四川大学有机化学--第二章.ppt

1、2020/7/9,第二章 烷烃(Alkanes),Table of Contents 第一节 烷烃的同序列及同分异构现象 一、同序列 二、同分异构 三、碳、氢原子的类别 第二节 烷烃的命名 一、普通命名法 二、烷基 三、系统命名法,【烷wan】取完全之意，碳被氢完全饱和；【烃t-ing】指碳tan氢qing化合物。烷烃通式CnH2n+2。,2020/7/9,第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的sp3杂化 三、烷烃分子的形成 第四节 烷烃的构象 一、乙烷的构象 二、正丁烷的构象 第五节 烷烃的物理性质 第六节 烷烃的化学性质 一、氧化 二、热裂 三、卤代,2020/

2、7/9,第七节 烷烃卤代反应历程 一、甲烷的卤代 二、烷烃卤代的相对活性与自由基的稳定性 第八节 烷烃的制备 一、偶联 二、还原,2020/7/9,第一节 烷烃的同序列和 同分异构现象,一、同序列 烷烃构造式的表示：,2020/7/9,2-甲基-5-乙基庚烷,2020/7/9,2020/7/9,2020/7/9,2020/7/9,2020/7/9,2020/7/9,碳原子的类型：,2020/7/9,第二节 烷烃的命名,一、普通命名法、 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 正、异、新 二、烷基（R） 烷烃分子去掉氢原子后剩下的部分： CnH2n1,2020/7/9,The Alkyl Groups,Alkyl

3、 groups are often represented as -R. The names of alkyl groups are always -yl. They have the general formula: -CnH2n+1,2020/7/9,Common Alkyl Groups (C1 through C4),2020/7/9,Common Alkyl Groups (C5 and C6),2020/7/9,Systematic Nomenclature,International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC Commit

4、tee on Organic Nomenclature,2020/7/9,The Alkanes,2020/7/9,Block Diagram for Nomenclature,2020/7/9,Nomenclature of the Alkanes,Alkanes always have the ending -ane. Side chains (substituents) are named as alkyl groups.,2020/7/9,4 3 2 1 2-Methylbutane,Organic Nomenclature,2020/7/9,Find the Longest Cont

5、inuousCarbon Chain,2020/7/9,You Must Choose the LongestContinuous Carbon Chain,4 3 2 1 5 6 7 4-Ethylheptane,2020/7/9,Number from the End Nearestthe First Substituent,2020/7/9,Number from the End Nearestthe First Substituent,8 7 6 5 4 3 2 1 3-Ethyl-5-methyloctane,2020/7/9,Use “di-” With Two Substitue

6、nts,1 2 3 4 2,3-Dimethylbutane,2020/7/9,Every Substituent Must Get a Number,1 2 3 4 5 6 3,3-Dimethylhexane,2020/7/9,Number from the End NearestFirst Substituent,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2,7,8-Trimethyldecane,2020/7/9,Number from the End Which Has the “First Difference”,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3,4,8-Trimeth

7、yldecane,2020/7/9,A More-Highly-SubstitutedCarbon Takes Precedence,5 4 3 2 1 2,2,4-Trimethylpentane,2020/7/9,Number from the End Nearestthe “First Difference”,1 2 3 4 5 6 7 8 6-Ethyl-3,4-dimethyloctane,2020/7/9,Which end do we number from?,8 7 6 5 4 3 2 1 3-Ethyl-6-methyloctane,2020/7/9,If you can n

8、ame this, you can name anything!,1 2 3 4 5 6 7 8 9 4-Isopropyl-2,6,6-trimethylnonane,2020/7/9,Naming Complex Substituents,1-Methylethyl,2020/7/9,Naming Complex Substituents,1,3-Dimethylbutyl,2020/7/9,Naming Complex Substituents,2-Ethyl-1,1-dimethylbutyl,2020/7/9,This Should Be Fun,1 2 3 1 2 3 4 5 6

9、7 8 9 5-(1-Ethyl-1-methylpropyl)-5-propylnonane,2020/7/9,Good Luck!,7-(1,1-Dimethylbutyl)-3-ethyl-7-methyldodecane,2020/7/9,Degree of Substitution,2020/7/9,Degree of Substitution,1。 1 1 3 2 3 2 4 1 1 3 2 1 2 1,2020/7/9,第三节 烷烃的构型,一、碳原子的四面体概念及分子模型 构型（Constitution）：具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。 Vant Hoff and L

10、e Bel 分别提出碳四面体概念。,2020/7/9,Tetrahedral Geometry,Methane 的正四面体 Kekul模型,甲烷球棒模型,甲烷比例模型,2020/7/9,丁烷的Kekul模型（球棒模型）,丁烷的Kekule模型（球棒模型）,2020/7/9,丁烷的斯陶特模型,丁烷的斯陶特模型,2020/7/9,二、碳原子的sp3杂化,2020/7/9,sp3 Hybrid Orbital,2020/7/9,三、烷烃分子的形成,2020/7/9,第四节 烷烃的构象,构象（Conformation）：一定构型的分子通过单键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。 Different a

11、rrangements of atoms within a molecule that can be converted into one another merely by rotation about single bonds. 一、乙烷的构象,2020/7/9,一、乙烷的构象 ( Ethane Staggered Conformation),Side View,End View,乙烷的交叉式构象,2020/7/9,Ethane(eclipsed conformation),Side View,End View,2020/7/9,交叉式,重叠式,构象异构体,2020/7/9,Conform

12、ations of Ethane,乙烷构象能量图,2020/7/9,扭转张力 Torsional Strain,Extra potential energy that a molecule possesses because groups are crowded together or are forced to approach each other to within the sum of their effective radii,Extra potential energy that a molecule possess due to the presence of eclipsed

13、bonds.,2020/7/9,二、丁烷的构象,CH3CH2 CH2CH3 看成是1，2二甲基乙烷，沿C2 C3旋转，产生各种构象，典型构象有四种：,2020/7/9,能量大小顺序(1)(2)(3)(4),2020/7/9,Butane(anti conformation),side view,end view,2020/7/9,Butane(gauche conformation),side view,end view,2020/7/9,Butane(syn conformation),side view,end view,2020/7/9,Butane(anticlinal conform

14、ation or eclipsed-120 conformation),side view,end view,2020/7/9,Conformations of Butane,丁烷构象能量图,2020/7/9,Steric Strain in Butane(gauche conformation),close contact betweenmethyl groups,2020/7/9,Steric Strain in Butane(syn conformation),really crowded!,2020/7/9,第五节 烷烃的物理性质,物质状态：C4以下gas，C5 C16liquid,

15、C17 以上solid。 沸点：分子间范德华力越大，其沸点越高。正烷烃的沸点是随着分子量的增加而升高的。 范德华力包括静电引力、诱导力和色散力。,2020/7/9,1）正烷烃的沸点随碳原子数的增多而升高 2）正烷烃的沸点高于它的异构体（支链烷烃） b.p. CH3(CH2)2CH3: -0.5 (CH3)2CHCH3: -10.2 CH3(CH2)3CH3: 36.1 (CH3)2CHCH2CH3: 27.9 C(CH3)4: 9.5,2020/7/9,熔点：分子晶体的熔点不仅取决于分子间的作用力的大小，而且取决于晶体中碳链的空间排布(对称性）。同分异构体中，对称性越高的熔点越高。C4以上的正

16、烷烃的熔点随着碳原子数增加而升高。偶数碳原子的烷烃的熔点升高多些。 m.p. (CH3)2CCH2CH3: -159.9 CH3(CH2)3CH3: -129.7 (CH3)4C: -16.6 溶解度：like dissolves like.,2020/7/9,第六节 烷烃的化学性质,C C, C H键能较大，极性小，故化学性质比较稳定。 一、氧化,烷烃部分氧化成各种含氧衍生物：醇、醛、羧酸。,2020/7/9,The Internal Combustion Engine,内燃机,2020/7/9,二、热裂,热裂：有机化合物在高温和无氧条件下发生键断裂的反应。 温度在450 以上,为自由基反应

17、。 催化热裂的温度可以低些。,2020/7/9,三、卤代,卤代反应：有机物分子中的氢原子被卤原子取代，生成卤代物，并放出卤化氢的反应。,2020/7/9,甲烷的氯代,2020/7/9,25 时，氢原子一氯代的相对活性： 3。H：2。H：1。H=5：4：1; 溴代的选择性更高，相应为1600：82：1。 例：预测下面反应所生成的一溴代异构体的比例。,2020/7/9,2020/7/9,第七节 烷烃卤代反应历程,反应历程（Reaction mechanism）：化学反应所经历的途径或过程，有称反应机理或反应机制。 一、甲烷的卤代历程 Experimental: 1.黑暗下不加热，无反应 2.仅加热

18、，能反应 3.仅光照，即使1个光子，也能产生许多分子的卤代产物 4.氧气的存在，能延缓反应的发生,2020/7/9,自由基取代历程（链的引发、链的传递、链的终止），属链锁反应,2020/7/9,自由基的产生条件：加热、光照、引发剂。,2020/7/9,二、卤素对烷烃的相对反应活性,F2 Cl2Br2I2,氟氯溴碘,氟氯溴碘,2020/7/9,三、烷烃对卤代反应的相对反 应活性与烷基自由基的稳定性,1、结构：CH3. Sp2 平面构型,甲基自由基的结构 烷基自由基的稳定性次序： 3。2。1。 CH3.,2020/7/9,第八节 过渡状态理论,基元反应：,2020/7/9,决定反应速度的是活化能，而不是反应热。,2020/7/9,ENERGY PROFILE,one step reaction,product,starting material,transition state TS,activation energy Ea,heat of reaction DH,E N E R G Y,能线图,2020/7/9,甲烷氯代反应的决速步骤： 产生甲基自由基的一步,2020/7/9,中间体和过渡态的异同相同点：能量