第二章烷烴和環(huán)烷烴自由基取代詳解演示文稿

第二章烷烴和環(huán)烷烴自由基取代詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共72頁。優(yōu)選第二章烷烴和環(huán)烷烴自由基取代當(dāng)前2頁，總共72頁。

伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子烷基(alkyl)R-烷烴分子去掉一個氫原子后余下的基團(tuán)-ane-yl1.烷烴、環(huán)烷烴的命名當(dāng)前3頁，總共72頁。當(dāng)前4頁，總共72頁。2).普通命名法（適用于簡單化合物）1~10個碳的烷烴,詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，10個碳以上,用中文數(shù)字十一、十二等加“烷”表示。

碳架異構(gòu)體(構(gòu)造異構(gòu)體的一種)用正、異、新等詞頭區(qū)分。正己烷異己烷新己烷

n-hexaneisohexaneneohexane構(gòu)造異構(gòu)體：具有相同的分子式，分子中的原子或基團(tuán)因連接順序不同而產(chǎn)生的異構(gòu)體。當(dāng)前5頁，總共72頁。3).系統(tǒng)命名法(IUPAC命名法)

選主鏈：選最長碳鏈作主鏈,并以此鏈為母體烷烴.若遇多個等長碳鏈,則取代基多的為主鏈。

編號:近取代基端開始編號,并遵守“最低系列編號規(guī)則”。取代基距鏈兩端位號相同時,編號從次序小的基團(tuán)端開始。當(dāng)前6頁，總共72頁。

次序規(guī)則①單原子取代基,按原子序數(shù)大小排列.原子序數(shù)大,次序大；原子序數(shù)小,次序??；同位素中質(zhì)量高的,次序大。②多原子基團(tuán)第一個原子相同,則依次比較與其相連的其它原子。當(dāng)前7頁，總共72頁。

③含雙鍵或叁鍵的基團(tuán),則作為連有兩個或叁個相同的原子。

命名：中文名稱按基團(tuán)次序規(guī)則，較小的基團(tuán)列在前；英文名稱按基團(tuán)首字母的字順先后列出。5-丙基-4-異丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane當(dāng)前8頁，總共72頁。[注意]1)相同取代基數(shù)目用中文數(shù)字二、三...表示；2)取代基位號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；3)阿拉伯?dāng)?shù)字與漢字之間必須用短橫線分開；4)阿拉伯?dāng)?shù)字之間必須用逗號分開。當(dāng)前9頁，總共72頁。

支鏈上連有取代基,則從和主鏈相連的碳原子開始將支鏈碳原子依次編號,并將支鏈上取代基位號、名稱連同支鏈(取代基)的名寫在括號內(nèi)。2-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷

含復(fù)雜支鏈的烷烴命名2-methyl-5-(1,1-dimethylpropyl)decane當(dāng)前10頁，總共72頁。IUPAC命名中允許使用“異”、“仲”、“叔”、“新”等。當(dāng)前11頁，總共72頁。1.2環(huán)烷烴的命名1)單環(huán)環(huán)烷烴的命名(1)

按成環(huán)碳原子數(shù)目稱為環(huán)某烷。1-甲基-3-乙基環(huán)己烷3-ethyl-1-methylcyclohexane2-甲基-4-乙基-1-丙基環(huán)己烷4-ethyl-2-methyl-1-propylcyclohexane遵守最低系列原則當(dāng)前12頁，總共72頁。

(2)長鏈作母體，環(huán)作取代基。3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane1-甲基-3-乙基-5-丙基環(huán)己烷1-ethyl-3-methyl-5-propylcyclohexane遇相同編號時，次序小的基團(tuán)定位“1”。環(huán)作取代基時，cyclo參與比較英文字母排序。當(dāng)前13頁，總共72頁。2)橋環(huán)烷烴的命名共用兩個或兩個以上碳原子的多環(huán)烷烴．

橋頭碳原子：多環(huán)共用的碳原子。(橋碳鏈交匯點(diǎn)原子)。

橋：兩個橋頭碳原子之間的碳鏈或一個鍵。二環(huán)[3.2.1]辛烷Bicyclo[3.2.1]octane由環(huán)烴轉(zhuǎn)變成鏈烴,斷裂共價鍵的次數(shù)即為橋環(huán)化合物的環(huán)數(shù)．當(dāng)前14頁，總共72頁。[編號]從橋頭碳開始，繞最長的橋到另一個橋頭，再繞次長橋返回起始橋，最短的橋碳最后編號。2,8,8-三甲基二環(huán)[3.2.1]辛烷2,8,8-trimethylbicyclo[3.2.1]octane取代基列在整個名稱的前面當(dāng)前15頁，總共72頁。編號時,可能的情況下使取代基位號盡可能小。2-溴二環(huán)[3.3.0]辛烷2-bromobicyclo[3.3.0]octane兩環(huán)通過共用相鄰原子稠合當(dāng)前16頁，總共72頁。3)螺環(huán)烷烴

螺原子：兩個碳環(huán)共用的碳原子.螺[4.5]癸烷5-甲基螺[3.4]辛烷兩個碳環(huán)共用一個碳原子的化合物。Spiro[4.5]decane5-methylspiro[3.4]octane當(dāng)前17頁，總共72頁。第二章烷烴和環(huán)烷烴自由基取代反應(yīng)1.烷烴環(huán)烷烴的命名2.烷烴環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)3.烷烴/環(huán)烷烴的物理性質(zhì)與分子間的非共價作用4.化學(xué)反應(yīng)當(dāng)前18頁，總共72頁。2.烷烴環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)1)烷碳的sp3雜化和σ鍵的形成基態(tài)時C：1s22s22px12py12pz0C-C鍵長~154pm鍵角~109.5oC-H鍵長~110pm

σ鍵可以饒軸旋轉(zhuǎn)2.1烷烴的結(jié)構(gòu)當(dāng)前19頁，總共72頁。甲烷：在甲烷分子中形成４個σCsp3－Ｈ1s，當(dāng)前20頁，總共72頁。當(dāng)前21頁，總共72頁。當(dāng)前22頁，總共72頁。σ鍵(σbond)：兩個軌道沿著對稱軸方向重疊形成的鍵。σ鍵的特點(diǎn)：(1)比較牢固；(2)能夠繞對稱軸自由旋轉(zhuǎn)。2)烷烴的構(gòu)象及構(gòu)象異構(gòu)構(gòu)象:由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團(tuán)在空間的不同排列方式。當(dāng)前23頁，總共72頁。乙烷:在乙烷分子中形成6個σCsp3－Ｈ1s1個σCsp3－Csp3當(dāng)前24頁，總共72頁。乙烷分子的形成當(dāng)前25頁，總共72頁。乙烷的球棒模型重疊式交叉式當(dāng)前26頁，總共72頁。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。乙烷各種構(gòu)象勢能關(guān)系圖當(dāng)前27頁，總共72頁。(2)

構(gòu)象的穩(wěn)定性[分析乙烷兩個極限構(gòu)象]排斥力最大排斥力最小

內(nèi)能高內(nèi)能低

非鍵連相互作用力：不直接相連的原子間的作用力。構(gòu)象的穩(wěn)定性與內(nèi)能有關(guān).(內(nèi)能低,穩(wěn)定;內(nèi)能高,不穩(wěn)定)

能量最低的穩(wěn)定構(gòu)象稱優(yōu)勢構(gòu)象當(dāng)前28頁，總共72頁。乙烷不同構(gòu)象的能量曲線圖?室溫下,構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，不能分離。

?平衡狀態(tài)中,分子傾向以穩(wěn)定構(gòu)象形式存在.

——構(gòu)象分布——平衡狀態(tài)時各構(gòu)象所占的比例(3)

重疊式與交叉式構(gòu)象的能差及構(gòu)象分布?轉(zhuǎn)動能：12.5kJ/mol?每對重疊氫H-C-C-H排斥力~4kJ/mol(重疊張力/扭轉(zhuǎn)張力)當(dāng)前29頁，總共72頁。為主丁烷的構(gòu)象當(dāng)前30頁，總共72頁。丁烷C(2)-C(3)鍵旋轉(zhuǎn)引起的各構(gòu)象的能量變化當(dāng)前31頁，總共72頁。構(gòu)象穩(wěn)定性：對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式室溫下，正丁烷構(gòu)象異構(gòu)體處于迅速轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡中，不能分離。最穩(wěn)定的對位交叉構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象。

當(dāng)前32頁，總共72頁。當(dāng)前33頁，總共72頁。當(dāng)前34頁，總共72頁。當(dāng)前35頁，總共72頁。(1)為什么1,2-二溴乙烷的偶極矩為零,而乙二醇卻有一定的偶極矩？1 (3)下列哪一對化合物是等同的？（假定C2–C3單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)）（提示：從優(yōu)勢構(gòu)象入手分析）（提示：考慮鍵旋轉(zhuǎn)后,基團(tuán)在空間的排序）討論題當(dāng)前36頁，總共72頁。1)環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性2.2環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)當(dāng)前37頁，總共72頁。為什么小環(huán)化合物容易開環(huán)并且三元環(huán)比四元環(huán)更容易開環(huán),而五元環(huán)、六元環(huán)相對穩(wěn)定？當(dāng)前38頁，總共72頁。環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷具有非平面構(gòu)象當(dāng)前39頁，總共72頁。當(dāng)前40頁，總共72頁。當(dāng)前41頁，總共72頁。當(dāng)前42頁，總共72頁。與鏈狀烷烴單位CH2燃燒熱(658.6kJ/mol)比較：

扭轉(zhuǎn)張力

扭轉(zhuǎn)張力愈大，相應(yīng)的環(huán)烷烴愈不穩(wěn)定。環(huán)烷烴穩(wěn)定性的排列順序：環(huán)己烷>

環(huán)戊烷>環(huán)丁烷>環(huán)丙烷環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷具有非平面構(gòu)象燃燒熱高于開鏈烷烴數(shù)值越大，內(nèi)能越高，穩(wěn)定性越差當(dāng)前43頁，總共72頁。

(1)環(huán)己烷的構(gòu)象與穩(wěn)定性極限構(gòu)象：椅式船式

椅式構(gòu)象基本不存在

非鍵連作用角張力扭轉(zhuǎn)張力2)環(huán)己烷及其衍生物的構(gòu)象與穩(wěn)定性當(dāng)前44頁，總共72頁。當(dāng)前45頁，總共72頁。a鍵：直立鍵(豎鍵)(axialbonds)e鍵：平伏鍵(橫鍵)(equatorialbonds)構(gòu)象翻轉(zhuǎn)

a鍵轉(zhuǎn)變成e鍵，e鍵轉(zhuǎn)變成a鍵；當(dāng)前46頁，總共72頁。

船式構(gòu)象基本存在

非鍵連作用扭轉(zhuǎn)張力穩(wěn)定性：椅式構(gòu)象環(huán)己烷>船式構(gòu)象環(huán)己烷室溫下，平衡有利于椅式構(gòu)象（優(yōu)勢構(gòu)象），99.9%。當(dāng)前47頁，總共72頁。

(2)取代環(huán)己烷的構(gòu)象與穩(wěn)定性a一取代環(huán)己烷的構(gòu)象平衡有利于-CH3處于e鍵的構(gòu)象(優(yōu)勢構(gòu)象)。[構(gòu)象分析]非鍵連作用鄰交叉型對交叉型

平伏鍵甲基環(huán)己烷比直立鍵甲基環(huán)己烷穩(wěn)定：7.1kJ/mol當(dāng)前48頁，總共72頁。

鄰交叉對交叉當(dāng)前49頁，總共72頁。當(dāng)前50頁，總共72頁。當(dāng)前51頁，總共72頁。當(dāng)前52頁，總共72頁。

b二取代環(huán)己烷的構(gòu)象aa鍵型ee鍵型ae鍵型ae鍵型(優(yōu)勢構(gòu)象)(能量等同的構(gòu)象異構(gòu)體)順式(cis):反式(trans):當(dāng)前53頁，總共72頁。

試比較順式和反式1,4-二甲基環(huán)己烷的穩(wěn)定性。

ea鍵型ee鍵型aa鍵型

甲基ee鍵型異構(gòu)體比甲基ea鍵型異構(gòu)體穩(wěn)定。(優(yōu)勢構(gòu)象)當(dāng)前54頁，總共72頁。(3)環(huán)己烷的其他構(gòu)象與穩(wěn)定性當(dāng)前55頁，總共72頁。第二章烷烴和環(huán)烷烴自由基取代反應(yīng)1.烷烴環(huán)烷烴的命名2.烷烴環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)3.烷烴/環(huán)烷烴的物理性質(zhì)與分子間的非共價作用4.化學(xué)反應(yīng)當(dāng)前56頁，總共72頁。3.烷烴/環(huán)烷烴的物理性質(zhì)與分子間的非共價作用物理性質(zhì)與化合物的結(jié)構(gòu)和分子間的作用力有關(guān)。3.1分子間的非共價作用力(1).氫鍵一個分子中帶有部分正電荷的氫原子(氫鍵給體)和另一分子(或同一分子)中帶有部分負(fù)電荷的雜原子(氫鍵受體)之間的相互作用。氫鍵用虛線表示：X—H----Y當(dāng)前57頁，總共72頁。1)具有與電負(fù)性大的雜原子相連的氫原子。2)具有孤電子對的電負(fù)性大的雜原子。雜原子的電負(fù)性越大,原子半徑越小,形成的氫鍵越強(qiáng)。形成氫鍵的條件:一個氫原子只能與一個雜原子形成氫鍵。當(dāng)前58頁，總共72頁。氫鍵對分子構(gòu)象的影響

氫鍵影響化合物熔/沸點(diǎn)及水溶性分子間氫鍵使熔點(diǎn)、沸點(diǎn)升高；分子內(nèi)氫鍵使熔點(diǎn)、沸點(diǎn)下降；能形成分子間氫鍵,使水溶性增加。當(dāng)羥基有可能參與形成分子內(nèi)氫鍵,則對位交叉構(gòu)象不一定是優(yōu)勢構(gòu)象.當(dāng)前59頁，總共72頁。

(2).偶極-偶極作用力極性分子間的相互作用力。δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-δ-δ+δ+δ-一分子偶極正端對另一分子偶極負(fù)端的相互吸引作用。

(3).范德華作用力＊色散力是分子在不斷運(yùn)動中，產(chǎn)生瞬時偶極之間的相互作用。大小與相對分子質(zhì)量、分子的極化率(分子的變形)和分子接觸面積有關(guān)。當(dāng)前60頁，總共72頁。烷烴是非極性分子，分子間存在色散力．2.3.2烷烴/環(huán)烷烴的物理性質(zhì)狀態(tài)，沸點(diǎn)(bp)，熔點(diǎn)(mp)，相對密度，溶解度…當(dāng)前61頁，總共72頁。

熔點(diǎn)不僅與分子間作用力有關(guān)，還與分子在晶格中堆積的緊密程度、分子的對稱性有關(guān)。環(huán)烷烴的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)均高于直鏈烷烴。(環(huán)的剛性使分子接觸面相對較大，分子間排列相應(yīng)較緊密.)直鏈烷烴中,含偶數(shù)碳原子的烷烴其熔點(diǎn)升高的幅度比含奇數(shù)碳原子的烷烴大．bp/oC36

28

9mp/oC

-130-160-17

同分異構(gòu)體中，支鏈烷烴沸點(diǎn)比直鏈的低。

直鏈烷烴沸點(diǎn)隨分子量增加而有規(guī)律地增加。當(dāng)前62頁，總共72頁。烷烴不溶于水，溶于非極性/低極性的有機(jī)溶劑。(遵循“相似相溶”原則)烷烴的密度＜1．

當(dāng)前63頁，總共72頁。思考題1.解釋下列分子質(zhì)量相近的化合物其沸點(diǎn)為何不同？分子間力的大小順序：氫鍵>>偶極—偶極作用力>色散力當(dāng)前64頁，總共72頁。4.化學(xué)反應(yīng)4.1燃燒反應(yīng)烷烴完全燃燒生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。

4.2熱裂反應(yīng)化合物在高溫和無氧存在下的分解反應(yīng)。當(dāng)前65頁，總共72頁。

4.3烷烴的自由基取代反應(yīng)2)反應(yīng)機(jī)理亦稱反應(yīng)歷程、反應(yīng)機(jī)制。描述反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的每一步過程。氯分子在光照或高溫下裂解（均裂），產(chǎn)生自由基：

鏈引發(fā)

①產(chǎn)生甲基自由基：鏈增長②1)烷烴的鹵代光照或加熱條件當(dāng)前66頁，總共72頁。產(chǎn)生新的氯自由基：氯甲基自由基的形成：氯甲基自由基再與氯分子作用,生成二氯甲烷及氯原子：......自由基碰撞,形成穩(wěn)定的分子.自由基消失,反應(yīng)終止:當(dāng)前67頁，總共72頁。反應(yīng)經(jīng)歷了自由基活性中間體。自由基取代反應(yīng)。鏈終止③自由基反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈轉(zhuǎn)移、鏈終止。亦稱自由基鏈鎖反應(yīng)。

1)甲烷氯代易得氯代烷的混合物,為什么？2)甲烷和氯氣同時光照，為什么不引發(fā)甲基自由基？當(dāng)前68頁，總共72頁。3)反應(yīng)的活化能與反應(yīng)速率活化能(activatinge