大学有机化学烷烃.ppt

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1、含有碳碳重键的烃类化合物。烯烃、炔烃、芳烃。,第二章 饱和烃,烃：只含有C、H 两种元素的化合物 碳氢化合物,2.1 烷烃的通式和命名,2.1.1 烷烃的通式,烷烃的通式：CnH2n+2,2.1.2 碳、氢原子的类型,伯、仲、叔氢原子,伯(1)、仲(2)、叔(3)、季(4)碳原子,表2.1 一些烷基的名称与表示,2.1.4 普通命名法（适用于简单烷烃）,1.按分子中碳原子数目称为“某烷”，10个碳及10个碳以下用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示。10个碳以上用汉字数字（如十一、十二等）表示。,2.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

2、烷,异戊烷,新戊烷,直链烷烃的命名与普通命名法基本相同。只是去掉普通命名法中的“正”字。,2.1.5 系统命名法,系统命名是由三部分构成：,构型标记,取代基的位次、名称与排列,母体名称,庚烷,选取最长的碳链作为主链。,若有等长的碳链，选取含支链最多的碳链为主链。,1.选择主链，确定母体名称：,支链烷烃的命名步骤：,根据主链的碳数，称“某烷”。,2.编号（主链上的碳原子）,从近支链一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几种可能时，应选择具有“最低系列”的编号。,“最低系列”是指碳链有几种编号时，则有几个系列，顺次逐项比较各系列的不同位次，最先遇到位次最小的系列为最低系列。,(I)系列编号：3，4，7

3、最低系列,(II)系列编号：3，6，7,2-甲基-5-（1，1-二甲基丙基）癸烷,支链上有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链名写在括号内。,当含有几个相同的取代基时，用“一、二、三、四”表示其个数，逐个标明其位号，并用 逗号分开。,3.取代基的位号、名称排列,将取代基的名称写在烷烃名称的前面，在取代基名称的前面，加上它的位号，并用半字线“-”将两者连接。,当含有几个不同的取代基时，按照“次序规则”，列出基团的顺序大小次序。将顺序较大的基团(较优基团)列在后面，各取代基之间用 半字线“-”连接。,顺序规则,单原子取代基,按原子序数大小排列，未共用电子最

4、小。原子序数大,顺序大；原子次序小,顺序小；同位素中质量高的,顺序大。顺序大的原子或基团为较优基团。,多原子基团第一个原子相同,则比较与其相连的其它原子。,含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。,乙炔基,乙烯基,叔丁基,3,7-二甲基-4-乙基壬烷,5-丙基-4-异丙基壬烷,IUPAC Nomenclature of alkanes:,直链烷烃(Unbranched alkanes),4-Isopropyl-5-propylnonane,课堂练习：,sp3杂化轨道:,基态,激发态,sp3-杂化态,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。,

5、sp3杂化轨道,sp3-1s 键,4个CH 键,甲烷的结构,sp3杂化的碳原子，四面体,甲烷的球棍模型和比例模型,CC 键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成的。如：乙烷分子的结构,乙烷的结构（用模型）,由两个和两个以上碳原子组成的烷烃，除了具有CH键外，还有CC 键。,1个C键,6个CH键,sp3 sp3 键,sp3 1s 键,乙烷的球棒模型和比例模型,键的特性：,键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。,由于键是沿成键轨道方向交盖而成，在 碳链中，CCC的键角保持了接近 109.5。对于直链烷烃，其三维形状是 曲折型，而不是直线型。,四个C-H键,六个

6、C-H键 一个C-C键,烷烃分子立体形状表示法：透视式,实线-键在纸平面上;楔线-键在纸平面前;虚线-键在纸平面后。,烷烃分子立体形状表示法,2.2.2 烷烃的同分异构,1.烷烃的构造异构,碳胳（链）异构,由于键呈圆柱状对称，CC单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的原子或原子团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象构象(Conformation)。或分子中原子或原子团绕单键旋转而产生的不同排列形式称为构象.,由此产生的异构体 构象异构体,乙烷的构象,纽曼投影式,透视式,优势构象,重叠式构象中：前后两个H原子相距最近，CH键之间键电子云的斥力最大，所以能量最高。,交叉式构象中：前后两个H原子

7、相距最远，CH键之间键电子云的斥力最小，所以能量最低，是优势构象(最稳定构象)。,重叠式构象要趋向最稳定的交叉式构象。扭转张力：将分子最稳定构象转变成全重叠构象所需要的能量。,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 键旋转产生的构象：,丁烷的模型,(2)丁烷的构象,固定C2原子，反时针旋转C3原子，得到以下丁烷的极限构象,稳定性：对位交叉式 部分交叉式 部分重叠式 全重叠式,丁烷C(2)-C(3)键旋转引起的各构象的能量变化,讨 论 题,（1）将右式化合物改写成纽曼式，并用纽曼式表示其优势构象。,（2）下列哪一对化合物是等同的？（假定C-C单键可以自由旋转

8、）,2.3 烷烃的性质,物理常数：单一纯净的有机化合物在一定的条件下其物理性质为一固定值。,有机化合物的物理性质：物态、熔点(m.p.)、沸点(b.p.)、相对密度(d)、折射率(nD)和溶解度(s)等。,烷烃：无色、有一定的气味。,2.3.1 物理性质,1.沸点,有机物的沸点高低取决于氢键和分子间力的大小。分子间力又与分子的分子量、极性、表面积呈正相关。,有氢键,分子量大,极性大,无支链,沸点高,当C原子数相同时，含支链越多的烷烃，相应的沸点越低,沸点()36.1 27.9 9.5,分子量大的分子，其表面积增大，分子间力(色散力)增大，其沸点随之升高。,直链烷烃的沸点(bp)随分子量的增加而

9、升高。,2.熔点,直链烷烃熔点(mp)随分子量的增加而升高。,偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。,熔化主要需要克服晶格能，有机物一般是分子晶体，熔点高低取决于分子的分子量、极性和对称性的大小。,分子量大,极性大,对称性大,熔点高,C原子数相同烷烃的不同异构体，对称性大的异构体具有较高的熔点。,熔点()-130-160-17,C原子数相同的环烷烃的沸点、熔点均高于烷烃。,3.相对密度烷烃比水轻，其相对密度都小于1,4.溶解度烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂,5.折光率 在一定的波长的光源和一定的温度条件下，折光率对确定的化合物是一个常数。,2.3.2 烷烃的化学性质,1.自由基

10、取代反应,饱和烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应取代反应。,通过自由基进行的取代(H原子)反应自由基取代反应。,键牢固，不易断裂；CH键的极性小，不易异裂，可均裂。,(1)卤代（化）反应：,在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子反应，生成卤代烷和卤化氢。,烷烃 卤素 卤代烷 卤化氢,链增长,链终止,链引发,产生自由基,产生甲基自由基,产生新的氯自由基,自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止,整个反应经历三个阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。,(2)卤代反应的机理,反应机理是化学反应所经历的途径或过程。,自由基分别与反应物分子和产物分子反应。,(3)卤化

11、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。,丙烷 1-氯丙烷(45%)2-氯丙烷(55%),伯氢：9 产率：64%叔氢：1 36%,氢被取代的反应活性比：,H原子被取代的活性次序：,叔氢 仲氢 伯氢,反应活性比 5.0 3.5 1.0,(伯),(仲),(叔),1o,2o,3o,自由基稳定性：3 R 2 R 1 R CH3,(4)反应活性与选择性,卤素的反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I2,2-甲基戊烷 2-甲基-2-溴戊烷(76%),CH3 CH3 CH3CH3-CH-CH3+Br2 CH3-C-Br+CH3-CHCH2Br CH3 99%,溴的反应性低，选择性高。,2.氧化反应,烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。,在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等,3.热裂反应,化合物在高温和无氧存在下的分解反应。,