第二章 饱和烃.ppt

1、烃：只含有碳和氢两种元素的有机化合物,烷烃alkane、环烷烃cyclo alkane 烯烃alkene、环烯烃cyclo alkene 炔烃alkyne、环炔烃cyclo alkyne,第二章 饱和烃,2.1 烷烃、环烷烃的通式和构造异构, 烷烃的通式,CH4,C2H6,C3H8,C4H10,烷烃的通式：CnH2n+2,CH2,CH2,CH2,N个CH2 同系物, 环烷烃的通式,C3H6,C6H12,C5H10,C4H8,环烷烃的通式：CnH2n, 构造异构,同分异构体,碳架异构体 位置异构体 官能团异构体 互变异构体,构型异构体 构象异构体,构造异构体,立体异构体,交叉式构象 重叠式构象,

2、几何异构体 旋光异构体,正戊烷,异戊烷,新戊烷,C5H10：,C5H12：,碳架异构体：碳架不同,2.2 烷烃、环烷烃的命名,一、与命名相关的几个词 1）甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸,2）伯、仲、叔、季 1 2 3 4,1 C（伯碳，一级碳）,primary carbon,2 C （仲碳，二级碳）,secondary carbon,tertiary carbon,3 C （叔碳，三级碳）,4 C （季碳，四级碳）,quaternary carbon,1 H（伯氢）,2 H（仲氢）,3 H（叔氢）,碳原子种类的扩展,1自由基 （伯自由基）,2自由基 （仲自由基）,3自由基 （叔自由基）

3、,1碳负离子 （伯碳负离子）,3碳正离子 （叔碳正离子）,3）基、亚基、次基,基：一个化合物从形式上去掉一个单价的原子或原子 团的剩余部分称之为“基” （-yl）,亚基：一个化合物从形式上去掉两个单价或一个双价 的原子或原子团的剩余部分 （-ylene）,次基：一个化合物从形式上去掉三个单价或一个叁价 的原子或原子团的剩余部分 （-ylidyne）,次甲基,次乙基,4）正、异、新、伯、仲、叔、季,正 n-, 化合物命名，直链，无支链, 从直链烷烃上失去伯氢,正丁烷,异 iso-,只有第二位上有一个甲基，其余为直链, 只有第二位上有一个甲基，且从长链 的另一端失去伯氢,新 neo-,只有第二位上

4、有两个甲基，其余为长链, 只有第二位上有两个甲基，且从长链的另一端失 去伯氢,e,g,C,H,3,C,C,H,3,C,H,3,C,H,2,C,H,3,C,C,H,3,C,H,3,C,H,2,C,H,2,新戊基,新已基,伯、仲、叔、季, 从直链烷烃上去掉一个仲氢原子所得的烷基,伯： 1 C 1 H,仲： 2 C 2 H,叔： 3 C 3 H,去掉一个叔氢后所得的烷基，且一般仅限于如下结构,季： 4 C,International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC 1979年制定,系统命名法,原则： “一名对一物” （可能“一物对多名”）,基本步骤

5、,找主链 编号 书写,二、烷烃的命名,找主链,“最长” 最长的连续碳链作为主链,“最多” 原则一：复杂烷烃如有多个等长的碳链，则选含有支链数目最多的为主链。,均为“己烷”如何选择主链？,编号,“最近” 主链上碳原子从靠近支链的一端开始依次用阿拉伯数字编号,“最小” 原则二：最低系列规则，若两条链链长相同，且支链数也相同，选支链位号最小的为主链，并以此规则编号。,两种选法均含有两个支链，如何选？,三种选法均含有三个支链，如何选？,主链的支链号2, 4, 5,相同,比较原则：按编号顺序比较，先比第一个，若相同则比第二个依此类推。,如何编号？,从小的基团一端 开始编号,基团谁大谁小？,顺序(次序)规

6、则：为了决定有关原子或基团排列顺序而人为定下的规则,（1）单原子取代基：按原子序数大小排列，原子序数大的顺序大，原子序数小的顺序小。,（2）多原子取代基：先比较第一个原子,如果两个多原子基团的第一个原子相同，则比较与它相连的其它原子，比较时，按原子序数排列，先比较最大的一个，仍相同，再顺序比较居中的、最小的。,（3）含有双键或叁键的基团，可认为连有两个或叁个相同的原子。,原则三：如果两个不同取代基所取代的位置按两种编号法位号相同，则从顺序较小基团的一端开始编号。,1,2,3,4,5,6,7,8,书写时顺序较小的基团列于前,书写原则一：位次取代基主链,3甲基6乙基辛烷,书写,书写原则二：取代基相

7、同，可以合并，位次用“，” 隔开,2,5二甲基3乙基己烷,原则五：如支链上还有取代基，则从主链相连的碳原子开始，将支链的碳原子依次编号，支链上取代基的位置就由这个编号所得的位号表示。,2甲基5叔戊基癸烷 2甲基51,1二甲基丙基癸烷 2甲基5(1,1二甲基丙基)癸烷,练习1 下列化合物命名是否正确,二、环烷烃的命名,环丙烷 cyclopropane,环丁烷 cyclobutane,环戊烷 cyclopentane,环己烷 cyclohexane,1) 无取代基，环某烷,2) 有一个取代基，某基环某烷,甲基环戊烷,甲基环己烷,乙基环己烷,1,1二甲基环丙烷,3) 有多个取代基,1,2二甲基环丁烷

8、,1甲基3乙基环己烷,最低系列原则,1, 4二甲基2乙基环己烷,基团小，位号小,1, 3二甲基5乙基环己烷,特殊情况：链碳环碳,链+多环,3环丁基戊烷,1,3二环己基丙烷,桥环烃：公用两个以上碳原子,螺环烃：公用一个碳原子,桥环烃,a. 确定环数：断开两个键就能成链状烃的为二环 b.从桥头碳原子开始编号：从大环到中环再到小环，并保证取代基位号最小 c.书写顺序： 取代基-环数大，中，小母体名称,二环4, 4, 0癸烷,二环3, 2, 1辛烷,2, 7, 7三甲基二环 2, 2, 1庚烷,螺环烃,a. 从螺碳原子旁边的碳原子开始编号：从小环到大环, 并使取代基位号最小 b.书写顺序： 取代基-螺

9、环小，大母体,5-甲基螺环3, 4辛烷,11,2-甲基螺环4, 6十一烷,练习3 命名下列化合物,常用俗名,2.3 烷烃、环烷烃的结构,甲烷的结构,1、烷烃的结构,sp3杂化的碳原子,几何构型：四面体,4个CH 键,甲烷的球棍模型,甲烷的比例模型,乙烷的结构,1个CC 键，6个CH 键,键的特性：键沿着键轴方向对称，可沿键轴 自由旋转。键能较大，,图2.10 正丁烷的球棍模型,图2.11 正丁烷的比例模型,正十五烷,曲折形,Baeyer提出环的张力学说，首先假定 (1)碳原子是sp3杂化的； (2)环的结构是平面的；那么,结论：与正常键角109.5偏差越大，环越不稳定。环有恢复正常键角的力，这

10、种力叫做“角张力”。,最稳定？,2、环烷烃的结构,一些环烷烃的燃烧热,实际上，环烷烃（除三元环外）并不是一个平面结构， 这就使张力学说失去了存在的基础,2.4 烷烃、环烷烃的构象,1、构象异构,由于围绕键旋转而产生的分子中原子或起在空间 的不同排列方式。,特点：,构象异构体之间的转换不需断键 构象异构体的数量：无数 构象异构体之间不可能完全分开,典型构象：根据能量的高低具有代表性的构象,2、构象的表示方式,伞形式,锯架式,Newman投影式,交叉式构象,扭曲式构象,重叠式构象,3、乙烷的构象,优势构象,最稳定,最不稳定,势能关系图,非键张力,扭转张力,4、丁烷的构象,势能关系图,对位交叉式是优

11、势构象,5、环丙烷,6、环丁烷,键角：111.5,7、环戊烷,键角109.5,信封式,半椅式,8、环己烷的构象,典型构象: 船式构象、椅式构象,环己烷的椅式构象,环己烷的船式构象,0.25 nm, 椅式构象中的直立键(a)和平伏键 （e）,注：直立键(a) 与中心对称轴平行，指向环上键角的方向。 平伏键 （e）与中心对称轴成109.5，且与直立键方 向相反，左边向左偏，右边向右偏。,9、取代环己烷的构象,在一取代的环己烷，取代基可以处在a键上，也可以处在e 键上：,当取代基处在a 键时，它与3, 5位的H原子 存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。,取代基处在e 键上稳定,取代基越大，它处于e

12、 键的构象越稳定：,多取代构象中以e键取代较多的构象较稳定,2.5 烷烃、环烷烃的物理性质,物理性质 物态：气体？ 液体 ？ 固体？ 沸点（b.p.） 熔点（m.p.） 密度（比重） 溶解度： 水中溶解度？ 有机溶剂中？ 折光率,1、物态,常温、常压(0.1MPa),C5C16：液态,C1C4：气态,C17：固态,2、沸点（b.p）,分子间作用力,M,b.p,支链少,bp：36,bp：9.5,3、熔点（m.p）,分子间作用力,分子在晶格中的排列 对称性 m. p. ,正戊烷 异戊烷 新戊烷 bp 36 28 9.5 mp -130 -160 -17,4、密度,5、溶解度,难溶于水，易溶于有机溶

13、剂。 “相似相溶原理”,分子量，密度，但1；支链，密度。,6、折射率,一定波长的光源和一定温度下为常数、确定化合物,C H 电负性 2.5 2.2,烷烃的结构,一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶 剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等） 烷烃可与卤素发生自由基取代反应（烷烃的重要反应）,sp3 杂化 已饱和 不能加成,低极性共价键 H不易被置换,2.6 烷烃、环烷烃的化学性质,1. 卤代反应,1）甲烷的氯代反应,反应特点: (1)反应需光照或加热。 (2)光照时吸收一个光子可产生几千个氯甲烷（反应有引发过程）。,甲烷的氯代反应机理的表达,自由基型链反应（chain reaction）

14、,自由基 中间体,242.4kJ/mol,光提供的能量：330kJ/mol,7.5 kJ/mol 吸热,112.9 kJ/mol 放热,甲烷氯代的势能变化图,过渡态: 势能最高处的原子排列，,Ea：活化能 DH: 反应热,7.5 kJ/mol,112.9 kJ/mol,决速步骤,2）其它烷烃的氯代反应,仲氢与伯氢被取代的活性比：,异丁烷 异丁基氯(64%) 叔丁基氯(36%),V 伯氢: V叔氢 = 64/9 : 36/1 = 1 : 5,V伯氢: V仲氢= 28/6 : 72/4 = 1 : 3.8,叔氢与伯氢被取代的活性比：,叔氢、仲氢较伯氢活泼的原因：,氢原子被氯代的次序 (由易到难),

15、叔氢 仲氢 伯氢,反 应 活 性 比 5.0 3.8 1.0,甲烷与其它卤素的反应,氯代 1：2：3H=1 : 3.8 : 5 溴代 1：2：3H=1 : 82 : 1600,1）反应选择性,溴代反应选择性比氯代反应好。,？,反应部位的专一程度,实验现象：氯代反应为放热反应； 溴代反应为吸热反应。,过渡态(Transition State)理论,2）反应活性,卤素的反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I2,反应的难易程度,从反应热来解释，放出的热越多越易进行,从活化能来解释，活化能越小越易进行,F2 ：反应过分剧烈、较难控制 Cl2 ：正常（常温下可发生反应） Br2 ：稍慢（加热下可发生反应） I2 ：不反应。即使反应, 其逆反应易进行,3）反应活性和选择性,对于烷烃：,叔氢 仲氢 伯氢,对于卤素：,F2 Cl2 Br2 I2,选择性相反,2. 氧化反应,Q 燃烧热,燃烧热：在标准状态下，1摩尔烷烃完全燃烧所释放的热量。,1） 完全氧化,燃烧热能够反映分子内能的高低。 例如：正丁烷为2878.2 6kJ/mol， 异丁烷为2