质子化以及傅-克烷基化和酰基化反应理解芳香亲电取代反应历程。10．掌握萘、蒽、菲的结构。

11．掌握多环芳烃的化学性质、萘的磺化反应。

12．理解芳香性概念、芳香性的判别、休克尔规则。四、重点难点1．环烷烃的结构、环己烷及一取代环己烷的构象、二取代环己烷和稠环烃的构象。2．苯分子的结构，，苯的化学性质及应用，亲电取代反应历程，定位规则。3．萘、蒽、菲的结构五、授课方式讲授、板书与讨论相结合的启发式教学法。六、教学过程（一）复习旧课复习烯烃、炔烃、双烯烃的结构和化学性质。（二）讲授新课环烃是分子中含有碳环的烃，根据环烃的结构和性质，可以将环烃分为两类：脂肪烃和芳香烃。一、脂环烃1．脂环烃的分类脂环烃的性质与脂肪烃相似，根据分子中是否含有C=C和碳碳叁键，又可以将脂环烃分为三类：环烷烃：环中没有不饱和的C=C和碳碳叁键，性质与烷烃相似。，（）环烯烃：在环中含有C=C，性质与烯烃相似。环炔烃：分子中含有碳碳叁键，性质与炔烃相似（比较少）2．脂环烃的命名根据环中C原子的数目命名为环某烃，环上含有取代基时，要遵循最小次序规则，如果环中含有C=C或碳碳叁键，要保证C=C、碳碳叁键的位次最小，也就是说从C=C、碳碳叁键开始编号。1，3-二甲基环己烷1-甲基-4-乙基环己烷5-甲基-3-乙基环己烯（编号必须穿过双键，如果只有一个双键，双键的位次肯定是“1”，可不标出，如果含有两个双键，必须标出两个双键的位次。1，3-环己二烯1，4-环己二烯如果环上连有比较长的C链，可以将环作为取代基。1-环丁基戊烷3．同分异构环烃的同分异构体比较多，如：C8H16的化合物有：环烃：八元环：环辛烷；七元环：甲基环庚烷六元环：五元环：四元环：三元环：另外，环烷烃还是烯烃的同分异构体如：CH2=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3等。形成环以后，由于C-C不能自由旋转，因此环烃与烯烃一样，还有顺反异构体。如：顺-1，2-二甲基环丙烷反-1，2-二甲基环丙烷。4．通式：环烷烃的通式为：CnH2n，与C原子数相同的单烯烃互为同分异构体。5．环烷烃的稳定性三、四元环的小环烷烃不稳定，五、六元环的烷烃稳定，七元环较稳定（五至七元环叫一般环），八至十一元环的中环不稳定，十二元环以上的大环烷烃稳定，另外还有许多不同形状的环烷烃，见P52。（一）环烷的结构1．环丙烷的结构环丙烷由三个C原子构成，根据三点决定一个平面的原理，环丙烷的三个C原子必然在同一全平面内，理论上C-C-C的键角应该为60°，但在环烷烃中碳原子采用的是sp3杂化，轨道间的夹角应该为109.5°，要将109.5°的夹角压缩到60°，这是不可能的，这会使形成的键的张力很大，实际上在形成环丙烷时，碳原子间sp3杂化轨道间的夹角被压缩到了105°，见P53图4-1，这样两个C原子在形成C-C时，就不可能沿着轨道轴的方向重叠（也就是说不是完全的头碰头的重叠），因此重叠程度较小，形成了弯曲的C-C键（也就是说C原子的连线方向与轨道重叠的方向不重合）。另外由于sp3杂化轨道的夹角被压缩到了105°，分子内的张力也很大，这种由于键角改变而引起的张力叫角张力。这两方面的原因决定了环丙烷不稳定。2．环丁烷、环戊烷的结构对于四个和五个碳原子的环烷烃，环上的碳原子可以不在同一个平面内，以使碳原子sp3杂化轨道的夹角接近于于值。如：环丁烷分子内也存在角张力，只是环扩大后，角张力减小，因此环丁烷比环丙烷稳定，环戊烷双比环丁烷稳定，环戊烷已经比较稳定了。3．环己烷的构象环己烷六个碳原子也不在同一个平面内，六个碳原子的sp3杂化轨道的夹角都是正常的109.5°，因此环己烷没有角张力，很稳定。环己烷有两种构象：一种是船式，一种是椅式，见P53图4-2。在两种构象中2，3，4，6四个碳原子都在同一个平面内。如果我们分别从船式和椅式构象的正面来观察两个分子，就可以看到图4-2中的a(ⅱ)和b（ⅱ）。在a(ⅱ)中三组碳原子上的氢原子都处于重叠式的构象，特别是C1和C4上的氢原子距离很近，斥力很大（），因此能量较高，不稳定，而椅式构象中三组碳原子上的氢都处于交叉式构象，并且C1和C4上的氢距离也很远（），因此能量低，很稳定，因此环己烷及其衍生物一般情况下都是以椅式构象存在。椅式构象的画法：椅式构象中有两种键，一种是垂直向上或向下键，我们叫直立键或a键，向上翘的碳原子垂直向上画，向下翘的碳原子垂直向下画；一种是与环平面平行的键，我们叫平伏键或e键，左边的三个碳原子向左画，右边的三个碳原子向右画，向下翘的碳原子斜向上画，向上翘的碳原子斜向下画。垂直向上或斜向上的键表示处于环平面的上方，垂直向下或斜向下的键表示处于环平面的下方。环己烷的椅式构象有两种画法，环己烷在两种椅式构象间转换时，a键转变成e键，e键转变成a键，见P54。当环己烷中的氢原子被其它基团取代时，取代的基团可以连在a键上也可以连在e键上。如：如果-CH3连在a键上，C1上的甲基与C3、C5上的H原子间的距离很近，斥力较大，能量较高，不稳定，而翻转后-CH3处于e键上，大基团与其它原子间的距离较远，能量较低，比较稳定，因此e键上的取代基越多，分子越稳定，特别是大的基团要处于e键上。如反-1，2-二甲基环己烷：不稳定稳定再如：顺-1-甲基-2-乙基环己烷：不稳定，大的基团在a键大的基团在e键较稳定为了书写方便，我们在写顺反异构体时，可以把环己烷的椅式构象写成平面六边形，将取代基写在环的上、下方。顺-1，2-二甲基环己烷反-1，2-二甲基环己烷（命名不准确，后面前）（二）脂肪烃的性质1．物理性质（1）状态：C3～C4气体（2）溶解性：不溶于水（3）密度：比水轻（4）沸点：比相同碳原子数的烷烃高2．化学性质（1）催化氢化在环丙烷、环丁烷分子中，C-C都不是完全的头碰头重叠，因此电子云的重叠程度比较差，在反应时容易发生C-C的断裂，因此环丙烷、环丁烷可以发生类似烯烃的加成反应，生成链状化合物。环戊烷、环丁烷不能发生加成反应。（2）与溴的作用环丙烷在室温和黑暗无光的条件下，就可以与溴发生加成反应，环丁烷要在加热条件下才能与溴发生加成反应。环丙烷、环丁烷虽然可以发生加成反应，但不能象烯烃一样被高锰酸钾氧化，利用这一点可以用来鉴别烯烃和环丙和环丁烷。环戊烷和环己烷与溴不能发生加成反应，但在光照下可以发生自由基取代反应。溴代环己烷环烯烃和环炔烃的性质与烯烃、炔烃的性质相似。（三）金刚烷：C10H16是由四个椅式六元环组成的一种类似于金刚石结构的烷烃，存在于一些地区的石油中，见P56图4-3。图中画出了碳原子，没有画出H原子。二、芳香烃1．芳香族化合物芳香族化合物通常都含有苯环，因此我们将含有苯环的化合物叫芳香族化合物，实际上有些芳香族化合物也不含苯环。（一）芳香烃（芳烃）的分类和命名1．分类：根据芳香烃分子中苯环的数目可以将芳烃分为单环芳烃和多环芳烃。（1）单环芳烃芳烃的命名是以苯环作为母体，将取代基名称写在苯环名称前。当苯环上连有多个取代基时，就存在同分异构现象，必须对苯环进行编号，并写出取代基的名称和编号。1,2-二甲苯1,3-二甲苯1,4-二甲苯1,2,3-三甲苯1,2,4-三甲苯1,3,5-三甲苯当苯环上所连的取代基的碳链比较长时，或者苯环上连有不饱和基团时，将苯环作为取代基，苯去掉一个H原子后剩余的基团叫苯基，用、C6H5-、Ph-表示。苯乙烯2-苯基庚烷IUPAC命名法（系统命名法）规定：甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯可以作为母体来命名：对叔丁基甲苯（4-叔丁基甲苯）不叫1-甲基-4-叔丁基苯如果苯环上所连的取代基相同，以苯环作为母体来命名。1，4-二乙烯基苯（不叫对乙烯基苯乙烯）（2）多环芳烃多环芳烃根据苯环的连接方式又可以分为三类：联苯类：联苯类芳烃苯环间以一根单键相连。联苯4，4′-二甲基联苯1，4-联三苯1，3-联苯多苯代脂肪烃是烃分子中的H原子被多个苯环取代后的产物。二苯甲烷三苯甲烷1，2-二苯乙烯③稠环芳烃两个苯环通过共用一条边形成的芳烃。萘蒽菲2,6-二甲基萘（二）单环芳烃1．苯的结构苯环的六个碳原子都采用sp2杂化，每个碳原子用两个sp2杂化轨道分别与相邻的两个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成两根C-Cσ键，用一个sp2杂化轨道与H原子的s轨道重叠形成一根C-Hσ键。因为C原子采用的是sp2杂化，所以苯环分子中C-C-C和H-C-H的键角都是120°。并且所有12个原子都在同一个平面上，每个碳原子还有一个没有参与杂化的pz轨道，六个pz轨道相互间采用肩并肩的重叠方式，形成了闭合的大π键，6个碳原子共同拥有6个π电子，大π键分布在碳环的上下两侧，在分子中也比较暴露，也容易受到亲电试剂的进攻。形成闭合的大π键后，苯环中六个碳碳键的键长、键能的差别完全消失，C-C的键长、键能完全相同，因此苯环的结构通常用表示，六元环中的圆圈表示苯环的大π键，当然由于使用习惯，苯环也用凯库勒式表示，但分子中的单双键，并不代表苯环中的碳原子间是以单键、双键交替连接的。2．物理性质（1）密度：比水轻（2）溶解性：不溶于水，易溶于石油醚、醇、醚等有机溶剂。（3）颜色状态：苯及其低级同系物是无色液体。（4）毒性：苯及其同系物有毒，长期吸入容易导致白身病。3．化学性质（1）芳香族化合物的特点芳香族化合物尽管含有π，但与普通烯烃中的π键不同，它形成的是闭合的大π键，因此它与烯烃的性质不同，如苯环相当稳定，不容易被氧化，不容易发生加成反应，而容易发生取代反应，这就是芳香族化合物的特点，也就是所说的芳香性。（2）休克尔规则芳香族化合物在结构上有一个共同的特点，也就是环上所有的原子都在同一个平面内（如苯），并且环上的原子可以形成闭合的大π键，并且π电子的数目要符合4n+2规则（n=0，1，2，…），这就是休克尔规则，也是判断化合物是否具有芳香性的条件。如：（6个π电子）（10π电子）（3）取代反应苯环的大π键分布于苯环平面的上、下两侧，比较暴露，同样容易受到亲电试剂的进攻，只是发生的反应不是亲电加成，而是亲电取代反应。①卤代在铁或铁盐的催化作用下，苯与氯气、溴反应，苯环上的H原子可以被氯原子、溴原子取代，生成卤代苯，在无催化剂的条件下，苯环上不能发生取代反应。与氯气反应就用三氯化铁，与溴反应就用三溴化铁。②硝化苯与浓硫酸、浓硝酸的混酸在加热条件下反应，苯环上的氢原子可以被硝基取代，生成硝基苯。如果采用发烟硝酸，并提高反应温度，硝基苯还可以进一步反应生成间二硝基苯。甲苯进行硝化反应时，可以不用浓硫酸，并且反应温度降到30℃从上面三个反应的条件可以看出，甲苯比苯容易反应，苯比甲苯容易反应。③磺化苯与浓硫酸一起加热，苯环上的氢原子可以被磺酸基取代，生成苯磺酸。这个反应是一个可逆反应，生成的苯磺酸与水共热，又可以脱去磺酸基，利用这个反应可以将苯环的某些位置用磺酸基保护起来，当其它的反应进行完后，又将磺酸基水解脱掉。④傅-克反应在无水三氯化铝的催化作用下，苯可以与卤代烷反应，生成烷基苯，这个反应叫傅-克反应。R=-CH3；-C2H5当烷基的碳原子数大于2个时，在进行烷基化反应时容易发生烷基的异构化。烯和醇在酸的催化作用下，也可以发生烷基化反应。在无水三氯化铝的催化作用下，苯可以与、进行傅-克酰基化反应，生成酮。酰基（乙酰基）苯乙酮傅-克酰基化反应的特点是不会发生异构化，当苯环上连有硝基、等强的吸电子基团时，不能发生傅-克反应。（4）加成反应在特殊条件下，苯以及苯的同系物还是可以发生加成反应。如：与氢气的加成不能停留在只加成一根或者两根π键的阶段，必须全部加成，这也说明三个π键是一个整体。1，2，3，4，5，6-六氯环己烷（六六六）六六六是一种杀虫剂，由于毒性大，以及对环境的污染。现己被禁用。（5）氧化苯环不容易被氧化，但苯环的侧链可以被高锰酸钾、重铬酸钾等强氧化剂氧化，生成苯甲酸。在氧化时，不管侧链有多长，都被氧化成苯甲酸，另外侧链与苯环相连的第一个碳原子上必须至少含有一个氢原子，否则侧链不能被氧化。如；在较高的温度和特殊催化剂的催化作用下，苯环可以被空气中的氧气氧化而开环，生成顺丁烯二酸酐。（6）烷基侧链的卤代由于苯环是官能团，因此与苯环相连的碳是α-C，α-C上的α-H与烯烃的α-H相似在高温或光照下，可以与氯气发生自由基取代反应，α-H可以被氯原子取代，反应不会发生在苯环。无论侧链有多长，取代反应总是发生在α-C原子上。（7）亲电取代反应的机理在亲电反应中，亲电试剂必须首先产生出亲电的正离子。[]破坏了苯环的闭合大π键，不稳定，需要的活化能很高，是反应的速度决定步骤。由于生成的碳正离子破坏了苯环的大π键，很不稳定，所以碳正离子会很快消去一个氢离子，重新恢复苯环的结构。卤代首先铁与X2反应生成FeX3。Fe+X2→FeX3然后生成的FeX3与X2反应：X-X：+FeX3→-X…FeX3（三价铁离子是个缺电子的离子，卤原子的孤对电子进入到铁离子的空轨道。）硝化③磺化三氧化硫的结构：④傅-克反应傅-克烷基化反应：傅-克酰基化反应：当CH3CH2CH2Cl与三氯化铝反应时，首先生成丙基碳正离子：生成的丙基碳正离子不稳定，它会重排成更稳定的异丙基碳正离子：伯碳正离子仲碳正离子因此一氯丙烷与苯发生傅-克反应时，往往得到的是异丙苯。（8）苯环上取代基的定位规律当苯环上有了一个取代基后，第二个取代基在引入苯环时，可以进入第一个取代基的邻、间、对位，具体进入的位置由第一个取代基的性质决定。根据第一个取代基的性质，可以把第一个取代基分为两类：①邻对位定位基（也叫第一类定位基）苯环上有了这类取代基后，第二个取代基在进入苯环时，主要进入第一个取代基的邻位和对位，因此会生成邻位和对位取代的两种产物，属于这类定位基的有（P62）：-N(CH3)2，-NH2，-OH，-OCH3，-NHCOCH3，-OCOCH3，-CH3，-X（-Cl，Br-），-CH2COOH等。在引入相同的第二个取代基时，含有排在前面的取代基的取代苯，比排在后面的取代基的取代苯反应速度快，也就是说排在前面的取代基的反应活性比后面的大。除了-X和-CH2COOH外，含有其它第一类定位基的取代苯在发生取代反应时，都比没有取代的苯快，说明连有这些基团后，苯环的反应活性增加了，我们说这些基团对苯环起到了致活的作用。如：

②间位定位基（第二类定位基）含有这类取代基的取代苯，在引入第二个取代基时，反应速度比没有取代的苯慢，并且第二个基团进入第一个基团的间位，这说明这些基团对苯环起到了致钝的作用。X-和-CH2COOH虽然是第一类定位基，但它们对苯环也是致钝的。属于第二类定位基的有：（正离子都是间位定位基），-NO2，-CN，-SO3H，-CHO，-COOH、CCl3等。前面基团的致钝作用大于后面的基团。当苯环上己有两个取代基时，再引入第3个取代基，这时要分两种情况：1．如果苯环上原有的取代基属于同一类型的取代基，那么第3个取代基的位置由两个取代基中位置靠前的一个决定。2．如果苯环上连的是不同类型的取代基，那么第三个取代基进入苯环的位置由邻、对位定位基决定。（9）定位规律与电子效应没有取代的苯，6个碳原子上的电子云密度是相同的，当苯环上连有取代基后，由于取代基的电负性不同，就会使苯环上