有机化学02胡市公开课一等奖百校联赛特等奖课件

第二章烷烃(Alkanes)1第1页一.烷烃同系列和异构二.烷烃命名三.烷烃构象四.烷烃物理性质五.烷烃反应六.烷烃制备第二章烷烃

(Alkanes)2第2页概述：烃是指只含有碳和氢两种元素化合物。烷烃指含有通式为CnH2n+2碳氢化合物。烷烃是一类饱和烃，分子中除碳碳键外，其它键被氢饱和。即碳原子结合氢原子数目已到达饱和程度。主要起源：天然气和石油。用途：可作为燃料，也是当代化学工业原料。分类：环状烃链状烃3第3页一.烷烃同系列和异构(Homologousseriesandisomerismofalkanes)1.同系列CnH2n+2n为碳原子个数n分子式结构式命名乙烷C2H6CH3CH32甲烷CH41CH4C3H8CH3CH2CH33丙烷正丁烷、异丁烷C4H1042正戊烷、异戊烷、新戊烷C5H1253654第4页CnH2n+2n为碳原子个数n分子式结构式命名107515434720366319935系差：CH2同系列：凡含有一个通式，结构相同，化学性质相同，物理性质伴随碳原子数增加而有规律性改变化合物系列。5第5页同系物：同系列中各个化合物彼此互称同系物。结构异构体：分子式相同，分子中原子相互连接方式和次序不一样异构体。结构：指分子中原子相互连接方式和次序。构型异构体——构型——构象——构象异构体——6第6页2.碳原子和氢原子类型叔碳（3°）：与一个氢原子相连碳。仲碳（2°）：与两个氢原子相连碳。伯碳（1°）：与三个氢原子相连碳。季碳：与四个碳原子相连碳。叔氢：与叔碳相连氢原子。仲氢：与仲碳相连氢原子。伯氢：与伯碳相连氢原子。7第7页季碳伯碳仲碳叔碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳8第8页二.烷烃命名(NomenclatureofAlkanes)1.普通命名（习惯命名法）以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。正表示直链：异表示有以下结构支链：新表示分子中有季碳原子：9第9页新戊烷正己烷例：异己烷新己烷10第10页2.系统命名法（IUPAC）IUPAC：InternationalunionofpureandappliedchemistryCCS：Chinesechemicalsociety上述结构无法用普通命名（习惯命名法）法命名1).直链烷烃以烷作为母体，十个碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十个碳原子以上用数字表示。11第11页辛烷十一烷2).支链烷烃①.烷基命名烷基：烷烃分子中取掉一个氢剩下部分。甲基乙基丙基Me（Methyl）Et（Ethyl）n-Pr（Propyl）12第12页异丙基丁基异丁基仲丁基叔丁基i-Pr（isopropyl）n-Bu（Butyl）i-Bu（isobutyl）s-Bu（sec-butyl）t-Bu（tert-butyl）13第13页异戊基（isopentyl）叔戊基（tert-pentyl）新戊基（Neopentyl）仲戊基（sec-pentyl）14第14页②.支链烷烃命名规则:a.选主链:选最长、取代基最多碳链作主链。b.编号：从离取代基最近一端编号，并满足最低系列标准。2,2,3-2,3,3-15第15页c.若主链上有几个取代基时，应按“次序规则”，较优基团后列出。甲基乙基丙基丁基异丁基戊基异丙基新戊基仲丁基叔丁基异戊基列在后面是较优基团3,3,4,5-四甲基-4-乙基庚烷3,4,5,5-四甲基-4-乙基庚烷16第16页d.写法位次取代基位置用阿拉伯数字，数字间用逗号隔开（半字线）取代基名称相同取代基合并起来，用一、二、三表示母体123452,2,4-三甲基戊烷例：2,5-二甲基-4-异丙基庚烷17第17页12345672,3,5-三甲基-4-丙基庚烷2-甲基-4-仲丁基-4-叔丁基辛烷18第18页2,6,6-三甲基-3-乙基辛烷123456782,7,8-三甲基癸烷19第19页三.烷烃构象(ConformationofAlkanes)概述：a.构象：指分子中原子或原子团因为围绕单键旋转而产生分子中原子在空间不一样排列。b.构象异构体：分子组成相同，结构式相同，因构象不一样而产生异构体。c.构象异构体表示方法：透视式（伞形式，锯架式），纽曼投影式20第20页以乙烷重合式构象说明：伞形式锯架式透视式：21第21页纽曼投影式：d.注意：构象异构体相互转换不需发生共价键断裂。分子构象异构体有没有数个，无法画出，采取抓两头，选中间（选内能最高及最低构象），中间选几个经典。22第22页1.乙烷构象扭转角：ABCDφ121223第23页②.φ=60°①.φ=0°③.φ=120°④.φ=180°⑤.φ=240°⑦.φ=360°⑥.φ=300°24第24页从乙烷构象可看出：①.扭转角φ由0°逐步变到360°可得到无数个构象，它们之间差异在于原子在空间排列不一样。②.扭转角φ=0°120°240°360°为重合式φ=60°180°300°为交叉式重合式、交叉式构象为乙烷两个经典构象，其它构象处于这两个构象之间。③.重合式中两个碳原子上C—H键相距最近，能量较高，不稳定。交叉式中两个碳原子上C—H键相距最远，能量较低，稳定。25第25页④.能量曲线图⑤.乙烷有没有数个构象，乙烷最稳定构象是交叉式。12kj/mol①②③④⑤⑥⑦26第26页2.丁烷构象①.φ=0°②.φ=60°③.φ=120°④.φ=180°⑤.φ=240°⑥.φ=300°⑦.φ=360°27第27页从丁烷构象可看出：①.扭转角φ由0°逐步变到360°可得到无数个构象，其中有四种经典构象。φ=60°300°为顺交叉式。C2上CH3与C3上CH3离相对较近，斥力相对较大，稳定性不如④。φ=120°240°为部分重合式。C2上CH3与C3上CH3离较近，斥力也较大，较不稳定。②.扭转角φ=180°为反交叉式。C2上CH3与C3上CH3离最远，斥力最小，能量最低，最稳定。φ=0°为全重合式。C2上CH3与C3上CH3离最近，斥力最大，能量最高，最不稳定。28第28页③.能量曲线图⑥15.9kj/mol3.7kj/mol①②③④⑤⑦④.丁烷有没有数个构象，最稳定构象是反交叉式。29第29页2.高级烷烃构象锯齿状排列，其中C-H都处于交叉式，碳链看起来像锯齿。最稳定构象是：整个碳链是锯齿状。30第30页31第31页32第32页四.烷烃物理性质(PhysicalPropertiesofAlkanes)（自学）五.烷烃反应(ChemicalReactionsofAlkanes)1.卤化反应概述：烷烃和卤素（Cl2、Br2）在暗处不发生反应，但在光照时反应猛烈甚至引发爆炸。卤化反应：烷烃分子中氢原子被卤素取代反应。例：33第33页注意：得到混合物，控制条件，可使某一个产物占主要。合成上无价值，主要性在于机理研究。1).氯化反应机理反应机理：反应经历过程。是综合试验事实作出理论假设。公认机理，能够解释试验事实。链引发34第34页链增加链终止……35第35页①.含有链引发、链增加、链终止反应在化学上叫自由基反应（自由基链反应，连锁反应）。②.决定反应速度步骤是链增加反应中夺氢过程③.不一样卤素反应活性氟＞氯＞溴＞碘④.各种氢相对反应活性结论：叔氢＞仲氢＞伯氢36第36页6个伯氢所得2个仲氢所得仲氢/伯氢=仲氢反应活性是伯氢4倍。36%64%叔氢/伯氢=叔氢反应活性是伯氢5倍。37第37页解释：三种氢键裂解能为：1°C-H410.3Kj/mol2°C-H397.7Kj/mol3°C-H389.4Kj/mol键裂解能越小，键越弱，越易均裂。⑤.选择性（卤素对取代反应选择性）因为有机反应副反应多，若反应选择性大，得到几个可能产物所占百分比差异大。若反应选择性小，得到几个可能产物所占百分比差异小。38第38页43%57%3%97%在氯化反应中：仲氢/伯氢在溴化反应中：仲氢/伯氢在溴化反应中，仲氢比伯氢活性大多。所以溴化含有很高选择性，在合成上有应用价值。39第39页2).烷基自由基稳定性在自由基链反应中，决定速度步骤中中间体是烷基自由基，自由基越稳定，反应越易进行。99.5%例：结论：＞＞＞解释：①.键裂解能439.6Kj/mol40第40页键裂解能越小，键越弱，越易均裂，自由基越易形成，即自由基稳定。410.3Kj/mol397.7Kj/mol389.4Kj/mol41第41页②.超共轭效应定义：烷基上碳原子与体主动小氢原子结合，对电子云屏蔽作用很小，所以C-H上σ电子比较轻易与邻近π电子（或P轨道）共轭，使电子重新分配，基团稳定。这种σ键与π键（或P轨道）共轭称为超共轭效应，σ键与π键共轭叫σ-π超共轭效应，σ键与P轨道共轭叫σ-p超共轭效应。42第42页.sp2.sp2sp3有3个C-Hσ电子同P轨道交盖43第43页有9个C-H键σ电子同P轨道交盖靠近sp2.靠近sp2有6个C-H键σ电子同P轨道交盖44第44页3).甲烷氯化反应能线图在甲烷氯化反应中，决定反应速度步骤是链增加反应中第一步：夺氢过程过渡态45第45页△HφEact反应坐标Ekj/mol吸热反应链增加反应中第一步链增加反应中第二步放热反应（放出大量热）△Hφ≠E1act反应坐标Ekj/mol46第46页过渡态：在能线图峰顶，无法证实。中间体：在能线图峰谷，试验方法可证实。活化能：过渡态与初始态之间能量差。反应热：生成物与反应物之间能量差。正值为吸热，负值为放热。2.氧化反应热量合成上无意义，但能作燃料。当不完全燃烧时，生成碳黑，在橡胶应用中广泛。47第47页3.热解反应热解反应：化合物在热作用下分解。煤油：C11-C16烷烃柴油：C15-C18烷烃汽油：C5-C12烷烃C5-C12烷烃汽油48第48页4.硝化反应5.磺化反应注意：会用生成热（△Hfφ）计算反应焓变。键裂解能（DHφ）计算反应焓变。49第49页2.武慈(Wurtz)反应六.烷烃制备(PreparationsofAlkanes)1.格利雅试剂（Grignard）水解用于制备特殊烷烃。格利雅试剂50第50页

格林雅（VictorGrignard,1871—1935,法国化学家）

格林雅试剂是有机化学工作所熟知最有用和最多功效试剂之一，它是由法国化学家格林雅发觉。

格林雅1871年生于法国塞堡(CherbourgFrance)。在里昂(Lyons)他跟L.Bouceault学习一年后，在巴比埃(P.A.Barbier)指导下攻读博士学位。19他在巴比埃指导下着手把金属镁用于缩合反应研究。他很快发觉一个卤代烷与镁在绝对乙醚中反应，在没有任何副反应情况下，这个反应就能顺利完成。19格林雅发表关于混合有机镁化合物论文，并把有机镁应用到合成羧酸、醇和烃类化合物。这个发觉主要性是每个化学家所共知。在里昂和以后在南锡(Nancy)，格林雅继续研究有机镁化合物。在南锡他成为有机化学教授。19他回到里昂接替巴比埃任化学系主任。因为格林雅创造了格林雅试剂于19取得了诺贝尔奖金。返回51第51页武慈（CharlesAdolp