烷烃和环烷烃.ppt

1、第二章,烷烃与环烷烃 自由基取代反应,烃：由碳氢两种元素组成的化合物,R-H,1分类、构造异构和碳原子的级,二、 构造异构,同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。 构造异构体：具有相同分子式, 分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。例如：戊烷C5H12有三种构造异构体：,三、碳原子的级,思考题：,1. C6H14的烷烃的构造异构体中各碳原子的级别 2. 写出分子式为C8H18且只有伯氢烷烃的构造式。,2 命名,一、普通命名法 （适用于简单化合物）,110个碳的烷烃, 词头: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。,碳架异构体用正、异、新等词头

2、区分,思考题：,在C6H14的构造异构体中，哪几种异构体不能用普通命名法命名 ?,二、 系统命名法（IUPAC命名法）,（1） 直链烷烃 根据碳原子数称某烷，前面不加“正”。,（二）含支链的烷烃的系统命名,把其看作直链烷烃的衍生物，把支链作为取代基。在整个名称中包括母体和取代基两部分，取代基部分在前，母体部分在后。,1.常见的烷基,烷烃分子中去掉一个氢原子留下来的原子团称烷基，通式为CnH2n+1，常以R-表示,2.主链的选择,(1). 最长碳链做为主链，根据主链碳称某烷 (2). 当分子中有几种等长碳链可选择时，应选择含取代基多的碳链为主链,3.主链的编号,从靠近取代基一端开始，用阿拉伯数字

3、对主链碳原子依次编号，使取代基编号的位次最小，即要符合最小系列原则。例如：,有几种不同编号系列时，顺次逐项比较各系列的位次，取最先遇到位次最小者的该编号系列。 废除“和”最小原则 ！,3,4,9-三甲基癸烷(和=16) 2,7,8-三甲基癸烷(和=17),4.书写名称的规则,取代基在前，母体在后；取代基的位次用阿拉伯数字表示，写在取代基名称前面；有几种取代基时，表示这些取代基的阿拉伯数字之间应加一个逗号；有几个相同的取代基时，将其名称并在一起，它的数目用汉字表示，写在该取代基的名称和位次之间；阿拉伯数字与汉字之间应加一短线“-”。如：,有几种不同取代基时，名称的先后顺序应按“次序规则（sequ

4、ence rule）” 排列，优先基团列在后面。 几种烷基的先后次序：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、异戊基、异丁基、新戊基、异丙基、仲丁基、叔丁基。,有选择时，优先给予小基团较小编号,6-甲基-3-乙基辛烷 3-甲基-6-乙基辛烷,（三）含复杂支链烷烃的系统命名,选烷基最长链时从与主链直接相连的碳原子开始，编号亦要从该碳原子开始，然后将复杂支链的名称作为一个整体放在括号内，括号外冠以其在主链的位次。如不采用括号，则可用带撇的阿拉伯数字表示支链上取代基的位次。,1、将下列化合物用系统命名法命名,思考题：,3结构,一、烷烃的结构 碳为sp3杂化，碳氢之间以 键相连,键: 轨道之间头对头重叠形成的键

5、,特点: 1、可以自由旋转； 2、重叠程度大,键比较牢固； 3、电子云分布于两原子之间,不易受 外界环境影响,不易发生化学反应。,4 构象,围绕键旋转所产生的分子的各种立体形象称为构象（comformation） 一、乙烷的构象,乙烷分子的棒球模型 （a）重叠式构象 （b）交叉式构象,（a） （b）,描述立体结构的几种方式,围绕乙烷CC 键旋转时分子的构象和能量变化,扭转张力 torsional strain: 12.6 kJ/mol, 重叠式中两个碳原子上的CH键靠得较近，成键电子间的排斥作用,一般情况下( T - 250 oC): 单个分子：绝大部分时间在稳定 构象式上。 一群分子：某一时

6、刻，绝大多数 分子在稳定的构象式上。,二、丁烷的构象,甲基间距离最近，最不稳定,甲基间距离最远，最稳定,较稳定,较不稳定,四种构象稳定性的次序为：,对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式,围绕丁烷C2C3 键旋转时分子的构象和能量变化,5 物理性质,取决于它们的结构和分子间的作用力 一、分子间作用力（intermolecular force）,二、沸点、熔点、密度和和溶解度,（一）沸点 物态：气体(C1 C4)、液体(C5 C17)、固体(C18 ) 沸点(b.p.)：对正烷烃而言，碳原子数增多，沸点升高。同分异构体中，取代基越多，沸点降低越多。,分子接触面积大,分子接触面积小,（二）熔

7、点 取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度 （1） 随相对分子质量增大而增大。 （2） 偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值大 （3）相对分子质量相同的烷 烃，支链增多，熔点下降。 （三） 相对密度：均小于1 g/ml。碳原子数增多，密度增大。 （四） 溶解度：相似相溶,6 化学反应,烷烃的化学性质,化学性质取决于分子的结构。C-C、C-H键，键能较大，极性较小，烷烃稳定。高温、光照等条件下烷烃具有反应活性。 一、氧化和燃烧,生产肥皂的原料,用作能源,二、热裂反应,生产燃料、低分子量的烷烃和烯烃等化工原料,三、甲烷的卤代反应,甲烷的氯代反应,反应条件：,加热或光照 不加控制时：混合物 甲烷过量：

8、主要产物为氯甲烷 Cl2过量：主要产物为四氯化碳,甲烷与其它卤素的反应:,反应速率: F2 Cl2 Br2 I2 (不反应) F 代：反应过分剧烈、较难控制 Cl 代：正常 Br 代：稍慢 I 代: 不反应。要使反应顺利进行必须加氧化剂,四、甲烷卤代的反应机理,需要解释的几个问题： 为何需要光照或加热？ 为何光照时，吸收一个光子可产生几千个 CH3Cl？(存在反应链现象) 为何有 O2 时反应有延迟现象？,（一）、自由基链锁反应（free radical chain reaction）,O2的存在为什么会延迟反应的进行？,O2的实质：双自由基,O2是自由基抑制剂！,（二）甲基自由基的结构,甲基

9、自由基的结构,三个键在同一平面上 单电子所占的p轨道与键的平面垂直,（三）甲烷卤代反应过程中的能量变化,1反应热和活化能,反应热（H ）：断裂的旧键的键离解能之和与形成的新键的键离解能之和的差。,甲烷卤代反应的反应热H （kJ/mol）,活化能 （Ea） ：使反应得以进行所需的最低 能量，是反应物与过渡态之间的能量差，决定反应速度。,过 渡 态 和 活 化 能,. 甲烷氯代反应中的能量变化,决速步,甲烷氯代反应中，链增长阶段的能量变化图,思考题：,（1）写出下列反应的反应机理。,甲烷与其它卤素反应过程中的能量变化,步（2）活化能的大小次序为: 碘代溴代氯代氟代 甲烷卤代反应中卤素的反应活性次序

10、为: 氟代氯代溴代碘代,过渡态理论解释活化能大小的次序 在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点(所需能量为活化能，相应结构称为过渡态)，然后再转变为产物,过渡态：反应物和产物的中间状态， (推测的)势能最高处的原子 排列，寿命为0，无法分离得到。 中间体：反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，中间体 很活泼，但可通过实验方法观察到。,五、其他烷烃的卤代反应,（一）几种氢的相对反应活性 1. 氯代反应,2H1H = （55/2）（45/6） = 3.81.0 氢的活性 2H 1H,3H1H =（36/1）（64/9）= 5.01.0,反应活性 3H2H1H = 53.81,2、

11、溴代反应,3H2H1H = 1600821,溴对三种氢有较大的选择性,（二）烷基自由基的相对稳定性,CH的离解能及其大小的次序如下：,自由基相对稳定性次序:,中心碳原子所连烷基越多，自由基越稳定,（三）卤素对几种氢的选择性,氢的活性:3H 2H 1H 氯代:5.03.81.0 溴代:1600821,活性小的试剂有 较强的选择性,第二节 环烷烃,一 分 类,环丁烷有四种构造异构体：,二 构造异构,三、环烷烃的系统命名,1单环烷烃的系统命名 以与环碳原子总数相应的烷烃命名，前面冠以前缀“环”字，环碳原子以顺时针或逆时针的方向编号，使环上取代基的位次最小。如：,环上带有复杂取代基时，也可将环作为取代

12、基命名。如：,2螺桥烷烃的系统命名,根据螺环上碳原子的总数叫做螺某烷，并在“螺”字和某烷间插入方括号，用阿拉伯数字标示螺原子所夹碳链上碳原子的数目（不包括螺原子），数字从小到大排列，并在下角用圆点隔开。环碳原子编号时，从螺原子邻位的碳开始，沿较小的环编号，并使环上取代基的数字最小。,3桥环烷烃的系统命名,编号方法与螺环化合物的区别：从桥头碳开始，先长链后短链 命名的区别：中括号里数值由大到小,桥头碳：几个环共用的碳原子 环的数目：断裂二根CC键可成链状烷烃为二环； 断裂三根CC键可成链状烷烃为三环,思考题：,命名下列化合物,五、环己烷的构象 （一）椅式和船式等构象 两种典型的结构表达式 (互为构象异构体 conformer),椅式： 船式：,环己烷的其它构象式,环己烷构象势能图,椅式构象中的竖键和横键,（a键）,竖键,横键,(e键),a键垂直于环平面 e键分布于环平面的四周 C-H：a键 C-H：e键,环己烷椅式构象的画法,加竖键(a键),加竖键(a键),加氢,加横键(e键),加横键(e键),加横键(e键),加氢,椅式构象的翻环作用,翻转后，a 键转变为 e 键，而 e 键转变为 a 键,写出