有機化學第2章烷烴ppt課件

1、第二章第二章 烷烴烷烴 烴：只由碳烴：只由碳, 氫兩種元素組成氫兩種元素組成 (碳氫化合物碳氫化合物)。烴開鏈烴環(huán)烴（脂肪烴）飽和 烴不飽和烴(烷烴） (烯烴, 炔烴)(脂環(huán)烴,芳香烴)開鏈烴：開鏈烴： 碳原子相連成鏈狀的烴，叫脂肪烴。飽和脂肪烴叫烷烴。碳原子相連成鏈狀的烴，叫脂肪烴。飽和脂肪烴叫烷烴。飽和烴：飽和烴： 烴分子中碳原子間都是單健相連，碳原子的其余價健都為氫原子所飽和的烴分子中碳原子間都是單健相連，碳原子的其余價健都為氫原子所飽和的化合物?；衔铩?.1 同系列和同分異構(gòu)同系列和同分異構(gòu)(1) 同系列同系列 (homologous series) ：CH4 CH3CH3 CH3C

2、H2CH3 CH3CH2CH2CH3CH2稱為系列差。稱為系列差。烷烴結(jié)構(gòu)通式：烷烴結(jié)構(gòu)通式：CnH2n+2 凡具有同一個通式，結(jié)構(gòu)相似，化學性質(zhì)也相似，組成上相差凡具有同一個通式，結(jié)構(gòu)相似，化學性質(zhì)也相似，組成上相差一個或幾個一個或幾個CH2亞甲基），物理性質(zhì)則隨著碳原子數(shù)的增加而亞甲基），物理性質(zhì)則隨著碳原子數(shù)的增加而有規(guī)律地變化的化合物系列。有規(guī)律地變化的化合物系列。(2) 同分異構(gòu)同分異構(gòu)(構(gòu)造異構(gòu)構(gòu)造異構(gòu)) 官能團異構(gòu)：甲醚、乙醇官能團異構(gòu)：甲醚、乙醇 H C C O HHHHHH CCOHHHHH 碳鏈異構(gòu)碳鏈異構(gòu)(Skeletal isomer )：直鏈和支鏈的異構(gòu)。：直鏈和支鏈

3、的異構(gòu)。CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3構(gòu)造異構(gòu)體物理性質(zhì)有一定的差異構(gòu)造異構(gòu)體物理性質(zhì)有一定的差異. . 直鏈烴的沸點比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高直鏈烴的沸點比帶有支鏈的構(gòu)造異構(gòu)體的高. . 正丁烷沸點-0.5） 異丁烷沸點-10.2 ）n 烷烴中碳原子和氫原子的分類：烷烴中碳原子和氫原子的分類：n 伯、仲、叔、季碳原子。伯、仲、叔、季碳原子。 伯氫、仲氫、叔伯氫、仲氫、叔氫氫 伯碳原子、伯碳原子、 一級碳原子一級碳原子 、 1。 (直接與一個碳原子相連直接與一個碳原子相連)仲碳原子仲碳原子 、 二級碳原子二級碳原子 、2。 (直接與二個碳原子相連直接與二個碳原子相連)叔碳原子叔

4、碳原子 、 三級碳原子三級碳原子 、3。 (直接與三個碳原子相連直接與三個碳原子相連)季碳原子、季碳原子、 四級碳原子四級碳原子 、4。 (直接與四個碳原子相連直接與四個碳原子相連)H3CCCHCH3CH3CH2CH3CH32.2 烷烴的命名烷烴的命名 母體名稱母體名稱 取代基名稱、位置和數(shù)目取代基名稱、位置和數(shù)目 選擇主鏈；主鏈上碳原子編號選擇主鏈；主鏈上碳原子編號(“最低系列編號方法最低系列編號方法)；取代基排列順序取代基排列順序.n 普通命名法：普通命名法：n 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法(IUPAC命名原則命名原則)：烷基名稱：烷基名稱： (烷基烷基 烷烴分子從形式上消除一個氫原子剩下的原烷烴

5、分子從形式上消除一個氫原子剩下的原子團子團)。 烷基的通用符號：烷基的通用符號： R烷基烷基 甲基甲基 Me 乙基乙基 Et 丙基丙基 n-Pr 異丙基異丙基 i-Pr 丁基丁基 n-Bu 異丁基異丁基 i-Bu 仲丁基仲丁基 s-Bu 叔丁基叔丁基 t-Bu Ar芳基芳基 Ph苯基；苯基；Ac乙?；阴；?選擇主鏈：選擇主鏈：CH3CH CH2CH CH2CHCHCH2CH3CH3CH3CHCHCH3CH3CHCH3CH3CH32,3,7三甲基三甲基 6 異丙基異丙基 4 異丁基壬烷異丁基壬烷 具有相同長度的鏈可作為主鏈時，則應選定具有支鏈數(shù)目最多具有相同長度的鏈可作為主鏈時，則應選定具有支

6、鏈數(shù)目最多的碳鏈的碳鏈. 烷基大小的次序：甲基烷基大小的次序：甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基. “最低系列編號方最低系列編號方法：法：H3CCHCH2CHCH2CH2CH2CHCH3CH3H2CCH3CH3123456789987654321按上方的編號系列，取代基位次位按上方的編號系列，取代基位次位2，6，8按下方的編號系列，取代基位次位按下方的編號系列，取代基位次位2，4，8a:支鏈烷基名稱和位置寫在前；支鏈烷基名稱和位置寫在前；b: 小基團在前，大基團在后；小基團在前，大基團在后；c:相同基團合并，以漢字二、三、四等標明數(shù)目；相同基團合并，以漢字二、三、四等標明數(shù)

7、目；d: 表示位置的數(shù)字間要用逗號隔開，位次和取代基名稱之間要表示位置的數(shù)字間要用逗號隔開，位次和取代基名稱之間要用用“半字線隔開。半字線隔開。H3CCH2CHCH2CH2CH3123456CH3取代基位次半字線取代基名稱母體名稱3甲基己烷 寫出名稱：寫出名稱：2.3 烷烴的結(jié)構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)n 分子結(jié)構(gòu)：分子中原子間的排列次序，原子相互間的立分子結(jié)構(gòu)：分子中原子間的排列次序，原子相互間的立體位置，化學鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等體位置，化學鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等各項內(nèi)容在內(nèi)的總稱。各項內(nèi)容在內(nèi)的總稱。 構(gòu)型：一定構(gòu)造的分子中原子在空間的排列狀況。構(gòu)型：一定構(gòu)造的分子中原

8、子在空間的排列狀況。 構(gòu)造：分子中原子間的排列次序。構(gòu)造：分子中原子間的排列次序。 n 甲烷分子甲烷分子(CH4)構(gòu)型構(gòu)型 ：正四面體型，鍵角：正四面體型，鍵角109.5。 HCHHH109。280.109nm 構(gòu)造的表示方法構(gòu)造的表示方法- Kekule結(jié)構(gòu)式，結(jié)構(gòu)式，lewis結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式 構(gòu)型構(gòu)型(分子立體結(jié)構(gòu)分子立體結(jié)構(gòu))的表示方法的表示方法 - 楔形透視式，鋸架透視式楔形透視式，鋸架透視式 ，紐曼式，紐曼式Newman） 甲烷分子甲烷分子(CH4)構(gòu)型構(gòu)型 楔形式楔形式CHHHH甲烷分子構(gòu)造甲烷分子構(gòu)造-Kekule結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式CHHHHIUPAC建議：即正常粗細的線表示在紙平面上的

9、鍵，楔形實線表建議：即正常粗細的線表示在紙平面上的鍵，楔形實線表示伸出紙面向前，虛線表示伸向紙后方的鍵。示伸出紙面向前，虛線表示伸向紙后方的鍵。n 甲烷分子構(gòu)型的解釋甲烷分子構(gòu)型的解釋sp3雜雜化化 C 原子核外電子排布：原子核外電子排布：1s22s22p2 碳原子形成烷烴時碳原子形成烷烴時 電子激發(fā)電子激發(fā) 雜化雜化(s3p) 雜化軌道雜化軌道(4 sp3 )形成形成4個完全個完全相等的相等的sp3雜雜化軌道；每兩化軌道；每兩個雜化軌道之個雜化軌道之間的夾角都是間的夾角都是10928 sp3 軌道和甲烷分子的形成：軌道和甲烷分子的形成：n 乙烷分子的結(jié)構(gòu)：乙烷分子的結(jié)構(gòu)：鍵：鍵：CH 、CC

10、鍵中成鍵原子的電子云沿軸向重疊，成鍵的電鍵中成鍵原子的電子云沿軸向重疊，成鍵的電子云沿鍵軸近似于園柱形對稱分布，成鍵原子可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。子云沿鍵軸近似于園柱形對稱分布，成鍵原子可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。2.4 烷烴的構(gòu)象烷烴的構(gòu)象 構(gòu)象和構(gòu)象異構(gòu)體：構(gòu)象和構(gòu)象異構(gòu)體： C CC C單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的 單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列單鍵的旋轉(zhuǎn)使分子中的原子或基團在空間產(chǎn)生不同的排列（構(gòu)象）（構(gòu)象）（構(gòu)象）（構(gòu)象） 不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關系（一

11、類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）不同的構(gòu)象之間為構(gòu)象異構(gòu)關系（一類立體異構(gòu)現(xiàn)象）乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象乙烷的兩種構(gòu)象構(gòu)象構(gòu)象:由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或基團在空間的由于圍繞單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中的原子或基團在空間的不同排列狀況。不同排列狀況。 描述立體構(gòu)象的幾種方式：紐曼投影式描述立體構(gòu)象的幾種方式：紐曼投影式 透視式透視式HHHHHHHHHHHHStaggeredNewman projection sawhorse projection 600紐曼式紐曼式Newman）透視式鋸架式

12、）透視式鋸架式）p24 構(gòu)象分析：分析可能的構(gòu)象、優(yōu)勢構(gòu)象構(gòu)象分析：分析可能的構(gòu)象、優(yōu)勢構(gòu)象(內(nèi)能最低內(nèi)能最低) 60oC1旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 97 %CH3CH3CH3溴代選擇性溴代選擇性127oC）：）： 3o H : 2o H : 1o H = 1600 : 82 : 1l 烷烴溴代反應的選擇性烷烴溴代反應的選擇性溴代產(chǎn)物單一，在合成上可用溴代來制備鹵代烴溴代產(chǎn)物單一，在合成上可用溴代來制備鹵代烴. 過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論 化學反應化學反應( (基元反應基元反應) )是一個由反應物逐漸變?yōu)楫a(chǎn)物的連續(xù)是一個由反應物逐漸變?yōu)楫a(chǎn)物的連續(xù)過程。一個反應由反應物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，需要經(jīng)過一過程。一個反應由反

13、應物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，需要經(jīng)過一個過渡狀態(tài)。個過渡狀態(tài)。A +BCABCABC+過渡態(tài) B-C B-C鍵伸長變?nèi)蹑I伸長變?nèi)? (部分斷裂部分斷裂) )，A-BA-B鍵部分生成，體系的能量升至最鍵部分生成，體系的能量升至最大。大。- - 過渡態(tài)過渡態(tài)反應進程反應進程 位能曲線圖位能曲線圖 - - 反應進程中體系能量的變化反應進程中體系能量的變化活化能活化能 ：E反應熱：反應熱： E(正反應正反應) E(逆反應逆反應) ； 可由鍵的解離能來估算可由鍵的解離能來估算(p34)。決定反應速度的是活化能決定反應速度的是活化能 E，是能壘高度，而非反應熱。，是能壘高度，而非反應熱。ClCH3H+ClCl

14、 ClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應應重重復復進進行行鏈鏈引引發(fā)發(fā)鏈鏈轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移（鏈鏈傳傳遞遞, ,鏈鏈增增長長）鏈鏈終終止止chain initiationchain propagationchain terminationhv or (2) 鹵代反應鹵代反應反應歷程反應歷程 (以甲烷為例以甲烷為例) 烷烴鹵代機理的決速步驟以氯代為例）烷烴鹵代機理的決速步驟以氯代為例）+ 7.5 kJ/mol+ 7.5 kJ/mol吸熱吸熱112.9 kJ/

15、mol112.9 kJ/mol放熱放熱ClCH3H+ClClClCl+CH3ClCl+CH3Cl+ClClCl+ClClClCH3+CH3ClCH3CH3+CH3CH3ClH+CH3(1)(2)(3)(4)(5)(6)第第(2), (3)步步反反應應重重復復進進行行hv or ClCH3H+ClH+CH3ClCH3H 勢能增加勢能增加勢能降低勢能降低勢能最高勢能最高l 甲烷氯代的勢能變化圖：甲烷氯代的勢能變化圖：ClH +CH3反反應應進進程程ClCH4+ClCH3H ClCH3Cl CH3Cl + ClEa 1Ea 2 H 1 H 2 勢勢能能Ea：活化能（：活化能（ activation

16、energy）；）； DH: 反應熱反應熱活性中間體活性中間體緣由：決速步驟的中間體緣由：決速步驟的中間體(自由基自由基)的相對穩(wěn)定性：的相對穩(wěn)定性：2o 1o，中間體，中間體自由基愈穩(wěn)定，決速步聚活化能愈小，決速步聚愈快。自由基愈穩(wěn)定，決速步聚活化能愈小，決速步聚愈快。CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CHCH3CH3CH2CH2ClCH3CHCH3Cl決速步聚CH3CH2CH3Cl2hv , 25oCCH3CH2CH2ClCH3CHCH3+Cl43%57%過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論- 決定反應速度的是活化能決定反應速度的是活化能 E，是能壘高度。，是能壘高度。比較伯氫、仲氫鹵代反應比較伯

17、氫、仲氫鹵代反應-決速步驟的反應速度。決速步驟的反應速度。 不同不同C-H鍵的離解能鍵的離解能D不同不同, 鍵的離解能愈小，則自游基愈容鍵的離解能愈小，則自游基愈容易生成，愈容易生成的自由基愈穩(wěn)定。易生成，愈容易生成的自由基愈穩(wěn)定。 自由基的相對穩(wěn)定性：自由基的相對穩(wěn)定性：3o 2o 1oCH3CH2CH3CH3CHCH3CH3CH2CH2410.0 kJ/mol397.5 kJ/mol+H+HCH3CHCH3CH3CCH3CH3CHCH2CH3CH3CH3389.1 kJ/mol410.0 kJ/mol+H+H鍵離解能鍵離解能DH）有機反應相對活性的比較有機反應相對活性的比較 反應的區(qū)位選擇性反應的區(qū)位選擇性( (優(yōu)勢產(chǎn)物優(yōu)勢產(chǎn)物) )的解釋的解釋反應機理反應機理(多步反應多