有机化学 第1、2章 绪论、烷烃环烷烃

1、 有机化学有机化学 主讲人主讲人 杜英华杜英华联系电话：联系电话教 学学 计计 划划l 一、开设的原因一、开设的原因 本课程是食品类、化工类等专业本课程是食品类、化工类等专业的一门必修学科基础课。的一门必修学科基础课。 为后续课的学习打基础。为后续课的学习打基础。l 二、课程安排二、课程安排 本课程为第二学期开设，计划学本课程为第二学期开设，计划学时为时为96，其中理论课为，其中理论课为76学时，学时，实验课为实验课为20学时。学时。l 三、上课地点三、上课地点 本班教室，使用多媒体教学。本班教室，使用多媒体教学。l 四、使用的教材四、使用的教材 教育部高职高专规划教

2、材教育部高职高专规划教材有机有机化学化学高等教育出版社。高等教育出版社。l 五、考核与考试五、考核与考试 理论（理论（50%）、实验（）、实验（30%）、）、平时成绩（平时成绩（20%）。）。注意事项：注意事项：l 作好笔记。作好笔记。l 保证出勤。旷课保证出勤。旷课2次以上、缺课次以上、缺课1/3课时者，记课时者，记0分。每堂课由班分。每堂课由班长报告本班的缺席人数、名单和长报告本班的缺席人数、名单和原因。原因。l 遵守课堂纪律。遵守课堂纪律。第一章第一章 绪绪 论论11 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学v一、有机化合物一、有机化合物 （一）有机化合物（一）有机化合物 含碳元素的化合

3、物。含碳元素的化合物。 由于历史原因，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳化由于历史原因，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳化钙、碳的氧化物、金属羰基化合物、二硫化碳等叫做钙、碳的氧化物、金属羰基化合物、二硫化碳等叫做无机物而不叫有机物。无机物而不叫有机物。 （二）有机化学（二）有机化学 研究有机化合物的化学叫做有机化学。研究有机化合物的化学叫做有机化学。 （三）有机化学工业（三）有机化学工业 生产有机化合物的工业叫做有机化学工业。生产有机化合物的工业叫做有机化学工业。（四）有机化合物特性（四）有机化合物特性 v容易燃烧容易燃烧:碳碳键和碳碳碳键和碳氢键大都可以转变成碳氢键大都可以转变成碳氧键和氢氧键并

4、且放出氧键和氢氧键并且放出能量。能量。v常难溶于水常难溶于水:相似者相溶。相似者相溶。 汽油不溶于水易溶于有机溶汽油不溶于水易溶于有机溶剂苯、甲苯、四氯化碳等。剂苯、甲苯、四氯化碳等。冰中冰中取火取火v熔点较低熔点较低: :分子化合物，弱分子化合物，弱极性键所致。极性键所致。 一般不超过一般不超过400,而无机化而无机化合物一般熔点较高，常常合物一般熔点较高，常常难以熔化。难以熔化。v不易导电，有机化学反应不易导电，有机化学反应较慢，副反应多。较慢，副反应多。 由乙醇制备乙烯，可能有乙由乙醇制备乙烯，可能有乙醚等副产物生成。醚等副产物生成。 v数目巨大，异构现象普遍存数目巨大，异构现象普遍存在

5、在: : 乙醇和甲醚，分子式均为乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，但它们的结构不同，但它们的结构不同，因而物理和化学性质也不相因而物理和化学性质也不相同。同。 碳碳之间可以形成开链的，碳碳之间可以形成开链的，也可以形成环状的，可以形也可以形成环状的，可以形成单键，也可以形成双键、成单键，也可以形成双键、叁键，还可以形成分枝等。叁键，还可以形成分枝等。 有机物的结构决定有机物性质有机物的结构决定有机物性质结构的重要性。结构的重要性。 二、有机化学和有机化学工业二、有机化学和有机化学工业v（一）有机化学（一）有机化学 研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律研究有机化合物的组成、结构、性质及其

6、变化规律的一门学科，是一门以实验为基础，理论与实验并的一门学科，是一门以实验为基础，理论与实验并重的学科。它是有机化学工业的基础。重的学科。它是有机化学工业的基础。v（二）有机化学与我们的关系（二）有机化学与我们的关系 人们的衣、食、住、行离不开有机化合物；一些尖人们的衣、食、住、行离不开有机化合物；一些尖端科学和生命科学的发展离不开有机化学；经济建端科学和生命科学的发展离不开有机化学；经济建设和国防建设离不开有机化学工业。设和国防建设离不开有机化学工业。图片图片食物图食物图片片药品类药品类洗涤剂类洗涤剂类装饰材料装饰材料及塑料及塑料高科技高科技v以有机化学为基础的石油、化工、医药、涂以有机化

7、学为基础的石油、化工、医药、涂料、合成材料已成为我国国民经济的支柱产料、合成材料已成为我国国民经济的支柱产业；生物化工、功能材料等也将成为我国重业；生物化工、功能材料等也将成为我国重点发展的工业。点发展的工业。v有机化学的学习，为今后学习有关专业知识，有机化学的学习，为今后学习有关专业知识，进一步掌握新的科学技术打下必需的基础。进一步掌握新的科学技术打下必需的基础。12 共价键的形成共价键的形成v共价键：原子之间通过共用电子对而产生的化学键。共价键：原子之间通过共用电子对而产生的化学键。v一、价键理论一、价键理论 共价键的形成是来自原子轨道的重叠，在重叠的轨共价键的形成是来自原子轨道的重叠，在

8、重叠的轨道上有两个自旋相反的电子，这就是电子的道上有两个自旋相反的电子，这就是电子的“配配对对”。轨道重叠越多，共价键越牢固。轨道重叠越多，共价键越牢固。v（一）定域性（一）定域性 自旋相反的两个电子绕核做高速运动，属于成键原自旋相反的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大。子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大。v（二）饱和性（二）饱和性两个原子相接近时，自旋方向相反的未成对的价两个原子相接近时，自旋方向相反的未成对的价电子可以配对形成共价键。电子可以配对形成共价键。 一个原子有几个未成一个原子有几个未成对电子，便可与几个自旋相反的电子配对成键。对电

9、子，便可与几个自旋相反的电子配对成键。 Cl 1s22s22p6 3s23p5H 1s1（三）方向性（三）方向性共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行，称为原子轨道最大重叠原理的方向进行，称为原子轨道最大重叠原理 。v二、共价键的类型二、共价键的类型 （一）（一）键键 原子轨道沿着轨道原子轨道沿着轨道 对称轴对称轴“头碰头头碰头”方方 式重叠。式重叠。（二）（二）键键两个两个p轨道以轨道以“肩并肩肩并肩”方方式式重叠。重叠。v一、键长一、键长 分子中两成键原子核分子中两成键原子核之间的平均距离（核间距）。之间的平均距离（核间距）。 键

10、长愈短，键愈牢固；键长愈短，键愈牢固； 相同两原子形成的键长：相同两原子形成的键长： 单键双键叁键。单键双键叁键。v二、键角二、键角 两个共价键在空间形两个共价键在空间形成的夹角。成的夹角。 键长和键角决定键长和键角决定 分子的立体形状。分子的立体形状共价键的性质共价键的性质OHHCClClClCl109.5104.5CCCCC109.5120180三、键解离能和键能三、键解离能和键能v（一）在双原子分子中，将（一）在双原子分子中，将1mol气态分子解离气态分子解离为两个气态原子时所吸收的能量，称为键解离为两个气态原子时所吸收的能量，称为键解离能。双原子分子的键解离能

11、就是键能。能。双原子分子的键解离能就是键能。H2(g)H(g) + H(g)解离吸收的能量为436kJ/mol所以，氢分子H-H键的键解离能为436kJ/mol，键能也是436kJ/mol。v（二）对于多原子分子，分子中含有多个同类型的（二）对于多原子分子，分子中含有多个同类型的键，键能则是这些键解离能的平均值（也叫平均键键，键能则是这些键解离能的平均值（也叫平均键能），因此键解离能与键能是不同的。能），因此键解离能与键能是不同的。v甲烷的四个甲烷的四个CH键依次解离时的键解离能分别为：键依次解离时的键解离能分别为：CH3H=439.3KJ/mol、 CH2H=442KJ/mol、CHH=44

12、2KJ/mol、 CH=338.9KJ/mol。 甲烷分子中甲烷分子中CH键的键能是：键的键能是：（439.3+442+442+338.9）/ 4 = 414.2 KJ/mol。v键长越短，键能越大，化学键越牢固，分子越稳定。键长越短，键能越大，化学键越牢固，分子越稳定。四、键的极性四、键的极性v（一）非极性共价键和极性共价键（一）非极性共价键和极性共价键v非极性共价键：两个相同的原子形成的共价键，如非极性共价键：两个相同的原子形成的共价键，如HH、ClCl，电子云在两原子间对称分布，正负电荷中心重合，电子云在两原子间对称分布，正负电荷中心重合，键没有极性键没有极性非极性共价键。非极性共价键。

13、v极性共价键：两个不同的原子形成的共价键，由于两个原子极性共价键：两个不同的原子形成的共价键，由于两个原子的电负性不同，正负电荷中心不能重合。电负性大的吸引电的电负性不同，正负电荷中心不能重合。电负性大的吸引电子能力强，带有部分负电荷；电负性小的吸引电子能力弱，子能力强，带有部分负电荷；电负性小的吸引电子能力弱，带有部分正电荷。这种共价键称为极性共价键。如：带有部分正电荷。这种共价键称为极性共价键。如：+_HClCH3OH+_v（二）非极性分子和极性分子（二）非极性分子和极性分子 非极性键构成非极性键构成非极性分子；极性键可构成非极性分子（甲非极性分子；极性键可构成非极性分子（甲烷、二氧化碳等

14、），也可构成极性分子（水，烷、二氧化碳等），也可构成极性分子（水，硫化氢等）。硫化氢等）。v（三）共价键极性的大小（三）共价键极性的大小 用偶极矩来度量的。用偶极矩来度量的。 偶极矩的定义：偶极矩的定义：= qd； 单位：单位：Cm（库（库仑仑米）。米）。 偶极矩是矢量，具有方向性，一般是用箭头偶极矩是矢量，具有方向性，一般是用箭头指向共价键的负端。指向共价键的负端。v对于卤化氢这些双原子分子，分子的偶极矩就是对于卤化氢这些双原子分子，分子的偶极矩就是键的偶极矩。对于多原子的分子，分子的偶极矩键的偶极矩。对于多原子的分子，分子的偶极矩与键的偶极矩不同，分子的偶极矩是键的偶极矩与键的偶极矩不同，

15、分子的偶极矩是键的偶极矩的向量和。的向量和。v键的极性大，偶极矩大；极性小，偶极矩小。键的极性大，偶极矩大；极性小，偶极矩小。HClCClCClClClCl = 3.4410-30Cm = 4.9010-30Cm = 014 有机反应的类型和试剂的类型有机反应的类型和试剂的类型v 一、共价键断裂方式一、共价键断裂方式 化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的生化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的生成。共价键的断裂有两种方式：成。共价键的断裂有两种方式：1、均裂：均等断裂：2、异裂：不均等断裂：二、有机反应类型二、有机反应类型v（一）均裂反应（自由基反应）（一）均裂反应（自由基反应） 按均裂方式按均

16、裂方式进行的反应。进行的反应。v（二）异裂反应（离子反应）（二）异裂反应（离子反应） 按异裂方式进按异裂方式进行的反应。行的反应。v（三）协同反应（周环反应）（三）协同反应（周环反应） 旧键的断裂和旧键的断裂和新键的生成同时进行，经环状过渡态生成产新键的生成同时进行，经环状过渡态生成产物，没有自由基或离子等活性中间体生成物，没有自由基或离子等活性中间体生成。三、试剂的类型三、试剂的类型v对于自由基反应和离子反应，试剂分为自由基试剂对于自由基反应和离子反应，试剂分为自由基试剂和离子试剂。和离子试剂。v（一）自由基试剂（一）自由基试剂 产生自由基的试剂。例如：烷产生自由基的试剂。例如：烷烃的光氯化

17、或热氯化反应烃的光氯化或热氯化反应：ClCl22自由基试剂反应时，产生的Cl自由基进攻烷烃。v（二）离子试剂（二）离子试剂 在离子反应中，离子试剂分为亲在离子反应中，离子试剂分为亲核试剂和亲电试剂。核试剂和亲电试剂。v1.亲核试剂亲核试剂 反应时把它的孤对电子作用于有机化合反应时把它的孤对电子作用于有机化合物分子中与它发生反应的那个原子共有。如：物分子中与它发生反应的那个原子共有。如：OH、NH2等都是亲核试剂。有机化合物与亲等都是亲核试剂。有机化合物与亲核试剂的反应叫做亲核反应。例如，核试剂的反应叫做亲核反应。例如，1溴丁烷的溴丁烷的碱性水解。碱性水解。HO+ CH3CH2CH2CH2CH3

18、CH2CH2CH2OH_ Br_Br+v2.亲电试剂亲电试剂 反应时试剂从有机化合物分子中与它反应时试剂从有机化合物分子中与它发生反应的那个原子接受电子对，而与之共有。发生反应的那个原子接受电子对，而与之共有。例如例如H+、Cl+（反应时瞬间产生的）、（反应时瞬间产生的）、BF3等都是等都是亲电试剂。有机化合物与亲电试剂的反应叫做亲亲电试剂。有机化合物与亲电试剂的反应叫做亲电反应。例如：电反应。例如：_CH3CH2OCH2CH3 + BF3CH3CH2OCH2CH3BF3+15 有机化合物的分类有机化合物的分类v一、按碳架分类一、按碳架分类二、按官能团分类二、按官能团分类v官能团：指分子中比较

19、活泼而易发生反应的原子或原子团，官能团：指分子中比较活泼而易发生反应的原子或原子团，它决定化合物的主要性质。它决定化合物的主要性质。CCCCOHX(F，Cl，Br，I)OCHOCCCOCOHOCNNO2NH2SO3H官能团官能团名称名称双键三键羟基卤原子醚键醛基酮基羧基氰基硝基氨基磺（酸）基v烃：烃：只由碳、氢两种元素组成的化合物叫做只由碳、氢两种元素组成的化合物叫做 碳氢化合物，简称烃。碳氢化合物，简称烃。 分类： 第二章第二章 烷烃烷烃 环烷烃环烷烃 21 烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构v一、烷烃的通式一、烷烃的通式v（一）烷烃的通式（一）烷烃的通式 甲烷甲烷(CH4)、乙烷、乙

20、烷(C2H6)、丙烷、丙烷(C3H8)、丁烷、丁烷(C4H10)等，等，C原子数是原子数是n，H原子数则原子数则是是2n+2。得出烷烃的通式为：。得出烷烃的通式为：CnH2n+2v（二）同系列和同系物（二）同系列和同系物 具有同一个通式，组成上相差具有同一个通式，组成上相差CH2或其整数倍的一或其整数倍的一系列化合物叫做同系列。甲烷、乙烷、丙烷、丁烷系列化合物叫做同系列。甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等这一系列化合物叫做烷烃的同系列。等这一系列化合物叫做烷烃的同系列。 同系列中的化合物互为同系物。甲烷、乙烷、丙烷、同系列中的化合物互为同系物。甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等互为同系物。丁烷等互为同系物。二、构

21、造异构二、构造异构v（一）分子构造（一）分子构造 分子中原子间互相连接的顺序和方分子中原子间互相连接的顺序和方式叫做分子构造。表示分子构造的化学式叫做构造式。式叫做分子构造。表示分子构造的化学式叫做构造式。 甲烷甲烷(CH4)、乙烷、乙烷(CH3CH3)、丙烷、丙烷(CH3CH2CH3)、丁烷丁烷(CH3CH2CH2CH3)等。等。v（二）同分异构体（简称异构体）（二）同分异构体（简称异构体） 分子式相同的不分子式相同的不同化合物叫做同分异构体，这种现象叫做异构现象。同化合物叫做同分异构体，这种现象叫做异构现象。同分异构体分为构造异构体和立体异构体。同分异构体分为构造异构体和立体异构体。v（三

22、）构造异构体（三）构造异构体 分子构造不同的化合物叫做构造分子构造不同的化合物叫做构造异构体，这种现象叫做构造异构现象。异构体，这种现象叫做构造异构现象。v练一练练一练 写出己烷和庚烷的所有构造异构体。写出己烷和庚烷的所有构造异构体。v己烷（己烷（C6H14）：）：5个个v庚烷庚烷(C7H16)：9个个22 烷烃的命名法烷烃的命名法v一、碳原子和氢原子类型一、碳原子和氢原子类型伯碳原子（一级碳原子伯碳原子（一级碳原子1）：）： 与一个碳原子相连；与一个碳原子相连；仲碳原子（二级碳原子仲碳原子（二级碳原子2）：）： 与两个碳原子相连；与两个碳原子相连；叔碳原子（三级碳原子叔碳原子（三级碳原子3）

23、：）： 与三个碳原子相连；与三个碳原子相连；季碳原子（四级碳原子季碳原子（四级碳原子4）：）： 与四个碳原子相连。与四个碳原子相连。v相应地，氢原子分为伯、相应地，氢原子分为伯、仲、叔氢原子。仲、叔氢原子。1234CH3CH2CHCH3CH2CCH3CH3CH311112二、烷基二、烷基 v（一）定义（一）定义 从烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团叫做烃从烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团叫做烃基。从烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团基。从烷烃分子中去掉一个氢原子后所剩下的基团叫做烷基。烷基通常用叫做烷基。烷基通常用R来表示。来表示。v（二）名称（二）名称 直链：直链：某基或正某基：某

24、基或正某基： CH3 甲基甲基(Me-)； CH3CH2 乙基乙基(Et-)； CH3CH2CH2 正丙基；正丙基；CH3CH2CH2CH2 正丁基。正丁基。 支链：支链：IUPAC保留下列八个烷基的习惯名称：保留下列八个烷基的习惯名称：CH3CHCH3CH3CHCH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH2CH3异丙基异丁基异戊基异己基CH3CH2CHCH3仲丁基CH3CCH3CH3CH3CH2CCH3CH3CH3CCH2CH3CH3叔丁基叔戊基新戊基三、烷烃的命名法三、烷烃的命名法v（一）习惯命名法（一）习惯命名法v直链直链正某烷。分子中碳原子数依次用甲、正某烷。分子

25、中碳原子数依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二一、十二表示。表示。CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)10CH3v支链支链前缀前缀“异异”、“新新”。 CH3CHCH3CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3（二）衍生命名法（二）衍生命名法v方法：方法：以甲烷作为母体，其他烷烃看作是甲烷的取代基。以甲烷作为母体，其他烷烃看作是甲烷的取代基。命名时，一般是把连接烷基最多的碳原子作为母体碳原子；命名时，一般是把连接烷基最多的碳原子作为母体碳原子；烷基则是按照立

26、体化学中次序规则列出的顺序，把优先的烷基则是按照立体化学中次序规则列出的顺序，把优先的基团排在后面。次序规则：基团排在后面。次序规则：(CH3)3CCH3CH2(CH3)CH(CH3)2CH(CH3)2CHCH2CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH3CH2CH3CH3-CH-CH2-CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH3CH3CH3CH3-CH2-C-CH-CH3CH3-C-C-CH2-CH-CH3CH3（三）系统命名法（三）系统命名法v直链直链某烷，不加某烷，不加“正正”字。字。v支链支链把支链看作是直链烷烃的取代基把支链看作是直链烷烃的取代基 。 1.选主链，叫做选主链

27、，叫做“某烷某烷”。 2.主链编号（从靠近支链近的一端，依次用主链编号（从靠近支链近的一端，依次用阿拉伯数字阿拉伯数字1，2，3等编号）等编号）CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)10CH3v3.取代基名称写在母体名称前面，并注明它所在的取代基名称写在母体名称前面，并注明它所在的位置，位置和名称之间用一短线连接。位置，位置和名称之间用一短线连接。v4.相同的取代基合并，位次用逗号隔开，相同取代相同的取代基合并，位次用逗号隔开，相同取代基数目用中文数字表示；取代基不同，则是把次序基数目用中文数字表示；取代基不同，则是把次序规则中规则中“优先优先”的基团排在后面。的基团

28、排在后面。CH3CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH3 5.如果有几种选取主链的可能，应该选取取代基最如果有几种选取主链的可能，应该选取取代基最多的碳链作为主链，能将复杂的取代基尽量简化。多的碳链作为主链，能将复杂的取代基尽量简化。2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷2-甲基甲基-3-乙基己烷乙基己烷CH3CCH2CH2CH3CH3CH32，2-二甲基戊烷123456783,4-二甲基-5，5-二乙基辛烷CH3CHCH2CHH3CCH3CCH2CH3CH2CH2CH3CH2CH3v6.如果碳链有两种或两种以上不同编号系列如果碳链有两种或两种以上不同编号系列时，则采用最

29、低系列原则（位码之和尽可能时，则采用最低系列原则（位码之和尽可能小的原则）。小的原则）。 位次最小者为（位次最小者为（1）（为）（为17），（），（2）为）为19，则名称（，则名称（1）是正确的。）是正确的。CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH3CH3CH(CH3)2CH2CH3123456789101123 环烷烃的命名法环烷烃的命名法v一、分类一、分类 （一）（一） 按照分子中碳环数目按照分子中碳环数目 单环烷烃、二环烷烃、三环烷烃等。单环烷烃、二环烷烃、三环烷烃等。H2CH2CCH2CH2CH2H2CCHCHCH2CH2CH2H2CH2CH2CH

30、2CCH2或或单环烃二环烃v（二）（二） 按照分子中组成环的碳原子数目按照分子中组成环的碳原子数目 三元、四元、五元环烷烃等。三元、四元、五元环烷烃等。 （三）对于单环烷烃，按照组成环的碳原子数目（三）对于单环烷烃，按照组成环的碳原子数目 小环烷烃（小环烷烃（C：34）、普通环烷烃（）、普通环烷烃（C：57）、中）、中环烷烃（环烷烃（C：811）、大环烷烃（）、大环烷烃（C：12）。）。单环烷烃的通式：单环烷烃的通式：CnH2n，与单烯烃互为同分异构体。，与单烯烃互为同分异构体。H2CH2CCH2CH2CH2H2C或CH2H2CCH2H2CCH2CH2H2CH2C或或三元环烃五元环烃六元环烃

31、二、二、命名命名 环为母体，称为环为母体，称为“环某烷环某烷”；环碳原子编号时，；环碳原子编号时，取取 代基系数低；多取代基中，较小取代基系数低。代基系数低；多取代基中，较小取代基系数低。 CH2CH3CH3CH3CH(CH3)2CH312345612345环丁烷乙基环丙烷1，3-二甲基环戊烷1-甲基-3-异丙基环己烷练一练练一练 习题习题7、8 。 24 甲烷分子的正四面体结构甲烷分子的正四面体结构sp3杂化轨道杂化轨道v一、碳原子的一、碳原子的sp3杂化杂化v（一）（一）sp3杂化杂化杂化sp3v（二）（二）sp3杂化轨道的形状杂化轨道的形状 一头大一头小的形状。一头大一头小的形状。v（三

32、）（三）sp3杂化轨道的特点杂化轨道的特点 1.能量相等，成分相同（能量相等，成分相同（1/4s轨道和轨道和3/4p轨道）。轨道）。 2.成键能力增强：轨道成键时重叠程度增大。成键能力增强：轨道成键时重叠程度增大。 3.4个个sp3杂化轨道在空间的排布杂化轨道在空间的排布 以碳原子核为中心，四个以碳原子核为中心，四个sp3杂化轨道杂化轨道 从正四面体的中心分别指向四个顶点，从正四面体的中心分别指向四个顶点， 相邻轨道对称轴间夹角为相邻轨道对称轴间夹角为109.5。109.5碳原子4个sp3杂化轨道在空间的排布二、甲烷分子的结构二、甲烷分子的结构v（一）甲烷的结构（一）甲烷的结构v在甲烷分子中，

33、碳原子的四个在甲烷分子中，碳原子的四个sp3杂化轨道分别与氢原子的杂化轨道分别与氢原子的1s轨道轨道沿着对称轴的方向沿着对称轴的方向“头碰头头碰头”地地重叠重叠重叠，形成重叠，形成键。键。109.5碳原子4个sp3杂化轨道四个v甲烷分子中，四个甲烷分子中，四个键夹角为键夹角为109.5，分，分子构型为正四面体型。子构型为正四面体型。CHHHH正四面体正四面体10928甲烷的结构甲烷的结构v（二）（二）键的成键特点键的成键特点 1.“头碰头头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布；成键，电子云近似圆柱形分布； 2.键可以旋转；键可以旋转； 3.键较稳定，存在于一切共价键中。键较稳定，存在于一切共价键中

34、。v只含有只含有键的化合物性质是比较稳定的（烷键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。烃）。（三）乙烷分子结构（三）乙烷分子结构v在乙烷分子中，碳原子在乙烷分子中，碳原子的的4个个sp3杂化轨道分别杂化轨道分别与与3个氢原子的个氢原子的1s轨道轨道和另一个碳原子的和另一个碳原子的1个个sp3杂化轨道重叠，形杂化轨道重叠，形成成6个个CH键，键，1个个CC键。键。25 环丙烷的结构环丙烷的结构v环的张力学说环的张力学说:环烷烃的碳是环烷烃的碳是sp3杂化，两键之间的夹角达杂化，两键之间的夹角达到到109.5时，两个碳原子的时，两个碳原子的sp3杂化轨道才能最大重叠。而杂化轨道才能最大重叠。而环丙烷的

35、几何形状要求碳原子之间的夹角为环丙烷的几何形状要求碳原子之间的夹角为60，所以环，所以环丙烷的电子云重叠呈弯曲形状，形成弯曲的键。弯曲键有丙烷的电子云重叠呈弯曲形状，形成弯曲的键。弯曲键有断裂恢复原有键角的趋势，因此使整个分子具有张力，此断裂恢复原有键角的趋势，因此使整个分子具有张力，此张力称为张力称为角张力角张力。键角变形的程度越大，张力越大。张力。键角变形的程度越大，张力越大。张力使环的稳定性降低，张力越大，环的反应活性也越大。使环的稳定性降低，张力越大，环的反应活性也越大。60三种环烷烃的碳-碳键键角26 烷烃的构象烷烃的构象 v一、乙烷的构象一、乙烷的构象v（一）构象的定义（一）构象的

36、定义 由于单键（由于单键（键）的转动而引起的分子键）的转动而引起的分子中原子在空间的不同排列叫做构象。分子构象是无穷的。中原子在空间的不同排列叫做构象。分子构象是无穷的。v（二）构象的表示方法（二）构象的表示方法v 1.透视式（锯架式）透视式（锯架式）v2.纽曼投影式纽曼投影式v规则规则：（：（1）画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上画一个圆圈表示离眼睛较远的碳原子，圆圈上三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根三等份圆周的短线表示这个碳原子上的三根键；（键；（2）圆心）圆心表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表表示离光源较近的碳原子，由圆心到圆周三等份的延长线表示这个碳上的三

37、根示这个碳上的三根键键HHHHHHHHHHHH（三）构象的能量比较（三）构象的能量比较v能能 量：交叉式重叠式量：交叉式重叠式v稳定性：交叉式重叠式稳定性：交叉式重叠式v优势构象：能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势优势构象：能量最低的构象最稳定，最稳定的构象称为优势构象。构象。（四）影响乙烷分子构象能量的因素（四）影响乙烷分子构象能量的因素v1.扭转能扭转能 以交叉式为基准，转动乙烷分子的以交叉式为基准，转动乙烷分子的CC单键所需的能量。单键所需的能量。v2.扭转张力扭转张力 由于由于C原子上的原子上的CH键键电子对电子对之间的斥力所引起的重叠式构象以及处于重之间的斥力所引起的重叠式构

38、象以及处于重叠式和交叉式之间的任何一个构象所具有的叠式和交叉式之间的任何一个构象所具有的较高的能量，这种斥力叫做扭转张力。较高的能量，这种斥力叫做扭转张力。 二、正丁烷的构象二、正丁烷的构象v（一）正丁烷的构象（一）正丁烷的构象CH3CH2CH2CH3，绕着绕着C2C3单键转动时，单键转动时，连在这两个碳原子上的连在这两个碳原子上的氢原子和甲基在空间就氢原子和甲基在空间就会出现无穷多个排列，会出现无穷多个排列，相当于正丁烷的无穷多相当于正丁烷的无穷多个构象。个构象。HH3CHCH3HHHHCH3CH3HHH3CHCH3HHHH3CHCH3HHHHCH3CH3HHCH3HHCH3HHHv（二）正

39、丁烷构象的能量比较（二）正丁烷构象的能量比较 能能 量：量：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式。重叠式。 稳定性：稳定性：对位交叉式邻位交叉式部分重叠式对位交叉式邻位交叉式部分重叠式全重叠式。全重叠式。v（三）影响正丁烷分子构象能量的因素（三）影响正丁烷分子构象能量的因素 扭转张力和立体张力（原因：两个碳原子上扭转张力和立体张力（原因：两个碳原子上连有甲基，甲基的连有甲基，甲基的“体积体积”比氢原子的大，比氢原子的大，导致在正丁烷构象中出现了立体张力）。导致在正丁烷构象中出现了立体张力）。v全重叠式构象的立体张力和扭转张力都是极全重叠式构象的立体张力和扭转张

40、力都是极大，所以能量最高；对位交叉式构象中的立大，所以能量最高；对位交叉式构象中的立体张力和扭转张力比较小，所以对位交叉式体张力和扭转张力比较小，所以对位交叉式能量最低。能量最低。有机化合物分子中的三种张力：有机化合物分子中的三种张力：扭转张力：乙烷重叠式构象比交叉式构象扭转张力：乙烷重叠式构象比交叉式构象能量高，稳定性小，主要是来自扭转张力。能量高，稳定性小，主要是来自扭转张力。立体张力：丁烷全重叠式和部分重叠式构立体张力：丁烷全重叠式和部分重叠式构象比邻位交叉式和对位交叉式构象的能量象比邻位交叉式和对位交叉式构象的能量高，稳定性小，来自扭转张力和立体张力。高，稳定性小，来自扭转张力和立体张

41、力。角张力：环丙烷和环丁烷分别比丙烷和丁角张力：环丙烷和环丁烷分别比丙烷和丁烷的能量高，稳定性小，主要来自角张力。烷的能量高，稳定性小，主要来自角张力。 三、直链烷烃最稳定的构象三、直链烷烃最稳定的构象碳链平面锯齿形碳链平面锯齿形v直链烷烃分子中的碳链是处在同一个平面内，直链烷烃分子中的碳链是处在同一个平面内，是伸长的，呈锯齿形是伸长的，呈锯齿形平面锯齿形。平面锯齿形。（1）中两个末端碳原子位于碳链的同侧；）中两个末端碳原子位于碳链的同侧；（2）中两个末端碳原子位于碳链的两侧。）中两个末端碳原子位于碳链的两侧。27 环己烷的构象环己烷的构象v在环己烷分子中，碳原子是在环己烷分子中，碳原子是sp

42、3杂化，要保持杂化，要保持CC键角键角109.5，环己烷分子中的，环己烷分子中的6个碳原个碳原子可以有两种典型的空间排列形式子可以有两种典型的空间排列形式椅式椅式和船式。和船式。一、环己烷的椅式构象一、环己烷的椅式构象vC2、C3、C5、C6处在同一平面内，处在同一平面内，C1、C4一一个在平面上，一个在平面下。整个分子像一把个在平面上，一个在平面下。整个分子像一把“椅子椅子”，所以叫做椅式构象。，所以叫做椅式构象。v椅式构象是环己烷能量最低、最稳定的构象，椅式构象是环己烷能量最低、最稳定的构象，是环己烷的一个构象异构体。是环己烷的一个构象异构体。椅式构型中的直立键和平伏键椅式构型中的直立键和

43、平伏键vC1、C3、C5构成一个平面，叫做构成一个平面，叫做m1平面；平面；C2、C4、C6构成构成一个平面，叫做一个平面，叫做m2平面。两个平面是平行的。平面。两个平面是平行的。v在在12个个C-H键中，键中，6个与平面个与平面m1和和m2垂直的垂直的C-H键，叫做键，叫做a键（竖键或直立键）键（竖键或直立键）。3个方向朝上，个方向朝上，3个方向朝下，上下个方向朝下，上下交替。交替。6个与其成个与其成109.5，叫做，叫做e键（横键或平伏键）键（横键或平伏键）。 每个碳原子都有每个碳原子都有1个个a键和键和1个个e键。键。123456a键e键109.5m1平面m2平面二、环己烷的船式构象二、

44、环己烷的船式构象v C2、C3、C5、C6共平面，共平面，C1和和C4在平面同侧，整在平面同侧，整个分子像一条个分子像一条“小船小船”，所以叫做船式构象。，所以叫做船式构象。 船式环己烷分子是非平面的，键角船式环己烷分子是非平面的，键角109.5。船式。船式构象与椅式构象相比，其能量高构象与椅式构象相比，其能量高29.7KJ/mol， 因此，因此，椅式构象是环己烷的优势构象。椅式构象是环己烷的优势构象。 三、一取代环己烷的构象三、一取代环己烷的构象 v当环己烷分子中的氢原子被其它原子或基团取当环己烷分子中的氢原子被其它原子或基团取代时，取代基在代时，取代基在e键的一取代物最稳定，而且，键的一取

45、代物最稳定，而且，环上有不同取代基时，大基团处于环上有不同取代基时，大基团处于e键稳定。键稳定。v 练练 习习 v例：写出下列化合物占优势的构象例：写出下列化合物占优势的构象 （1）1-甲基甲基-1-异丙基环己烷异丙基环己烷 （2）1-乙基乙基-1-叔丁基环己烷叔丁基环己烷 123456CH3(H3C)2HC123456CH2CH3(H3C)3C 28 烷烃的物理性质烷烃的物理性质v一、状态一、状态 直链烷烃：常温常压下，直链烷烃：常温常压下，C1C4是气体，是气体，C5C17是液体，是液体，C18以及以及C18以上的是固体。以上的是固体。v二、沸点二、沸点 直链烷烃：随着碳原子数（或相对分子

46、质量）的直链烷烃：随着碳原子数（或相对分子质量）的增大，沸点逐渐升高。相同碳原子数的烷烃，其中直链烷烃增大，沸点逐渐升高。相同碳原子数的烷烃，其中直链烷烃的沸点最高，支链越多，沸点越低。的沸点最高，支链越多，沸点越低。v三、熔点三、熔点 直链烷烃：随着碳原子数（或相对分子质量）的直链烷烃：随着碳原子数（或相对分子质量）的增大，熔点逐渐升高（甲烷、乙烷、丙烷除外）。熔点曲线增大，熔点逐渐升高（甲烷、乙烷、丙烷除外）。熔点曲线呈锯齿形，其中偶数碳的位于上面，奇数碳的位于下面。呈锯齿形，其中偶数碳的位于上面，奇数碳的位于下面。v四、密度四、密度 烷烃的相对密度（液体）小于烷烃的相对密度（液体）小于1

47、。随着碳原子（或。随着碳原子（或相对分子质量）的增大，直链烷烃的相对密度逐渐增大。相对分子质量）的增大，直链烷烃的相对密度逐渐增大。v五、溶解性五、溶解性 “相似相溶相似相溶”原理，非极性的烷烃不溶于水，原理，非极性的烷烃不溶于水，能溶于有机溶剂。能溶于有机溶剂。 练一练练一练 习题习题12。29 烷烃、环烷烃的化学性质烷烃、环烷烃的化学性质v一、氯化一、氯化 烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反应称烷烃分子中的氢原子被氯原子取代的反应称为氯代反应，也称氯化。为氯代反应，也称氯化。v（一）甲烷的氯化（一）甲烷的氯化 不控制条件：容易爆炸。不控制条件：容易爆炸。 CH4 + 2Cl2C + 4HClv控制条件：烷烃分子中的氢原子逐一被取代控制条件：烷烃分子中的氢原子逐一被取代CH4 + Cl2CH3Cl + HClCH3Cl + Cl2CH2 Cl2 + HClCH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HClCHCl3 + Cl2CCl4 + HCl 产物经常是这四种氯化物的混合物。调解甲烷和氯气的比产物