無機化學-烷烴(Alkanes)PPT課件.ppt

第二章烷烴（Alkanes）,烴（Hydrocarbons）,脂肪族（Aliphatic）芳香族（Aromatic),烷烴（Alkanes)烯烴(alkenes)炔烴(alkynes)環(huán)烷烴(Cyclicalkanes),1,一、同系列（homologousseris）、同系物（homologs）、通式（generalformula）二、同分異構(gòu)（isomerism）：構(gòu)造異構(gòu)具有相同分子式，僅由于組成分子的原子間連接順序和方式不同引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象。烷烴：碳架異構(gòu),2,三、碳原子和氫原子的分類,1：與一個碳相連，伯（primary）碳原子，或一級碳（1）4：與二個碳相連，仲（secondary）碳原子，或二級碳（2）3：與三個碳相連，叔(tertiary)碳原子，或三級碳（3）2：與四個碳相連，季（quaternary）碳原子,或四級碳（4）,3,四、命名,1、普通命名法110個碳：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬和癸表示11個碳以上：十一烷，十二烷,異（iso）新（neo）,4,2、系統(tǒng)命名法（IUPAC）InternationalUnionofPureandAppliedChemistry（1）選主鏈：選擇烷烴分子中最長的連續(xù)碳鏈作為主鏈，按其碳原子數(shù)稱某烷。（2）編號：從靠近取代基一端開始，用阿拉伯數(shù)字對主鏈碳原子依次編號。（3）取代基書寫：相同取代基合并，用漢字表明數(shù)目；不同取代基按“次序規(guī)則”排列，優(yōu)先基團在后。（英文按字母順序排列）（4）分子中有幾種等長碳鏈可選擇時，應選擇含取代基多的碳鏈為主鏈（5）復雜取代基的命名,5,CH3CH2CH2正丙基n-propyln-Pr異丙基iso-propyli-Pr,CH3CH2CH2CH2正丁基n-butyln-Bu仲丁基sec-butyls-Bu(CH3)2CHCH2異丁基iso-butyli-Bu(CH3)3C叔丁基tert-butylt-Bu(CH3)3CCH2新戊基neo-pentyl,取代基名稱：CH3甲基methylMeCH3CH2乙基ethylEt,6,五、烷烴的結(jié)構(gòu),楔線式棒球模型斯陶特模型,7,Sp3雜化軌道,基態(tài)激發(fā)態(tài),8,9,鍵的特點：（1）軸向重疊，重疊程度大，較牢固，（2）可自由旋轉(zhuǎn)，不改變重疊程度。,10,六、物理性質(zhì)(physicalproperties）,分子鍵作用力（Intermolecularforce）1、偶極偶極（dipole-dipole）相互作用2、范德華力（Vanderwaals）3、氫鍵（Hydrogenbond）有機化合物的物理性質(zhì)取決于它們的結(jié)構(gòu)和分子間的作用力烷烴分子間作用力主要是范德華力,11,1、沸點（boilingpoint）直鏈烷烴的沸點隨分子中碳原子數(shù)增加而增高。同分異構(gòu)體中，含直鏈的異構(gòu)體比含支鏈的異構(gòu)體沸點高，支鏈越多，沸點越低。2、熔點（meltingpoint）直鏈烷烴熔點隨分子量的增加而升高。同分異構(gòu)體中，含直鏈的異構(gòu)體比含支鏈的異構(gòu)體熔點低，支鏈越多，分子越對稱，分子在晶格中的排列越緊密，熔點越高。,12,3、密度（density）烷烴的密度均小于1。4、溶解性（solubility）不溶于極性的水，溶于低極性的有機溶劑（苯及四氯化碳等）。,13,七、化學性質(zhì)1、烷烴的鹵代反應（1）甲基的氯化,（2）鹵代反應機理自由基鏈鎖反應,14,15,（3）甲烷與其它鹵素反應鹵素的相對活性：F2Cl2Br2I2,16,（4）鹵素與其它烷烴的反應,17,18,三種氫的反應活性次序：3H2H1自由基相對穩(wěn)定性次序如下：,19,八、構(gòu)象（Conformation）,圍繞鍵旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的分子的各種立體形象不同構(gòu)象稱構(gòu)象異構(gòu)體（conformationalisomersorconformers）（一）乙烷的構(gòu)象,20,楔線式,鋸架式,紐曼投影式,交叉式重疊式,21,扭轉(zhuǎn)張力(torsionalstrain)優(yōu)勢構(gòu)象：交叉式,22,丁烷的構(gòu)象：,23,24,全重疊鄰位交叉部分重疊對位交叉部分重疊鄰位交叉全重疊,穩(wěn)定性：對位交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式優(yōu)勢構(gòu)象：對位交叉式,25,第三章烯烴(Alkene)和環(huán)烷烴(Cycloalkane)第一節(jié)烯烴一、結(jié)構(gòu)1、sp2雜化：,26,27,2、乙烯的結(jié)構(gòu)：,28,29,30,二、同分異構(gòu)三、命名：烯烴的系統(tǒng)命名是選擇含碳碳雙鍵的最長碳鏈作為主鏈，按其碳原子數(shù)稱某烯。在編號時必須從靠近雙鍵一端編起，使表示雙鍵位置的數(shù)字盡可能最小，然后將雙鍵中編號，將較小那個碳原子的序號寫在某烯前面，以表示雙鍵在碳鏈中的位置。表示取代基名稱和位置等原則與烷烴類似。四、物理性質(zhì),31,五、烯烴的化學性質(zhì),（一）加成反應（AdditionReactions）,32,1.加氫催化氫化（catalytichydrogenation）,催化劑：鉑、鈀、RaneyNi等,2.與鹵化氫加成（AdditionofHydrogenHalides）,烯烴穩(wěn)定性：反-2-丁烯順-2-丁烯1-丁烯一般同類烯烴中，雙鍵碳上所連烷基越多越穩(wěn)定,33,鹵化氫對烯烴加成的活性次序：HIHBrHCl,馬爾可夫尼可夫規(guī)則（Markovnikovrule)馬氏規(guī)則,不對稱烯烴與鹵化氫加成時，鹵化氫中的氫總是加到含氫較多的雙鍵碳原子上，鹵原子則加到另一雙鍵碳原子上。,34,親電性試劑（electrophilicreagent）：缺少電子，迫切需要得到電子的試劑。由親電性試劑進攻發(fā)生的（加成）反應稱親電性（加成）反應（electrophilicreaction,electrophilicadditionreaction)。,碳正離子活性中間體穩(wěn)定性：321,+,+,慢,快,X,碳正離子活性中間體carbocation,+,35,+,烷基具有供（推）電子能力，中心碳上所連烷基越多，碳正離子活性中間體越穩(wěn)定，反之，連有吸（拉）電子原子或基團，碳正離子穩(wěn)定性下降。,+,+,X,X,2,1,不對稱烯烴與極性試劑加成時，試劑中的正離子或帶正電荷的部分總是加到能形成穩(wěn)定的碳正離子的雙鍵碳原子上。,36,+,無過氧化物,過氧化物,過氧化物效應（peroxideeffect）：在過氧化物存在下，不對稱烯烴與溴化氫加成方向是反馬氏規(guī)則的。過氧化物效應只對溴化氫有效。,3.與鹵素加成,Br/CCl4溶液用來檢驗烯烴,37,鹵素對烯烴加成的活性次序：F2Cl2Br2I2(不反應）,溴鎓離子,反式加成,38,4.與硫酸加成-烯烴的間接水合,與不對稱烯烴加成同樣遵循Markovnikovrule.,39,5.與水加成-烯烴的直接水合,遵循Markovnikovrule,6.與次鹵酸加成,+,2()-氯乙醇,不對稱烯烴與次鹵酸加成同樣遵循Markovnikovrule.,40,（二）雙鍵的氧化反應,1.高錳酸鉀氧化,+,+,+,+,+,41,-,2.臭氧化,另外，有H2O2產(chǎn)生，能使醛進一步氧化成羧酸。,42,還原水解可以避免產(chǎn)物的進一步氧化常用的還原劑：Zn/H2O,+,（三）-氫原子的反應,43,常溫,高溫,NBSN-溴代丁二酰亞胺,過氧化物,自由基穩(wěn)定性：321,44,作業(yè),第一章（p13）3，4，5第二章（p25）1（2）（4）（5）（6）4，6，7，8第三章（p45）1，3（2）（3）（5）（6），4，5，6（1）（3）（4）9，11（2），12,45,第二節(jié)環(huán)烷烴(Cycloalkane),一、分類和同分異構(gòu),46,同分異構(gòu):,47,二、命名,命名原則同烷烴，要標明構(gòu)型。有順反異構(gòu)時命名只用順反不用Z、E。,1,1-二甲基環(huán)己烷1,1-Dimethylcyclohexane,1,1-二甲基-4-乙基環(huán)己烷4-Ethyl-1,1-dimethylcyclohexane,4-乙基環(huán)戊烯,48,2-環(huán)己基-2-戊烯,順（非Z）1，3二甲基環(huán)戊烷,三、環(huán)烷烴的理化性質(zhì),1.加氫,49,2.加鹵素,高溫,+,+,+,室溫,3.加鹵化氫,+,+,或,不反應,小環(huán)（3、4元）似烯大環(huán)（5、6元）似烷,50,四、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu),Baeyer張力學說（1885年）sp3碳原子鍵角應為109。28,任何與此正常鍵角的偏差，都會引起分子的張力，這種張力具有力圖恢復正常鍵角的趨勢。我們把這種張力叫角張力。,只對小環(huán)適用,51,52,蝴蝶式,信封式,環(huán)戊烷,環(huán)丁烷,53,五、環(huán)己烷及其取代衍生物的構(gòu)象,1.環(huán)己烷的構(gòu)象,椅式構(gòu)象,54,椅式構(gòu)象球棒模型,船式構(gòu)象球棒模型,55,56,凡與通過分子中心的假象垂直軸平行的CH鍵,凡與垂直軸成109。28的CH鍵,平伏鍵（e）鍵equatorialbonds,直立鍵（a）鍵axialbonds,57,直立鍵,平伏鍵,showingbothaxialandequatorialbonds,向上（下）的碳原子有一根垂直向上（下）的a鍵，另一根是斜向下（上）e鍵。,58,59,60,61,62,63,64,65,第四章炔烴和二烯烴,第一節(jié)炔烴（Alkyene）一、結(jié)構(gòu),1、sp雜化,66,67,68,二、炔烴的同分異構(gòu)和命名,主鏈選擇含雙鍵叁鍵在內(nèi)的最長碳鏈,并按其碳原子數(shù)稱“某烯炔”，將“炔”字放在名稱最后。編號遵守“最低系列”原則.編號相同優(yōu)先雙鍵較小位號。,69,三、炔烴的理化性質(zhì)（一）加成反應1、催化氫化（Hydrogenation）,H2,Catalyst,H2,Catalyst,Alkyne,Alkene,Alkane,70,H2,Catalyst,Alkyne,Alkene,Howstopatalkene?,LindlarCatalyst,Pd,BaSO4/喹啉,71,H2,Lindlar,Cisadditionofhydrogen,72,?,HowgetTRANSadditionofhydrogen?,73,Na,NH3,Sodium-AmmoniaReductionofAlkynes,TRANS,liquidammoniasolvent,74,Na,NH3,H2,Lindlar,CIS,TRANS,75,2、加鹵素3、加鹵化氫4、加水,76,HydrationofAlkynes,H3O+,Hg2+,Howdidthistakeplace?,acetone,77,H3O+,Hg2+,ENOL,Addwatertotriplebond.,78,79,H3O+,Hg2+,80,（二）氧化反應（三）炔氫的反應,81,TerminalAlkynes,NaNH2,Acetylideion,Base,Nucleophile,82,Howdothistransformation?,83,NaNH2,NucleophilicSubstitutionReaction,84,1.NaNH2,2.EtBr,1.NaNH2,2.MeBr,85,Reagent?,H3O+,Hg2+,86,Reagent?,NaNH2,87,Reagent?,CH3Br,88,Reagent?,H2Lindlar,89,Reagent?,NaNH3,90,第二節(jié)二烯烴(Dienes),一、分類和命名二、結(jié)構(gòu),91,IsolatedDoubleBonds,ConjugatedDoubleBonds,92,Overlapofporbitals,93,94,Overlapofporbitals,Nooverlap,95,96,CONJUGATEDdoublebonds,252KJ/Mole,226KJ/Mole,H2,H2,97,共軛,共軛鍵與鍵重疊。電子離域,體系穩(wěn)定。,p-共軛p軌道與鍵重疊。電子離域,體系穩(wěn)定。,六個C-H鍵與三個C-C鍵,共平面；p軌道垂直于平面且彼此相互平行,重疊；電子離域；大鍵；共軛體系。,共軛體系中電子的離蜮,使體系能量降低。共軛體系越大,化合物越穩(wěn)定。鍵長趨于平均化，C2-C3呈現(xiàn)部分雙鍵。,共軛分子的經(jīng)典結(jié)構(gòu)式具有單雙鍵交替的特征；,共軛體系的交替偶極不會因共軛連的增長而減弱。,98,三.共軛雙烯的反應,1.1,4-加成（共軛加成）,試劑(溴)加到C-1和C-4上(即共軛體系的兩端)雙鍵移到中間，稱1,4-加成或共軛加成。共軛體系作為整體形式參與加成反應，通稱共軛加成。,+-+-,+-,+,(p-