烷烃——邢其毅PPT课件

1、 二.命名1. 烷基的概念 1）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)2）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基 第1页/共30页CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3异丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基2. 命名1）普通命名法（适用于简单化合物）110个碳的烷烃，词头用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；10个碳以上，用数字十一、十二等表示。 碳架异构体用正、异、新等词头区分。CH3CH2CH2CH2CH2C

2、H3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3 正己烷 异己烷 新己烷第2页/共30页 正： 异 新直链烷烃CH3CH-CH3CH3CCH2-CH3CH32）系统命名法（IUPAC命名法） a. 选最长碳链作主链，支链作取代基。遇多个等长碳链，则 取代基多的为主链。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123b. 近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则”第3页/共30页CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号 2，3，5取代基位号 2，4，5 c. 取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端开始

3、。取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端开始。顺序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 第4页/共30页 多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。CH2CH2CH3 C（C、H、H、） C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H） 顺序大的基团称。第5页/共30页d.d. 支链上连有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链 碳原子依次编号，并将取代基位号、名称连同支链名写在 括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 1023

4、12-甲基 -5-（1，1-二甲基丙基）癸烷e. e. 名称的排列顺序 中文名称按基团顺序规则，较小的基团列在前；英文名称 按基团首字母的字顺先后列出。第6页/共30页CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2HC3 5-丙基-4-异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane注意注意 1）相同取代基数目用汉文数字二、三）相同取代基数目用汉文数字二、三 .表示；表示； 2）取代基位号用阿拉伯数字表示；）取代基位号用阿拉伯数字表示； 3）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开； 4）阿拉伯数字之间必须用逗

5、号分开。）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。第7页/共30页三. 烷烃的结构1.1.碳的SPSP3 3杂化和键的形成基态时 C C：1S1S2 2 2S 2S2 2 2P 2Px x1 1 2P 2Py y1 1 2P 2Pz z0 0 sp3杂化 激发态 sp3Csp3Hs 四个C-H键六个C-HC-H键 一个C-CC-C键第8页/共30页 C-C 键长:154pm C-H键长:107pm 键能:345.6 kJ/mol 键角:109.5o； 键可以饶轴旋转。 烷烃分子立体形状表示方法： 实线- -键在纸平面上; ; 楔线- -键在纸平面前; ; 虚线- -键在纸平面后。 2. 2.烷烃的构象构

6、象：由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同 排列方式。1 1）乙烷的构象a.a.两种极端构象重叠式（由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为0 0o o）交叉式（由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为6060o o）第9页/共30页重叠式H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H 楔形式 锯架式 纽曼式 交叉式H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH 楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式 介于重叠式与交叉式之间

7、的无数构象称为扭曲式构象。第10页/共30页b. 构象的稳定性分析乙烷两个极端构象C C C CH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH H2 22 29 92 25 50 0 排斥力最大 排斥力最小 内能高 内能低 非键连相互作用力：不直接相连的原子间的作用力。 构象的稳定性与内能有关。内能低,稳定；内能高,不稳定。 内能最低的构象称优势构象。其它构象的内能介于这两者之间。第11页/共30页乙烷不同构象的能量曲线图 转动能：转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力重叠张力(扭转张力扭转张力)

8、： 4.2kJ/mol 室温下，构象异构体室温下，构象异构体 处于迅速转化的动态处于迅速转化的动态 平衡中，平衡中，不能分离。不能分离。 第12页/共30页2. 正丁烷的构象 绕C-2和C-3之间的键旋转，形成的四种典型构象。HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHCH3H3C 对位交叉式 邻位交叉式 全重叠式 部分重叠式构象稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中， 不能分离。最稳定的对位交叉构象是优势构象。 第13页/共30页 讨 论 题 （1）为什么1,2-二溴乙烷的偶极矩为零，而乙二醇却有一定的 偶极

9、矩？ （2）将右式化合物改写成伞形式、 纽曼式，并用纽曼式表示其 优势构象。H HC CH H3 3C Cl lH HC CH H3 3C Cl l（3）下列哪一对化合物是等同的？（假定C-C单键可以自 由旋转）BrHCH3BrHCH3BrHBrHCH3CH3BrHCH3BrHCH3CH2a. b.CH3BrBrHHCH2CH3第14页/共30页四.物理性质 物理性质与化合物的结构有关 （p4850） 1.状态 2.沸点(bp) 3.熔点(mp) 4.相对密度 5.溶解度bp. 36.1oC 25oC 9oC五.化学性质化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键。键能较大，极性较小，烷烃稳定。

10、高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。 1. 1.卤代反应 1) 氯代hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl4第15页/共30页 反应经历了自由基活性中间体。自由基取代反应。 亦称反应历程、反应机制，是描述反应由反应物到产物所 经历的每一步过程。 2）反应机理氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l产生甲基自由基：链增长 C Cl l+ +C CH H4 4C CH H3 3 + + H HC Cl l产生新的氯自由基： 链引发 C CH H3 3+ + C CH H3 3C Cl

11、l + + C Cl lCl2链增长 第16页/共30页氯甲基自由基的形成：C CH H3 3C Cl l C Cl l+ + C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+ +链增长 氯甲基自由基再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l + + C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 + + C Cl l 链增长 .自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：C Cl l+ +C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3

12、3C CH H2 2C Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l链终止第17页/共30页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。 讨论题 1 1）将氯气用光照射后在黑暗中放置一段时间再与甲烷混合， 会发生氯代反应吗 ？ 2 2）甲烷氯代易得氯代烷的混合物，为什么？ 3 3）甲烷和氯气同时光照，为什么不引发甲基自由基？ CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CH4 kJ/mol 422.2 414.2 400.8 439ClCl2Cl 243 kJ/mol第18页/共30页3) 活化能与反应速

13、率 活化能(activating energy)： 过渡态与反应物之间的能量差。 ECl + CH4ClHCH3CH3ClCl 16.78.3CH3+HClCH3Cl + Cl . . . . 活化能越小，反应速率越快； 活化能越大，反应速率越慢。 第一步 Ea= +16.7kJ/mol 第二步 Ea= +8.3kJ/mol在甲烷氯代的多步反应中, 哪一步是控制反应速率的？ 反应速率最慢的一步 速度控制步骤第19页/共30页4）氯代、溴代反应的取向CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%1oH与2oH被取代的概率为: 6 2氢的相

14、对反应活性： 1oH:2oH = (45/6) : (55/2 ) = 1 : 3.8CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36% 1oH与3oH氢被取代的概率为: 9:1氢的相对反应活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5第20页/共30页 氯代反应三种氢的活性：1H : 2H : 3H = 1 : 3.8 : 5 溴代： 9 99 9% % + +1 14 41 1 E Ea a( (k kJ J/ /m mo ol l) )+ + X X卤素的活性：F Cl Br I氯化试剂活性高

15、，溴化试剂活性低。 卤代反应的选择性：溴大于氯（Br Cl ) 影响卤代产物异构体相对产率的主要因素：概率因素、H原子的反应活性、X原子的反应活性。第22页/共30页 不同氢的反应活性与自由基的稳定性有关。 自由基的稳定性与共价键均裂时键的离解能大小有关.CH3HCH3+ H Ed= +439.3kJ/mol CH3CH2HCH3CH2 + HCH3CH2CH2HCH3CH2CH2 + H CH3CHHCH3CH3CH + HCH3CH3CCH3CH3HCH3C + H CH3CH3+410+410+397.5+389.1自由基稳定性次序为_(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH

16、3第23页/共30页 烷基自由基结构 带孤单电子碳 sp杂化。孤单电 子占据未参与杂化的P轨道。P轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的平面。CCH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基自由基 异丙基自由基 叔丁基自由基第24页/共30页 2002年国家自然科学奖一等奖“ 物理有机化学前沿领域两个重要方面 有机分子簇集和自由基化学的研究”“ 这一研究成果有可能给治疗动脉粥样硬化开辟新的道路”专家指出：第25页/共30页2.燃烧反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。C Cn nH H2 2n n+ +2 2+ + 3 3n n+ +1 12 2O O2 2n nC CO O2 2

17、+ +( (n n+ +1 1) )H H2 2O O + + ( () )Q Q3. 热裂反应 化合物在高温和无氧存在下的分解反应。CH3CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2CH3+CH3CH2CH2 + CH2=CH2.CH3 + CH2=CH2.CH3(CH2)7CH3. 单电子转移用鱼钩箭头表示。第26页/共30页 六. 烷烃的制备1. 碳架不变的反应RXZn+HClRH ( X=Cl Br I )RXRH LiAH4CH3(CH2)14CH2IZn + HClCH3(CH2)14CH3CH3CHCH2ClCH3LiAH4CH3CHCH3CH3RH + Mg OHXRX + Mg无水乙醚RMgXH2O无水乙醚H2ORX + 2LiRLi + LiX RLiRH + LiOH第27页/共30页CH3CH=CH2 + H2ptCH3CH2CH3ptC