有机化学课件第2章烷烃

基本概念烃：只含有C、H的有机化合物。烷烃：分子中C之间以单键连接的开链烃，通式为同系列：具有同一通式，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物。同分异构体：分子式相同，结构不同的化合物。构造异构：分子中各原子的连接次序不同。CnH2n＋2。第一节烷烃的同系列和构造异构第1页/共37页第一页，共38页。正丁烷

bp:-0.5℃mp:-138.3℃异丁烷

bp:-11.7℃mp:-159.4℃构造异构体之间的的物理性质不同第2页/共37页第二页，共38页。甲烷的正四面体烷烃的结构

110pm第3页/共37页第三页，共38页。

凯库勒模型：用不同的颜色的小球代表各种原子，用短棒表示化学键。凯库勒模型使用方便、能清楚地看出原子在空间的相对的位置和几何特征，不能准确地表示原子的大小比例和键长。

斯陶特模型:根据分子中各个原子的大小比例和键长按一定的比例放大制成的，能准确的表示原子的大小比例，但是价键的空间分布情况不容易看清楚。第4页/共37页第四页，共38页。丁烷的凯库勒模型（球棒模型）丁烷的斯陶特模型第5页/共37页第五页，共38页。正己烷第6页/共37页第六页，共38页。第二节烷烃的命名一.碳原子类型：伯(1º)、仲(2º)、叔(3º)、季(4º)碳氢原子按所连的碳原子分为：伯(1º)、仲(2º)、叔(3º)氢伯(1º)仲(2º)叔(3º)季(4º)第7页/共37页第七页，共38页。练习：标出伯、仲、叔、季碳原子第8页/共37页第八页，共38页。二.烷烃的命名1.普通命名法（1）C原子数的确定：n≤10“天干”（甲,乙,丙,丁,戊,己,庚,辛,壬,癸）

n10十一、十二……等。（2）直链烷烃为正某烷例如（3）简单的支链烷烃例如正戊烷新戊烷异戊烷第9页/共37页第九页，共38页。2.烷基：烷烃分子RH中去掉一个H原子，剩余的基团，常用R－来表示。甲基（Me-）乙基（Et-）正丙基（n-Pr-）异丙基（i-Pr-）叔丁基（t-Bu-）异丁基（i-Bu-）仲丁基（s-Bu-）新戊基常见烷基（P25）第10页/共37页第十页，共38页。3.系统命名法（1）选主链：选取含支链最多的最长碳链为主链，确定母体，称“某烷”。（2）编号：从离支链最近的一端对主链碳原子编号或遵循最低序列规则。取代基母体第11页/共37页第十一页，共38页。（3）命名：先取代基后母体的顺序，取代基按次序规则排列，较优基团后列出，相同取代基合并。次序规则（P84）

a.原子序数较大的基团优先。b.如果取代基的第一个原子相同，采用外推法比较后面的原子。(CH3)3C–>(CH3)2CH–>CH3CH2–>CH3–(C,C,C)(C,C,H)(C,H,H)(H,H,H)c.以双键、三键相连原子可以看成是与两个或三个相同原子相连。第12页/共37页第十二页，共38页。例：2,4-二甲基-3-乙基己烷3-甲基-4,7-二乙基壬烷3-甲基-4-异丙基-6-(1,2-二甲基丙基)癸烷第13页/共37页第十三页，共38页。构象：由于单键的旋转而产生的分子中原子在空间的不同排列方式称为构象（conformation）。围绕C-Cσ键旋转产生无穷多的构象，一般研究典型的极限构象。σ第三节烷烃的构象第14页/共37页第十四页，共38页。

描述立体结构的几种方式透视式锯架式Newman投影式扭转角（P28）第15页/共37页第十五页，共38页。1.乙烷的构象a.重叠式－最不稳定构象b.交叉式－最稳定构象范德华半径之和第16页/共37页第十六页，共38页。乙烷的构象能量转化图12kJ/mol第17页/共37页第十七页，共38页。CH3HHHCH3HC2旋转60°1234CH3HHHHH3CCH3HHHHH3C60oCH3HHCH3HH60o60oCH3HHCH3HH2.丁烷的构象反交叉式（最稳定）部分重叠式（较不稳定）顺交叉式（较稳定）全重叠式（最不稳定）顺交叉式……第18页/共37页第十八页，共38页。稳定性为：反交叉式＞顺交叉式＞部分重叠式＞全重叠式

丁烷构象转换与位能关系图第19页/共37页第十九页，共38页。丁烷典型构象的球棒模型反交叉部分重叠顺交叉全重叠第20页/共37页第二十页，共38页。高级烷烃的构象：相邻碳对位交叉第21页/共37页第二十一页，共38页。物质的物理性质主要包括状态、气味、颜色、沸点、熔点、密度、折光率和溶解度等。状态：常温(25℃)常压(760mmHg)下，密度：烷烃的密度都小于1(0.424-0.780)溶解度：烷烃不溶于水，易溶于非极性有机溶剂。直链烷烃C1~C4

气体，C5～C16

液体，≥C17

固体第四节烷烃的物理性质第22页/共37页第二十二页，共38页。分子间相互作用力P33偶极-偶极相互作用极性分子之间的一种相互作用H—ClH—Cl+-+-偶极-偶极相互作用的结果，分子之间结合得较牢固。例如，丙酮（M58）b.p.56℃丁烷（M56）b.p.-0.5℃第23页/共37页第二十三页，共38页。verderWaals力（色散力）P33普遍存在于有机化

合物分子或原子间的相互作用力+-+-AB诱导偶极-诱导偶极作用力非极性分子间只有范德华力

色散力与分子中原子的数目和大小约成正比对物理性质如沸点、溶解性的影响第24页/共37页第二十四页，共38页。氢键

当H与电负性很强且原子半径较小的原子（如N，O，F等原子）相连时，电子云偏向电负性较大的原子，使H变成近乎氢正离子状态，与另一电负性很强的原子发生静电吸引作用，使氢原子在两个电负性很强的原子之间形成桥梁，这样形成的键称为氢键，其本质也是一种很强的偶极-偶极相互作用。氢键特点：饱和性

方向性（与未共用电子对的对称轴一致）形成氢键必须具备的条件：（1）分子中有H原子（2）X-H…Y中的X和Y原子元素的电负性大，半径小，且有孤电子对一般地，只有N、O、F三种元素才能满足第二个条件。羧酸、醇、胺以及蛋白质和某些合成高分子化合物等物质的分子（或分子链）之间都存在有氢键。因为这些物质的分子中含有F-H、O-H或N-H键。第25页/共37页第二十五页，共38页。水分子间形成的氢键对物理性质如沸点、溶解性的影响分子间作用力大小顺序：氢键＞＞偶极-偶极吸引力＞范德华力第26页/共37页第二十六页，共38页。沸点:(i)直链烷烃随分子量增加有规律升高

(ii)同数碳的烷烃异构体，直链的沸点最高，支链越多沸点越低。熔点:(i)随分子量增加而升高

(ii)含偶数碳的烷烃高于相邻含奇数碳的烷烃

(iii)

熔点不仅取决于分子大小，而且与分子在晶格中排列有关，支链低于直链异构体，分子对称性好，熔点高第27页/共37页第二十七页，共38页。五.烷烃的化学性质

CH

电负性2.52.2

烷烃的结构

sp3

杂化已饱和不能加成低极性共价键H酸性小不易被置换烷烃中仅含有C-C键和C-H键，分子无极性或极性很弱，化学性质不活泼。常温下与强碱、强酸、强氧化剂、强还原剂不反应，但稳定性是相对的。取代反应氧化反应异构化反应裂化反应第28页/共37页第二十八页，共38页。1.燃烧有机化学中，有机化合物分子中※引入氧或者脱去氢的反应，称为氧化反应；※失去氧或者引入氢的反应，称为还原反应。燃烧——完全氧化，生成二氧化碳和水氧化——部分氧化，碳键断裂，生成醇、醛、酮、酸等含氧有机化合物的混合物。反应通式：燃烧热：1摩尔烷烃完全燃烧放出的热量，不同的烷烃异构体，燃烧热越低，越稳定。（见P36表2.3）总结：支链烷烃比直链烷烃稳定；支链越多越稳定。CnH2n＋2＋(3n+1)/2O2nCO2+(n+1)H2O+Q生成热（P37）第29页/共37页第二十九页，共38页。化合物受热分解称为热解。烷烃热解，C-C键均裂，生成两个自由基，自由基是活性中间体，可以相互结合、歧化（P38）。2.烷烃的热解键裂解能（KJ/mol）：共价键均裂生成自由基所需要的能量。CH3-CH3-376.8C2H5-360.1i-C3H7-360.1t-C4H9-351.7C-C键裂解能（KJ/mol）第30页/共37页第三十页，共38页。3.烷基自由基的稳定性顺序:叔>仲>伯（P39）例:＞烷基自由基的中心碳原子接近SP2杂化第31页/共37页第三十一页，共38页。•CH2Cl+Cl2CH2Cl2+Cl•Cl•+CH3Cl•CH2Cl+HCl•CH3+

Cl2CH3Cl+Cl•Cl•+CH4

•CH3+

HCl4.卤代反应a.反应通式：hν或△b.X2反应活性：F2＞Cl2＞Br2＞I2c.反应机理：自由基取代反应i.链的引发Cl—Cl

Cl•

+Cl•h或ii.链的增长iii.链的终止Cl•+Cl•Cl2Cl•+•CH3CH3ClCl•+•CH2ClC2HCl2•CH3+•CH3CH3CH3

第32页/共37页第三十二页，共38页。链传递1的反应过程链传递1的反应过程能量变化第33页/共37页第三十三页，共38页。链传递反应过程能量变化第34页/共37页第三十四页，共38页。d.反应选择性：影响因素：（1）烷基自由基稳定性＞＞＞烷烃分子中H被取代活性：

3oH

>2oH>1oH>CH4（2）卤素选择性：Br2＞

Cl2（43%）（57%）第35页/共37页第三十五页，共38页。氢的活性：