无机化学-烷烃(Alkanes)[优制材料]

1、第二章第二章 烷烃（烷烃（Alkanes） 烃烃（Hydrocarbons） 脂肪族脂肪族（Aliphatic） 芳香族芳香族（Aromatic ) 烷烃烷烃（Alkanes) 烯烃烯烃(alkenes) 炔烃炔烃(alkynes) 环烷烃环烷烃 (Cyclic alkanes) 1相关知识 2相关知识 CCH CH3 CH3 H3CCH2 CH3 CH3 245 13 1：与一个碳相连，伯（与一个碳相连，伯（primary）碳原子，或一级碳（）碳原子，或一级碳（1） 4：与二个碳相连，：与二个碳相连，仲（仲（secondary）碳原子）碳原子 ，或二级碳（或二级碳（2） 3：与三个碳相连，：

2、与三个碳相连，叔叔(tertiary)碳原子，或三级碳（碳原子，或三级碳（3） 2：与四个碳相连，：与四个碳相连，季（季（quaternary）碳原子）碳原子,或四级碳（或四级碳（4） 3相关知识 四、命名四、命名 1、普通命名法、普通命名法 110个碳：个碳：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、 辛、壬和癸辛、壬和癸表示表示 11个碳以上：个碳以上：十一烷，十二烷十一烷，十二烷 H C CH3 H3C CCH2 CH3 CH3 H3C 4相关知识 2 5相关知识 CH3CH2CH2 正丙基 n-propyl n-Pr 异丙基 iso-propyl i-PrCH3CHCH3

3、 CH3CH2CH2CH2 正丁基 n-butyl n-Bu 仲丁基 sec-butyl s-Bu (CH3)2CHCH2 异丁基 iso-butyl i-Bu (CH3)3C 叔丁基 tert-butyl t-Bu (CH3)3CCH2 新戊基 neo-pentyl CH3CH2CHCH3 取代基名称：取代基名称： CH3 甲基 methyl Me CH3CH2 乙基 ethyl Et 6相关知识 五、烷烃的结构五、烷烃的结构 楔线式楔线式 棒球模型棒球模型 斯陶特模型斯陶特模型 7相关知识 Sp3杂化轨道杂化轨道 基态基态 激发态激发态 8相关知识 9相关知识 键的特点：键的特点： （1）

4、轴向重叠，重叠程度大，较牢固，）轴向重叠，重叠程度大，较牢固， （2）可自由旋转，不改变重叠程度。）可自由旋转，不改变重叠程度。 10相关知识 六、物理性质(physical properties） 分子键作用力（分子键作用力（Intermolecular force） 1、偶极偶极（、偶极偶极（dipole-dipole）相互作用）相互作用 2、范德华力（、范德华力（Van der waals） 3、氢键（、氢键（Hydrogen bond） 有机化合物的物理性质有机化合物的物理性质 取决于它们的取决于它们的结构结构和分子间的和分子间的作用力作用力 烷烃分子间作用力主要是烷烃分子间作用力主要

5、是范德华力范德华力 11相关知识 。 12相关知识 13相关知识 CH4 Cl2 CH3Cl Cl2 CH2Cl2CHCl3CCl4 Cl2Cl2 一氯甲烷 二氯甲烷氯仿 四氯化碳 14相关知识 CH3 ClCH3Cl + CH3 CH3CH3CH3 + Cl3 ClCl2 + 链终止 ClCl hv Cl2 Cl+ HCH3CH3 HCl + 甲基自由基 CH3 Cl Cl+ CH3Cl Cl + 氯甲烷 链增长 链引发 再重复 、 或 15相关知识 CH3H XCH3 HX+ Ea ( kJ/mol ) F Cl Br I 4 17 85 141 16相关知识 CH3CH3 Cl2 hv

6、, 25 CH3CH2Cl 乙烷氯乙烷（乙基氯） CH3CH2CH3 Cl2 hv , 25 + 丙烷 1-氯丙烷 2-氯丙烷 沸点/4736 45%55% CH3CH2CH2Cl CH3CHCH3 Cl CH3CHCH3 CH3 Cl2 hv , 25 CH3CHCH2Cl CH3 + 异丁烷1-氯-2-甲基丙烷2-氯-2-甲基丙烷 64%36% 6951 沸点/ CH3CCH3 CH3 Cl 17相关知识 CH3CH3 Br2 hv , 127 CH3CH2Br 乙烷 Br2 hv , 127 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2Br CH3CHCH3 Br + 丙烷3% 97% Br2

7、 hv , 127 CH3CHCH3 CH3 CH3CHCH2Br CH3CCH3 Br CH3 CH3 + 异丁烷痕迹量超过99% 7160 沸点/ 9173 沸点/ 18相关知识 自由基相对稳定性次序如下：自由基相对稳定性次序如下： C CH3 CH3 H CH3 CH3C H H CH3C CH3 CH3 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式 优势构象：对位交叉式优势构象：对位交叉式 25相关知识 第三章第三章 烯烃烯烃(Alkene) 和环烷烃和环烷烃(Cycloalkane) 第一节第一节 烯烃烯烃 一、结构一、结构 1、sp2杂化：杂化： 26相关知识 27相

8、关知识 2、乙烯的结构：、乙烯的结构： 28相关知识 29相关知识 30相关知识 二、同分异构二、同分异构 三、命名三、命名： 烯烃的系统命名是选择烯烃的系统命名是选择含碳碳双键的最长碳链含碳碳双键的最长碳链 作为主链，按其碳原子数称某烯。作为主链，按其碳原子数称某烯。 在编号时必须从在编号时必须从靠近双键靠近双键一端编起，使表示双一端编起，使表示双 键位置的数字尽可能最小，然后将双键中编号，将键位置的数字尽可能最小，然后将双键中编号，将 较小那个碳原子的序号较小那个碳原子的序号写在某烯前面，以表示双键写在某烯前面，以表示双键 在碳链中的位置。在碳链中的位置。 表示取代基名称和位置等原则与烷烃

9、类似。表示取代基名称和位置等原则与烷烃类似。 四、物理性质四、物理性质 31相关知识 + CCXYCC XY CC C H 加成、氧化、还原、聚合 H上的反应（氧化、卤代） 32相关知识 （catalytic hydrogenation） RCH CH2 + H2 RCH2CH3 + 氢化热 催化剂 + CH CHRRHXR CH CH R HX 33相关知识 + major product minor product CH3CH CH2H Br CH3CH CH2HBrCH 3 CH CH2Br H 34相关知识 CC HXCC H + +慢 快 X CC HX CH3 + 35相关知识 C

10、 R R R + R CH R + RCH2 + CH3 + 烷基具有供（推）电子能力，中心碳上所连烷基越多，烷基具有供（推）电子能力，中心碳上所连烷基越多， 碳正离子活性中间体越稳定，反之，连有吸（拉）电碳正离子活性中间体越稳定，反之，连有吸（拉）电 子原子或基团，碳正离子稳定性下降。子原子或基团，碳正离子稳定性下降。 CH3CHCH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2X X + + X X 不对称烯烃与极性试剂加成时，试剂中的正离子或不对称烯烃与极性试剂加成时，试剂中的正离子或 带正电荷的部分总是加到能形成稳定的碳正离子的带正电荷的部分总是加到能形

11、成稳定的碳正离子的 双键碳原子上。双键碳原子上。 36相关知识 CH3CHCH2 CH3CHCH3 CH3CH2CH2Br Br H Br+ CC + X2CC X X Br/CCl4溶液用来 检验烯烃 37相关知识 + Br Br - C C Br + Br- C C Br Br- + C C Br Br C C 溴鎓离子 反式加 成38相关知识 H2C CH2 + H2SO4 CH3CH2OSO2OH 0-15C 硫酸氢乙酯 98H2SO4 CH2 CH2 H2O 90C CH3CH2OH +H2SO4 (cold, concentrated) an alkyl hydrogen sulf

12、ate CH CH2RRCH CH2H O S OH OO 39相关知识 CH3CH CH2 CH3CHCH3 OH H2O/H3PO4或硅藻土 300C,7MPa CH2CH2HOCl CH2CH2 ClOH + 40相关知识 CH3CHCH2Cl2 H2 O CH3CHCH2 ClOH + C R R1 C R2 H KMnO4/H CO R R1 C R2 OH O+ + CH3CHCH2KMnO4/HCH3COOHCO2H2 O + + 41相关知识 C R R1 C R2 R3 KMnO4/OH CCR1 RR2 R3 OHOH - 42相关知识 C R R1 C R2 H 1)O3

13、 2)Zn/H2 O CO R R1 O C R2 H + C C C CX 官 能 团 H 43相关知识 CH3CH2CHCH2 Cl2 CH3CH2CHCH2 CH3CHCH Cl CH2 Cl Cl N O O Br CH3CHCH2 NBS BrCH2CHCH2 CH3CHCHCH2 44相关知识 作业 第一章（p13） 3，4，5 第二章（p25）1（2）（4）（5）（6） 4，6，7，8 第三章（p45）1，3（2）（3）（5） （6），4，5，6（1）（3）（4） 9，11（2），12 45相关知识 第二节第二节 环烷烃环烷烃(Cycloalkane) 小环（C3、C4) 普通环

14、（C5C7） 中环（C8C12） 大环（C12) 按环数 单环: 如 CH2 CH2CH2(环丙烷）、 (环己烷） 二环：如 (十氢萘）又叫二环4.4.0癸烷 多环：二环以上。 如 金刚烷 按环的连接方式稠环：共有2个碳 如十氢萘 螺环：共有1个碳 如 桥环：共有2个以上碳原子 如 按环大小 46相关知识 H3CCH3 CH3 H3C 47相关知识 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2CH3 C2H5 48相关知识 C CH3 CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 H2,Ni H2,Ni 80 C 120 C H2,N

15、i 300 C 49相关知识 Br2BrCH2CH2CH2Br Br2 BrCH2CH2CH2CH2Br Br2 Br + + + H BrCH3CH2CH2Br H Br + + 小环（小环（3 3、4 4元）似烯元）似烯 大环（大环（5 5、6 6元）似烷元）似烷50相关知识 60。 90。108。 120。 角偏差 49。28 19。28 1。28 10。32 只对小环适用 51相关知识 52相关知识 蝴蝶式 信封式 53相关知识 椅式构象椅式构象 54相关知识 55相关知识 56相关知识 H H H H H H H H H H H H 57相关知识 H H H H H H H H H

16、H H H 直立键 平伏键 58相关知识 59相关知识 60相关知识 61相关知识 62相关知识 63相关知识 64相关知识 65相关知识 第四章 炔烃和二烯烃 1、sp杂化杂化 66相关知识 67相关知识 68相关知识 CH3CH2CCCHCH2CH3 CH3 5-甲基-3-庚炔 5-methyl-3-heptyne CH3CCCHCH2CHCH2 CH2CH3 7 6 5 4 3 2 1 4-ethyl-1-hepten-5-yne 4-乙基-1-庚烯-5-炔 主链主链 选择含双键叁键在内的最长碳链选择含双键叁键在内的最长碳链, 并按其碳原子数并按其碳原子数 称称“某烯炔某烯炔”，将，将“

17、炔炔”字放在名称最后。字放在名称最后。 编号编号 遵守遵守“最低系列最低系列”原则原则. 编号相同优先双键较小位编号相同优先双键较小位 号。号。 69相关知识 Hydrogenation） RCCR RCHCHR RCH2CH2R H2 Catalyst H2 Catalyst Alkyne Alkene Alkane 70相关知识 RCCR RCHCHR H2 Catalyst Alkyne Alkene How stop at alkene? Lindlar Catalyst Pd, BaSO4/喹啉喹啉 71相关知识 CC H H H2 Lindlar Cis addition of h

18、ydrogen 72相关知识 CC H H CH2CH3 CH3CH2 ? How get TRANS addition of hydrogen? 73相关知识 RCCRCC H H R R Na NH3 Sodium-Ammonia Reduction of Alkynes TRANS liquid ammonia solvent 74相关知识 RCCR CC H H R R CC R H R H Na NH3 H2Lindlar CIS TRANS 75相关知识 76相关知识 CH3CCH3 O CHCCH3 Hydration of Alkynes H3O+ Hg2+ How did t

19、his take place? acetone 77相关知识 CHCCH3 H3O+ Hg2+ CH3C=CH2 OH ENOL Add water to triple bond. 78相关知识 CH3C=CH2 O-H O H H O H H H + CH3C-CH2 O H O H H H + O H H 79相关知识 CHCCH2CH2CH3 CH3CCH2CH2CH3 O H3O+ Hg2+ 80相关知识 81相关知识 Terminal Alkynes RC CH NaNH2 RC C: - Na + Acetylide ion Base Nucleophile 82相关知识 CH3C

20、CHCH3CCCH3 How do this transformation? 83相关知识 CH3CCH NaNH2 CH3CCNa CH3CCCH3 CH3Br Nucleophilic Substitution Reaction 84相关知识 HCCH 1. NaNH2 2. EtBr HCCCH2CH3 1. NaNH2 2. MeBr CH3CCCH2CH3 85相关知识 Reagent? CHCCH 3 CH3CCH3 O H3O+, Hg2+ 86相关知识 Reagent? CH3CCH CH3CCNa NaNH2 87相关知识 Reagent? CH3CCNa CH3CCCH3

21、CH3Br 88相关知识 Reagent? RCCR CC R H R H H2 Lindlar 89相关知识 Reagent? RCCR CC H H R R Na NH3 90相关知识 第二节 二烯烃(Dienes) 一、分类和命名 二 、结构 91相关知识 Isolated Double Bonds Conjugated Double Bonds CHCHCHCH2CH3 CH2CHCH2CHCH2 92相关知识 CHCHCHCH2CH3 Overlap of p orbitals 93相关知识 CHCHCHCH2CH3 94相关知识 CH2CHCH2CHCH2 Overlap of p

22、 orbitals No overlap 95相关知识 CH2CHCH2CHCH2 96相关知识 CONJUGATED double bonds 252 KJ/Mole226 KJ/Mole H2 H2 97相关知识 共轭共轭 共轭共轭 键与键与 键重叠。电子离域键重叠。电子离域, 体系稳定。体系稳定。 p- 共轭共轭 p轨道与轨道与 键重叠。电子离域键重叠。电子离域, 体系稳定。体系稳定。 H H C C C C H H H H C: sp2 六个六个C-H键与三个键与三个C-C键键 共平面；共平面；p 轨道垂直于平面且彼轨道垂直于平面且彼 此相互平行此相互平行, 重叠；电子离域；重叠；电子

23、离域； 大大 键；键； 共轭体系。共轭体系。 共轭体系中电子的离蜮共轭体系中电子的离蜮, 使体系能量降低。共轭体系越大使体系能量降低。共轭体系越大, 化合物越稳定。键长趋于平均化，化合物越稳定。键长趋于平均化，C2-C3呈现部分双键呈现部分双键。 CHCHCHCH3 CHCHCH2 共轭分子的经典结构式具有单双键交替的特征；共轭分子的经典结构式具有单双键交替的特征； 共轭体系的交替偶极不会因共轭连的增长而减弱。共轭体系的交替偶极不会因共轭连的增长而减弱。 98相关知识 三三. .共轭双烯的反应共轭双烯的反应 1.1,4-1.1,4-加成（共轭加成）加成（共轭加成） CH2=CH-CH=CH2

24、+ Br2 CH2CHCH=CH2 + CH2 BrBr CH=CHCH2 BrBr 1,2-加成 1，4-加成 试剂试剂( (溴溴) )加到加到C-1C-1和和C-4C-4上上( (即共轭体系的两端即共轭体系的两端) )双键移到双键移到 中间，称中间，称1,4-1,4-加成或共轭加成。加成或共轭加成。 共轭体系作为整体形式参与加成反应，通称共轭加成。共轭体系作为整体形式参与加成反应，通称共轭加成。 CH2CHCHCH2+ H CH2CHCHCH3 + Br CH2CHCHCH3 Br- CH2=CHCHCH3 + CH2CH=CHCH3 BrBr + - + - + - + + (p- 共轭共轭) 99相关知识 p- 共轭共轭 CH2CHCHCH3 + CH2CHCH2 + CH2CHCH2 . CH2CHX . Br- Br- CH2