02有機(jī)化學(xué)第4版教案第二章-烷烴課件

第二章烷烴

§2.1烷烴的同系列及同分異構(gòu)現(xiàn)象一、烷烴的同系列1、烷烴的通式：CnH2n+22、烷烴構(gòu)造式的寫法；C為四價(jià)。Chapter2Alkane

3、同系列：凡具有同一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相似，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稱為同系列。同系物：同系列中的化合物互稱同系物。系（列）差：相鄰的同系物在組成上相差CH2，這個(gè)CH2稱為系（列）差。二、烷烴的同分異構(gòu)現(xiàn)象1、構(gòu)造：分子中原子相互連接的方式和秩序。2、含1、2、3、4個(gè)碳原子的烷烴的構(gòu)造式：說明丁烷后就有構(gòu)造異構(gòu)。3、低級(jí)烷烴(以己烷為例)構(gòu)造異構(gòu)體的寫法：①寫出這個(gè)烷烴的最長(zhǎng)直鏈?zhǔn)?。②寫出少一個(gè)碳原子的直鏈作主鏈的碳鏈?zhǔn)?。③再寫出少兩個(gè)碳原子的直鏈作主鏈的碳鏈?zhǔn)?，把兩個(gè)碳原子作為兩個(gè)甲基或一個(gè)乙基支鏈，分別取代氫原子，以此類推。三、伯、仲、叔和季碳原子

kindsofcarbonandhydrogen1、伯碳原子（一級(jí)碳原子）：直接與一個(gè)碳原子相連的碳原子。用10表示。2、仲碳原子（二級(jí)碳原子）：直接與兩個(gè)碳原子相連的碳原子。用20表示。3、叔碳原子（級(jí)碳原子）：直接與三個(gè)碳原子相連的碳原子。用30表示。4、季碳原子（級(jí)碳原子）：直接與四個(gè)碳原子相連的碳原子。用40表示。5、直接與伯、仲、叔碳原子相連的碳原子分別叫伯、仲、叔氫原子；也分別用10、20、30表示。無季氫原子。一、普通命名法commonnomenclature1、把烷烴命名為“某烷”，“某”指烷烴中碳原子的數(shù)目；由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示；自十一烷起用表示數(shù)字的漢字表示。2、不含支鏈的叫正某烷；末端帶一個(gè)甲基的叫異某烷；帶兩個(gè)甲基的叫新某烷。更復(fù)雜的就無法命名了。如：§2.2烷烴的命名法NomenclatureofalkaneCH3CHCH2CH3

異戊烷CH3—C—CH3

新戊烷

CH3

CH3

CH3如：二、烷基alkylgroup1、烷烴分子從形式上消除一個(gè)氫原子而剩下的部分叫烷基。如甲基CH3—Me—methane乙基CH3CH2—Et—ethane丙基CH3CH2CH2—n—prpropanenormal異丙基(CH3)2CH—i—priso—丁基CH3CH2CH2CH2—n—Bubutane常用R—代表烷基仲丁基CH3CH2CH—s—Bu叔丁基CH3—C—t—Bu異丁基CH3CHCH2—i—BuCH3CH3CH3CH3

2、兩價(jià)的烷基叫亞基，三價(jià)的烷基叫次基。如：=CH2

亞甲基=CHCH3

亞乙基CH次甲基CCH3

次乙基三、系統(tǒng)命名法systemofnomenclature1、系統(tǒng)命名法：我國(guó)現(xiàn)在所用的有機(jī)化合物的系統(tǒng)命名原則是1960年制定，1980年修訂的。該命名法是根據(jù)1892年在日內(nèi)瓦制定的日內(nèi)瓦命名法和1947年在倫敦制定的IUPAC系統(tǒng)命名法在國(guó)際上通用的原則，結(jié)合我國(guó)的文字特點(diǎn)制定的。與IUPAC系統(tǒng)命名法有所區(qū)別。

2、系統(tǒng)命名法的書寫原則：①阿拉伯?dāng)?shù)字之間；（Z）、(E)；(R)、(S)之間；α、β；D、L之間和N、O、S等字母之間用“，”②阿拉伯?dāng)?shù)字與其它文字、符號(hào)之間；（Z）、(E)；(R)、(S)；α、β；D、L和N、O、S等字母與其它字母、文字之間；表示旋光性的（+）、（－）與所有文字之間用“—”③一般情況下，中文字與中文字之間不用任何符號(hào)。表示復(fù)雜支鏈時(shí)所用的“（）”和脂環(huán)烴的命名中用的“[]”在書寫時(shí)與中文字相當(dāng)。脂環(huán)烴的命名中“[]”內(nèi)代表碳原子個(gè)數(shù)的阿拉伯?dāng)?shù)字間用“·”3、烷烴的系統(tǒng)命名原則：①選取主鏈：選擇含母體官能團(tuán)最多的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈。當(dāng)有兩根同長(zhǎng)度的鏈可作主鏈時(shí)，則應(yīng)選擇有支鏈數(shù)目最多的鏈為主鏈。②給主鏈碳原子編號(hào)：使取代基的位置符合“最低系列”原則。③命名：取代基在前面，主鏈作為母體得名；取代基中前小后大。相同的用表示數(shù)的漢字表示。④支鏈上有復(fù)雜取代基：支鏈的名稱可放在“（）”內(nèi)或用帶撇的數(shù)字來表示。如：CH3—

CH2—

CH—CH—CH—CH

—

CH3CH3CH3CH3CH3CH2CH22、3、5—三甲基—4—丙基庚烷2—甲基—5，5—二—1’，1’—二甲基丙基癸烷等CH3—

CH2—

CH2—

CH2—

CH2

—C—

CH2

—

CH2—CH

—

CH3CH3CH3—

CH2—

C—

CH3CH3—

CH2—

C—

CH3CH3CH32—甲基—5，5—二(1，1—二甲基丙基)癸烷等

§2.3烷烴的構(gòu)型

一、碳原子的四面體概念及分子模型1、構(gòu)型：是指具有一定構(gòu)造的分子中原子在空間的排列情況。2、碳原子的四面體概念：1857年，凱庫勒把原子價(jià)的概念推廣到碳元素，指出碳為四價(jià)，碳原子可以和其它碳原子結(jié)合為碳鏈。1874年，荷蘭化學(xué)家范霍夫（Van'tHolff）和法國(guó)化學(xué)家勒貝爾（LeBel）分別提出了碳正四面體概念。認(rèn)為與碳原子相連的四個(gè)原子或基團(tuán)在空間分布成四面體，碳原子位于這個(gè)四面體的中心，四個(gè)原子或基團(tuán)在四個(gè)頂點(diǎn)上。由碳原子向四個(gè)頂點(diǎn)所作連線就是碳的四個(gè)價(jià)鍵分布。CH4的四面體中，H—C—H鍵的鍵角由現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定為109028'。3、分子模型：凱庫勒模型（球棒模型）和斯陶特模型（比例模型）的介紹，說明其優(yōu)缺點(diǎn)。二、碳原子的SP3雜化1、碳原子的基態(tài)電子構(gòu)型：1S22S22Px12Py12、有兩個(gè)未成對(duì)電子，按照經(jīng)典的價(jià)鍵理論，碳應(yīng)為二價(jià)，且兩根鍵之間的夾角應(yīng)為900，但實(shí)際上，碳一般為四價(jià)，且呈四面體，所以雜化軌道理論設(shè)想：碳原子進(jìn)行了雜化。

3、碳原子的雜化：2S2S2Py2Py2Px2Pz2Px2PzSP3激發(fā)雜化若激發(fā)態(tài)的碳原子成鍵，則應(yīng)有三根互呈900的鍵，另一根鍵應(yīng)無方向性。這與實(shí)際不符。所以成鍵的原子不是激發(fā)態(tài)，而是進(jìn)一步進(jìn)行了雜化。一個(gè)s軌道與三個(gè)p軌道形成四個(gè)sp3雜化軌道sp3雜化軌道

SP3雜化軌道中，有1/4的S成分和3/4的P成分，它們的空間取向是指向正四面體的頂點(diǎn)，每根雜化軌道與另一雜化軌道間的夾角都是109028'。三、烷烴分子的形成1、甲烷分子的形成：

SP3雜化的碳原子，四個(gè)等同的SP3雜化軌道與四個(gè)氫原子的1S軌道重疊形成四面體構(gòu)型的四根C—H鍵，即甲烷分子。甲烷分子的結(jié)構(gòu)甲烷的球棒模型Stuart模型凱庫勒模型2、乙烷的形成：兩個(gè)SP3雜化的碳原子各以1根SP3雜化軌道相互重疊形成一根C—C鍵，又各以三根SP3雜化分別與氫原子的1S軌道重疊形成C—H鍵。乙烷的C-C鍵一、乙烷的構(gòu)象Conformationofethane1、構(gòu)象：是指有一定構(gòu)造的分子通過單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團(tuán)的空間排布。可看成是處于互變動(dòng)態(tài)中的構(gòu)型圖象。2、乙烷交叉式和重疊式構(gòu)象：§2.4烷烴的構(gòu)象Conformationofalkane

3、乙烷分子的能量曲線圖：

轉(zhuǎn)動(dòng)的度數(shù)用模型講清能量高低的原因和交叉、重疊之間轉(zhuǎn)化所需轉(zhuǎn)的角。重疊式交叉式交叉式位能二、正丁烷的構(gòu)象Conformationofn-butane1、正丁烷的四種構(gòu)象：CH3

CH3

鄰位交叉式部分重疊式對(duì)位交叉式反疊式順錯(cuò)式反錯(cuò)式順疊式全重疊式CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

2、正丁烷分子能量曲線圖：3、穩(wěn)定構(gòu)象：能量最低的構(gòu)象，又稱為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。

分子間作用力；分子間作用力有：氫鍵、靜電引力、誘導(dǎo)力（德拜力）、色散力。分子間的作用力越大，m.p和b.p就越高。1、在室溫和1atm下，C1~C4

是氣體，C5~C16

是液體，C17以上是固體。2、正丁烷的沸點(diǎn)：見圖2—11P34。3、m.p和b.p隨碳原子數(shù)的增加而升高。4、密度隨碳原子數(shù)的增加而增大，二十烷以下的接近0.78。5、不溶于水，可溶于汽油等有機(jī)溶劑中?！?.5烷烴的物理性質(zhì)Physicalpropertiesofalkanes

烷烴為飽和烴，分子中只有σ鍵，所以性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易起離子型反應(yīng)，但可以起游離基反應(yīng)。一、氧化oxidation完全燃燒生成CO2

和H2O。放出大量的熱。不完全燃燒時(shí)生成CO。

可進(jìn)行催化氧化，用于有機(jī)合成中，如：§2.6烷烴的化學(xué)性質(zhì)Chemicalpropertiesofalkanes

CH4+O2HCHO+H2O

RCH2CH2R'+O2RCOOH+R'COOHNO600CMnO2107~1100C二、熱裂pyrolysis1、熱裂反應(yīng)：在高溫及無氧的條件下發(fā)生鍵斷裂的反應(yīng)。CH3CH2CH2CH3CH4+CH3CH=CH2CH2CH3+CH2=CH2CH3CH=CHCH3+H2

2、催化裂化：應(yīng)用催化劑的熱裂反應(yīng)。熱裂三、鹵代halogenation1、烷烴在加熱或光照下可與F2、Cl2、Br2

反應(yīng)。2、反應(yīng)活性：①對(duì)X2來說：F2>Cl2>Br2

②對(duì)H來說：30>20>10。③選擇性有所不同；不同的X2有不同的選擇性。如：CH3CH2CH3CH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3250CCl2光照47%53%Cl

CH3—C—HCH3—C—Cl+CH3—CH—CH2Cl250CCl2光照

CH3

CH3

CH3

CH3

CH336%64%所以，Cl2與烷烴作用時(shí)，不同氫的相對(duì)活性為：仲氫：伯氫=57%/2：43%/6=4：1叔氫；伯氫=36%/1：64%/9=5：1三種氫原子的相對(duì)活性比為：叔氫：仲氫：伯氫=5：4：1

Br2與烷烴作用時(shí)，不同氫原子的相對(duì)活性比為：叔氫：仲氫：伯氫=1600：82：1四、異構(gòu)化：異構(gòu)化反應(yīng)：從一個(gè)異構(gòu)體轉(zhuǎn)變成另一個(gè)異構(gòu)體的反應(yīng)。正烷烴可異構(gòu)化為支鏈烷烴，如：

CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3

§2.7烷烴鹵代反應(yīng)歷程

反應(yīng)歷程：化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，又稱為反應(yīng)機(jī)理。reactionmechanism一、甲烷的氯代反應(yīng)歷程MechanismofhalogenationCl2+CH4Cl：ClCl?+CH3—HCH3?+Cl2鏈的傳遞Cl?+Cl?CH3?+CH3?

CH3?+Cl?Cl2

CH3CH3

CH3—ClCH3Cl+HCl△H=－104.9kj/mol鏈的終止CH3—Cl+Cl?△H=－108.9kj/molCH3?+HCl△H=+4.1kj/mol2Cl?△H=+242.5kj/mol鏈的引發(fā)????

鏈的引發(fā)可由光照、加熱、化學(xué)引發(fā)劑等引發(fā)。光照二、鹵素對(duì)甲烷的相對(duì)反應(yīng)活性1、反應(yīng)活性：

CH3—FCH3—ClCH3—BrCH3—I

鍵能（kj/mol）447.7351.4292.9234.3

一般△H越負(fù)的反應(yīng)越容易進(jìn)行，所以CH4鹵代的相對(duì)活性是：F2>Cl2>Br2>I2

2、活化能：為了使反應(yīng)發(fā)生而必須提供的最低限度的能量?；蛘哒f，過渡態(tài)與反應(yīng)物分子基態(tài)之間的內(nèi)能差。用E活表示。

三、烷烴對(duì)鹵代反應(yīng)的相對(duì)活性與烷基自由基的穩(wěn)定性CH3—HCH3CH2—HCH3CH2

?△H=410kj/molCH3

?△H=435.1kj/molCH3CH2CH2—HCH3CH2CH2△H=410kj/molCH3CHCH3CH3CHCH3△H=397.5kj/molCH3—C—CH3△H=380.7kj/molCH3—C—CH3???CH3CH3HH

越穩(wěn)定的自由基，形成時(shí)所需的能量越小，所以自由基的穩(wěn)定性順序是：30>20>10>CH3

?

即三級(jí)>二級(jí)>一級(jí)>CH3

1、過渡態(tài)：反應(yīng)物與產(chǎn)物結(jié)構(gòu)之間的中間狀態(tài)。如：§2.8過渡態(tài)理論A—B+CA+B—C

反應(yīng)進(jìn)程A—B+C位能[ABC]A+B—C產(chǎn)物……………………………………………………E活ΔH……化學(xué)反應(yīng)速度理論有兩種，一種是過渡態(tài)理論，一種是碰撞理論。

介紹過渡態(tài)的形成，能量變化和上圖。再講解碰撞理論與圖的關(guān)系。訓(xùn)練知道E活、△H作草圖和據(jù)圖判斷E活、△H的能力。強(qiáng)調(diào)E活和△H無直接關(guān)系。最后介紹有活性中間體的圖。

反應(yīng)進(jìn)程位能……………………………………………………E1E2CH4+Cl?CH3?

+Cl2CH3Cl+Cl?反應(yīng)物為CH4，產(chǎn)物為CH3Cl，中間體為CH3?過渡態(tài)Ⅰ

過渡態(tài)Ⅱ

活性中間體：有機(jī)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子往往先形成碳正離子、碳負(fù)離子、游離基、碳烯等活性大、壽命短的中間體，叫做活性中間體。活性中間體在常溫下一般不易分離和檢驗(yàn)，但可通過動(dòng)力學(xué)等研究手段推測(cè)其存在。2、以游離基為活性中間體的反應(yīng)中，游離基越穩(wěn)定，則反應(yīng)的活化能越小，反應(yīng)活性越大。如：

CH3CH2CH3+Cl·

CH3CH2CH2·△H=12.6kj/mol

CH3CH·△H=8.3kj/molⅠⅡCH3

CH3CH2CH3與Cl·作用時(shí)，形成CH3CHCH3的活化能比形成CH3CH2CH2·的活化能小；也就是說，仲氫被取代的活化能比伯氫被取代的小，仲氫的活性比伯氫大。同理，叔氫的活性比仲氫大。烷烴的氯代反應(yīng)在室溫時(shí)，叔、仲、伯氫的活性比為5：4：1。活性次序?yàn)?0>20>10。·§2.9甲烷和天然氣天然氣的主要成分是甲烷，還含有一定量的其他烷烴。天然氣可用作燃料，也可用作化工原料。如氧化生成碳黑、甲醇；裂解生成乙炔；生成合成氣等。基本概念：同系列、同系物、系差、構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象、熱裂反應(yīng)、催化裂化、異構(gòu)化反應(yīng)、反應(yīng)歷程、活化能、過渡態(tài)、活性中間體等13個(gè)概念。烷烴的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、命名。講了構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象三種不同層次的結(jié)構(gòu)。注意區(qū)別構(gòu)型、構(gòu)象兩個(gè)概念。性質(zhì)中講了烷烴鹵代的反應(yīng)歷程。通過本章的學(xué)習(xí)，必須建立起碳的四面體概念。小結(jié)賣油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個(gè)小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理解文章內(nèi)容，初步把握人物形象。2、學(xué)會(huì)利用文中關(guān)鍵詞句分析人物形象。3、體會(huì)文章所揭示的深刻道理。故事發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件的起因、經(jīng)過和結(jié)果要復(fù)述清楚。看圖復(fù)述課文內(nèi)容自學(xué)指導(dǎo)(一)1、作者運(yùn)用哪幾種方法去刻畫人物的形象？從文中找出具體句子進(jìn)行分析。并說說你是如何看待這兩個(gè)人物的。2、從這個(gè)故事中你懂得了什么道理？自學(xué)指導(dǎo)(二)陳堯咨（善射）賣油翁（善酌）動(dòng)作神態(tài)語言睨之無他，但手熟爾以我酌油知之我亦無他，惟手熟爾汝亦知射乎吾射不亦精乎爾安敢輕吾射釋擔(dān)而立但微頷之取置覆酌瀝性格:自矜（驕傲）謙虛對(duì)比道理:熟能生巧,即使有什么長(zhǎng)處也不必驕傲自滿。忿然笑而遣之笑而遣之1、聯(lián)系生活、學(xué)習(xí)，說說熟能生巧的事例。

2、你認(rèn)為一個(gè)人應(yīng)該如何看待自己的長(zhǎng)處？又如何看待他人的長(zhǎng)處？課外延伸人外有人，天外有天。取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短。自滿人十事九空，虛心人萬事可成。謙受益，滿招損。三人行，必有我?guī)熝?。擇其善者而從之，其不善者而改之。驕傲自滿是我們的一座可怕的陷阱；而且，這個(gè)陷阱是我們自己親手挖掘的。

——

老舍

尺有所短；寸有所長(zhǎng)。物有所不足；智有所不明。

——

屈原

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