有机烷烃 幻灯片.ppt

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1、有机课件烷烃 第1页，共48页，编辑于2022年，星期一Requirements:烷烃的结构：烷烃的结构：sp3杂化；同系列；烷基的概念；同分异构现象；伯、仲、杂化；同系列；烷基的概念；同分异构现象；伯、仲、叔、季碳原子的概念；烷烃分子的构象：叔、季碳原子的概念；烷烃分子的构象：Newmann投影式，重叠式与交投影式，重叠式与交叉式构象及能垒。叉式构象及能垒。烷烃、烯烃、炔烃的命名：普通命名法及系统命名法；烷烃、烯烃、炔烃的命名：普通命名法及系统命名法；烷烃的物理性质，化学性质；烷烃的物理性质，化学性质；烷烃的来源和用途；烷烃的来源和用途；环烷烃的分类和命名环烷烃的分类和命名(单环烷烃、螺环和

2、桥环化合物单环烷烃、螺环和桥环化合物)；烷烃的构象：纽曼投影式；构象分析。烷烃的构象：纽曼投影式；构象分析。自由基反应自由基反应第2页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1 系统命名系统命名（IUPAC nomenclature）Alkanes,仅包含仅包含C元素和元素和H元素元素,通过单键相连，通过单键相连，C-C and C-HCH4=甲烷甲烷 methane,C2H6=乙烷乙烷 ethane,C3H8=丙烷丙烷 propane当含碳数大于三时出现异构现象（当含碳数大于三时出现异构现象（isomerism）straight-chain or normal alkanesbranched

3、-chain alkanes1oH 2oH 3oH 1oC 2oC 3oC 4oC(伯伯)(仲仲)(叔叔)(季季)sp3 hybridized CnH2n+23.1.1 烷烃的命名烷烃的命名（alkane）正丁烷 异丁烷 正戊烷 异戊烷 新戊烷第3页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.1.1 烷烃的异构体烷烃的异构体 Isomerism of alkaneIsomers that differ in how their atoms are arranged in chains are called constitutional isomers第4页，共48页，编辑于2022年，星期一N

4、o.of CarbonsFormula Name(CnH2n+2)1MethaneCH42EthaneC2H63PropaneC3H84ButaneC4H105PentaneC5H126HexaneC6H147HeptaneC7H168OctaneC8H189NonaneC9H2010DecaneC10H22*甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 第5页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.1.2 烷基烷基 Alkyl GroupAlkyl group 烷烃去掉一个 H，缩写为“R”Name:replace-ane ending of alkane

5、 with-yl ending-CH3 is“methyl”(from methane)甲基-CH2CH3 is“ethyl”(from ethane)乙基如果去掉两个氢:亚甲基，亚乙基 1，2-亚乙基，1，3-亚丙基第6页，共48页，编辑于2022年，星期一伯、仲、叔:primary,secondary,tertiary正、异、新:normal(n-),iso-,neo-primary alkyl group:RCH2-secondary alkyl group:R2CH-tertiary alkyl group:R3C-第7页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.1.3 烷烃的命名烷

6、烃的命名 Naming of alkane普通命名、系统命名、衍生物命名普通命名、系统命名、衍生物命名 普通命名：普通命名：系统命名系统命名（IUPAC）衍生物命名法衍生物命名法 将烷烃看成是甲烷的衍生物。将烷烃看成是甲烷的衍生物。正丁烷正丁烷 异丁烷异丁烷 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷直链烷烃的命名：将普通命名法中的直链烷烃的命名：将普通命名法中的“正正”字去掉即可。字去掉即可。带支链的烷烃命名原则：带支链的烷烃命名原则：1.选择最长碳链作为主链，若存在等长碳链，选择取代基最多的为主链。选择最长碳链作为主链，若存在等长碳链，选择取代基最多的为主链。2.从靠近取代基的一端开始编号，

7、数字与汉字之间用短线从靠近取代基的一端开始编号，数字与汉字之间用短线“-”连接。连接。3.将取代基的位次，名称写在母体名称之前。将取代基的位次，名称写在母体名称之前。第8页，共48页，编辑于2022年，星期一第一步第一步:选主链选主链:最长最长:支链更多支链更多:第9页，共48页，编辑于2022年，星期一第二步第二步:编号编号:使末端更接近取代基使末端更接近取代基 R R（R R的编号更小）的编号更小）:若有很多取代基若有很多取代基,从离末端最近的从离末端最近的 R R开始编号（最先遇到位次较小的开始编号（最先遇到位次较小的R R）:第10页，共48页，编辑于2022年，星期一相同取代基合并相

8、同取代基合并第三步第三步:将取代基的位次，名称写在母体名称之前将取代基的位次，名称写在母体名称之前:4-乙基辛烷乙基辛烷 2,7-二二甲基甲基-3,6-二二乙乙基辛烷基辛烷 次序规则次序规则2-甲基甲基-10-乙基乙基-6-(2,2,3-三甲基丁基三甲基丁基)十二烷十二烷支链上有复杂取代基时，对支链进行编号支链上有复杂取代基时，对支链进行编号第11页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.2 烯烃炔烃的系统命名烯烃炔烃的系统命名（alkene，alkyne）sp2 hybridized CnH2nsp hybridized CnH2n-2a.a.选择包含双键或者叁键的最长碳链作为主链选择包

9、含双键或者叁键的最长碳链作为主链;b.b.从距离双键或者叁键最近的一端开始编号从距离双键或者叁键最近的一端开始编号:u 若含有两个或两个以上双键若含有两个或两个以上双键:二烯（二烯（diene）,三烯（三烯（triene）3-丁基丁基-1,5-己二烯己二烯 5-甲基甲基-1,3,6-庚三烯庚三烯4-乙基乙基-3-丙基丙基-1-己炔己炔 3-甲基甲基-2-乙基乙基-1-己烯己烯第12页，共48页，编辑于2022年，星期一u 若同时含有双键和叁键若同时含有双键和叁键:烯炔（烯炔（enyne）从距离官能团最近的一端开始编号，从距离官能团最近的一端开始编号，双键写在前面双键写在前面3-戊烯戊烯-1-炔

10、炔c.c.将取代基写在母体名称之前将取代基写在母体名称之前:6-甲基甲基-1-庚烯庚烯-4-炔炔第13页，共48页，编辑于2022年，星期一顺顺,顺顺-2,4-己二烯己二烯 顺顺,反反-2,5-辛二烯辛二烯d.指定指定 顺顺/反反(cis/trans)or Z/E 构型（构型（configuration）:(Z)-2-丁烯丁烯 (Z)-3-甲基甲基-2-氯氯-2-戊烯戊烯 (E)-3-甲基甲基-4-乙基乙基-6-氯氯-3-庚烯庚烯第14页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.3 脂环烃的命名脂环烃的命名 Naming of cycloalkane IUPAC name单脂环烃单脂环烃 m

11、onocyclic compound螺环烃螺环烃 spiro compound桥环烃桥环烃 Bicyclic compound第15页，共48页，编辑于2022年，星期一b.b.有取代基时有取代基时:将碳链最长的取代基与环上碳数比较，较多的作为母体。将碳链最长的取代基与环上碳数比较，较多的作为母体。a.无取代基的单脂环烃无取代基的单脂环烃 non-substituted monocyclic compounds:Cyclopropane 环丙烷环丙烷cyclobutanecyclopentanecyclohexane第一步第一步:母体命名母体命名 parent name3.1.3.1 单脂环烃

12、单脂环烃 Monocyclic compounds:甲基环戊烷甲基环戊烷 1-1-环丙基丁烷环丙基丁烷第16页，共48页，编辑于2022年，星期一第二步第二步:给环上的碳原子编号：给环上的碳原子编号：1,4-二甲基二甲基-2-乙基环己烷乙基环己烷 not 2,5-二甲基二甲基-1-乙基环己烷乙基环己烷 a.a.选择取代基编号之和最小的编号方式选择取代基编号之和最小的编号方式:b.b.当环内含有双键时，应使双键碳的编号最小当环内含有双键时，应使双键碳的编号最小:1,5-二甲基环己烯第17页，共48页，编辑于2022年，星期一C-C 单键的自由旋转由于环的出现被限制了，因此产生了顺反异构。单键的自

13、由旋转由于环的出现被限制了，因此产生了顺反异构。第三步第三步:指定指定 顺顺/反反（cis/trans）顺顺-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷 反反-1,2-二甲基环丙烷二甲基环丙烷第18页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.3.2.螺环烃螺环烃 Spiro compounds:螺碳原子螺碳原子螺螺2.4庚烷庚烷 2-甲基螺甲基螺3.3庚烷庚烷 7-甲基螺甲基螺4.4-2-壬烯壬烯 二螺二螺 2.1.4.2十一烷十一烷 小环碳原子个数减去螺原子小环碳原子个数减去螺原子大环碳原子个数减去螺原子大环碳原子个数减去螺原子由小环上靠近螺碳原子的碳向大环编号，方向取决于取代基的优先原则。由小环上

14、靠近螺碳原子的碳向大环编号，方向取决于取代基的优先原则。小环小环大环大环两个螺两个螺原子所原子所夹碳数夹碳数第19页，共48页，编辑于2022年，星期一3.1.3.3.桥环烃桥环烃 Bicyclic compounds:桥头碳桥头碳碳桥碳桥 二环二环4.2.0辛烷辛烷 8-甲基二环甲基二环3.3.0-2-辛烯辛烯 (E)-11-甲基二环甲基二环4.3.2-7-十一烯十一烯 最最长长桥桥次次长长桥桥最最短短桥桥编号顺序为先最长编号顺序为先最长桥再次长桥最后为桥再次长桥最后为最短桥最短桥第20页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2 烷烃的结构烷烃的结构sp3 hybridized CnH2n

15、+23.2.1 乙烷的构象异构乙烷的构象异构（Conformation of ethane）由于单键旋转速度很快，构象之由于单键旋转速度很快，构象之间的转变速度也非常快。我们所间的转变速度也非常快。我们所说的乙烷结构一般是无数构象的说的乙烷结构一般是无数构象的平均状态。平均状态。第21页，共48页，编辑于2022年，星期一表示构象的方法：表示构象的方法：锯架式锯架式纽曼式纽曼式交叉式交叉式第22页，共48页，编辑于2022年，星期一重叠式和交叉式之间的能量比较重叠式和交叉式之间的能量比较:H原子半径原子半径:0.12 nm扭转力扭转力原子间斥力原子间斥力 第23页，共48页，编辑于2022年，

16、星期一3.2.2 丁烷的构象异构丁烷的构象异构（Conformation of butane）C2C3之间的旋转:Partial eclipsed对位交叉对位交叉 邻位交叉邻位交叉 全重叠全重叠 部分重叠部分重叠第24页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.3 环丙烷的构象环丙烷的构象 Conformation of cyclopropaneStability of Cycloalkanes:拜尔张力学说拜尔张力学说 The Baeyer Strain TheoryHeat of combustion per CH2第25页，共48页，编辑于2022年，星期一角张力角张力 Angle s

17、train 偏离最稳定的键角的度数偏离最稳定的键角的度数 expansion or compression of bond angles away from most stable扭转张力扭转张力 Torsional strain-eclipsing of bonds on neighboring atoms立体张力立体张力 Steric strain(repulsion strain)-repulsive interactions between nonbonded atoms in close proximity第26页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.4 环丁烷的构象环丁烷的构

18、象 Conformation of cyclobutaneThe bend increases angle strain but decreases torsional strain.这种蝶式构象和平面构象比起来，角张力有所增加但是扭转张力下降了。这种蝶式构象和平面构象比起来，角张力有所增加但是扭转张力下降了。第27页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.5 环戊烷的构象环戊烷的构象 Conformation of cyclopentaneThe fifth carbon atom is above or below the plane looks like an envelope.信封

19、式构象。信封式构象。Planar cyclopentane would have no angle strain but very high torsional strain第28页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6 环己烷的构象环己烷的构象 Conformation of cyclohexaneSubstituted cyclohexanes occur widely in nature第29页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6.1 椅式构象椅式构象 Chair conformation free of angle strain,torsional strain an

20、d repulsion strain第30页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6.2 平伏键和直立键平伏键和直立键 Axial vs equatorial bondsa(轴轴 axial)e(赤道赤道 equatorial)第31页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6.3 环己烷的构象转化环己烷的构象转化 Conformational mobility of cyclohexane Chair conformations readily interconvert,resulting in the exchange of axial and equatorial positi

21、ons by a ring-flip 椅式构象可以容易的互换，使得直立键和平伏椅式构象可以容易的互换，使得直立键和平伏键互换，称为转环。键互换，称为转环。第32页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6.4 环翻转时的各种构象环翻转时的各种构象 Conformers during the ring flip-over 第33页，共48页，编辑于2022年，星期一3.2.6.5 船式构象船式构象 Boat conformation 第34页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3 烷烃的化学性质烷烃的化学性质3.3.3 甲烷的氯代反应甲烷的氯代反应可表示如下：甲烷的氯代反应可表示如下：3

22、.3.1 烷烃的氧化和燃烧3.3.2 烷烃的裂化强光链式反应，产物为混合物链式反应，产物为混合物第35页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3.4 烷烃卤化反应机理烷烃卤化反应机理自由基取代自由基取代3.3.4.1 自由基的形成自由基的形成 Radical formation243 kJ.mol-1 159 kJ.mol-1 192 kJ.mol-1 151 kJ.mol-1 解离能第36页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3.4.2 自由基的结构和稳定性自由基的结构和稳定性 Radical structure and relative stability第37页，共48页，编辑于2

23、022年，星期一第38页，共48页，编辑于2022年，星期一第39页，共48页，编辑于2022年，星期一自由基的稳定性自由基的稳定性 Relative stabilisty of radical:第40页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3.4.3 自由基反应的机理自由基反应的机理第一步第一步 引发引发第41页，共48页，编辑于2022年，星期一第二步第二步 增长增长第42页，共48页，编辑于2022年，星期一第三步第三步 终止终止第43页，共48页，编辑于2022年，星期一Energy Changes:第44页，共48页，编辑于2022年，星期一Energy Diagram:第45页，

24、共48页，编辑于2022年，星期一3.3.4.4 烷烃的自由基卤化反应烷烃的自由基卤化反应 Halogenation of alkane第46页，共48页，编辑于2022年，星期一More reactive,lower selectivity;Less reactive,higher selectivity!第47页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3.5 烷烃的制备烷烃的制备3.3.5.1 武武兹兹反反应应卤烃在金属钠作用下偶合形成烷烃的反应叫武兹反应。卤烃在金属钠作用下偶合形成烷烃的反应叫武兹反应。4.3.5.2 科瑞科瑞郝思合成法郝思合成法卤烃与二烃基铜锂作用是目前较为理想的制备烷烃的方法卤烃与二烃基铜锂作用是目前较为理想的制备烷烃的方法。其中的其中的R与与R可以相同，也可以不相同。可以相同，也可以不相同。R与与R可以是各种烃基。可以是各种烃基。R基团越小基团越小反应越容易进行。反应越容易进行。此反应只适用于同一种卤烃制备增长一倍碳链的烷烃，不适用于两种以上卤烃的此反应只适用于同一种卤烃制备增长一倍碳链的烷烃，不适用于两种以上卤烃的偶合。所用原料卤烃也只能是伯卤烷。偶合。所用原料卤烃也只能是伯卤烷。第48页，共48页，编辑于2022年，星期一