大学有机化学第一章-烷烃课件

第一章烷烃第一章烷烃1第一章烷烃

命名结构理论电子效应异构现象有机化学反应类型自由基机理卤代反应活性与选择性与烷烃相关的知识学习有机化学的基本工具第一章烷烃命名自由基机理与烷烃相关的知识学习有机化学的21.1命名与结构1．命名A.普通命名法

全部碳原子参与命名，以“甲乙丙丁戊己庚辛壬癸”等表示碳原子数量；以“正”、“异”、“新”表示结构差异；1.1命名与结构1．命名3B.基团命名法

基团：有机物去掉一个氢原子后剩余的部分；它并不是能够独立存在的物种。B.基团命名法基团：有机物去掉一个氢原子后剩余的部分；4Bz（Benzyl）Bz（Benzyl）5C.碳原子分类与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1C,上面的氢为1H;与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2C,上面的氢为2H;与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3C,上面的氢为3H;与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4C。C.碳原子分类与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1C,6D.同系列与同系物

CH4中的H被-CH3取代形成CH3CH3CH3CH3中的H被-CH3取代形成CH3CH2CH3最终形成一个可以用CnH2n+2表示的系列这样一系列的化合物称为同系列。同系列中每个化合物之间互称同系物。

D.同系列与同系物

7E.IUPAC命名法----系统命名法

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry

国际纯粹与应用化学联合会a.最长：选择(含有特征官能团的)最长的碳链作主链

例如：酸的特征官能团-COOH醇的特征官能团-OH醛的特征官能团-CHO酮的特征官能团C=O烯烃的特征官能团C=C炔烃的特征官能团CC烷烃的特征官能团RE.IUPAC命名法----系统命名法

Internati8b.最多:含有尽可能多的支链c.最小:编号时使特征官能团号码最小对于烷烃来说就是从离支链最近处开始编号

d.最简:命名时合并所有相同的官能团b.最多:含有尽可能多的支链c.最小:编号时使特征官能团号码9F.复杂取代基命名1．最长:选择最长的碳链作支链的主链；2．最多:使支链中的支链最多；3．编号特殊:从与主链相连的碳原子处开始；4.最简:命名时合并支链中的取代基的名称。F.复杂取代基命名1．最长:选择最长的碳链作支链的102.结构理论

价电子配对理论

如果化学键是由成键原子的价电子配对形成的，环丙烷和丙烷的价电子配对情况完全相同，应该具有相同的反应，但是如何解释下列事实？

说明价电子配对理论具有局限性，但仍不失为对有机物成键状态的一种方便的理解方式。2.结构理论价电子配对理论说明价电子配对理论具有局11价键理论

从原子轨道重叠的角度解释上述反应环丙烷形成的头碰头的键重叠程度较小，具有烯烃性质。键长：两成键原子核之间的距离键角：两键之间的夹角价键理论从原子轨道重叠的角度解释上述反应环丙烷形成的头碰12价键理论的总结价键理论的总结13分子轨道理论

解释1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)的分子结构

通过解上述行列式，x代表能量，解出能量后再得出波函数，这是结构化学的内容。分子轨道理论解释1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH214分子轨道理论的总结分子轨道理论的总结15共振论

用价键理论表述分子结构的结构式来表达电子离域，以1,3-丁二烯为例：共振论用价键理论表述分子结构的结构式来表达电子离域，以1,16写共振极限式的原则

a.原子核位置不动——核不动；b.未成键电子数不变——数不变；写共振极限式的原则a.原子核位置不动——核不动；17c.极限式的表观能量低——能量低；

双键多，电荷分散有利于能量的降低

d.整个分子共平面——共平面写共振极限式的原则：

核不动数不变能量低共平面c.极限式的表观能量低——能量低；18共振论的总结共振论的总结19以重氮甲烷(CH2N2)为例理解共振式CH2N2的共振式以重氮甲烷(CH2N2)为例理解共振式CH2N2的共振式20具备负碳离子的性质N核外有5个电子，呈电中性N核外只剩下4个电子，呈正电性C核外有5个电子，呈负电性具备负碳离子的性质N核外有5个电子，呈电中性N核外只剩下4个21C核外有4个电子，呈中性N核外只剩下4个电子，呈正电性N核外有6个电子，呈负电性具备卡宾的性质C核外有4个电子，呈中性N核外只剩下4个电子，呈正电性N核外22具备正碳离子的性质C核外只剩下3个电子，呈正电性N核外有5个电子，呈电中性N核外有6个电子，呈负电性具备正碳离子的性质C核外只剩下3个电子，呈正电性N核外有5个23共振式实质上就是写出了该化合物的电子异构体一般情况下，我们还是以价电子配对的形式来理解有机化合物的结构共振式实质上就是写出了该化合物的电子异构体241.2异构现象

1．构型异构

构型：分子中原子或基团的连接状态构型异构：碳链异构官能团异构

几何异构(顺反异构)烯烃部分互变异构醛酮部分旋光异构立体化学1.2异构现象1．构型异构252．构象异构构象：分子在空间可能采取的姿态

构象异构：由于单键旋转而使分子中各基团或原子的相对位置的不同A．构象的表示方法

伞形式锯架式Newman式

旋转的单键横在眼前斜放旋转的单键顺着视线放置旋转的单键2．构象异构旋转的单键横在眼前斜放旋转的单键顺着视线放置旋转26伞形式锯架式Newman式重叠式交叉式伞形式重叠式交叉式27B．乙烷的构象

室温下可以自由旋转

交叉式是优势构象

B．乙烷的构象28C．丁烷的构象C．丁烷的构象29丁烷的构象与能量的关系

对位交叉式是优势构象

丁烷的构象与能量的关系301.3物理性质

感官性质

颜色，气味等物理常数

相对密度(d)，熔点(m.p.)，沸点(b.p.)，水中溶解度，折光率(nD20)，比旋光度([]D20)等烷烃：d<1，不溶于水；C1~C4气体；C5~C16液体；C16以上固体。

1.3物理性质感官性质311.4有机化学反应类型及理论

按照基团变化分为：取代反应、加成反应、消除反应，氧化反应、还原反应按照电荷行为分为：亲电反应、亲核反应

1．反应理论

A.碰撞理论

v=P

Ze–Ea/RT

v

反应速率；P

有效碰撞分数；

Z

碰撞次数；Ea

活化能；

R

摩尔气体常量；T

热力学温度1.4有机化学反应类型及理论按照基团变化分为：取代反应32B.过渡态理论

B.过渡态理论33C.Hammond假设

对于放热反应来说，过渡态的结构与反应物更为接近，所以称“过渡态来得早”；对于吸热反应来说，过渡态的结构与生成物更为接近，所以称“过渡态来得晚”。C.Hammond假设342．反应类型

A.协同反应请注意总结有哪些反应属于协同反应2．反应类型A.协同反应35B.分步反应

绝大多数有机化学反应属于分步反应B.分步反应36大学有机化学第一章-烷烃课件371.5化学性质----自由基取代反应

(氯代和溴代)

1.甲烷氯代——自由基机理1.5化学性质----自由基取代反应

38实例:

自由基引发阶段一般要用到过氧化物(ROOR)作为引发剂实例:

自由基引发阶段一般要用到过氧化物(ROOR)作为引发39大学有机化学第一章-烷烃课件40NBS为溴代试剂，在温和条件下反应

目前采用DBDMH代替NBS，其溴含量更大，反应效率更高。NBS为溴代试剂，在温和条件下反应目前采用DBDMH代替N41氯化硫酰作为为烯丙基位氯代试剂氯化硫酰作为为烯丙基位氯代试剂422.自由基的结构与稳定顺序

A.自由基的构型

B.自由基的稳定顺序2.自由基的结构与稳定顺序A.自由基的构型433.电子效应理论及对自由基稳定性的解释

诱导效应——I效应由于原子的电负性不同而引起的电子沿键的偏移；短程的、永久的效应。吸电子的诱导效应用-I表示；推电子的诱导效应用+I表示。Cl-C+C+C+-CCl具有-I效应；CH3+C-C-C--CCH3具有+I效应。

A.电子效应诱导效应；共轭效应；超共轭效应3.电子效应理论及对自由基稳定性的解释诱导效44共轭效应——C效应

电子在共轭体系内的离域效应。共轭体系即单双键交替的、或是单双键交替时，在应该出现双键处出现的是电子对的体系，如C-C=C-C=C-C=C；C-C=C-Ö-C=C长程的、遍及整个共轭体系的效应。吸电子的共轭效应用-C表示；推电子的共轭效应用+C表示。

分类：-共轭、p-共轭共轭效应——C效应电子在共轭体系内的离域效应。45-共轭：1,3-丁二烯CH2=CH-CH=CH2

-共轭：1,3-丁二烯CH2=CH-46p-共轭：甲基乙烯基醚CH3Ö-CH=CH2

p-共轭：甲基乙烯基醚CH3Ö-CH=CH247超共轭效应——C-H键的共轭效应

由于氢原子半径非常小，导致C-H键的电子云近似桶型；其键角为109.5，与90较为接近，C-H键的电子云与双键的部分重叠形成的类似共轭的效应。

只存在于C-H键，并且只是推电子的。

超共轭效应——C-H键的共轭效应由于氢原子半径非常小，导48超共轭效应实例：CH3CH=CH2超共轭效应的强度：-CH3>-CH2R>-CHR2>-CR3超共轭效应实例：CH3CH=CH2超共轭效应的强度：49电子效应的影响

共轭效应>超共轭效应>诱导效应

解释自由基稳定性顺序

烯丙基自由基

电子效应的影响

共轭效应>超共轭效应>诱导效应解释50苄基自由基

3自由基苄基自由基514.卤代反应的活性与选择性

A.氯代反应

4.卤代反应的活性与选择性A.氯代反应52

反应活性反应的难易程度相应产物的产率除以相应氢原子的个数为该级别氢原子的反应活性，1H:2H=(46/6)/(54/2)=1/3.51H:3H=(64/9)/(36/1)=1/5.0

反应活性还可以通过反应速率的比值得到，甲烷与乙烷氯代时的反应速率之比为：CH4/CH3CH3=1/270。

反应活性比例为：

CH4:1H:2H:3H=(1/270)/1.0/3.5/5.0

反应活性反应的难易程度相应产物的产率除53B.溴代反应反应的选择性是指反应部位的专一程度。结论：溴代反应选择性比氯代反应好。B.溴代反应54C.Hammond假设的解释

反应机理：CH3CH2CH3+Cl.(Br.)CH3CH2CH2.

CH3CH2CH3+Cl.(Br.)CH3CH.CH3生成两种自由基：1自由基：CH3CH2CH2.

2自由基：CH3CH.CH3实验现象：氯代反应为放热反应；溴代反应为吸热反应。C.Hammond假设的解释反应机理：55氯代反应能量图

氯代反应能量图56溴代反应能量图溴代反应能量图57D.分子分布数与能量的关系的解释D.分子分布数与能量的关系的解释585.硝化与磺化

C12H26+SO2Cl2

C12H25SO2Cl+NaOHC12H25SO3Na

氯化硫酰十二烷基硫酸钠5.硝化与磺化59第一章烷烃第一章烷烃60第一章烷烃

命名结构理论电子效应异构现象有机化学反应类型自由基机理卤代反应活性与选择性与烷烃相关的知识学习有机化学的基本工具第一章烷烃命名自由基机理与烷烃相关的知识学习有机化学的611.1命名与结构1．命名A.普通命名法

全部碳原子参与命名，以“甲乙丙丁戊己庚辛壬癸”等表示碳原子数量；以“正”、“异”、“新”表示结构差异；1.1命名与结构1．命名62B.基团命名法

基团：有机物去掉一个氢原子后剩余的部分；它并不是能够独立存在的物种。B.基团命名法基团：有机物去掉一个氢原子后剩余的部分；63Bz（Benzyl）Bz（Benzyl）64C.碳原子分类与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1C,上面的氢为1H;与两个碳相连的碳称为二级碳，仲碳，2C,上面的氢为2H;与三个碳相连的碳称为三级碳，叔碳，3C,上面的氢为3H;与四个碳相连的碳称为四级碳，季碳，4C。C.碳原子分类与一个碳相连的碳称为一级碳，伯碳，1C,65D.同系列与同系物

CH4中的H被-CH3取代形成CH3CH3CH3CH3中的H被-CH3取代形成CH3CH2CH3最终形成一个可以用CnH2n+2表示的系列这样一系列的化合物称为同系列。同系列中每个化合物之间互称同系物。

D.同系列与同系物

66E.IUPAC命名法----系统命名法

InternationalUnionofPureandAppliedChemistry

国际纯粹与应用化学联合会a.最长：选择(含有特征官能团的)最长的碳链作主链

例如：酸的特征官能团-COOH醇的特征官能团-OH醛的特征官能团-CHO酮的特征官能团C=O烯烃的特征官能团C=C炔烃的特征官能团CC烷烃的特征官能团RE.IUPAC命名法----系统命名法

Internati67b.最多:含有尽可能多的支链c.最小:编号时使特征官能团号码最小对于烷烃来说就是从离支链最近处开始编号

d.最简:命名时合并所有相同的官能团b.最多:含有尽可能多的支链c.最小:编号时使特征官能团号码68F.复杂取代基命名1．最长:选择最长的碳链作支链的主链；2．最多:使支链中的支链最多；3．编号特殊:从与主链相连的碳原子处开始；4.最简:命名时合并支链中的取代基的名称。F.复杂取代基命名1．最长:选择最长的碳链作支链的692.结构理论

价电子配对理论

如果化学键是由成键原子的价电子配对形成的，环丙烷和丙烷的价电子配对情况完全相同，应该具有相同的反应，但是如何解释下列事实？

说明价电子配对理论具有局限性，但仍不失为对有机物成键状态的一种方便的理解方式。2.结构理论价电子配对理论说明价电子配对理论具有局70价键理论

从原子轨道重叠的角度解释上述反应环丙烷形成的头碰头的键重叠程度较小，具有烯烃性质。键长：两成键原子核之间的距离键角：两键之间的夹角价键理论从原子轨道重叠的角度解释上述反应环丙烷形成的头碰71价键理论的总结价键理论的总结72分子轨道理论

解释1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)的分子结构

通过解上述行列式，x代表能量，解出能量后再得出波函数，这是结构化学的内容。分子轨道理论解释1,3-丁二烯(CH2=CH-CH=CH273分子轨道理论的总结分子轨道理论的总结74共振论

用价键理论表述分子结构的结构式来表达电子离域，以1,3-丁二烯为例：共振论用价键理论表述分子结构的结构式来表达电子离域，以1,75写共振极限式的原则

a.原子核位置不动——核不动；b.未成键电子数不变——数不变；写共振极限式的原则a.原子核位置不动——核不动；76c.极限式的表观能量低——能量低；

双键多，电荷分散有利于能量的降低

d.整个分子共平面——共平面写共振极限式的原则：

核不动数不变能量低共平面c.极限式的表观能量低——能量低；77共振论的总结共振论的总结78以重氮甲烷(CH2N2)为例理解共振式CH2N2的共振式以重氮甲烷(CH2N2)为例理解共振式CH2N2的共振式79具备负碳离子的性质N核外有5个电子，呈电中性N核外只剩下4个电子，呈正电性C核外有5个电子，呈负电性具备负碳离子的性质N核外有5个电子，呈电中性N核外只剩下4个80C核外有4个电子，呈中性N核外只剩下4个电子，呈正电性N核外有6个电子，呈负电性具备卡宾的性质C核外有4个电子，呈中性N核外只剩下4个电子，呈正电性N核外81具备正碳离子的性质C核外只剩下3个电子，呈正电性N核外有5个电子，呈电中性N核外有6个电子，呈负电性具备正碳离子的性质C核外只剩下3个电子，呈正电性N核外有5个82共振式实质上就是写出了该化合物的电子异构体一般情况下，我们还是以价电子配对的形式来理解有机化合物的结构共振式实质上就是写出了该化合物的电子异构体831.2异构现象

1．构型异构

构型：分子中原子或基团的连接状态构型异构：碳链异构官能团异构

几何异构(顺反异构)烯烃部分互变异构醛酮部分旋光异构立体化学1.2异构现象1．构型异构842．构象异构构象：分子在空间可能采取的姿态

构象异构：由于单键旋转而使分子中各基团或原子的相对位置的不同A．构象的表示方法

伞形式锯架式Newman式

旋转的单键横在眼前斜放旋转的单键顺着视线放置旋转的单键2．构象异构旋转的单键横在眼前斜放旋转的单键顺着视线放置旋转85伞形式锯架式Newman式重叠式交叉式伞形式重叠式交叉式86B．乙烷的构象

室温下可以自由旋转

交叉式是优势构象

B．乙烷的构象87C．丁烷的构象C．丁烷的构象88丁烷的构象与能量的关系

对位交叉式是优势构象

丁烷的构象与能量的关系891.3物理性质

感官性质

颜色，气味等物理常数

相对密度(d)，熔点(m.p.)，沸点(b.p.)，水中溶解度，折光率(nD20)，比旋光度([]D20)等烷烃：d<1，不溶于水；C1~C4气体；C5~C16液体；C16以上固体。

1.3物理性质感官性质901.4有机化学反应类型及理论

按照基团变化分为：取代反应、加成反应、消除反应，氧化反应、还原反应按照电荷行为分为：亲电反应、亲核反应

1．反应理论

A.碰撞理论

v=P

Ze–Ea/RT

v

反应速率；P

有效碰撞分数；

Z

碰撞次数；Ea

活化能；

R

摩尔气体常量；T

热力学温度1.4有机化学反应类型及理论按照基团变化分为：取代反应91B.过渡态理论

B.过渡态理论92C.Hammond假设

对于放热反应来说，过渡态的结构与反应物更为接近，所以称“过渡态来得早”；对于吸热反应来说，过渡态的结构与生成物更为接近，所以称“过渡态来得晚”。C.Hammond假设932．反应类型

A.协同反应请注意总结有哪些反应属于协同反应2．反应类型A.协同反应94B.分步反应

绝大多数有机化学反应属于分步反应B.分步反应95大学有机化学第一章-烷烃课件961.5化学性质----自由基取代反应

(氯代和溴代)

1.甲烷氯代——自由基机理1.5化学性质----自由基取代反应

97实例:

自由基引发阶段一般要用到过氧化物(ROOR)作为引发剂实例:

自由基引发阶段一般要用到过氧化物(ROOR)作为引发98大学有机化学第一章-烷烃课件99NBS为溴代试剂，在温和条件下反应

目前采用DBDMH代替NBS，其溴含量更大，反应效率更高。NBS为溴代试剂，在温和条件下反应目前采用DBDMH代替N100氯化硫酰作为为烯丙基位氯代试剂氯化硫酰作为为烯丙基位氯代试剂1012.自由基的结构与稳定顺序

A.自由基的构型

B.自由基的稳定顺序2.自由基的结构与稳定顺序A.自由基的构型1023.电子效应理论及对自由基稳定性的解释

诱导效应——I效应由于原子的电负性不同而引起的电子沿键的偏移；短程的、永久的效应。吸电子的诱导效应用-I表示；推电子的诱导效应用+I表示。Cl-C+C+C+-CCl具有-I效应；CH3+C-C-C--CCH3具有+I效应。

A.电子效应诱导效应；共轭效应；超共轭效应3.电子效应理论及对自由基稳定性的解释诱导效103共轭效应——C效应

电子在共轭体系内的离域效应。共轭体系即单双键交替的、或是单双键交替时，在应该出现双键处出现的是电子对的体系，如C-C=C-C=C-C=C；C-C=C-Ö-C=C长程的、遍及整个共轭体系的效应。吸电子的共轭效应用-C表示；推电子的共轭效应用+C表示。

分类：-共轭、p-共轭共轭效应——C效应电子在共轭体系内的离域效应。104-共轭：1,3-丁二烯CH2=CH-CH=CH2

-共轭：1,3-丁二烯CH2=CH-105p-共轭：甲基乙烯基醚CH3Ö-CH=CH2

p-共轭：甲基乙烯基醚CH3Ö-CH=CH2106超共轭效应——C-H键的共轭效应

由于氢原子半径非常小，导致C-H键的电子云近似桶型；其键角为109.5，与90较为接近，C-H