饱和烃烷烃和环烷烃.ppt
第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃,2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构 2.1.1 烷烃和环烷烃的通式 2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构 2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子 2.2.2 烷基和环烷基 2.2.3 烷烃的命名(1)普通命名法(2)衍生命名法(3)系统命名法 2.2.4 环烷烃的命名,2.3 烷烃和环烷烃的结构 2.3.1 键的形成及其特性 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.4.1 乙烷的构 2.4.2 丁烷的构象 2.4.3 环己烷的构象 2.4.4 取代环己烷的构象 2.5 烷烃和环烷烃的物理性质(略),2.6 烷烃和环烷烃的化学性质 2.6.1 自由基取代反应(1)卤化反应(2)卤化的反应机理(3)卤化反应的取向与自由基的稳定性(4)反应活性与选择性 2.6.2 氧化反应 2.6.3 异构化反应 2.6.4 裂化反应 2.6.5 小环环烷烃的加成反应(1)加氢(2)加溴(3)加溴化氢,烃:只含有C、H 两种元素的化合物 碳氢化合物,含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃等。,烷烃的通式：CnH2n+2,环烷烃的通式：CnH2n,2.1.2 烷烃和环烷烃的构造异构,2.2 烷烃和环烷烃的命名,2.2.1 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子,伯、仲、叔、季碳原子,伯、仲、叔氢原子,2.2.2 烷基和环烷基,烷基从烷烃中去掉一个H原子,剩余的结 构部分。,分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳骨架上碳原子的数目；碳原子数大于10的用十一、十二等数 字表示碳骨架上碳原子的数目。,用“正”、“异”、“新”分别表示直链、一端 具有异丙基或叔丁基的构造异构体。,正戊烷,异戊烷,新戊烷,(2)衍生命名法,以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是 甲烷的烷基衍生物。,选择连接烷基最多的碳原子作为母体甲烷 命名时按照次序规则，将“优先”的基团后 列出。,母体,直链烷烃的命名与普通命名法相同。,选取含支链最多的最长的碳链作为主链。,根据主链的碳原子数，称“某”烷。,(a)选择主链，确定母体,支链烷烃的命名，按以下步骤进行：,庚烷,2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷,(b)为主链上的碳原子编号,从靠近支链一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时，要使支链的位次 号较小(符合“最低系列”规则)。,(I),(II),当含有几个不同的取代基时，按照“次序 规则”，将“优先”的基团列在后面，各取 代基 之间用半个汉字长的横线“”连接。,当含有几个相同的取代基时，用“二、三、四”表示其个数(合写一起)，逐个标明 其位次号，各位次号用逗号分开。,IUPAC nomenclature of alkanes:,直链烷烃(unbranched alkanes),(5丙基4 异丙基壬烷),4-isopropyl-5-propylnonane,支链烷烃英文命名与中文命名不同的是：,英文命名 取代基的位次按取代基英文第一 个字母在字母表中的顺序排列：,当两个或更多的相同取代基出现时，使用 前缀di-,tri-,tetra-等：,2.2.4 环烷烃(脂环烃)的命名,环烷烃命名与烷烃相似，但环烷烃母名前加 上“环”字，称“环某烷”。环上有支链时，支 链作为取代基。,当环上有多个取代基时，将成环碳原子编号。编号时，按“次序规则”，“优先”的基团具有 较大的位次号，所有取代基位置之和尽可能小。,1甲基3乙基环己烷,1,1二甲基3异丙基 环戊烷,1、单环烃命名：,2、二环脂环烃的命名：桥环烃命名：,螺环烃命名：,sp3杂化轨道:,基态,激发态,sp3 杂化态,2.3 烷烃和环烷烃的结构,2.3.1 键的形成及其特性,碳原子在基态时的电子构型：,C:1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0,在甲烷分子中，C 原子是sp3杂化。,s 轨道成分：1/4；p 轨道成分：3/4。,图 2.2 sp3杂化轨道,图 2.3 sp3杂化的碳原子,几何构型：四面体,sp3 1s 键,4个CH 键,图 2.4 甲烷的结构,图 2.5 甲烷的球棍模型,图 2.6 甲烷的比例模型,1个C键,6个CH键,sp3 sp3 键,sp3 1s 键,图 2.7 乙烷的球棒模型,图 2.8 乙烷的比例模型,图2.10 正丁烷的球棒模型,图2.11 正丁烷的比例模型,由于C单键能够发生旋转，由此而导 致的分子中的其它原子或基团在空间的排布 方式不同，分子的这种立体形状构象。,由此产生的异构体构象异构体,环丙烷不稳定的原因：环丙烷两个相邻的C原子以sp3杂化轨道形 成CC 键时，以弯曲的方式交盖，从 而未能最大程度的交盖。因此不稳定。存在较大的环张力，使分子能量增加。存在CC键的扭转张力，也使分子能量增 加。,乙烷的构象,由此产生的异构体构象异构体,纽曼(Newman)投影式：,交叉式与重叠式是乙烷分子的极限构象,由C2C3 键旋转产生的极限构象：,图 2.13 正丁烷构象的模型,2.4.2 丁烷的构象,稳定性：对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠,2.4.3 环己烷的构象,环己烷的碳骨架不是平面结构，通过旋转键和键角的改变，可以得到两种构象：,图 2.15 环己烷椅型和船型构象的模型,在船型构象中，所有的CH键处于重叠式。,在椅型构象中，CH 键分为两类：6个CH 键处于直立键(a键)6个CH 键处于平伏键(e键),环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一种椅型构象，原来的a键变为e键，原来的e键 变为a键：,2.4.4 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。,再从相应的纽曼式看：,取代基处在e 键上稳定。多取代构象中以e键取代较多的构象最稳定。,取代基越大，它处于e 键的构象越稳定：,2.5 烷烃和环烷烃的物理性质(略),2.6 烷烃和环烷烃的化学性质,2.6.1 自由基取代反应,饱和烃分子中的氢被其它原子或基团所取 代的反应取代反应。,(1)卤化反应(自由基型取代反应)：,烷烃与卤素发生自由基型卤代反应一般在 紫外光、高温或有机过氧物作用下进行。,氯代环戊烷(93%),链的引发阶段：在hv.的作用下Cl2分子发生均裂，分解为两个 氯自由基。链的引发是慢步骤，是决定反应 速率快慢的一步。,链的增长阶段：自由基一经引发，就会很快连续不断地与反应 物分 子以及产物分子反应下去。,链的终止阶段:最终反应物被消耗尽而自由基浓度加大,自由基 间碰撞形成分子,自由基被耗尽使反应终止。,自由基型链反应按上述三个阶段进行。,（1）甲烷的氯化,反应机理（反应过程的详细描述）,链增长,链引发,链终止,(3)卤化反应的取向与自由基的稳定性,当卤分子同含有不同种类H原子的烷烃反应 时，取代的位置不同。,1氯丙烷(45%)2氯丙烷(55%),异丁烷 异丁基氯(64%)叔丁基氯(36%),仲氢与伯氢被 取代的活性比：,反应的取向与自由基的稳定性相关。,叔氢、仲氢较伯氢活泼的原因：,（4）反应活性与选择性,卤素的反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I2,异构化反应,2.6.2 氧化反应（略）,裂化反应,催化裂化有催化剂，450 500,常压。裂化反应 热裂化无催化剂,500700,加压。裂解(深度裂化)700以上反 应。,2.6.5 小环环烷烃的加成反应,(1)加氢,(2)加溴,环丙烷及其衍生物与溴分子发生的开环 加成反应，在室温下即可进行：,(3)加溴化氢,环丙烷及其衍生物与溴化氢发生开环加成反 应时，卤原子加到取代基较多的碳上。,环丁烷与溴的开环加成反应需在加热条件 下进行。三元、四元环烷烃的鉴别反应。,本章小结：1、烷烃命名 选含支链最多的最长链作主链，主链编 位从最靠近有支链那端编起。2、桥环物命名 从桥头碳开起编位，依次考虑官能团、取代基所在位置尽可能小为原则；名称中方 括号内依次先写最长桥碳个数，后写最短桥 碳个数。3、螺环物命名 从小环与螺碳相邻碳为“1”编起，并尽可 能使官能团、取代基所在位置尽可能小为原 则；名称中方括号内依次先写最短桥碳个 数，后写最长桥碳个数。,4、烷烃的卤代自由基型的卤代，每一步 都有新的自由基生成。5、自由基的稳定性 带孤电子的碳上连烃基越多的自由基，能量越低，稳定性越高。6、不同碳上氢的活性 叔氢最易被取代，其次仲氢易被取代，伯氢不易被取代。,本章练习（P60-62）：（一题的1、3、5、7、9、11小题）、（四）、（六）、（十三）,
