汪小兰有机课件第四版烷.ppt

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1、2023/10/15,第二章 烷烃,Table of Contents第一节 烷烃的同序列及同分异构现象 一、同序列 二、同分异构 三、碳、氢原子的类别第二节 烷烃的命名 一、普通命名法 二、烷基 三、系统命名法,【烷wan】取完全之意，碳被氢完全饱和；【烃t-ing】指碳tan氢qing化合物。烷烃通式CnH2n+2。,2023/10/15,第三节 烷烃的构型 一、碳原子的四面体概念及分子模型 二、碳原子的SP3杂化 三、烷烃分子的形成第四节 烷烃的构象 一、乙烷的构象 二、正丁烷的构象第五节 烷烃的物理性质第六节 烷烃的化学性质 一、氧化 二、热裂 三、卤代,2023/10/15,第七节

2、烷烃卤代反应历程 一、甲烷的卤代 二、烷烃卤代的相对活性与自由基的稳定性第八节 烷烃的制备 一、偶联 二、还原,2023/10/15,第一节 烷烃的同序列和 同分异构现象,一、同序列（同系列）结构相似，组成相差CH2或它的倍数的化合物烷烃构造式的表示：,2023/10/15,2023/10/15,2023/10/15,同分异构,分子式相同而结构不同的化合物。构造异构：分子或原子连接顺序不同而产生的异构。直链与支链的异构属于碳链异构，属于构造异构。,2023/10/15,碳原子的类型：,2023/10/15,第二节 烷烃的命名,一、普通命名法、甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 正、异、新二、烷基（R）烷烃分

3、子去掉氢原子后剩下的部分：CnH2n1,2023/10/15,The Alkyl Groups,烷基通常用R表示Alkyl groups are often represented as-R.The names of alkyl groups are always-yl.They have the general formula:CnH2n+1,2023/10/15,常见的烃基Common Alkyl Groups(C1 through C4),2023/10/15,Common Alkyl Groups(C5 and C6),2023/10/15,系统命名法Systematic Nomenc

4、lature,International Union of Pure and Applied ChemistryIUPACCommittee on Organic Nomenclature,2023/10/15,The Alkanes,2023/10/15,命名规则Nomenclature of the Alkanes,选择最长碳链,1 选择最长碳链作主链，根据主链所含碳原子数叫做 某烷。若有等长碳链，选取代基多的碳链为主链。Alkanes always have the ending-ane.Side chains(substituents)are named as alkyl groups

5、.,2023/10/15,烷烃命名,2 近取代基端编号，最低系列原则 由距支链最近的一端开始将主链上的碳原子数 子编号，支链的位置用它所连接的碳原子的号 表示。取代基距链两端位号相同时从次序小的 基团端开始。当主链上有几个支链时按最低系列编号。,2023/10/15,较优基团,3 支链烷基的名称及位置写在母体名称前面，主链上有不同支链时按次序规则将较优基团列在后面。,2023/10/15,次序规则,次序规则（较优基团）：单原子取代基，按原子序数大小，I,BrCl F O N C D H;多原子取代基第一个原子相同时依次比较与其相连的其它原子含双键及参键的基团可分别看成连接另外一个或二个碳,20

6、23/10/15,WWU Chemistry,4 3 2 12-Methylbutane 2甲基丁烷,Organic Nomenclature,2023/10/15,Find the Longest ContinuousCarbon Chain,1 2 3 4 5 3甲基戊烷 3-Methylpentane,2023/10/15,You Must Choose the LongestContinuous Carbon Chain,4 3 2 1 5 6 74乙基庚烷 4-Ethylheptane,2023/10/15,Number from the End Nearestthe First S

7、ubstituent,7 6 5 4 3 2 1 4-Ethyl-3-methylheptane 3甲基4乙基庚烷,2023/10/15,Number from the End Nearestthe First Substituent,8 7 6 5 4 3 2 13-Ethyl-5-methyloctane5甲基3乙基辛烷,2023/10/15,相同的两个取代基用二表示Use“di-”With Two Substituents,1 2 3 42,3-Dimethylbutane 2,3-二甲基丁烷,2023/10/15,Every Substituent Must Get a Number,

8、1 2 3 4 5 63,3-Dimethylhexane,2023/10/15,Number from the End NearestFirst Substituent,10 9 8 7 6 5 4 3 2 12,7,8-Trimethyldecane,2023/10/15,Number from the End Which Has the“First Difference”,1 2 3 4 5 6 7 8 9 103,4,8-Trimethyldecane,2023/10/15,A More-Highly-SubstitutedCarbon Takes Precedence,5 4 3 2

9、 12,2,4-Trimethylpentane,2023/10/15,Number from the End Nearestthe“First Difference”,1 2 3 4 5 6 7 83,4-二甲基6乙基庚烷,2023/10/15,If you can name this,you can name anything!,1 2 3 4 5 6 7 8 94-Isopropyl-2,6,6-trimethylnonane,2023/10/15,含复杂支链烷烃的命名,支链上有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳原子依次编号，并将支链取代基位号、名称、连同支链写在括号内。,202

10、3/10/15,复杂取代基命名,1-Methylethyl,2023/10/15,Naming Complex Substituents,1,3-Dimethylbutyl,2023/10/15,Naming Complex Substituents,2-Ethyl-1,1-dimethylbutyl,2023/10/15,This Should Be Fun,1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 95丙基5(1甲基1乙基丙基）壬烷5-(1-Ethyl-1-methylpropyl)-5-propylnonane,2023/10/15,Good Luck!,7-(1,1-Dimethyl

11、butyl)-3-ethyl-7-methyldodecane,2023/10/15,Degree of Substitution,2023/10/15,Degree of Substitution,1。1 1 3 2 3 2 4 1 1 3 2 1 2 1,2023/10/15,第三节 烷烃的构型,一、碳原子的四面体概念及分子模型 构型（Constitution）：具有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。Vant Hoff and Le Bel 分别提出碳四面体概念。,2023/10/15,Tetrahedral Geometry,Methane 的正四面体 Kekul模型,甲烷球棒模型,

12、甲烷比例模型,2023/10/15,丁烷的Kekul模型（球棒模型）,丁烷的Kekule模型（球棒模型）,2023/10/15,丁烷的斯陶特模型,丁烷的斯陶特模型,2023/10/15,二、碳原子的sp3杂化,2023/10/15,sp3 Hybrid Orbital,2023/10/15,三、烷烃分子的形成,2023/10/15,第四节 烷烃的构象,构象（Conformation）：一定构型的分子通过单键旋转，形成各原子或原子团的空间排布。Different arrangements of atoms within a molecule that can be converted into

13、one another merely by rotation about single bonds.一、乙烷的构象,2023/10/15,Ethane(Staggered交叉Conformation),Side View,End View,乙烷的交叉式构象,2023/10/15,Ethane(eclipsed重叠 conformation),Side View,End View,2023/10/15,构象表示方法,锯架式（透视式）投影式,2023/10/15,交叉式,重叠式,构象异构体,2023/10/15,Conformations of Ethane,乙烷构象能量图,2023/10/15,

14、扭转张力 Torsional Strain,Extra potential energy that a molecule possess due to the presence of eclipsed bonds.由于重叠产生的能量升高,Extra potential energy that a molecule possesses because groups are crowded together，or are forced to approach each other to within the sum of their effective radii,2023/10/15,二、丁烷的

15、构象,CH3CH2 CH2CH3 看成是1，2二甲基乙烷，沿C2 C3旋转，产生各种构象，典型构象有四种：,2023/10/15,能量大小顺序 全重叠(1)(2)(3)(4),2023/10/15,Butane(anti conformation),side view对位交叉,end view,2023/10/15,Butane(gauche conformation邻位交叉构象),side view,end view,2023/10/15,Butane(syn conformation全重叠),side view,end view,2023/10/15,Butane(anticlinal c

16、onformation or eclipsed-120 conformation部分重叠),side view,end view,2023/10/15,Conformations of Butane,丁烷构象能量图,2023/10/15,Steric Strain in Butane(gauche conformation),close contact betweenmethyl groups,2023/10/15,Steric Strain in Butane(syn conformation),really crowded!,2023/10/15,第五节 烷烃的物理性质,物质状态：C4以下

17、gas，C5 C16liquid,C17 以上solid。沸点：分子间范德华力越大，其沸点越高。正烷烃的沸点是随着分子量的增加而升高的。范德华力包括静电引力、诱导力和色散力。,2023/10/15,1）正烷烃的沸点随碳原子数的增多而升高2）正烷烃的沸点高于它的异构体（支链烷烃）b.p.CH3(CH2)2CH3:-0.5(CH3)2CHCH3:-10.2 CH3(CH2)3CH3:36.1(CH3)2CHCH2CH3:27.9 C(CH3)4:9.5,2023/10/15,熔点：分子晶体的熔点不仅取决于分子间的作用力的大小，而且取决于晶体中碳链的空间排布(对称性）情况。同分异构体中，对称性越高的

18、熔点越高。C4以上的正烷烃的熔点随着碳原子数增加而升高。偶数碳原子的烷烃的熔点升高多些。m.p.(CH3)2CCH2CH3:-159.9 CH3(CH2)3CH3:-129.7(CH3)4C:-16.6溶解度：like dissolves like.,2023/10/15,第六节 烷烃的化学性质,C C,C H键能较大，极性小，故化学性质比较稳定。一、氧化,烷烃部分氧化成各种含氧衍生物：醇、醛、羧酸，在工业上有应用。,2023/10/15,The Internal Combustion Engine,内燃机,2023/10/15,二、热裂,热裂：有机化合物在高温和无氧条件下发生键断裂的反应。温

19、度在450 以上。为自由基反应。催化热裂的温度可以低些。裂化在炼油工业上是一个很重要的反应。,2023/10/15,三、卤代,卤代反应：有机化合物分子中的氢原子被卤原子取代，生成卤代物，并放出卤化氢的反应。,2023/10/15,甲烷的氯代,2023/10/15,25 时，不同类型氢原子一氯代的相对活性：3。H：2。H：1。H=5：4：1;而溴代的选择性更高，相应为1600：82：1。例：预测下面反应所生成的一溴代异构体的比例。,2023/10/15,2023/10/15,反应机理 由反应物到产物经历的途径,从反应物到产物过程中键的断裂及形成包括各种中间体及过渡态说明电子的转移反映立体化学特点

20、各步反应的相对速率,2023/10/15,第七节 烷烃卤代反应历程,反应历程（Reaction mechanism）：化学反应所经历的途径或过程，有称反应机理或反应机制。一、甲烷的卤代历程 Experimental:1.黑暗下不加热，无反应 2.仅加热，能反应 3.仅光照，即使1个光子，也能产生许多分子的卤代产物 4.氧气的存在，能延缓反应的发生,2023/10/15,自由基取代历程（链的引发、链的传递、链的终止），属链锁反应,2023/10/15,自由基的产生条件：加热、光照、引发剂。,2023/10/15,二、卤素对烷烃的相对反应活性,F2 Cl2Br2I2,F2 Cl2Br2I2,202

21、3/10/15,三、烷烃对卤代反应的相对反 应活性与烷基自由基的稳定性,1、结构：CH3.Sp2 平面构型,甲基自由基的结构烷基自由基的稳定性次序：3。2。1。CH3.,2023/10/15,第八节 过渡状态理论,基元反应：,2023/10/15,决定反应速度的是活化能，而不是反应热。,2023/10/15,ENERGY PROFILE,one step reaction,product,startingmaterial,transition state TS,activationenergy Ea,heat ofreactionDH,ENERGY,能线图,一步反应,2023/10/15,甲烷

22、氯代反应的决速步骤：产生甲基自由基的一步,2023/10/15,中间体和过渡态的异同相同点：能量高、寿命短、活性高；不同点：中间体处能谷，能证实。过渡态处能峰，不能分离出来。,2023/10/15,startingmaterial,product,Ea1,Ea2,DH,intermediate,TS2,TS1,ENERGY PROFILE,two step reaction,ENERGY,step 1,step 2,能线图,二步反应,2023/10/15,第九节 烷烃的制备,一、偶联反应 1.Wurtz合成法,仅适合对称烷烃的制备,2023/10/15,2.Corey-House和成法,3.Kolbe电解法,