有机化学烷烃.ppt
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1、关于有机化学烷烃现在学习的是第1页,共65页 2.1 烷烃的通式、同系列和同分异构通式:CnH2n+2一.同系列和同分异构组成上相差CH2及其整数倍。同系列中的各化合物互为同系物。C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12 同分异构体:具有相同分子式的不同化合物。构造异构体:具有相同分子式,分子中原子或基团因连接顺 序不同而产生的异构体。由碳架不同引起的异构,称碳架异构。(属构造异构)现在学习的是第2页,共65页2、烷烃的同分异构构造异构现象:在绪论一章讲过,有机化合物之所以数量众多,其主要原因是存在异构现象。构造异构是众多异构的一种。构造异构是指分子式相同,分子中的原
2、子的成键顺序或连接顺序不同。对于烷烃的构造异构,实质上是碳架异构,即分子式相同,碳架不同。三个碳原子以下烷烃没有构造异构,四个碳及四个以上碳原子的烷烃就有构造异构:现在学习的是第3页,共65页正丁烷 异丁烷 这是两个不同化合物,具有不同性质,正丁烷b.p-0.50C,m.p-1380C,而异丁烷分别为-11.7和-159.40C.正丁烷的构造式可用简式CH3(CH2)2CH3表示。异丁烷用(CH3)3C表示。现在学习的是第4页,共65页下面写出C5H12的所有构造异构体:写出C6H14的所有构造异构体:1、先写直链的2、拿掉一个碳原子作为甲基,其余五个碳原子做主链,放在不同位置上得到2,3 3
3、、再拿掉一个碳变成两个甲基,放在主链不同位置上,得到4,5。4、支链长度必须小于主链的一半,支链只能为甲基。现在学习的是第5页,共65页要掌握给出分子式的化合物的全部构造异构的办法,七个碳原子有九个,八个碳原子有十八个,九个碳原子有七十五个异构体。实际上最多写七个碳原子。现在学习的是第6页,共65页 2.2.命名1.烷基的概念 1)伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)2)烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基 现在学习的是第7页,共65页C
4、H3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3异丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基2.命名1)习惯命名法(适用于简单化合物)110个碳的烷烃,词头用:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸;10个碳以上,用数字十一、十二等表示。碳架异构体用正、异、新等词头区分。CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3 正己烷 异己烷 新己烷现在学习的是第8页,共65页CH3CH-CH3CH3CCH2-CH3CH3(2)、衍生物命名法:要点:把除正构烷烃之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物,这种方法可以表示结构,但是仍然只适用于简单烷烃
5、。命名方法:选择含取代最多取代基的碳原子为母体(甲烷),并且要求取代基最简单。直链烷烃现在学习的是第9页,共65页例如三甲基仲丁基甲烷其余部分为取代基,书写时由大到小排列。结尾是甲烷。相同取代基合并,写出个数,用中文字表示个数。现在学习的是第10页,共65页3)系统命名法(IUPAC命名法)a.选最长碳链作主链,支链作取代基。遇多个等长碳链,则 取代基多的为主链。CH3CH2CHCH3CH2CH3主链C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123b.近取代基端开始编号,并遵守“最低系列编号规则”现在学习的是第11页,共65页CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位号 2,3
6、,5取代基位号 2,4,5 c.取代基距链两端位号相同时,编号从顺序小的基团端开始。顺序:-C-C-C Br Cl F O N C D H 现在学习的是第12页,共65页 多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。CH2CH2CH3 C(C、H、H、)C(C、C、H)CHCH3CH3CH2ClCHF2C(Cl、H、H)C(F、F、H)顺序大的基团称。现在学习的是第13页,共65页d.支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链 碳原子依次编号,并将取代基位号、名称连同支链名写在 括号内。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH3
7、1 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷e.名称的排列顺序 中文名称按基团顺序规则,较小的基团列在前;英文名称 按基团首字母的字顺先后列出。现在学习的是第14页,共65页 5-丙基-4-异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane注意 1)相同取代基数目用汉文数字二、三.表示;2)取代基位号用阿拉伯数字表示;3)阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开;4)阿拉伯数字之间必须用逗号分开。以板书表示现在学习的是第15页,共65页 烷烃分子中的碳都是sp3杂化。甲烷具有正四面体的结构特征。当烷烃中的碳原子数大于3的时候,碳链就形成锯齿形
8、状。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是键。2.3烷烃的结构特征烷烃的结构特征现在学习的是第16页,共65页 键的定义键的定义*1 电子云可以达到最大程度的重叠,所以比较牢固。*2键旋转时不会破坏电子云的重叠,所以键可以自由旋转。在化学中,将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。键的特点现在学习的是第17页,共65页1.碳的SP3杂化和键的形成基态时 C:1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz0 sp3杂化 激发态 sp3Csp3HsC CH HH HH HH H 四个C-H键C CC CH HH HH HH HH HH H六个C-H键 一个C-C键现在学习的是第18页,共65页 C-C 键长
9、:154pm C-H键长:107pm 键能:345.6 kJ/mol 键角:109.5o;键可以饶轴旋转。烷烃分子立体形状表示方法:实线-键在纸平面上;楔线-键在纸平面前;虚线-键在纸平面后。C CC CH HH HH HH HH HH H 2.4烷烃的构象构象:由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同 排列方式。1)乙烷的构象a.两种极端构象重叠式(由H-C-C-H组成的两面角为0o)交叉式(由H-C-C-H组成的两面角为60o)现在学习的是第19页,共65页(1)两面角 单键旋转时,相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度(),称为两面角。两面角为0 时的构象为重叠式构象。两面角为60 时
10、的构象为交叉式构象。两面角在0-60o之间的构象称为扭曲式构象。HH1.乙烷的构象乙烷的构象现在学习的是第20页,共65页伞式 锯架式 纽曼式交叉式构象重叠式构象HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH伞式,锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物(2)乙烷交叉式构象与重)乙烷交叉式构象与重叠叠式构象的表示方法式构象的表示方法现在学习的是第21页,共65页(3)乙烷交叉式构象与重)乙烷交叉式构象与重叠叠式构象的能量分析式构象的能量分析C-H 键长C-C 键长 键 角 两面角两氢相距110.7 pm154 pm109.3o60o250 pm110.7 pm154
11、 pm109.3o0o229 pm250 pm 240 pm 229 pmE重叠 E交叉 E=12.1KJmol-1每个C-H、C-H重叠的能量约为4 KJ mol-1当二个氢原子的间距少于240pm(即二个氢原子的半径和)时,氢原子之间会产生排斥力,从而使分子内能增高,所以重叠式比交叉式内能高。现在学习的是第22页,共65页12.1 KJ0 KJ060180300360能量旋转角(4)乙烷)乙烷构象势能关系图构象势能关系图 以单键的旋转角度为横坐标,以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度,就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图为构象的势能关系图。稳定构象位于势能
12、曲线谷底的构象非键连相互作用不直接相连的原子间的排斥力。转动能垒 分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。(25时转速达1011次/秒)扭转张力 非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量;现在学习的是第23页,共65页2.2.正丁烷的构象正丁烷的构象+(1)正丁烷的极限构象及符号说明SaPPCC+SC-SC-aC+aC+SP-SP-aP+aPAB+顺时针转动-逆时针转动S 顺(旋转角 90 o)a 反(旋转角 90o)P 重叠 C 错_ SP(顺叠)SC(顺错)aC(反错)aP(反叠)现在学习的是第24页,共65页CH3H3CHHHHCH3CH3HHHHH3CH3CHH
13、HH246CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHH13571345670o6 0o1 2 0o1 8 0o2 4 003 0 0o3 6 0o0 K J3.8 K J 1 4.6 K J2 2.6 K J能量旋转角4 全重叠2,6 部分重叠3,5 邻位交叉1=7 对位交叉2,4,6 是不稳定构象,1,3,5,7 是稳定构象。1=7 是优势构象(能量最低的稳定构象称为优势构象)沿C2-C3键轴旋转的转动能垒 22.6 kJmol-1(2 2)正丁烷的构象势能关系图)正丁烷的构象势能关系图现在学习的是第25页,共65页 构象分布在达到平衡状态时,各种构象在整
14、个构象中所占的比例称为构象分布。CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHH15%15%70%能 量 计 算C-H,C-H 重叠,4 kJ/molC-CH3,C-CH3邻交叉,3.8 kJ/molC-CH3,C-CH3重叠,22.6-8=14.6 kJ/molC-CH3,C-H 重叠,(14.6-4)/2=5.3 kJ/mol(3)正丁烷的构象分布和能量计算正丁烷的构象分布和能量计算分子总是倾向于以稳定的构象形式存在现在学习的是第26页,共65页3.丙烷的构象丙烷的构象E=4+4+5.3=13.3KJmol-1HCH3HHHHHH3CHHHH交叉式 重叠式 丙烷只有二种极限构象
15、,一种是重叠式构象,另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-1。现在学习的是第27页,共65页高级烷烃的碳链呈锯齿形高级烷烃的碳链呈锯齿形HHHHHHHHHHHH 由于分子主要以交叉式构象的形式存在,所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。现在学习的是第28页,共65页HHHHHOCl4.乙烷衍生物的构象分布乙烷衍生物的构象分布1,2-二氯乙烷(对位交叉70%)1,2-二溴乙烷(对位交叉84%-91%)1,2-二苯乙烷(对位交叉90%)乙二醇2-氯乙醇 大多数分子主要以交叉式构象的形式存在;在乙二醇和2-氯乙醇分子中,由于可以形成分子内氢键,主要是以邻交叉构象形式存在。HHHHHHOO现在学
16、习的是第29页,共65页 讨 论 题(1)为什么1,2-二溴乙烷的偶极矩为零,而乙二醇却有一定的 偶极矩?(2)将右式化合物改写成伞形式、纽曼式,并用纽曼式表示其 优势构象。H HC CH H3 3C Cl lH HC CH H3 3C Cl l(3)下列哪一对化合物是等同的?(假定C-C单键可以自 由旋转)BrHCH3BrHCH3BrHBrHCH3CH3BrHCH3BrHCH3CH2a.b.CH3BrBrHHCH2CH3现在学习的是第30页,共65页2.5烷烃的物理性质烷烃的物理性质t外 观:状态,颜色,气味物理常数:沸点(b.p.)熔点(m.p.)折光率(n)旋光度 密度(D)溶解度 偶极
17、矩()=qd 光谱特征现在学习的是第31页,共65页烷烃熔点的特点(1)随相对分子质量增大 而增大。(2)偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值 大(如右图)。(3)相对分子质量相同的烷 烃,叉链增多,熔点下降。奇数碳偶数碳取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。2.5.1熔点现在学习的是第32页,共65页烷烃的密度均小于1(0.424-0.780)偶极矩均为0。烷烃不溶于水,溶于非极性溶剂.沸点大小取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点(1)沸点一般很低(非极性,只有色散力)。(2)随相对分子质量增大而增大(运动能量增大,范德华引力增大)。(3)相对分子质量相同、叉链多、沸点低。(叉链多,分子不
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