有机化学课件-第2章

有机化学

2011春季学期主讲：姚鹏办公室：崂山校区海化楼219房间E-mail:,66781659Organic

Chemistry课件下载邮箱：邮箱：密码：youjihuaxue有机化学实验课第三周开始实验楼B404-4052回顾第一章有机化合物的结构与性质1.1有机化合物与有机化学1.2有机化合物的特点1.3有机化合物中共价键理论1.4共价键的键参数1.5共价键的断裂1.6有机化学中的酸碱概念1.7有机化合物的分类1.8研究有机化合物的一般步骤1.9有机化学学习方法3第二章烷烃2.1烷烃的通式、同系列和

同分异构2.2烷烃的命名2.3烷烃的结构2.4烷烃的构象4第二章烷烃2.5烷烃的物理性质2.6烷烃的化学性质2.7氯代反应机理2.8反应热、活化能与过渡态51．掌握碳正四面体的结构、sp3杂化和σ键。2．掌握烷烃的命名法、常见取代基的名称。3．掌握烷烃的化学性质（稳定性、裂解、

氧化及取代反应、各种氢的相对活泼性）。4．掌握烷烃光卤代反应历程。5．掌握过渡态理论。6．掌握烷烃的构象及透视式和纽曼式的写法。

本章学习要求6

7．理解烷烃的物理性质。

8．理解同系列、同分异构、构造异构、

反应机理等概念。

9．理解游离基的稳定性次序。

10．理解反应进程-位能曲线意义。

11．理解烷烃的制备。

12．了解甲烷的来源及其化工利用。作业：P391，2，5，12，14本章学习要求72.1烷烃的通式、同系列和同分异构烷烃：碳原子跟碳原子都以单键结合，碳原子剩余的价键全部跟氢原子相结合，使每个原子的化合价都达到“饱和”的链烃叫饱和链烃，或称烷烃。82.1烷烃的通式、同系列和同分异构烷烃通式：CnH2n+2(n≥1)属构造异构)92.1烷烃的通式、同系列和同分异构同系列:结构和性质相似，组成上相差CH2及其整数倍。同系列中的各化合物互为同系物。属构造异构)102.1烷烃的通式、同系列和同分异构同分异构体：具有相同分子式而结构不同的化合物。(属构造异构)112.1烷烃的通式、同系列和同分异构构造异构体：在同分异构体中,结构的不同是由于分子中各原子的不同连结次序,或不同构造引起的,称为构造异构体。异构)12由碳架不同引起的异构，称碳架异构。2.1烷烃的通式、同系列和同分异构在绪论一章讲过，有机化合物之所以数量众多，其主要原因是存在异构现象。构造异构是众多异构的一种。

构造异构是指分子式相同，分子中的原子的成键顺序或连接顺序不同。对于烷烃的构造异构，实质上是碳架异构，即分子式相同，碳架不同。三个碳原子以下烷烃没有构造异构，四个碳及四个以上碳原子的烷烃就有构造异构：132.1烷烃的通式、同系列和同分异构这是两个不同化合物，具有不同性质：正丁烷b.p-0.5℃，m.p-138℃，而异丁烷分别为-11.7℃和-159.4℃。正丁烷的构造式可用简式CH3(CH2)2CH3表示，异丁烷用（CH3）3C表示。正丁烷异丁烷142.1烷烃的通式、同系列和同分异构下面写出戊烷C5H12的所有构造异构体：15正戊烷异戊烷新戊烷2.1烷烃的通式、同系列和同分异构先写直链的。拿掉一个碳原子作为甲基，其余五个碳原子做主链，放在不同位置上得到2，3再拿掉一个碳变成两个甲基，放在主链不同位置上，得到4，5。支链长度必须小于主链的一半，支链只能为甲基。己烷C6H1416CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH3CH31.2.3.CH3CH2CHCH2CH3CH34.CH3CHCHCH3CH3CH35.CH3CCH2CH3CH3CH32.1烷烃的通式、同系列和同分异构

177

9

8

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9

35

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1

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5C数构造异构体数C数构造异构体数没有通式要掌握给出分子式的化合物的全部构造异构的办法。2.2烷烃的命名碳原子分类：根据所连碳原子数目的不同。伯碳原子：只连有1个碳原子。1°仲碳原子：连有2个碳原子。2°叔碳原子：连有3个碳原子。3°季碳原子：连有4个碳原子。4°

与伯、仲、叔碳原子相连的氢原子称为伯、仲、叔氢原子。182.2烷烃的命名192.2烷烃的命名烷基的概念R-CH3-甲基MeCH3CH2-乙基EtCH3CH2CH2-正丙基n-Pr

normal202.2烷烃的命名烷基的概念R-

异丙基i-Priso-propane仲丁基s-Busecondbutane

叔丁基t-Butetra-212.2烷烃的命名命名1）习惯命名法（适用于简单化合物）2）衍生物命名法（适用于不太复杂化合物）3）系统命名法（IUPAC命名法）222.2烷烃的命名1）习惯命名法（适用于简单化合物）

1~10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。23甲烷CH4乙烷CH3CH3丙烷CH3CH2CH3…..2.2烷烃的命名碳架异构体用正、异、新等词头区分。

正己烷异己烷新己烷242.2烷烃的命名2)衍生物命名法（适用于不太复杂化合物）把除正构烷烃之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物，这种方法可以表示结构，但是仍然只适用于简单烷烃。252.2烷烃的命名命名方法:

选择含最多取代基的碳原子为母体（甲烷），并且要求取代基最简单。其余部分为取代基，书写时由小到大排列。结尾是甲烷。相同取代基合并，写出个数，用中文字表示个数。三甲基仲丁基甲烷262.2烷烃的命名27

正己烷异己烷新己烷

二甲基丙基甲烷三甲基乙基甲烷2.2烷烃的命名3）系统命名法（IUPAC命名法）目前最常用的命名法。我国现用的系统命名法，基本上是根据IUPAC的命名规则，结合我国文字特点制订。(IUPAC:国际纯粹化学和应用化学联合会)

282.2烷烃的命名系统命名法命名规则1.直链烷烃按碳原子数命名，碳原子数在十以内的，依次用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）来代表，十以上用中文数字如十一、十二来表示。29甲烷CH4

乙烷CH3CH3

丙烷CH3CH2CH3十一烷CH3(CH2)9CH3

十二烷CH3(CH2)10CH3……2.2烷烃的命名系统命名法命名规则2.支链烷烃：看作直链烷烃的烷基衍生物选择主链。“长”“多”最靠近取代基端编号，写出来的数字排列应该为最小。“近”“小”简单的基团在前。“前”支链上的取代基括起来。中英文名称的排列顺序不同。302.2烷烃的命名选最长碳链作主链，称为“某烷”。支链作取代基，称为“某基某烷”。遇多个等长碳链，则取代基多的为主链。312.2烷烃的命名b.从最接近取代基一端开始，将主链碳原子用1，2，3，…编号，并遵守“最小系列编号规则”。322.2烷烃的命名c.命名取代基时，将它们在主链上的位次作为取代基前缀。如果带有几个不同的取代基，命名时将简单的基团名称放在前面，复杂的放在后面。333，4-二甲基4-乙基2.2烷烃的命名如果带有几个相同的取代基，则可以合并，但应在基团名称之前写明位次和数目，数目须用汉字二、三……来表示。343，4-二甲基4-乙基2.2烷烃的命名

取代基距链两端位号相同时，编号从顺序小的基团端开始。352.2烷烃的命名取代基的顺序规则当主链上有多种取代基时，由顺序规则决定名称中基团的先后顺序。一般的规则是：①单原子取代基,按原子序数大小排列。②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。③含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。362.2烷烃的命名①单原子取代基,按原子序数大小排列。原子序数大,顺序大，排在前；原子次序小,顺序小，排在后；同位素中质量高的,顺序大，排在前。37次序大的基团称较优基团。。2.2烷烃的命名②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。382.2烷烃的命名③含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。392.2烷烃的命名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。2-甲基-5-（1’，1’-二甲基丙基）癸烷402.2烷烃的命名e.名称的排列顺序中文名称按基团次序规则，较优基团列在后；英文名称按基团首字母的字顺先后列出。

5-丙基-4-异丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane412.2烷烃的命名[注意]1）相同取代基数目用汉文数字二、三...表示；2）取代基位号用阿拉伯数字1，2，3…表示；3）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号”，”分开。5）最后一个基名和母体名称直接相连。422.2烷烃的命名432.3烷烃的结构1.甲烷的结构甲烷是最简单的烷烃。四个氢原子的地位完全相同。具有正四面体的结构特征。440.11nm2.3烷烃的结构1.甲烷的sp3杂化碳原子基态电子构型：1s22s22px12py1（共6个电子）。形成甲烷分子时，先从碳原子2s轨道激发一个电子到空的2pz轨道上，形成4个未成对电子，即形成1s22s12px12py12pz1电子构型。一个2s和三个2p轨道杂化，组成sp3杂化轨道。452.3烷烃的结构46烷烃分子中的碳都是sp3杂化2.3烷烃的结构单个的sp3杂化轨道一头大，一头小。大头表示电子云偏向这一边，成键时重叠的程度就比不杂化的s轨道和p轨道都大，所以sp3杂化轨道形成的键比较牢固。472.3烷烃的结构四个sp3杂化轨道对称的分布在碳原子周围，对称轴之间的夹角为109.5°。这样的排布使价电子尽可能彼此离得最远，相互之间排斥力最小。48109.5°2.3烷烃的结构当4个氢原子沿着sp3杂化轨道对称轴方向接近碳原子时，氢原子的1s轨道可以同碳原子的sp3杂化轨道进行最大程度的重叠，形成四个等同的C-H键，因此甲烷分子具有正四面体的空间结构。49109.5°烷烃分子中的碳都具有正四面体的结构2.3烷烃的结构50甲烷分子中的碳氢键是沿着sp3杂化轨道对称轴方向发生轨道重叠而形成的，这种键的电子云分布具有圆柱形的轴对称，长轴在两个原子核的连接线上。凡是成键电子云对称轴呈圆柱形对称的键都称为“σ键”烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ键2.3烷烃的结构51

四个C-Hσ键六个C-Hσ键一个C-Cσ键2.3烷烃的结构52σ键的特点电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。σ键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以σ键可以自由旋转。2.3烷烃的结构C-C键长:0.154nm键能:345.6kJ/molC-H键长:0.110nm

键能:415.2kJ/mol

键角:109.5o

53乙烷2.3烷烃的结构C-C-C键角:112o

54丙烷当烷烃中的碳原子数大于3的时候，碳链就形成锯齿形状。2.3烷烃的结构这是由于σ键可以自由旋转的特性决定的。以σ键连接的两个碳原子可以相对旋转，从而形成不同的空间排布，即有不同的构象。可以相互转变。552.3烷烃的结构虽然烷烃碳链是曲折的，但为了书写方便，一般仍写成直链的形式。或者是写出锯齿形骨架，锯齿形线的角（120°）及其端点代表碳原子，不需写出氢原子，但除氢之外的其它原子必须写出。562.3烷烃的结构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。572.3烷烃的结构总结烷烃分子中的碳都是sp3杂化。烷烃分子中的碳都具有正四面体的结构。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是σ键。当烷烃中的碳原子数大于3的时候，碳链就形成锯齿形状。582.4烷烃的构象构象：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。在旋转过程中，各原子的相对位置不断发生变化。592.4烷烃的构象1）乙烷的构象（无数种）a.两种极端构象重叠式（由H-C-C-H组成的两面角为0o）交叉式（由H-C-C-H组成的两面角为60o）60重叠式交叉式2.4烷烃的构象（1）乙烷重叠式构象的表示方法重叠式构象61伞式锯架式纽曼式2.4烷烃的构象（1）乙烷交叉式构象的表示方法交叉式构象62伞式锯架式纽曼式2.4烷烃的构象（2）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析C-H键长C-C键长键角两面角两氢相距110.7pm154pm109.5o60o250pm110.7pm154pm109.5o0o229pm63重叠式交叉式2.4烷烃的构象当二个氢原子的间距少于240pm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。642.4烷烃的构象（2）乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析每个C-H、C-H重叠的能量约为4KJmol-1。E重叠

>E交叉

E=12.6KJmol-1即必须克服12.6KJmol-1的能垒才能完成从重叠式向交叉式的旋转。交叉式构象是乙烷最有利的构象。652.4烷烃的构象（3）乙烷构象势能关系图

以单键的旋转角度为横坐标，以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度，就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图为构象的势能关系图。6612.62.4烷烃的构象（3）乙烷构象势能关系图非键连相互作用：不直接相连的原子间的排斥力。稳定构象：位于势能曲线谷底的构象。扭转张力：非稳定构象趋向稳定构象会产生键的扭转，产生的张力。672.4烷烃的构象（3）乙烷构象势能关系图扭转能：扭转过程所需的能量。转动能垒：分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。构象是不可分离的。（室温时转速达1011次/秒）682.4烷烃的构象2正丁烷的构象势能关系图能量旋转角692.4烷烃的构象2正丁烷的构象势能关系图70较高能量4全重叠2，6部分重叠2.4烷烃的构象2正丁烷的构象势能关系图71较低能量3，5邻位交叉1=7对位交叉2.4烷烃的构象2正丁烷的构象势能关系图能量旋转角72沿C2-C3键轴旋转的转动能垒22.1kJ·mol-12.4烷烃的构象2正丁烷的构象势能关系图2,4,6是不稳定构象，1,3,5,7是稳定构象。1=7是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）732.4烷烃的构象（1）正丁烷的构象分布和能量计算

构象分布：在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。分子总是倾向于以稳定的构象形式存在。742.4烷烃的构象（1）正丁烷的构象分布和能量计算15%15%70%75正丁烷的构象以对位交叉式为主，全重叠式实际上不存在。2.4烷烃的构象（1）正丁烷的构象分布和能量计算

能量计算C-H，C-H重叠，4kJ/molC-CH3，C-CH3邻交叉，3.3kJ/molC-CH3，C-H

重叠，13.3kJ/molC-CH3，C-CH3重叠，22.1kJ/mol762.4烷烃的构象高级烷烃的碳链呈锯齿形由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。772.5烷烃的物理性质外观：状态，颜色，气味物理常数：沸点（b.p.) 熔点（m.p.)

折光率(n) 比旋光度[α]λ

密度（D）溶解度偶极矩（μ）μ=qd

光谱特征782.5烷烃的物理性质①状态79

常温、常压(0.1MPa)C5～C17：液态C1～C4：气态＞C17：固态直链烷烃2.5烷烃的物理性质沸点（b.p）:化合物的蒸气压与外界压力达到平衡时的温度。取决于分子间的引力。引力小，蒸气压高，只需要很少的能量就能提高到外界相等，即达到沸点，因此沸点较低。反之，沸点较高。802.5烷烃的物理性质直链烷烃:M↑，b.p↑；庚烷：～100℃(98.4)℃。

解释：烷烃分子依靠分子间力(vanderWaals)吸引在一起，分子的大小影响引力的大小，随着烷烃M的增加，分子间作用力也增加，沸点相应增高。812.5烷烃的物理性质82直链烷烃的沸点2.5烷烃的物理性质相邻同系物的沸点差(Δb.p)，随M↑，Δb.p↓。

832.5烷烃的物理性质支链烷烃(同分异构体)

同数碳原子的构造异构体中，分子的支