《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 Me CH3CH2 乙基 乙基 Et CH3CH2CH2 正丙基 丙基 n-Pr （CH3）2CH 异丙基 1-甲（基）乙基 iso-Pr CH3CH2CH2CH2 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