有机化学第2章烷烃ppt课件

1、第二章第二章 烷烃烷烃 烃：只由碳烃：只由碳, 氢两种元素组成氢两种元素组成 (碳氢化合物碳氢化合物)。烃开链烃环烃（脂肪烃）饱和 烃不饱和烃(烷烃） (烯烃, 炔烃)(脂环烃,芳香烃)开链烃：开链烃： 碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪烃叫烷烃。碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃。饱和脂肪烃叫烷烃。饱和烃：饱和烃： 烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的化合物。化合物。2.1 同系列和同分异构同系列和同分异构(1) 同系列同系列 (homologous series) ：CH4 CH3CH3 CH3C

2、H2CH3 CH3CH2CH2CH3CH2称为系列差。称为系列差。烷烃结构通式：烷烃结构通式：CnH2n+2 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差一个或几个一个或几个CH2亚甲基），物理性质则随着碳原子数的增加而亚甲基），物理性质则随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列。有规律地变化的化合物系列。(2) 同分异构同分异构(构造异构构造异构) 官能团异构：甲醚、乙醇官能团异构：甲醚、乙醇 H C C O HHHHHH CCOHHHHH 碳链异构碳链异构(Skeletal isomer )：直链和支链的异构。：直链和支链

3、的异构。CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3构造异构体物理性质有一定的差异构造异构体物理性质有一定的差异. . 直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高. . 正丁烷沸点-0.5） 异丁烷沸点-10.2 ）n 烷烃中碳原子和氢原子的分类：烷烃中碳原子和氢原子的分类：n 伯、仲、叔、季碳原子。伯、仲、叔、季碳原子。 伯氢、仲氢、叔伯氢、仲氢、叔氢氢 伯碳原子、伯碳原子、 一级碳原子一级碳原子 、 1。 (直接与一个碳原子相连直接与一个碳原子相连)仲碳原子仲碳原子 、 二级碳原子二级碳原子 、2。 (直接与二个碳原子相连直接与二个碳原子相连)叔碳原子叔

4、碳原子 、 三级碳原子三级碳原子 、3。 (直接与三个碳原子相连直接与三个碳原子相连)季碳原子、季碳原子、 四级碳原子四级碳原子 、4。 (直接与四个碳原子相连直接与四个碳原子相连)H3CCCHCH3CH3CH2CH3CH32.2 烷烃的命名烷烃的命名 母体名称母体名称 取代基名称、位置和数目取代基名称、位置和数目 选择主链；主链上碳原子编号选择主链；主链上碳原子编号(“最低系列编号方法最低系列编号方法)；取代基排列顺序取代基排列顺序.n 普通命名法：普通命名法：n 系统命名法系统命名法(IUPAC命名原则命名原则)：烷基名称：烷基名称： (烷基烷基 烷烃分子从形式上消除一个氢原子剩下的原烷烃

5、分子从形式上消除一个氢原子剩下的原子团子团)。 烷基的通用符号：烷基的通用符号： R烷基烷基 甲基甲基 Me 乙基乙基 Et 丙基丙基 n-Pr 异丙基异丙基 i-Pr 丁基丁基 n-Bu 异丁基异丁基 i-Bu 仲丁基仲丁基 s-Bu 叔丁基叔丁基 t-Bu Ar芳基芳基 Ph苯基；苯基；Ac乙酰基乙酰基 选择主链：选择主链：CH3CH CH2CH CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CHCH3CH3CH32,3,7三甲基三甲基 6 异丙基异丙基 4 异丁基壬烷异丁基壬烷 具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支链数目最多具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支

6、链数目最多的碳链的碳链. 烷基大小的次序：甲基烷基大小的次序：甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基. “最低系列编号方最低系列编号方法：法：H3CCHCH2CHCH2CH2CH2CHCH3CH3H2CCH3CH3123456789987654321按上方的编号系列，取代基位次位按上方的编号系列，取代基位次位2，6，8按下方的编号系列，取代基位次位按下方的编号系列，取代基位次位2，4，8a:支链烷基名称和位置写在前；支链烷基名称和位置写在前；b: 小基团在前，大基团在后；小基团在前，大基团在后；c:相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数目；相同基团合并，以汉字二、三、四等标明数

7、目；d: 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用“半字线隔开。半字线隔开。H3CCH2CHCH2CH2CH3123456CH3取代基位次半字线取代基名称母体名称3甲基己烷 写出名称：写出名称：2.3 烷烃的结构烷烃的结构n 分子结构：分子中原子间的排列次序，原子相互间的立分子结构：分子中原子间的排列次序，原子相互间的立体位置，化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等体位置，化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态等各项内容在内的总称。各项内容在内的总称。 构型：一定构造的分子中原子在空间的排列状况。构型：一定构造的分子中原

8、子在空间的排列状况。 构造：分子中原子间的排列次序。构造：分子中原子间的排列次序。 n 甲烷分子甲烷分子(CH4)构型构型 ：正四面体型，键角：正四面体型，键角109.5。 HCHHH109。280.109nm 构造的表示方法构造的表示方法- Kekule结构式，结构式，lewis结构式结构式 构型构型(分子立体结构分子立体结构)的表示方法的表示方法 - 楔形透视式，锯架透视式楔形透视式，锯架透视式 ，纽曼式，纽曼式Newman） 甲烷分子甲烷分子(CH4)构型构型 楔形式楔形式CHHHH甲烷分子构造甲烷分子构造-Kekule结构式结构式CHHHHIUPAC建议：即正常粗细的线表示在纸平面上的

9、键，楔形实线表建议：即正常粗细的线表示在纸平面上的键，楔形实线表示伸出纸面向前，虚线表示伸向纸后方的键。示伸出纸面向前，虚线表示伸向纸后方的键。n 甲烷分子构型的解释甲烷分子构型的解释sp3杂杂化化 C 原子核外电子排布：原子核外电子排布：1s22s22p2 碳原子形成烷烃时碳原子形成烷烃时 电子激发电子激发 杂化杂化(s3p) 杂化轨道杂化轨道(4 sp3 )形成形成4个完全个完全相等的相等的sp3杂杂化轨道；每两化轨道；每两个杂化轨道之个杂化轨道之间的夹角都是间的夹角都是10928 sp3 轨道和甲烷分子的形成：轨道和甲烷分子的形成：n 乙烷分子的结构：乙烷分子的结构：键：键：CH 、CC

10、键中成键原子的电子云沿轴向重叠，成键的电键中成键原子的电子云沿轴向重叠，成键的电子云沿键轴近似于园柱形对称分布，成键原子可绕键轴旋转。子云沿键轴近似于园柱形对称分布，成键原子可绕键轴旋转。2.4 烷烃的构象烷烃的构象 构象和构象异构体：构象和构象异构体： C CC C单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的单键是可以旋转的 单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列单键的旋转使分子中的原子或基团在空间产生不同的排列（构象）（构象）（构象）（构象） 不同的构象之间为构象异构关系（一

11、类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）不同的构象之间为构象异构关系（一类立体异构现象）乙烷的两种构象乙烷的两种构象乙烷的两种构象乙烷的两种构象构象构象:由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的由于围绕单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列状况。不同排列状况。 描述立体构象的几种方式：纽曼投影式描述立体构象的几种方式：纽曼投影式 透视式透视式HHHHHHHHHHHHStaggeredNewman projection sawhorse projection 600纽曼式纽曼式Newman）透视式锯架式

12、）透视式锯架式）p24 构象分析：分析可能的构象、优势构象构象分析：分析可能的构象、优势构象(内能最低内能最低) 60oC1旋旋转转 97 %CH3CH3CH3溴代选择性溴代选择性127oC）：）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1l 烷烃溴代反应的选择性烷烃溴代反应的选择性溴代产物单一，在合成上可用溴代来制备卤代烃溴代产物单一，在合成上可用溴代来制备卤代烃. 过渡态理论过渡态理论 化学反应化学反应( (基元反应基元反应) )是一个由反应物逐渐变为产物的连续是一个由反应物逐渐变为产物的连续过程。一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一过程。一个反应由反

13、应物到产物的转变过程中，需要经过一个过渡状态。个过渡状态。A +BCABCABC+过渡态 B-C B-C键伸长变弱键伸长变弱( (部分断裂部分断裂) )，A-BA-B键部分生成，体系的能量升至最键部分生成，体系的能量升至最大。大。- - 过渡态过渡态反应进程反应进程 位能曲线图位能曲线图 - - 反应进程中体系能量的变化反应进程中体系能量的变化活化能活化能 ：E反应热：反应热： E(正反应正反应) E(逆反应逆反应) ； 可由键的解离能来估算可由键的解离能来估算(p34)。决定反应速度的是活化能决定反应速度的是活化能 E，是能垒高度，而非反应热。，是能垒高度，而非反应热。ClCH3H+ClCl

14、 ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行链链引引发发链链转转移移（链链传传递递, ,链链增增长长）链链终终止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or (2) 卤代反应卤代反应反应历程反应历程 (以甲烷为例以甲烷为例) 烷烃卤代机理的决速步骤以氯代为例）烷烃卤代机理的决速步骤以氯代为例）+ 7.5 kJ/mol+ 7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/

15、mol112.9 kJ/mol放热放热ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反应应重重复复进进行行hv or ClCH3H+ClH+CH3ClCH3H 势能增加势能增加势能降低势能降低势能最高势能最高l 甲烷氯代的势能变化图：甲烷氯代的势能变化图：ClH +CH3反反应应进进程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 势势能能Ea：活化能（：活化能（ activation

16、energy）；）； DH: 反应热反应热活性中间体活性中间体缘由：决速步骤的中间体缘由：决速步骤的中间体(自由基自由基)的相对稳定性：的相对稳定性：2o 1o，中间体，中间体自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决速步聚愈快。自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决速步聚愈快。CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl决速步聚CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl43%57%过渡态理论过渡态理论- 决定反应速度的是活化能决定反应速度的是活化能 E，是能垒高度。，是能垒高度。比较伯氢、仲氢卤代反应比较伯

17、氢、仲氢卤代反应-决速步骤的反应速度。决速步骤的反应速度。 不同不同C-H键的离解能键的离解能D不同不同, 键的离解能愈小，则自游基愈容键的离解能愈小，则自游基愈容易生成，愈容易生成的自由基愈稳定。易生成，愈容易生成的自由基愈稳定。 自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H键离解能键离解能DH）有机反应相对活性的比较有机反应相对活性的比较 反应的区位选择性反应的区位选择性( (优势产物优势产物) )的解释的解释反应机理反应机理(多步反应多