第2章烷烃201412

1、2022-6-221 1有机化学多媒体课件有机化学多媒体课件第第 2 章章烷烷 烃烃 学习要求：学习要求： 1.1.熟练掌握烷烃习惯及系统命名；熟练掌握烷烃习惯及系统命名； 2. 2. 熟练掌握烷烃的结构和熟练掌握烷烃的结构和SPSP3 3杂化道理论；杂化道理论； 3. 3. 掌握烷烃构象及其表示方法；掌握烷烃构象及其表示方法； 5.5.掌握取代反应机理及中间体自由基的稳定性。掌握取代反应机理及中间体自由基的稳定性。4.掌握烷烃的典型反应掌握烷烃的典型反应-取代反应取代反应烃的分类：烃的分类：开链烃环烃脂环烃芳香烃烷烃烯烃炔烃和二烯烃烃2.1 2.1 烷烃的结构及烷烃的结构及同系列、异构现象同

2、系列、异构现象一、甲烷的结构一、甲烷的结构 正四面体构型正四面体构型克库勒模型克库勒模型斯陶特模型斯陶特模型2S2PSP3杂化SP31. SP3杂化（杂化（hybridization） CH41S22S22P2 杂化轨道的特点：杂化轨道的特点：（1 1）体系能量降低，成键能力增强）体系能量降低，成键能力增强（2 2）轨道形状：梨形）轨道形状：梨形（3 3）SPSP3 3四个杂化轨道在空间伸展四个杂化轨道在空间伸展方向正四面体方向正四面体甲烷分子结构的形成甲烷分子结构的形成 碳原子的四个碳原子的四个SPSP3 3杂化轨道在空间互相排斥，对称杂化轨道在空间互相排斥，对称分布，键角为分布，键角为 ，

3、故甲烷分子呈四，故甲烷分子呈四面体面体二二 烷烃的构象烷烃的构象(conformation)(conformation)1.1.构象含义构象含义 这种通过这种通过单键的旋转而形成的、可以相互转变的、单键的旋转而形成的、可以相互转变的、原子在空间的不同的排列方式原子在空间的不同的排列方式称为称为构象构象。 乙烷的交叉式与重叠式构象互变乙烷的交叉式与重叠式构象互变 乙烷构象的动画演示乙烷构象的动画演示00 600 1200 1800 2400 2700 3600乙烷构象的能量曲线乙烷构象的能量曲线是由扭转张力造成的是由扭转张力造成的优势构象-交叉式（2 2）CCCC转动所需能量转动所需能量10-4

4、0kJmol10-40kJmol-1-1, , 室室温下分子热运动可产生能量温下分子热运动可产生能量80kJmol80kJmol-1-1。常常温下相互转换，一般无法分离。温下相互转换，一般无法分离。（3 3）研究构象异构主要是比较各式稳定性的）研究构象异构主要是比较各式稳定性的差异差异, , 并找出并找出稳定的构象稳定的构象。（1 1）构象异构有无数种）构象异构有无数种, , 只研究其有代表性的只研究其有代表性的 几种。几种。三点说明：三点说明：2.2.构象的表示：构象的表示：（1 1）伞形式）伞形式（umbrella formula） 眼睛垂直于眼睛垂直于CCCC键轴方向看，实线表示键在键轴

5、方向看，实线表示键在纸面上，虚线表示键伸向纸面后方，楔形线纸面上，虚线表示键伸向纸面后方，楔形线实线表示键伸向纸面前方实线表示键伸向纸面前方 （2 2）纽曼投影式（）纽曼投影式（Newman projection formulaNewman projection formula） 圆圈表示投影时后面的碳原子，交叉点表示圆圈表示投影时后面的碳原子，交叉点表示投影时前面的碳原子。投影时前面的碳原子。12HHHH12HH交叉式交叉式staggeredstaggered（优势构象）（优势构象）HHHHHH12重叠式重叠式eclipsedeclipsed乙烷的两种典型构象乙烷的两种典型构象CH3CH2C

6、H2CH33 3、丁烷的构象、丁烷的构象 可看作乙烷的二甲基衍生物可看作乙烷的二甲基衍生物全重叠式全重叠式对位交叉式对位交叉式H3CCH3HHHHCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式优势构象优势构象CACAI I演示演示 丁烷的构象丁烷的构象练习：练习：已知正丁烷沿已知正丁烷沿C2和和C3之间的之间的键旋转可以写出四种键旋转可以写出四种典型的构象式，如果改为沿典型的构象式，如果改为沿C1和和C2之间的之间的键旋转，键旋转，可以写出几种典型的构象式？试用可以写出几种典型的构象式？试用Newman投影式表示。投影式表示。HCH2CH3

7、HHHHHHHHCH2CH3H交叉式重叠式练习：练习： 写出下列每一个构象式所对应的烷烃的构造式。写出下列每一个构象式所对应的烷烃的构造式。（1）CH3CH(CH3)2 （2）(CH3)CHCH2CH3 HCH3CH3HHHCH3CH3HHHCH3(1)(2)三、烷烃的同系列、通式三、烷烃的同系列、通式同系列：同系列：甲烷（甲烷（CH4)、 丙烷（丙烷（C3H8)丁烷（丁烷（C4H10) 等等通式：通式：CnH2n+2同系物同系物 （1 1）结构上有共同特点）结构上有共同特点 （2 2）物理性质：随分子量有规律变化）物理性质：随分子量有规律变化 （3 3）化学性质：类似，但也有特殊性）化学性质

8、：类似，但也有特殊性CH3CH2CH2CH2CH3 正正 戊烷戊烷 (CH3)2CHCH2CH3 异戊烷异戊烷 C(CH3)4 新戊烷新戊烷 构造异构体构造异构体（constitutional isomers)碳架异构碳架异构（carbon skeleton isomerism） CCC异异CCCC叔叔四、烷烃异构现象烷烃异构现象C6H14的构造异构体：的构造异构体：CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CH3CH3_CH CH_CH3CH3CH3CH3_C CH2CH3CH3CH35个个 2.2 2.2 烷烃的命名烷烃的命名一、碳原

9、子、氢原子的类型及烷基的概念一、碳原子、氢原子的类型及烷基的概念CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3伯碳仲碳叔碳季碳烷基烷基 （alkyl groupalkyl group） C Cn nH H2n+12n+1 CH3CH2CH2丙基丙基（CH3)2CH异丙基异丙基 CH3CH2CHCH3仲丁基仲丁基(CH3)3C叔丁基叔丁基二、烷烃的命名二、烷烃的命名1.1.习惯命名法（习惯命名法（common namecommon name） 习惯命名法一般只适用于简单的，含碳较少的烷烃。习惯命名法一般只适用于简单的，含碳较少的烷烃。基本原则是根据分子中碳原子的数目而称为某烷。基本原则是根据分子中碳

10、原子的数目而称为某烷。 CH3CH2CH2CH3 正丁烷正丁烷 (CH3)2CHCH2CH3 异戊烷异戊烷 C(CH3)4 新戊烷新戊烷 CH3(CH2)8CH3CH3(CH2)10CH3十二烷CH3CH3CH2CHCH2CH3癸烷普通命名法无法命名普通命名法无法命名2.2.系统命名法系统命名法（）选主链（）选主链 选择最长而连续的碳链作为母体最长而连续的碳链作为母体结构，根据其所含碳原子数确定母体结构，根据其所含碳原子数确定母体结构的名称。结构的名称。 CCCCCCCCCH3CHCH2CH3CH3123412345123456 等长选取代基最多的；等长选取代基最多的；CCCCCCCCCCCC

11、C12345671234567（）编号：（）编号：取代基的位次最小；取代基的位次最小；CH3CHCH2CH3CH3123412342-甲基丁烷甲基丁烷位次依次排列，逐项对比；位次依次排列，逐项对比；CH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CHCH3CH3CH3CH31098765432112345678910从右到左的支链位号为：从右到左的支链位号为：2 2，7 7，8 8；从左到右的支链位号为：从左到右的支链位号为：3 3，4 4，9 9；最低系列原则最低系列原则选择：选择： 2 2，7 7，8 8CH3CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH3CH3CH3两个或更多支链处于主链两端相

12、对应的位置，可按照立体两个或更多支链处于主链两端相对应的位置，可按照立体化学中顺序规则化学中顺序规则“较优较优”基团后列出的原则基团后列出的原则；12346758123467584-4-甲基甲基-5-5-乙基辛烷乙基辛烷5-5-甲基甲基-4-4-乙基辛烷乙基辛烷优先基团后列出优先基团后列出同样的取代基多次出现，则用二、三等汉字表同样的取代基多次出现，则用二、三等汉字表明这种取代基的总个数明这种取代基的总个数;2 2，7 7，8-8-三甲基癸烷三甲基癸烷CH3CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CHCH3CH3CH3CH31098765432112345678910(3)(3)写名称写名称CH

13、3CH2CH CH2CH2CH CH2CH3CH3CHCH2CH3CH35-5-丙基丙基-4-4-异丙基壬烷异丙基壬烷1 12 23 34 45 56 67 78 89 93,7-3,7-二甲基二甲基-4-4-乙基壬烷乙基壬烷CH3CH2CH2CHCH CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH3CH2CH3123475689课课堂堂练练习习CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3CH2CHCH3CH312346758CH3CH2CH2CH2CHCH2CH3CH2CHCH3CH3123467583-甲基甲基-5-乙基辛烷乙基辛烷5-甲基甲基-3-乙基辛烷乙基辛烷【注意注意】CH3CH CCH

14、2CH2CH2CCH3CH3CH3CH3CH3CH3从右到左的支链位号为：从右到左的支链位号为：2,2,6,6,72,2,6,6,7；从左到右的支链位号为：从左到右的支链位号为：2,3,3,7,72,3,3,7,7；2,2,6,6,7-2,2,6,6,7-五甲基辛烷五甲基辛烷练习：练习： 1 1、CH3CHCHCHCH3CH3CH3CH3(CH3)3CCH2CH2C(CH3)3(CH3CH2)2CHCHCH2CH2CH3CH3CH CH3CH3CCHCHCHCH3CH3CH3H3CCH3H3C3 3、2 2、4 4、2,3,4-2,3,4-三甲基戊烷三甲基戊烷4-4-甲基甲基-3-3-乙基庚烷

15、乙基庚烷2,2,5,5-2,2,5,5-四甲基己烷四甲基己烷2,4-2,4-二甲基二甲基-3,3-3,3-二异丙基二异丙基戊烷戊烷CH2CCH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH3CH3C2H5C2H53-甲基甲基-6, 6-二乙基二乙基十一烷十一烷CH3CHCHCHCH2CH2CH3CH3CH3CHCH3CH2CH32，3，5-三甲基-4-丙基庚烷1. 用系统命名法命名下列化合物。用系统命名法命名下列化合物。 练习练习C2H5(CH3)2CHCH2-C-CH(CH3)2C(CH3)3（1）（2）（1）2,2,5-三甲基三甲基-3-乙基乙基-3-异丙基己烷异丙基己烷 （2）2,6-二

16、甲基二甲基-3-乙基辛烷乙基辛烷 2.3 2.3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质结构特征：结构特征：键，键能大，且烷烃中键的极性小。键，键能大，且烷烃中键的极性小。化学性质稳定：化学性质稳定：常温下不与强酸、强碱、强氧化剂、常温下不与强酸、强碱、强氧化剂、 强还原剂作用。强还原剂作用。在适当条件下，可发生氧化、热裂、在适当条件下，可发生氧化、热裂、卤代卤代等反应。等反应。 用途：用途：有机溶剂、润滑剂和化妆品的基质有机溶剂、润滑剂和化妆品的基质 一、一、 烷烃的燃烧烷烃的燃烧- -氧化反应氧化反应 有机反应中氧化还原加氧去氢去氧加氢CnH2n+23n+12O2nCO2+(n+1)H2O+放出热量

17、放出热量燃烧时烷烃最常燃烧时烷烃最常见的反应，这是见的反应，这是装有装有1 1千万升汽千万升汽油的油罐因闪电油的油罐因闪电引起的一场火灾。引起的一场火灾。CH3H3C CH2O2, 氧化剂（MnO2)HCOOH + CH3COOH + CH3COCH3产物是产物是 混合物混合物RR CH2O2+MnO2石蜡RCOOH + RCOOHNaOH肥 皂煤矿瓦斯爆炸：煤矿瓦斯爆炸：甲烷的爆炸极限是甲烷的爆炸极限是5.3%14% 二、二、 卤代反应卤代反应(chlorination)(chlorination)有机化合物分子中的氢原子被其它原子或基团有机化合物分子中的氢原子被其它原子或基团取代的反应总称

18、为取代的反应总称为取代反应取代反应 或光照CH4+ Cl2CH3Cl+HCl光照CH3CH2CH3+Br2BrCH3CHCH3+CH3CH2CH2BrF F2 2ClCl2 2BrBr2 2II2 2卤代反应中氢的活性：叔氢卤代反应中氢的活性：叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢 卤素的反应活性次序卤素的反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I I2 2.4 2.4 烷烃取代反应机理烷烃取代反应机理反应机理（反应机理（reaction mechanismreaction mechanism） ： 化学反应所经历的中间过程，也叫化学反应所经历的中间过程，也叫 反应机理反应机理中间体：中间体： 决定整个反应关键

19、步骤的产物，又是下一决定整个反应关键步骤的产物，又是下一步的反应物。步的反应物。 一、一、 烷烃氯代反应机理烷烃氯代反应机理Cl:Cl光2Cl ClHClCl2CH3Cl Cl+CH4CH3+CH3+Cl2CH3CH3CH3ClCH3ClCl+ ClCH3+CH3+链引发链引发链传递链传递链终止链终止 动画演示动画演示 二、二、 自由基结构与稳定性自由基结构与稳定性 1. 1. 自由基结构自由基结构CnH2n+1CH3CH2R3CCH3HHCH3+SP3SP2CRRRP轨道120势能CH3CH3CH2(CH3)2CH(CH3)3C410435398385KJ mol-12. 2. 稳定性稳定性自由基稳定性次序为：自由基稳定性次序为：叔自由基仲自由基伯自由基叔自由基仲自由基伯自由基CH 3CH 2CH 3 + ClReaction Coordinate (progress)CH 3CHCH 3 + HClCH 3CH 2CH 2 + HCl光照CH3CH2CH3+Br2Br CH3CHCH3+CH3CH2CH2Br原因：原因：CH3CH2CH2CH3CHCH3+CH3CH2