10升本烷烴(環(huán))2

1、第二章 烷烴和環(huán)烷烴烴(hydrocarbon)：僅有碳?xì)鋬煞N元素的化合物。 第一節(jié) 烷烴 （alkane）一、分類和構(gòu)造異構(gòu) （已學(xué)）二、命名 （英文名稱等擴(kuò)展）三、結(jié)構(gòu) （已學(xué)）四、構(gòu)象（略微復(fù)習(xí)）五、物理性質(zhì)（波譜，其它已學(xué)）六、化學(xué)反應(yīng)（重點(diǎn)：取代反應(yīng)）一、分類和構(gòu)造異構(gòu) （已學(xué)）1、同系列；2、構(gòu)造異構(gòu)；3、碳原子的種類1)環(huán)碳數(shù)目小環(huán) (三元環(huán)、四元環(huán))常見環(huán) (五元環(huán)、六元環(huán))中環(huán) (七元環(huán)至十二元環(huán))大環(huán) (大于十二個碳原子)2)環(huán)的數(shù)目單環(huán)環(huán)烷烴雙環(huán)環(huán)烷烴多環(huán)環(huán)烷烴*順反異構(gòu)順反異構(gòu) 順順-1，2二甲基環(huán)丙烷二甲基環(huán)丙烷 反反-1，2二甲基環(huán)丙烷二甲基環(huán)丙烷構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)

2、改變環(huán)碳數(shù)、鏈烯。改變環(huán)碳數(shù)、鏈烯。 c4h8ch3hch3hch3hhch3ch3hhch3ch3hch3h順-1,4-二甲基環(huán)己烷cis-1,4-dimethylcyclohexane反- 1,4-二甲基環(huán)己烷trans-1,4-dimethylcyclohexane(1)常見的烷基取代基 p44表2-2ch3ch3ch2ch3ch2ch2ch3chch3甲基 (methyl ) ( me )乙基 (ethyl ) (et)(正)丙基 n - propyl (n - pr)異丙基 isopropyl (iso - pr)(正)丁基 n - butyl (n -bu)ch3ch2ch2ch2

3、二、 命名 （一）普通命名法 （二）系統(tǒng)命名法(2)次序規(guī)則的運(yùn)用 （已學(xué)） cc cc ccccc ccccccc次序大，位號大c14811仲丁基 sec - butyl (sec -bu)二級丁基ch3ch2chch3異丁基 (isobutyl) (iso - bu)ch3ch3叔丁基 (tert -butyl) (tert - bu)三級丁基c ch3ch3chch2ch3（3）復(fù)雜的支鏈，也要編號確定支鏈上的支鏈位置。ch3chch2ch2chch2ch2ch2ch2ch3ch3c ch2ch3h3cch3123456789101 232-甲基-5-（1，1-二甲基丙基 ）癸烷（4）英

4、文名稱，取代基是按字首字母順序排先后的。ch3ch2ch2chchch2ch2ch2ch3chch2ch2ch3h3cch31234567895-丙基-4-異丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane 單環(huán)烴： a 英文英文, 烷烷名前面加名前面加“cyclo”.1-甲基甲基-3-乙基環(huán)己烷乙基環(huán)己烷3-ethyl-1-methyl cyclohexane b取代基較大，則長鏈作母體，環(huán)作取代基。取代基較大，則長鏈作母體，環(huán)作取代基。3-甲基甲基-4-環(huán)丁基庚烷環(huán)丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane螺環(huán)烴：螺環(huán)烴： 螺原子：兩環(huán)共用的碳原子。螺原子

5、：兩環(huán)共用的碳原子。 從螺原子鄰碳沿小環(huán)從螺原子鄰碳沿小環(huán)編號編號到大環(huán)，并使取代基到大環(huán)，并使取代基位次最小。英文位次最小。英文,螺螺“spiro”. 螺螺4.5癸烷癸烷spiro4.5decane5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷5-methylspiro3.4octane12345678910螺原子 有兩個以上的碳環(huán)，且共用兩個以上碳的化合物。有兩個以上的碳環(huán)，且共用兩個以上碳的化合物。(3)橋環(huán)烴：橋環(huán)烴：命名：命名：1 ) 確定碳環(huán)數(shù)：切斷橋路，變成鏈狀，所切最小次數(shù)就確定碳環(huán)數(shù)：切斷橋路，變成鏈狀，所切最小次數(shù)就是環(huán)數(shù)。或從橋頭碳原子出發(fā)，判斷有幾條橋路，如：是環(huán)數(shù)?；驈臉蝾^碳原子出發(fā)

6、，判斷有幾條橋路，如：3個橋路為二環(huán)個橋路為二環(huán)(雙環(huán)雙環(huán))；4個橋路為三環(huán)。個橋路為三環(huán)。二 環(huán)橋頭碳橋 路2) 編號：編號： 順序：從一橋頭，沿順序：從一橋頭，沿最長橋路最長橋路到第二橋到第二橋頭，再沿頭，再沿次長橋路次長橋路到第一個橋頭，最后給到第一個橋頭，最后給最短橋路最短橋路編號。編號。 使取代基位次最小。使取代基位次最小。 3) 寫名稱：取代基寫名稱：取代基 + 某環(huán)某環(huán) . . 某烴某烴 二環(huán)二環(huán) 4. 4. 0癸烷癸烷 bicyclo4. 4. 0decane二環(huán)二環(huán) 2. 2. 2辛烷辛烷 bicyclo2. 2. 2octane1234567891012345678三、結(jié)構(gòu)

7、三、結(jié)構(gòu) (已學(xué)）已學(xué)）1.拜爾張力學(xué)說拜爾張力學(xué)說 平面多邊形。按平面多邊形。按sp3雜化雜化 正四面體鍵角應(yīng)正四面體鍵角應(yīng)10928幾何學(xué)上，幾何學(xué)上，三員三員60 ， 四員四員90 五員五員108 ，六員，六員120 小環(huán)的內(nèi)角存在恢小環(huán)的內(nèi)角存在恢復(fù)正常鍵角的復(fù)正常鍵角的張力張力，使，使環(huán)變得不穩(wěn)定。環(huán)變得不穩(wěn)定。環(huán)丙烷環(huán)丙烷必須是必須是平面型平面型環(huán)，碳環(huán)，碳sp3雜化雜化 (1)碳碳鍵成為碳碳鍵成為彎曲鍵彎曲鍵，存在嚴(yán)重的，存在嚴(yán)重的角張力角張力； (2)碳?xì)滏I均處于碳?xì)滏I均處于重疊式重疊式構(gòu)象，存在構(gòu)象，存在扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力。105.5。60。環(huán)丙烷環(huán)丙烷角張力最大，最不穩(wěn)定；角

8、張力最大，最不穩(wěn)定；環(huán)戊烷環(huán)戊烷角張力較小，較角張力較小，較穩(wěn)定；實際上穩(wěn)定；實際上環(huán)己烷很穩(wěn)定。環(huán)己烷很穩(wěn)定。沙赫斯提出，碳原子沙赫斯提出，碳原子可不在同一平面可不在同一平面上，同時保持上，同時保持正四面體正常角度。正四面體正常角度。30年后莫爾提出年后莫爾提出非平面張力環(huán)非平面張力環(huán)的學(xué)說，并畫出模型。的學(xué)說，并畫出模型。環(huán)戊烷環(huán)戊烷環(huán)己烷環(huán)己烷四、構(gòu)象四、構(gòu)象 (復(fù)習(xí)）復(fù)習(xí)）1）乙烷的兩種典型構(gòu)象及表示方法重疊式交叉式h hh hh hh hh hh hh hh hc c c ch hh hh hh hh hh hh hh hh hh hh hh h楔形式 鋸架式 紐曼式h hh hh

9、hh hh hh hch hh hh hh hh hh hh hh hh hh hh hchhh重疊式交叉式介于重疊式與交叉式之間的無數(shù)構(gòu)象稱為扭曲式構(gòu)象。2) 正丁烷的構(gòu)象四種典型構(gòu)象hhch3ch3hhhh3chch3hhch3hhch3hhhh3chhhh3c部分重疊式全重疊式鄰位交叉式對位交叉式穩(wěn)定性：對位交叉式 鄰位交叉式 部分重疊式 全重疊式h3chhch3hhch3hhch3hhhh3chch3hhhh3chch3hhhhch3ch3hhhhch3ch3hhch3hhch3hh 正烷烴的優(yōu)勢構(gòu)象類似正丁烷，是能量最低的對位交叉式。（1）環(huán)丁烷：四個碳不在同平面，）環(huán)丁烷：四個碳不

10、在同平面，折疊式折疊式排列。排列。 蝶式構(gòu)象蝶式構(gòu)象占優(yōu)勢。相互翻轉(zhuǎn)（能壘占優(yōu)勢。相互翻轉(zhuǎn)（能壘6.3kj/mol)。1）折疊后）折疊后角張力角張力增大，增大，扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力減小，相協(xié)調(diào)；減小，相協(xié)調(diào)；2）平面式平面式構(gòu)象內(nèi)能大，也占一定份額。構(gòu)象內(nèi)能大，也占一定份額。（2）環(huán)戊烷：假如平面形，）環(huán)戊烷：假如平面形，角張力角張力很小，很小，扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力大。大。 故采取故采取信封式信封式優(yōu)勢構(gòu)象。優(yōu)勢構(gòu)象。1234512345 非平面結(jié)構(gòu)，雖環(huán)非平面結(jié)構(gòu)，雖環(huán)角張力角張力略增，但略增，但扭轉(zhuǎn)張力扭轉(zhuǎn)張力減小，減小，氫不再全重疊，氫不再全重疊，接近交叉式接近交叉式。（3）環(huán)己烷：）環(huán)己烷：

11、兩種典型構(gòu)象兩種典型構(gòu)象椅式和船式椅式和船式hhhhhhhhhhhh椅式123456126435椅式特點(diǎn)：c2與c3、c6與c5處于交叉式，c1與c4距離較遠(yuǎn)，既無角張力，又無扭轉(zhuǎn)張力,內(nèi)能低，是最穩(wěn)定的構(gòu)象。hhhhhhhhhhhh船式123456124635c2與c3、c6與c5處于重疊式,有扭轉(zhuǎn)張力，c1與c4較近，氫斥力有跨環(huán)張力,能量高出椅式 29.7kj/mol。船式特點(diǎn)：123456船式 錯開重疊183pm23456扭船式1椅式椅式ch鍵類型：鍵類型：直立鍵直立鍵(a)和和平伏鍵平伏鍵(e)椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象翻環(huán)作用翻環(huán)作用：a鍵和鍵和e鍵相互轉(zhuǎn)變鍵相互轉(zhuǎn)變aaeeaaaaeeee

12、aaeeaaaaeeee123456123456翻環(huán)作用46kj/mol（4）取代環(huán)己烷：）取代環(huán)己烷： 1）椅式椅式構(gòu)象是最穩(wěn)定優(yōu)勢構(gòu)象；構(gòu)象是最穩(wěn)定優(yōu)勢構(gòu)象； 2）取代基）取代基e鍵最多鍵最多； 3）較大取代基較大取代基處于處于e 鍵構(gòu)象。鍵構(gòu)象。123456chhh3cch3ch313456ch3cch3ch32h接近100%0.01%ae 體積大的基團(tuán)體積大的基團(tuán)如叔丁基，處于橫鍵的構(gòu)象為優(yōu)勢如叔丁基，處于橫鍵的構(gòu)象為優(yōu)勢構(gòu)象，稱為構(gòu)象，稱為控制構(gòu)象的基團(tuán)控制構(gòu)象的基團(tuán)。ch3hc(ch3)3hhch31234ch3ch3(h3c)3cc(ch3)3ch3ch3優(yōu)勢構(gòu)象（5）二取代環(huán)己

13、烷）二取代環(huán)己烷h3cch3ch3ch3ea構(gòu)象ae構(gòu)象順式甲基取代h3cch3ch3ch3ee構(gòu)象aa構(gòu)象反式優(yōu)勢構(gòu)象13ea構(gòu)象ae構(gòu)象順式ee構(gòu)象aa構(gòu)象反式優(yōu)勢構(gòu)象ch3ch3ch3ch3ch3ch3ch3h3c12ea構(gòu)象ae構(gòu)象順式ee構(gòu)象aa構(gòu)象反式c(ch3)3ch3ch3c(ch3)3c(ch3)3ch3ch3c(ch3)3優(yōu)勢構(gòu)象優(yōu)勢構(gòu)象（6）十氫化萘十氫化萘的構(gòu)型和構(gòu)象的構(gòu)型和構(gòu)象 構(gòu)型：兩環(huán)的構(gòu)型：兩環(huán)的順反順反連接方式連接方式hh或或hh順式反式反十氫萘反十氫萘比順十氫萘比順十氫萘穩(wěn)定穩(wěn)定。十氫化萘的構(gòu)象十氫化萘的構(gòu)象hheeeehhaeeaaaaeaeaa反式構(gòu)象順

14、式構(gòu)象五、物理性質(zhì) 1、核磁共振氫譜 c-h極性小，h的屏蔽大，吸收在高場，化學(xué)位移0.9-1.8。 2、紅外光譜 c-c鍵吸收沒有結(jié)構(gòu)分析價值；c-h伸縮振動在3000-2850cm-1強(qiáng)吸收，彎曲振動1465-1340 cm-1 。3000-2850伸縮振動1465-1340彎曲振動 3、質(zhì)譜、質(zhì)譜 正丁烷正丁烷ch3ch2ch2ch3+.m/z 58 (分子離子峰）+ ech3ch2ch2ch3+ 2 ech3ch2ch2+ch3.m/z 43（基峰）ch3ch2+ ch3ch2.m/z 29ch3ch2ch2ch3+.六、化學(xué)反應(yīng)（一）燃燒反應(yīng)（判斷環(huán)烷烴的穩(wěn)定性）（二）熱裂反應(yīng) 高溫

15、和無氧下的分解反應(yīng)。ch3ch2ch2ch3ch3(ch2)7ch3ch2ch2 ch2ch2ch2ch3.+ch2ch2 + ch2=ch2.ch3 + ch2=ch2. （三）鹵代反應(yīng)： 烷烴的氫原子被鹵素取代。反應(yīng)活性：f2cl2br2i2屬于自由基取代反應(yīng)機(jī)理。（四）（四）鹵代反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 1.自由基鏈鎖反應(yīng) 氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：h hv vc cl l2 2o or r2 2 c cl l 鏈引發(fā) ch4ch3clch2cl2chcl3ccl4cl2cl2cl2cl2hvhvhvhv 氯代產(chǎn)生甲基自由基：c cl l+ +c ch h4 4c ch h3

16、 3 + + h hc cl l鏈增長 產(chǎn)生新的氯自由基：c ch h3 3+ + c cl l2 2c ch h3 3c cl l + + c cl l鏈增長 氯甲基自由基的形成：c ch h3 3c cl l c cl l+ + c ch h2 2c cl l h hc cl l+ +鏈增長 再與氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：c ch h2 2c cl l + + c cl l2 2c ch h2 2c cl l2 2 + + c cl l鏈增長 .自由基之間碰撞，形成穩(wěn)定分子，反應(yīng)終止：c cl l+ +c cl lc cl l2 2c ch h3 3+ +c cl lc ch h3

17、 3c cl l+ +c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3c ch h2 2c cl l+ +c ch h2 2c cl lc cl lc ch h2 2c ch h2 2c cl l鏈終止鏈終止 整個經(jīng)歷三階段：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止。此自由基反應(yīng)也稱鏈鎖反應(yīng)或鏈反應(yīng)。 2.烷基烷基自由基自由基結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) （活性中間體被儀器證實存在）甲基自由基甲基自由基的的碳碳采用采用sp雜化方式。雜化方式。孤單電孤單電 子占據(jù)子占據(jù)未雜化未雜化p軌道軌道。p軌道垂直于三個雜化軌道所在平面。軌道垂直于三個雜化軌道所在平面。chhhcch3hhcch3ch3hcch3ch3h

18、3c叔丁基自由基異丙基自由基乙基自由基1)反應(yīng)熱反應(yīng)熱：反應(yīng)中能量變化的宏觀表現(xiàn)。反應(yīng)中能量變化的宏觀表現(xiàn)。甲烷鹵代反應(yīng)的反應(yīng)熱h(kj/mol)反 應(yīng)f2cl2br2i2xx 2x+159+243+192+151ch3h+x ch3+hx-130+4+67+140 ch3+ xx ch3x+x-293-105-101-83總的h-423-104-34+55（五）甲烷鹵代過程中能量變化（五）甲烷鹵代過程中能量變化 反應(yīng)物能量升高，分子反應(yīng)物能量升高，分子形狀、電子云分布和運(yùn)動狀形狀、電子云分布和運(yùn)動狀態(tài)變化到過渡態(tài)。態(tài)變化到過渡態(tài)。 過渡態(tài)：舊鍵已松弛、新舊鍵已松弛、新鍵開始形成、能量最高的鍵

19、開始形成、能量最高的中間狀態(tài)結(jié)構(gòu)。中間狀態(tài)結(jié)構(gòu)。2) 活化能（活化能（復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)）：討論鹵素的反應(yīng)的活潑性）：討論鹵素的反應(yīng)的活潑性活化能：活化能：反應(yīng)物與過渡態(tài)反應(yīng)物與過渡態(tài)之間的能量差之間的能量差ea ?；罨艽?，化學(xué)速度慢?；罨艽螅瘜W(xué)速度慢。ech3hclch4 + clch3clclch3 + hcl+ cl2ch3cl + cl178.4105.4ch3h+cl ch3 + hcl 需要的能量不是 4 kj/mol.而是17kj/mol.c ch h3 3+ + c cl l2 2c ch h3 3c cl l + + c cl l ea= +8.4kj/mol 活化能越大，反應(yīng)速

20、率越慢?；罨茉酱?，反應(yīng)速率越慢。哪一步控制反應(yīng)速率？此步控制反應(yīng)速率（對其它鹵素也如此）對其它鹵素也如此）c cl l+ +c ch h4 4c ch h3 3 + + h hc cl lc ch h3 3+ + c cl l2 2c ch h3 3c cl l + + c cl l ea= +8.4kj/mol結(jié)論：鹵素的相對反應(yīng)活性：f2 cl 2 br2 i2ch4 + xch3 + hxea kj/molfclbri+4.2+17+75.3+141（六）其他烷烴的鹵代反應(yīng) 1.不同氫的活性與氯、溴代反應(yīng)取向1oh與2oh被取代的概率為: 62氫的相對反應(yīng)活性： 1oh:2oh = (

21、45/6) : (55/2 ) = 1 :3.8ch3ch2ch3 + cl2ch3ch2ch2cl + ch3chch3clhv25 c。45%55% 1oh與3oh氫被取代的概率為: 9:1ch3chch3 + cl2ch3chch2cl + ch3cch3ch3hv。64%36%ch3ch3cl25 cch3ch2ch3 + br2ch3ch2ch2br + ch3chch3brhv125 c。3%97%溴代溴代三種氫的活性（溴代三種氫的活性（差別較大，因為溴不如氯活潑）差別較大，因為溴不如氯活潑）： 1h : 2h : 3h = 1 : 82 : 1600氯代三種氫的活性氯代三種氫的活

22、性（相對接近，因為氯活潑）（相對接近，因為氯活潑）： 1h : 2h : 3h = 1 : 3.8 : 5氫的相對反應(yīng)活性： 1oh : 3oh = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5ch3chch3 + br2ch3chch2br + ch3cch3ch3hv。1%99%ch3ch3br127 c影響產(chǎn)物異構(gòu)體產(chǎn)率的主要因素：影響產(chǎn)物異構(gòu)體產(chǎn)率的主要因素： 概率因素、概率因素、h的活性、的活性、x的活性等。的活性等。氯代的氫活性氯代的氫活性：1h : 2h : 3h = 1 : 3.8 : 5溴代的氫活性溴代的氫活性： 1h : 2h : 3h = 1 : 82 : 1600但是，

23、鹵代但是，鹵代反應(yīng)的選擇性反應(yīng)的選擇性：溴大于氯（：溴大于氯（br cl ）2.自由基的穩(wěn)定性自由基的穩(wěn)定性 與共價鍵均裂的與共價鍵均裂的離解能離解能ed大小有關(guān)大小有關(guān)。ch3ch2hch3ch2ch3hch3hh+ed=+435.4 kj/mol+410.3ch3chch3h+397.4h+380.9ch3chch3hcch3h3chch3cch3h3cch3自由基穩(wěn)定性次序為自由基穩(wěn)定性次序為:(ch3)3c (ch3)2ch ch3ch2 ch3中心碳原子中心碳原子所連的所連的烷基烷基越多，自由基越越多，自由基越穩(wěn)穩(wěn)定。（也可定。（也可以從超共軛理解）以從超共軛理解）幾種幾種氫的活性氫的活性與相應(yīng)