脂肪烃的结构.ppt

1、2020/10/10,1,3 脂肪烃的结构 （1）烷烃的结构 杂化轨道类型 烷烃中所有碳原子皆采取sp3杂化，4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布。P55 分子链形状 由于4个sp3杂化轨道在空间呈正四面体分布，烷烃中键角为109.5，故长链烷烃的分子链不是直线，而是折线。,2020/10/10,2,分子立体模型： 球棒模型（Kekule模型）和比例模型（Stuart模型）。,2020/10/10,3,（2）烯烃的结构 杂化轨道类型 碳原子sp2杂化，三个杂化轨道处于同一平面内，夹角为120，未参与杂化pz轨道的对称轴垂直于sp2杂化轨道对称轴所在的平面。 示例乙烯： 碳的2个sp2杂化轨道

2、分别与2个氢原子的1s轨道重叠形成CH 键，第三个sp2杂化轨道相互重叠形成CC 键，五个 键的对称轴在同一平面内。乙烯中所有原子都处于同一平面内，是平面型分子。未参与杂化的pz轨道形成CC 键。,2020/10/10,4,（3）炔烃的结构 杂化轨道类型 碳原子sp杂化，两个sp杂化轨道的对称轴成180夹角，空间分布呈直线形。未参与杂化的py和pz 轨道的对称轴相互垂直，并都垂直于sp杂化轨道的对称轴。 示例乙炔： 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成CC 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个CH 键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的

3、CC键，形成乙炔分子。,2020/10/10,5,补充：三种键的比较(1P40)： CC C=C CC 键能/kJmol-1 347 611 837 键长/nm 0.154 0.134 0.120 结论： 1、双键和叁键的平均键能比单键弱； 2、双键和叁键的键长比单键短 键的特点 键不能单独存在，只能与键共存于双键或叁键中； 若两个碳原子绕CC键键轴旋转，CC键将被破坏。 键重叠程度小，且位于成键原子周围分成上下层，原子对其束缚力低， 电子去易流动，键不牢固，易受亲电试剂E+的进攻。,2020/10/10,6,（4）环烷烃的结构 杂化轨道类型 ：sp3 示例及结构环丙烷 碳原子sp3杂化，但s

4、p3杂化轨道对称轴不在一条直线上。CC其夹角是105.5，形成的CC键是弯曲的，称为弯曲键或香蕉键。,结构特点及变化规律 sp3杂化轨道的C-C之间夹角是105.5 。sp3杂化轨道对称轴间的夹角是109.5。故环丙烷分子内总是存在一种开环的张力角张力，它力图使CCC键角恢复到109.5。环丙烷的弯曲键中，杂化轨道重叠少，键不牢固。,2020/10/10,7,电子云分布在连接两个碳原子的直线外侧，易受亲电试剂E+（如HBr等）进攻而开环。 相邻两个碳原子上的CH键是重叠式排列(键长0.1089nm，短于直链的CH键长0.1095nm)，存在扭转张力，是引起环丙烷不稳定的又一原因。 环丁烷、环戊

5、烷、环己烷分子的碳原子均不处于同一平面内：环丁烷是蝴蝶结构，环戊烷有信封型和扭曲型两种不同结构。环丁烷和环戊烷的CCC键角均没有达到109.5，均存在角张力，但比环丙烷的小。环己烷分子中CCC键角为109.5，没有角张力。故环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷的环的稳定性依次增大。,2020/10/10,8,（5）共轭二烯烃的结构 (以1,3丁二烯为例) 键参数 所有原子都共平面；键角都接近120；碳碳双键键长（137.3pm）比乙烯的双键（134.0pm）长，单键（148.0pm）比乙烷的（154.0pm）短。键长趋于平均（双键变长，单键变短） 杂化轨道类型 sp2杂化，形成3个CC 键，并与6个

6、氢原子形成6个CH 键。 四个pz轨道相互平行，且都能侧面交盖，形成一个整体键，称大键或共轭键。,2020/10/10,9,定域键(localized bond)。 电子云局限在两个碳原子之间的 键。例：乙烯分子。 离域键(delocalized bond)。 电子云不是局限在C1C2和C3C4之间，而是扩展或离域到所有碳原子周围，形成一个整体键，称大键或共轭键。例： 1,3丁二烯的构造式用CH2=CHCH=CH2表示，但应牢记分子中的单双键已不是普通的单双键。 共轭分子和共轭系统 有单、双键交替排列的分子称共轭分子；1,3丁二烯共轭系统称，共轭系统(体系)。,2020/10/10,10,共轭

7、效应 在共轭分子中，由于电子在整个系统中的离域，故任何一个原子受到外界的影响，均会影响到分子的其余部分，这种电子通过共轭系统传递的现象，称为共轭效应。 后果：单双键平均化；分子能量显著降低，稳定性增加。 例：1,3戊二烯和1,4戊二烯的氢化热： CH3CH=CHCH=CH2+2H2CH3CH2CH2CH2CH3氢化热226kJmol-1 CH2=CHCH2CH=CH2+2H2CH3CH2CH2CH2CH3氢化热254kJmol-1,2020/10/10,11,4 脂肪烃和脂环烃的构造异构 （1）烷烃的构造异构 (constitutional isomery) 定义 分子中原子的连接方式和排列次

8、序不同产生的异构；开链烷烃中的构造异构是由于碳骨架不同引起的，故烷烃的构造异构又称为碳架异构(carbon skeletal isomery)。 构造异构的数目 随碳原子数增加，异构体数目迅速增加：甲、乙和丙烷只有一种异构体，丁烷有2种，戊烷有3种：正戊烷、异戊烷和新戊烷。碳数为6，7，8和20的烷烃，异构体数目分别为5，9，18和366 319。,2020/10/10,12,（2）烯、炔烃的构造异构 烯、炔烃除碳架异构外，还有官能团位置异构。如： CH2=CHCH2CH3（1丁烯），CH3CH=CHCH3（2丁烯）；CHCCH2CH3（1丁炔），CH3CCCH3（2丁炔） （3）脂环烃的构造

9、异构,脂环烃的构造异构比较复杂。成环碳原子个数、取代基及取代基位次不同都可引起构造异构。例如：,2020/10/10,13,（4）顺反异构 引入 研究发现，CH3CH=CHCH3（2丁烯）存在性质上有微小差别的异构体A（沸点3.5）和B（沸点0.9），其原因是双键上连接的四个基团在空间排列方式不同，而构造完全相同。 定义 由于键或环的存在，造成原子或基团在空间排列方式（即构型）不同而产生的异构现象，称为顺反异构现象(cia-trans isomerism)，形成的同分异构体称为顺反异构体。 说明 当双键的一个碳原子上有两个相同基团时，该双键无顺反异构,2020/10/10,14,15.2.2

10、脂肪烃和脂环烃的命名 1 习惯命名法(普通命名法，只适用于简单结构的烃类) 规定 十个碳以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；十个碳以上用十一、十二表示碳原子数目； 以前缀“正”（n）、“异(i,或iso)”、“新”区分异构体： 直链为“正”；仅在一末端有(CH3)2CH而无其它支链的为“异”；专指具有(CH3)3C的含五、六个碳原子为“新”构烃。例(异丁烯错)：,2020/10/10,15,2 衍生物命名法(只能适用于简单结构的烃类) 原则：把复杂化合物看成简单化合物的衍生物。 烃基 烃分子中去掉一个氢剩余的部分称为烃基。例：,2020/10/10,16,规定 母体选择的原则： 分子

11、中连接烃基最多的碳原子或官能团作为母体； 母体名称是同系列中最简单的化合物(甲烷，乙烯，乙炔)。 母体上的烃基排列次序： 按从小到大的次序排列，相同的烃基要合并，并写出该烃基的个数。例：,2020/10/10,17,3 系统命名法 （80年原则）： （1）选择母体主链 含有官能团、支链最多、最长碳链为母体主链（烷烃无官能团） （2）主链编号 “最低系列原则”：首先，保证官能团位次最小；其次，使小的支链或取代基位次尽可能小。 （3）次序规则(sequence rule) 支链或取代基的大小是指取代基在次序规则中的排序，用“”表示优于。次序规则如下： （a）取代基或官能团第一个原子按原子序数排列，

12、原子序数大者为“较优基团”；同位素质量高者较优。 例：I Br Cl S F O N C D H (孤对电子，视其原子序数为0)。,2020/10/10,18,（b）若两个基团的第一个原子相同，则比较与它相连的第二，甚至第三、第四个原子，直到比较出差别。 CH2CH3 CH3(C, H, HH,H,H)；CH2Cl CH2OH(Cl, H, H O, H, H) ；C(CH3)3 CH(CH3)2 CH2CH3 CH3。 （c）支链或取代基有重键时，拆开重键，连上相同的原子比较： 常见基团中存在以下优先次序： （4）母体烃命名 取代基按从小到大的顺序放在母体前面，用主链上碳原子的编号标明位次，位次与取代基间用半字线“”隔开。相同取代基或官能团要合并，用大写数字表示其数目，并逐个标明其所在位次，各位次间用逗号“，”分开。官能团的位次标明后，根据母体碳原子个数和官能团写出化合物名称：,2020/10/10,19,当双、叁键同时存在于主链时，应使双、叁键位次尽可能低。当双、叁键位次有选择时，使双键位次较低，命名时烯前炔后：,2020/10/10,20,（5）顺反命名法和ZE命名法,顺-反式命名 当相同的原子或基团处于双键或环的同侧时，称为顺式（cis），反之称为反式（trans）。例