《烷烃环烷烃》PPT课件.ppt

第一章 烷烃 环烷烃,有机化学竞赛辅导,由碳和氢两种元素组成的饱和烃称为烷烃。,或 CnH2n+2,具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。,第一节 烷烃,一、烷烃的同系列,1.烷烃的定义：,2.同系列：,3.烷烃的通式：,二、烷烃的同分异构现象,正丁烷（沸点-0.5）异丁烷（沸点-10.2）,分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。,三、烷烃的构型,构型：是指具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。,1.碳原子的sp3杂化,2.烷烃分子的形成,键的特点：,键：,成键电子云沿键轴方向头碰头重叠，呈圆柱形对称重叠。,重叠程度大，可绕键轴自由旋转而不影响电子云重叠的程度。,结合的较牢固，不容易断裂，性质不活泼。,3.碳原子的四面体概念,契性透视式：实线表示处在纸平面上的价键，虚契性线表示处在纸面后的价键，实契性线表示处在纸面前的价键。,（1）甲烷的构型,（2）其它烷烃的构型,C-C键长均为0.154nm,C-H键长为0.109nm,键角都接近 于109.5。,碳原子都是以sp3杂化轨道与其他原子形成键，碳原子 都为正四面体结构。,碳原子的排列不是直线形的，碳链一般是曲折地排布在空 间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈 多种曲折排列形式（因键能自由旋转所致）。,四、烷烃的命名,书籍、期刊中经常使用普通命名法和国际纯粹与应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry）命名法，简称IUPAC命名法，对于有些复杂化合物名称很长，命名时常用俗名。,1.普通命名法,CH3CH2CH2CH3丁烷,含有10个或10个以下碳原子的直链烷烃，用天干顺序甲、乙、丙、丁、戊、已、庚、辛、壬、癸10个字分别表示碳 原子的数目，后面加烷字。,含有10个以上碳原子的直链烷烃，用大写中文数字表示碳 原子的数目。,对于含有支链的烷烃，则必须在某烷前面加上一个汉字来 区别。在链端第2位碳原子上连有1个甲基时，称为异某烷，在链端第二位碳原子上连有2个甲基时，称为新某烷。,正戊烷 异戊烷 新戊烷,CH3（CH2）10CH3正十二烷,2.系统命名法,（1）碳原子的类型,在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子叫一级碳原子，用1C表示，或称伯碳 1C上的氢称一级氢，用1H表示。,在烃分子中与两个碳相连的碳原子叫二级碳原子，用2C表示，或称仲碳 2C上的氢称二级氢，用2H表示。,在烃分子中与三个碳相连的碳原子叫三级碳原子，用3C表示，或称叔碳 3C上的氢称三级氢，用3H表示。,在烃分子中与四个碳相连的碳原子叫四级碳原子，用4C表示，或称季碳，4C上无氢原子。,（2）烷基：,烷基 普通命名 系统命名 英文简写CH3 甲基 甲基 MeCH3CH2 乙基 乙基 EtCH3CH2CH2 正丙基 丙基 n-Pr（CH3）2CH 异丙基 1-甲（基）乙基 iso-PrCH3CH2CH2CH2 正丁基 丁基 n-Bu（CH3）2CHCH2 异丁基 2-甲（基）丙基 iso-Bu 仲丁基 1-甲（基）丙基 sec-Bu（二级丁基）（CH3）3C 叔丁基 1，1-二甲（基）乙基（ter-Bu）（三级丁基）,烷烃分子从形式上消除一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。通式为CnH2n+1，常用R-表示。,若烷烃分子从形式上消除两个氢原子而剩下的原子团称为亚基。,（3）系统命名法规则,1）直链烷烃：,CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法叫正戊烷，系统命名法叫戊烷,在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名法是基本相同的，只是不写“正”字。,2）支链烷烃的命名法的步骤：,选择主链（母体）,i）最长原则：,分子中有两条以上等长碳链时，则选择支链多的一条为主链。,ii）最多原则：,选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。,碳原子的编号,i）最近原则：,从距支链较近的一端开始，给主链上的碳原子用1、2、3编号。,ii）最简原则：,从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。,iii）最小原则：,若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小为原则，即位号之和最小原则。,烷烃名称的写出,i）将支链（取代基）写在主链名称的前面,ii）取代基按“次序规则”小的基团优先列出,烷基的大小次序：,甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基,iii）相同基团合并写出，位置用2，3标出,取代基数目用 二,三标出。,iv）表示位置的数字间要用逗号“，”隔开，位次和取代基名称 之间要用“半字线”隔开。,如果支链上还有取代基时，从与主链相连的碳原子开始，把 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 所得的号数来表示。这个取代了的支链的名称可放在括号中，或用带撇的数字来表明支链中的碳原子。,2甲基5、5二（1、1二甲基丙基）葵烷,2甲基5、5二1,1二甲基丙基葵烷,练习：,2，7，9-三甲基-6-（2-甲丙基）十一烷2，7，9-三甲基-6-异丁基十一烷,五、烷烃的物理性质,1、状态,常温常压下：C1C4的烷烃为气态，C5C16的烷烃为液态，C17以上的烷烃为固态。,2、沸点,（1）直链烷烃的沸点随着分子量（碳原子数）的增加而有规 律升高。,（2）对于烷烃的同分异构体，支链越多，沸点越低。,3、熔点,碳原子数目增加，熔点升高；分子的对称性越大，熔点越高。,正烷烃的熔点，同系列C1C3不那么规则，但C4以上的是随着碳原子数的增加而升高。不过，其中偶数的升高多一些，以至含奇数和含偶数的碳原子的烷烃各构成一条熔点曲线，偶数在上，奇数在下。,4、相对密度（比重）,都小于1，随着分子量的增加而逐渐有所增大，最后接近于0.8（20）。,5、溶解度,烷烃不溶与水，能溶于某些有机溶剂，尤其是烃类中。“相似相溶”：结构相似，分子间的引力相似，就能很好溶解。,六、化学性质,漫射光,1、取代反应,反应活性为：F2 Cl2 Br2,（1）氯代反应,氢原子的反应活性顺序：,3H 2H 1H,烷基自由基的稳定性顺序为：,(CH3)3C(CH3)2CH CH3CH2CH2 CH3,叔、仲、伯氢在室温时的相对活性为5：4：1,（1氯丙烷）（2氯丙烷）,当升高温度(450oC)时,叔:仲:伯氢的相对活性逐步接近1:1:1,（2）溴代反应,叔氢仲氢伯氢的反应活性，相对活性为1600：82：1,（3）卤代反应的机理自由基反应,链的引发,链的增长,链的终止,Cl+Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 CH3+Cl CH3Cl,2、氧化反应,（2）氧化,在有机化学中，把有机化合物分子中引入氧或脱去氢的反应，都称为氧化反应。把失去氧或引入氢的反应，称为还原反应。,（1）燃烧,3、裂化反应,烷烃在高温和无氧条件下，分子中的碳碳键或碳氢键发生断裂，生成较小的分子，这种反应称为裂化反应。,第二节 环烷烃,1、环烷烃的结构,链烷烃中：C为sp3杂化，键角109.5；环烷烃中：C为sp3杂化，键角小于109.5（弯曲键或香蕉键）环的大小不同，键角不同。,（1）环丙烷的结构,一般地，五元、六元环最稳定,弯曲键与正常的键相比：,角张力,扭转张力,不稳定，易发生开环反应,（2）环丁烷的结构,实验证明：环丁烷的四个碳原子不在同一平面上，通过 CC键的扭转而以一个折叠碳环形式存在，使环的 张力相应降低。,（3）环戊烷的结构,“信封式”构象：分子的张力不太大，因此环戊烷的化学性质比较稳定。,（4）环己烷的结构,椅式构象,在椅式构象中，所有键角都接近109.5，没有角张力；相邻碳上的CH键是全交叉的，无扭转张力。,椅式构象中的六个C原子分别处在两个平行平面：C：1、3、5在下，2、4、6在上；分子内有一个穿过分子平面的对称轴；,直立键或a键：与对称轴平行，六个交替地三个向上，三个 向下和分子平面垂直；平伏键或e键：与对称轴成109.5的倾角，六个交替地三个 偏上，三个偏下，取伸向环的周围的向位。,椅式构象环己烷中的12个CH键分两类：,环己烷一元取代物的优势构象都是取代基在e键上的椅式构象。取代基体积越大，平衡体系中，e键取代物就含量越多。,例如：,船式构象,船式的特点：船底共平面；无角张力,存在范德瓦尔斯斥力；扭转张力。,在平衡混合物中，椅式构象占绝大多数（99.9%以上）。,2.环烷烃的立体异构,碳架异构：,顺反异构：,两个取代基在环同一侧面的称顺（cis）两个取代基不在环同一侧的称反（trans）,顺-1，2二甲基环丙烷,反-1，2二甲基环丙烷,在有机分子中凡是有阻碍分子旋转的因素都可以使分子产生顺、反异构，环可以看作平面，取代基可以在环的同侧或异侧，而且不经过键的断裂是不可能改变的。所以，环状化合物有顺、反异构。,二取代的：取代基可以相同也可以不同，优先基团在分子平面同侧为顺；异侧为反。,三取代的：取各级碳上在优先基团中位次最低的一个基团作参照，每个次序在优先基团的顺反关系和参照基团作比较。,反-1，2-二甲基-1-乙基环丙烷,顺-1，4-二甲基-1-异丙基环己烷,大环环烷烃和链形烷烃的化学性质很相象，对一般试剂表现得不活泼。在发生取代反应时，由环烷烃所得的产物比链烷烃的简单。小环环烷烃与烯烃相象。分子不稳定，比较容易发生开环作用。它与氢、卤素、卤化氢都可以发生开环作用，因此小环可以比作一个双键。五元、六元环烷烃，即使在相当强烈条件下也不开环。,3.环烷烃的化学性质,催化氢化,加Br2,（1）开环反应,加卤化氢,规律：三元环、四元环容易开环加氢，五元环、六元环 比较稳定难于开环。,马氏规则：在含H最多和含H最少的键断；氢加到含氢较多的 C上，溴加含氢较少的C上。,（2）取代反应,（3）氧化反应,环丙烷（环丁烷）和烯烃不同点：,