汪小蘭有機(jī)課件第四版烷.ppt

1、2021/1/6,第二章 烷烴,Table of Contents 第一節(jié) 烷烴的同序列及同分異構(gòu)現(xiàn)象 一、同序列 二、同分異構(gòu) 三、碳、氫原子的類別 第二節(jié) 烷烴的命名 一、普通命名法 二、烷基 三、系統(tǒng)命名法,烷wan】取完全之意，碳被氫完全飽和；【烴t-ing】指碳tan氫qing化合物。烷烴通式CnH2n+2,2021/1/6,第三節(jié) 烷烴的構(gòu)型 一、碳原子的四面體概念及分子模型 二、碳原子的SP3雜化 三、烷烴分子的形成 第四節(jié) 烷烴的構(gòu)象 一、乙烷的構(gòu)象 二、正丁烷的構(gòu)象 第五節(jié) 烷烴的物理性質(zhì) 第六節(jié) 烷烴的化學(xué)性質(zhì) 一、氧化 二、熱裂 三、鹵代,2021/1/6,第七節(jié) 烷烴鹵

2、代反應(yīng)歷程 一、甲烷的鹵代 二、烷烴鹵代的相對活性與自由基的穩(wěn)定性 第八節(jié) 烷烴的制備 一、偶聯(lián) 二、還原,2021/1/6,第一節(jié) 烷烴的同序列和 同分異構(gòu)現(xiàn)象,一、同序列（同系列） 結(jié)構(gòu)相似，組成相差CH2或它的倍數(shù)的化合物 烷烴構(gòu)造式的表示,2021/1/6,2021/1/6,2021/1/6,同分異構(gòu),分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物。 構(gòu)造異構(gòu)：分子或原子連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)。 直鏈與支鏈的異構(gòu)屬于碳鏈異構(gòu)，屬于構(gòu)造異構(gòu),2021/1/6,碳原子的類型,2021/1/6,第二節(jié) 烷烴的命名,一、普通命名法、 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 正、異、新 二、烷基（R） 烷烴分子去掉氫原子后剩下的

3、部分： CnH2n1,2021/1/6,The Alkyl Groups,烷基通常用R表示 Alkyl groups are often represented as -R. The names of alkyl groups are always -yl. They have the general formula: CnH2n+1,2021/1/6,常見的烴基 Common Alkyl Groups (C1 through C4,2021/1/6,Common Alkyl Groups (C5 and C6,2021/1/6,系統(tǒng)命名法Systematic Nomenclature,Int

4、ernational Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC Committee on Organic Nomenclature,2021/1/6,The Alkanes,2021/1/6,命名規(guī)則Nomenclature of the Alkanes,選擇最長碳鏈,1 選擇最長碳鏈作主鏈，根據(jù)主鏈所含碳原子數(shù)叫做 某烷。若有等長碳鏈，選取代基多的碳鏈為主鏈。 Alkanes always have the ending -ane. Side chains (substituents) are named as alkyl groups,2021/1

5、/6,烷烴命名,2 近取代基端編號，最低系列原則 由距支鏈最近的一端開始將主鏈上的碳原子數(shù) 子編號，支鏈的位置用它所連接的碳原子的號 表示。取代基距鏈兩端位號相同時從次序小的 基團(tuán)端開始。 當(dāng)主鏈上有幾個支鏈時按最低系列編號,2021/1/6,較優(yōu)基團(tuán),3 支鏈烷基的名稱及位置寫在母體 名稱前面，主鏈上有不同支鏈時按 次序規(guī)則將較優(yōu)基團(tuán)列在后面,2021/1/6,次序規(guī)則,次序規(guī)則（較優(yōu)基團(tuán)）： 單原子取代基，按原子序數(shù)大小，I,Br Cl F O N C D H; 多原子取代基第一個原子相同時依次 比較與其相連的其它原子 含雙鍵及參鍵的基團(tuán)可分別看成連接另外一個或二個碳,2021/1/6,W

6、WU Chemistry,4 3 2 1 2-Methylbutane 2甲基丁烷,Organic Nomenclature,2021/1/6,Find the Longest ContinuousCarbon Chain,1 2 3 4 5 3甲基戊烷 3-Methylpentane,2021/1/6,You Must Choose the LongestContinuous Carbon Chain,4 3 2 1 5 6 7 4乙基庚烷 4-Ethylheptane,2021/1/6,Number from the End Nearestthe First Substituent,7 6

7、 5 4 3 2 1 4-Ethyl-3-methylheptane 3甲基4乙基庚烷,2021/1/6,Number from the End Nearestthe First Substituent,8 7 6 5 4 3 2 1 3-Ethyl-5-methyloctane 5甲基3乙基辛烷,2021/1/6,相同的兩個取代基用二表示 Use “di-” With Two Substituents,1 2 3 4 2,3-Dimethylbutane 2,3- 二甲基丁烷,2021/1/6,Every Substituent Must Get a Number,1 2 3 4 5 6 3

8、,3-Dimethylhexane,2021/1/6,Number from the End NearestFirst Substituent,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2,7,8-Trimethyldecane,2021/1/6,Number from the End Which Has the “First Difference,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3,4,8-Trimethyldecane,2021/1/6,A More-Highly-SubstitutedCarbon Takes Precedence,5 4 3 2 1 2,2,4-Trimeth

9、ylpentane,2021/1/6,Number from the End Nearestthe “First Difference,1 2 3 4 5 6 7 8 3,4-二甲基6乙基庚烷,2021/1/6,If you can name this, you can name anything,1 2 3 4 5 6 7 8 9 4-Isopropyl-2,6,6-trimethylnonane,2021/1/6,含復(fù)雜支鏈烷烴的命名,支鏈上有取代基，則從和主鏈相連的碳 原子開始將支鏈碳原子依次編號，并將支鏈取代基位號、名稱、連同支鏈寫在括號內(nèi),2021/1/6,復(fù)雜取代基命名,1-Met

10、hylethyl,2021/1/6,Naming Complex Substituents,1,3-Dimethylbutyl,2021/1/6,Naming Complex Substituents,2-Ethyl-1,1-dimethylbutyl,2021/1/6,This Should Be Fun,1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5丙基5(1甲基1乙基丙基）壬烷 5-(1-Ethyl-1-methylpropyl)-5-propylnonane,2021/1/6,Good Luck,7-(1,1-Dimethylbutyl)-3-ethyl-7-methyldodec

11、ane,2021/1/6,Degree of Substitution,2021/1/6,Degree of Substitution,1。 1 1 3 2 3 2 4 1 1 3 2 1 2 1,2021/1/6,第三節(jié) 烷烴的構(gòu)型,一、碳原子的四面體概念及分子模型 構(gòu)型（Constitution）：具有一定構(gòu)造的分子中原子在空間的排列狀況。 Vant Hoff and Le Bel 分別提出碳四面體概念,2021/1/6,Tetrahedral Geometry,Methane 的正四面體 Kekul模型,甲烷球棒模型,甲烷比例模型,2021/1/6,丁烷的Kekul模型（球棒模型,丁烷的

12、Kekule模型（球棒模型,2021/1/6,丁烷的斯陶特模型,丁烷的斯陶特模型,2021/1/6,二、碳原子的sp3雜化,2021/1/6,sp3 Hybrid Orbital,2021/1/6,三、烷烴分子的形成,2021/1/6,第四節(jié) 烷烴的構(gòu)象,構(gòu)象（Conformation）：一定構(gòu)型的分子通過單鍵旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團(tuán)的空間排布。 Different arrangements of atoms within a molecule that can be converted into one another merely by rotation about single bond

13、s. 一、乙烷的構(gòu)象,2021/1/6,Ethane(Staggered交叉Conformation,Side View,End View,乙烷的交叉式構(gòu)象,2021/1/6,Ethane(eclipsed重疊 conformation,Side View,End View,2021/1/6,構(gòu)象表示方法,鋸架式（透視式） 投影式,2021/1/6,交叉式,重疊式,構(gòu)象異構(gòu)體,2021/1/6,Conformations of Ethane,乙烷構(gòu)象能量圖,2021/1/6,扭轉(zhuǎn)張力 Torsional Strain,Extra potential energy that a molecule

14、 possess due to the presence of eclipsed bonds.由于重疊產(chǎn)生的能量升高,Extra potential energy that a molecule possesses because groups are crowded together，or are forced to approach each other to within the sum of their effective radii,2021/1/6,二、丁烷的構(gòu)象,CH3CH2 CH2CH3 看成是1，2二甲基乙烷，沿C2 C3旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生各種構(gòu)象，典型構(gòu)象有四種,2021/1/6,

15、能量大小順序 全重疊(1)(2)(3)(4,2021/1/6,Butane(anti conformation,side view 對位交叉,end view,2021/1/6,Butane(gauche conformation 鄰位交叉構(gòu)象,side view,end view,2021/1/6,Butane(syn conformation全重疊,side view,end view,2021/1/6,Butane(anticlinal conformation or eclipsed-120 conformation部分重疊,side view,end view,2021/1/6,Co

16、nformations of Butane,丁烷構(gòu)象能量圖,2021/1/6,Steric Strain in Butane(gauche conformation,close contact betweenmethyl groups,2021/1/6,Steric Strain in Butane(syn conformation,really crowded,2021/1/6,第五節(jié) 烷烴的物理性質(zhì),物質(zhì)狀態(tài)：C4以下gas，C5 C16liquid, C17 以上solid。 沸點：分子間范德華力越大，其沸點越高。正烷烴的沸點是隨著分子量的增加而升高的。 范德華力包括靜電引力、誘導(dǎo)力和色

17、散力,2021/1/6,1）正烷烴的沸點隨碳原子數(shù)的增多而升高 2）正烷烴的沸點高于它的異構(gòu)體（支鏈烷烴） b.p. CH3(CH2)2CH3: -0.5 (CH3)2CHCH3: -10.2 CH3(CH2)3CH3: 36.1 (CH3)2CHCH2CH3: 27.9 C(CH3)4: 9.5,2021/1/6,熔點：分子晶體的熔點不僅取決于分子間的作用力的大小，而且取決于晶體中碳鏈的空間排布(對稱性）情況。同分異構(gòu)體中，對稱性越高的熔點越高。C4以上的正烷烴的熔點隨著碳原子數(shù)增加而升高。偶數(shù)碳原子的烷烴的熔點升高多些。 m.p. (CH3)2CCH2CH3: -159.9 CH3(CH2

18、)3CH3: -129.7 (CH3)4C: -16.6 溶解度：like dissolves like,2021/1/6,第六節(jié) 烷烴的化學(xué)性質(zhì),C C, C H鍵能較大，極性小，故化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。 一、氧化,烷烴部分氧化成各種含氧衍生物：醇、醛、羧酸，在工業(yè)上有應(yīng)用,2021/1/6,The Internal Combustion Engine,內(nèi)燃機(jī),2021/1/6,二、熱裂,熱裂：有機(jī)化合物在高溫和無氧條件下發(fā)生鍵斷裂的反應(yīng)。溫度在450 以上。為自由基反應(yīng)。催化熱裂的溫度可以低些。裂化在煉油工業(yè)上是一個很重要的反應(yīng),2021/1/6,三、鹵代,鹵代反應(yīng)：有機(jī)化合物分子中的氫原子被

19、鹵原子取代，生成鹵代物，并放出鹵化氫的反應(yīng),2021/1/6,甲烷的氯代,2021/1/6,25 時，不同類型氫原子一氯代的相對活性：3。H：2。H：1。H=5：4：1; 而溴代的選擇性更高，相應(yīng)為1600：82：1。 例：預(yù)測下面反應(yīng)所生成的一溴代異構(gòu)體的比例,2021/1/6,2021/1/6,反應(yīng)機(jī)理 由反應(yīng)物到產(chǎn)物經(jīng)歷的途徑,從反應(yīng)物到產(chǎn)物過程中鍵的斷裂及形成 包括各種中間體及過渡態(tài) 說明電子的轉(zhuǎn)移 反映立體化學(xué)特點 各步反應(yīng)的相對速率,2021/1/6,第七節(jié) 烷烴鹵代反應(yīng)歷程,反應(yīng)歷程（Reaction mechanism）：化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，有稱反應(yīng)機(jī)理或反應(yīng)機(jī)制。 一、甲烷的鹵代歷程 Experimental: 1.黑暗下不加熱，無反應(yīng) 2.僅加熱，能反應(yīng) 3.僅光照，即使1個光子，也能產(chǎn)生許多分子的鹵代產(chǎn)物 4.氧氣的存在，能延緩反應(yīng)的發(fā)生,2021/1/6,自由基取代歷程（鏈的引發(fā)、鏈的傳遞、鏈的終止），屬鏈鎖反應(yīng),2021/1/6,自由基的產(chǎn)生條件：加熱、光照、引發(fā)劑,2021/1/6