有機化學教案

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除第二章烷烴學習目的和要求：.掌握烷烴的同系列、同分異構和構造異構。.掌握烷烴的命名法、常見基團的名稱。.掌握烷烴的結構，包括碳正四面體的概念、sp3雜化和o鍵。.掌握烷烴的構象及構象的表示方法。.掌握烷烴的物理性質。.掌握烷烴的化學性質（穩(wěn)定性、裂解、氧化及取代反應、各種氫的相對活潑性）。.掌握烷烴光鹵代反應歷程。.掌握甲烷氯代反應過程中的能量變化，包括過渡態(tài)理論、反應熱、活化能。.掌握一般烷烴的鹵代反應歷程。.了解烷烴的來源。本章節(jié)重點、難點烷烴的同系列、同分異構和構造異構、烷烴的命名法、烷烴的結構、烷烴的構象及構象的表示方法、烷烴的物理性質、烷烴的化學性質、烴光鹵代反應歷程、甲浣氯代反應過程中的能量變化。教學內容分子中只有C、H兩種元素的有機化合物叫做烴，烴可以分為以下幾類：｛烷烴烯烴、二烯烴住1 快烴〔環(huán)狀烴（脂環(huán)烴） J脂環(huán)烴芳香烴烷烴是分之中的碳除以碳碳單鍵相連外，碳的其他價鍵都為氫原子所飽和的烴叫做烷烴，也叫做飽和烴。2.1烷烴的同系列及同分異構現象2.1.1烷烴的同系列最簡單的烷烴是甲烷，依次為乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，它們的分子式、構造式分別為：分子式 構造式 構造簡式----完整版學習資料分享----資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除甲烷同 H-H-H CH4HHHH_C_C_H乙烷CH 匚』 CHCHTOC\o"1-5"\h\z6 HH 3 3HHHH-C-9_C-H丙烷CH HHH CHCHCH8 3 2 3HHHHH-^-^-^-^-H丁烷CH HHHHCHCHCHCH410 3 2 2 3從上述結構式可以看出，鏈狀烷烴的組成都是相差一個或幾個ch2（亞甲基）而連成碳鏈，碳鏈的兩端各連一個氫原子。所以烷烴的通式為CnH2n+2。這種結構和化學性質相似，組成上相差一個或多個里的一系列化合物稱為同系列。同系列中的化合物互稱為同系物。由于同系列中同系物的結構和性質相似，其物理性質也隨著分之中碳原子數目的增加而呈規(guī)律性變化，所以掌握了同系列中幾個典型的有代表性的成員的化學性質，就可推知同系列中其他成員的一般化學性質。在應用同系列概念時，除了注意同系物的共性外，還要注意它們的個性，要根據分子結構上的差異來理解性質上的異同。2.2.2烷短的同分異構現象.同分異構現象甲、乙、丙烷只有一種結構，無同分異構現象，從丁烷開始有同分異構現象，同分異構體可以通過主鏈延長法和主鏈縮短法推導出來，下面通過主鏈延長法導出丁烷的所有同分異構體：H加到鏈端C-H間 HHHHH-C--c-C—GF -r—eHHH-C-HHHH 止」烷HCCCH H HHH加到中間碳C-H間HHH （沸點-0.5℃） AHCCCHHH丫HH異丁烷（沸點-10.2）由兩種丁烷兩各異構體通過主鏈延長法導出三種戊烷的同分異構體：----完整版學習資料分享----資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除ch3-ch2-ch2-chch3-ch2-ch2-ch3ch3-ch2-ch-ch3CH3-ch-加到鏈端c-h間-ch3ch2ch2ch2ch33 2 2 2 3 ch3-ch2-ch-ch3加到中間碳c-h間CH33CH3CH3-C-CH3正戊烷b.p36.1℃異戊烷b.p28℃新戊烷b.p9.5℃CH一這種現象稱為構造異構現象。上述這種分子式相同而構造式不同的化合物稱為同分異構體，這種現象稱為構造異構現象。構造異構現象是有機化學中普遍存在的異構現象的一種，這種異構是由于碳鏈的構造不同而形成的，故又稱為碳鏈異構，隨著碳原子數目的增多，異構體的數目也增多。.3.3伯、仲、叔、季碳原子在烴分之中，按照碳原子與所邊碳原子的不同，可分為四類：僅與一個碳相連的碳原子叫做伯碳原子（或一級碳原子，用1°表示）與兩個碳相連的碳原子叫做仲碳原子（或二級碳原子，用2°表示）與三個碳相連的碳原子叫做叔碳原子（或三級碳原子，用3°表示）與四個碳相連的碳原子叫做季碳原子（或四級碳原子，用4°表示）例如:1°CH33°戶一例如:1°CH3與伯、仲、叔碳原子相連的氫原子，分別稱為伯、仲、叔氫原子，不同類型的氫原子的反應性能有一定的差別。2.2烷烴的命名烷烴常用的命名法有普通命名法和系統(tǒng)命名法普通命名法根據分子中碳原子數的多少目稱為“某烷”，碳原子數十個以內的依次用甲、乙、丙、丁、戊……癸表示，十以上的用漢字數字表示碳原子數，用正、異、新表示同分異構體。例如：CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3—CH-ch2-ch3 ch3—q—ch3CH3 CH33 3正戊烷 異戊烷 新戊烷普通命名法簡單方便，但只能適用于構造比較簡單的烷烴。對于比較復雜的烷烴必須使用系統(tǒng)命名法。烷基----完整版學習資料分享----

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除烷基是烷烴分之中去掉一個氫原子而剩下的原子團稱為烷基。烷基名稱通常符號CH3-甲基MeCH3cH2-乙基EtCH3cH2cH「丙基n-PrCHCH-31異內基i-PrCH3CH3CH2CH2CH2-正丁基n-BuCH3CHCH2-異丁基i-BuCH3CHCHCH-仲丁基s-Bu1CHCH3ICH3—C- 叔丁基 t-BuICH3烷基的通式為CnH2n+1，通常用R表示，此外還有“亞”某基，“次”某基，如亞甲基為C"，次甲基為CH。系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）目前有機化合物最常用的命名法是國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）制定的有機化合物的系統(tǒng)命名方法，我國現用系統(tǒng)合名法是根據IUPAC規(guī)定的原則，再結合我國漢字的特點而制定的。烷烴系統(tǒng)命名法規(guī)則如下：（1）選擇主鏈：選擇含碳原子數目最多的碳鏈作為主鏈，支鏈作為取代基，分之中有兩條以上等長碳鏈時，則選擇支鏈多的一條為主鏈。例如：C-H3CH3-CH27-CHCH3-CH27-CH-CH-'CH.-CHCH2Ch-CH3CH3CH3選擇錯誤CH3-CH2-CH:ch—CH—ch-ch3ch3：ch2 ch3選擇正確：CH2-CH32-u 3選擇正確（2）碳原子的編號:----完整版學習資料分享----

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除1 23456c1 23456c-c-c-C_c-c編號正確編號錯誤1 2 3 4 5 6 7 8編號錯誤C_C_C_C_C_,”-C8 7 6 C5 4 C 2 1編號正確C2)從碳鏈任何一端開始，第一個支鏈的位置都相同時，則從較簡單的一端開始編號。例如：1 234 567 編號正確CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3II7CH3CH2-CH31編號錯誤3)若第一個支鏈的位置相同，則依次比較第二、第三個支鏈的位置，以取代基的系列編號最小(最低系列原則)為原則。1 2345 678編號正確例如： CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH-CH38CH3 CH3 CH31 編號錯誤(3)烷烴的名稱將支鏈(取代基)寫在主鏈名稱的前面取代基按“次序規(guī)則”，位置優(yōu)先的基團優(yōu)先放在最后寫出。烷基的大小次序：甲基〈乙基〈丙基＜丁基〈戊基〈己基＜異戊基＜異丁基〈異丙基。相同基團合并寫出，位置用2,3……標出，取代基數目用二，三……標出。表示位置的數字間要用“，”隔開，位次和取代基名稱之間要用“一”隔開。例如：CHCH—CHCH—CH—CHCH3? ? 2 ? 2 3CH3CH3 CH2—CH(CH3)22,3,7,-三甲基-5-乙基辛烷2.3烷烴的結構碳原子的四面體構型構型是指具有一定構造的分子中原子在空間的排列狀況，烷烴分之中碳原子為正四面體構型。甲烷分之中，碳原子位于正四面體構的中心，四個氫原子在四面體的四個頂點上，四個C-H鍵長都為0.109nm,所有建角/H-C-H都是109.5°,甲烷的正四面體構型如下圖所示。----完整版學習資料分享----資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除碳原子的SP3雜化碳原子的基態(tài)電子排布是（1S2、2s2、2px1、2py1、2pz），按未成鍵電子的數目，碳原子應是二價的，但在烷烴分子中碳原子確是四價的，且四個價鍵是完全相同的。這是因為，在有機物分子中碳原子都是以雜化軌道參與成鍵的，在烷烴分子中碳原子是以SP3雜化軌道成鍵的，具體過程如下：2P2S基態(tài)激發(fā)一田皿光或二E2P2S

激發(fā)態(tài)2P2S基態(tài)激發(fā)一田皿光或二E2P2S

激發(fā)態(tài)雜化SP3雜化態(tài)雜化后形成四個能量相等的軌道稱為SP3雜化軌道，這種雜化方式稱為SP3雜化，每一個SP3雜化軌道都含有1/4S成分和3/4P成分。四個SP3軌道對稱的分布在碳原子的四周，對稱軸之間的夾角為109.5°,這樣可使價電子盡可能彼此離得最遠，相互間的斥力最小，有利于成鍵。SP3軌道有方向性，圖形為一頭大，一頭小，示意圖如下:2s2p四個^3的空間分布2s2p四個^3的空間分布烷烴分子的形成烷烴分子形成時，碳原子的SP3軌道沿著對稱軸的方向分別與碳的SP3軌道或氫的1S軌道相互重疊成。鍵。甲烷的形成示意圖如下所示:。鍵。甲烷的形成示意圖如下所示:資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除象甲烷分子中C與H之間的化學鍵是。鍵，象這種成鍵電子云沿鍵軸方向呈圓柱形對稱重疊而形成的鍵叫做。鍵。。鍵有如下幾個的特點：(1)電子云沿鍵軸呈圓柱形對稱分布。(2)可自由旋轉而不影響電子云重疊的程度。(3)結合的較牢固。其中C-H鍵，鍵能415.3KJ/mol；C-C鍵,鍵能345.6KJ/mol3.4其它烷烴的構型1)碳原子都是以SP3雜化軌道與其他原子形成。鍵，碳原子都為正四面體結構。2)C-C鍵長均為0.154nm,C-H鍵長為0.109nm,,鍵角都接近于109.5°。3)碳鏈一般是曲折地排布在空間，在晶體時碳鏈排列整齊，呈鋸齒狀，在氣、液態(tài)時呈多種曲折排列形式(因。鍵能自由旋轉所致)。例如正己烷的碳鏈在空間的分布為：2、4烷烴的構象構象：分子通過單鍵的旋轉而引起的分之中各原子在空間的不同排列方式稱為構象。乙烷的構象理論上講，乙烷分之中碳碳單鍵的自由旋轉可以產生無數種構象，但極限構象只有兩種，即交叉式和重疊式。構象通常用透視式或紐曼(Newman)投影式表示如下：透視式 紐曼(Newman)投影式交叉式重疊式交叉式構象為乙烷的優(yōu)勢構象交叉式構象中原子間的斥力小，能量最低。重疊式比交叉式的能壘(扭交叉式重疊式交叉式構象為乙烷的優(yōu)勢構象交叉式構象中原子間的斥力小，能量最低。重疊式比交叉式的能壘(扭轉能)高12.5KJ/mol。單鍵旋轉的能壘一般為12?42KL/mol,在室溫時，乙烷分之中的C-C鍵能迅速的旋轉，因此不能分離出乙烷的某一構象。在低溫時，交叉式增加。(如乙烷在-170℃時，基本上是交叉式)。----完整版學習資料分享----

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除以正丁烷的C2—C3鍵的旋轉來討論丁烷的構象，固定C2,把C3旋轉一圈來看丁烷的構象情況。在轉動時，每次轉60°，直到360°復原可得到四種典型構象。資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除以正丁烷的C2—C3鍵的旋轉來討論丁烷的構象，固定C2,把C3旋轉一圈來看丁烷的構象情況。在轉動時，每次轉60°，直到360°復原可得到四種典型構象。鄰位交叉式全重疊式四種典型構象與能量的關系見如下圖所示:能量----完整版學習資料分享----

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式相對能壘： 0 3.3KJ/mol14.6KJ/mol18.4~25.5KJ/mol室溫時，對位交叉式約占70%，鄰位交叉式占30%，其他兩種極少。2.5烷烴的物理性質狀態(tài)C1~C4的烷烴為氣態(tài)，C5?C16的烷烴為液態(tài)，C17以上的烷烴為固態(tài)。沸點1）著碳原子數的遞增，沸點依次升高。2）原子數相同時，支鏈越多，沸點越低。沸點的高低與分子間引力--范德華引力（包括靜電引力、誘導力和色散力）有關。烴的碳原子數目越多，分子間的力就越大。支鏈增多時，使分子間的距離增大，分子間的力減弱，因而沸點降低。直鏈烷烴的沸點變化規(guī)律如下：沸點沸點資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除碳原子數熔點1）碳原子數目增加，熔點升高。2）分子的對稱性越大，熔點越高。直鏈烷烴的熔點變化規(guī)律如下:相對密度（比重）都小于1，隨著分子量的增加而增加，最后接近于0.8（20℃）。溶解度不溶與水，溶于某些有機溶劑，尤其是烴類中。2、6烷烴的化學性質烷烴的化學性質穩(wěn)定（特別是正烷烴）。在一般條件下（常溫、常壓），與大多數試劑如強酸、強堿、強氧化劑、強還原劑及金屬鈉等都不起反應，或反應速度極慢。這是因為在烷烴分子中，共價鍵都為。鍵，鍵能大，分子中的共價鍵不易極化。但在一定條件下（如高溫、高壓、光照、催化劑）烷烴也能起一些化學反應。2.6.1氧化燃燒：烷烴在空氣中燃燒，生成二氧化碳和水，并放出大量的熱能。如：3n+1燃燒CnH2n+2+~^~°2 nCO2+（n+1）H2O+熱能（Q）C6H14+O-1O2 -6CO2+7H2O+4138KJ/mol----完整版學習資料分享----

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除2.6.2異構化反應例如正丁烷在三澳化鋁和澳化氫作用下，在27攝氏度時，可以發(fā)生異構化反應生成異丁烷。2.6.2裂化反應在高溫及沒有氧氣的條件下使烷烴分子中的C-C鍵和C-H鍵發(fā)生斷裂的反應稱為裂化反應。例如：(?CH(?CH3VCHKH2-(2)一HH--CH3-CH=CH2+H.丙烯*CH4+CH2=CH2乙烯2.6.3鹵代反應烷烴的氫原子被鹵素取代生成鹵代烴的反應稱為鹵代反應。通常是指氯代或澳代。1)甲烷的氯代反應CH41)甲烷的氯代反應CH4+Cl2黑暗中一強烈日光不發(fā)生反應4HCl+C猛烈反應在紫外光漫射或高溫下，甲烷易與氯、澳發(fā)生反應。CH44Cl2漫射光ACH3-C1+HCl甲烷的鹵代反應較難停留在一取代階段，氯甲烷還會繼續(xù)發(fā)生氯化反應，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。若控制一定的反應條件和原料的用量比，可得其中一種氯代烷為主要的產物。比如甲烷：氯氣=10：1(400~450℃時)，CHCl占98%3甲烷：氯氣=1：4 (400℃時)，主要為CCl42)其他烷烴的氯代反應反應條件與甲烷的氯代相同，但產物更為復雜，因氯可取代不同碳原子上的氫，得到各種一氯代或多氯代產物。例如：CH3cH2cH3Cl2，光?CH3cH2cH2+CH3CHCH3+二氯代物+三氯代物ClClClCH3I CH2-CHCH2cH3 33.5%----完整版學習資料分享----CH3 Cl業(yè)LCH3-C-CH2cH3 22%CH3CHCH2cH3C2"光 Cl——-CH3CH-CHCH3 28%

資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除2）伯、仲、叔氫的相對反應活性CH3-CH2-CH3+Cl2光，25℃CH3-CH2-CH2+CH3-CH-CH3ClCl

43% 57%分子中，有六個等價伯氫，兩個等價仲氫，若氫的活性一樣，則兩種一氯代烴的產率，理論上海：2=3：1，但實際上為43：57=1：1.33,這說明在時溫氯代時，各類氫的反應活性是不一樣的。如果定義：氫的相對活性=產物的數量：被取代的等價氫的個數。這樣可知：TOC\o"1-5"\h\z仲氫的相對活性 57/2 4= 7伯氫的相對活性 43/6 1即仲氫與伯氫的相對活性為4：1。異丁烷一氯代時的情況時的產物比例如下:CH3 光 CH3 CH3CH3-CH-CH34Cl2 CH—C-CHfCH—CH-CH-Cl3 3 225℃ 3cl 3 3 2叔丁基氯 異丁基氯36% 64%用公式：氫的相對活性=產物的數量：被取代的等價氫的個數，可求得叔氫的相對反應活性:叔氫的相對活性 36/1 5.1= =伯氫的相對活性 64/9 1 用公式：氫的相對活性=產物的數量：被取代的等價氫的個數，可求得叔氫的相對反應活性:叔氫的相對活性 36/1 5.1= =伯氫的相對活性 64/9 1 即叔氫的反應活性為伯氫的5倍。故室溫時三種氫的相對活性為：3°H：2°H：1°H=5：4：1。3）與澳的反應澳代反應時（光照，127℃）,三種氫的相對活性為：3°H：2°H：1°H=1600：82：1CH3CH3-CH-CH2

BrCH3例如：CH3cH-C4+B7光127℃CH3*CH3-C-CH3Br----完整版學習資料分享--<1%資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除由此可見，澳代反應的選擇性好，在有機合成中比氯代更大的應用價值。烷烴的鹵代反應歷程反應歷程是化學反應所經歷的途徑或過程，又稱為反應機理。甲烷的氯代歷程實驗證明，甲烷的氯代反應為自由基歷程，其過程分為三個步驟，如下所示:hror△Cl：Cl1 2Cl. 鏈引發(fā)CH4+Cl- CH3.4HCl、CH3.-Cl2 CH3-Cl+Cl.CH3-Cl-Cl- -CH2-Cl+HCl：> 鏈增長階段,CH2-Cl+Cl2 CH2-Cl2+Cl-Cl-+Cl- Cl2 、C%」.CH3 CH3-CH3 > 鏈終止階段?CH3+Cl. CH-Cl33從上可以看出，一旦有自由基生成，反應就能連續(xù)的進行下去，這樣周而復始，反復不斷的進行反應，故又稱為鏈鎖反應或鏈式反應。凡是自由基反應，都是經過鏈的引發(fā)、鏈的傳遞、鏈的終止三個階段來完成的。鹵素的反應活性鹵素的反應活性： 氟>氯>澳>碘。烷烴鹵代反應的相對活性鹵素對甲烷的相對反應活性如下所示：四種不同鹵素對甲烷： F2 Cl2 Br2I2的反應熱ah： -422.6 -104.9-37.7 +54.4kJ/mol反應活性：氟>氯>澳>碘但化學反應要通過底物與試劑的有效碰撞才能發(fā)生，為了使反應發(fā)生而必須提供的最低限度的能量稱為活化能（E活）。7.4烷基自由基的穩(wěn)定性----完整版學習資料分享----資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除烷烴對鹵代反應的相對活性與烷基自由基的穩(wěn)定性有關。氫的活性次序：叔氫>仲氫>伯氫自由基的穩(wěn)定次序為：3°>2°>1°>甲基自由基，自由基的穩(wěn)定性次序可以從從超共軛效應去的大小得到解釋甲烷氯代反應過程中的能量變化（過渡態(tài)理論、反應熱、活化能）過渡狀態(tài)理論認為每一個反應的反應進程分為三個階段：始態(tài)、過渡態(tài)和終態(tài)。即一個反應由反應物到產物的轉變過程中，需要經