第二章 烷烃优秀课件.ppt
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1、第二章 烷烃第1页,本讲稿共46页2.1 烷烃的通式、同系列与构造异构烷烃的通式、同系列与构造异构n较较为为简简单单烷烷烃烃除除甲甲烷烷外外,还还有有乙乙烷烷、丙丙烷烷、丁丁烷烷、戊戊烷烷等等,它它们们的的分子式和构造式依次为:分子式和构造式依次为:第2页,本讲稿共46页第3页,本讲稿共46页烷烃的通式、同系列与构造异构烷烃的通式、同系列与构造异构n在有机化学中,把这种在组成上相差一个或多个在有机化学中,把这种在组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为的一系列化合物称为同系列同系列,同系列中的化合物互为,同系列中的化合物互为同系物同系物,CH2则称为则称为系差系差。n一个化合物的分子式是表
2、示这个化合物的组成;而构造式是表示分子中各一个化合物的分子式是表示这个化合物的组成;而构造式是表示分子中各原子的原子的连接顺序连接顺序或或结合方式结合方式。n甲烷、乙烷、丙烷都只有一种结合方式,当碳原子数甲烷、乙烷、丙烷都只有一种结合方式,当碳原子数n4n4时,碳原子之间时,碳原子之间的结合方式就不只一种了。如:丁烷有的结合方式就不只一种了。如:丁烷有2 2种,戊烷有种,戊烷有3 3种。种。n在这些不同的结合方式之间,它们的性质(物性和化性)也不相同,也就在这些不同的结合方式之间,它们的性质(物性和化性)也不相同,也就是说它们不是一种化合物,一种结合方式就是一个化合物。是说它们不是一种化合物,
3、一种结合方式就是一个化合物。第4页,本讲稿共46页烷烃的通式、同系列与构造异构烷烃的通式、同系列与构造异构定义:在有机化学中定义:在有机化学中,把分子式相同把分子式相同,分子中原子的分子中原子的连接顺序或结合方式不同连接顺序或结合方式不同而产生的一系列化合物叫而产生的一系列化合物叫构造异构体构造异构体。从上我们还可以看出,化合物的构造式书写起来非常麻烦,尤其是对含碳原子从上我们还可以看出,化合物的构造式书写起来非常麻烦,尤其是对含碳原子数较多的化合物,所以,通常为了书写方便,一般用构造简式表示(见上)。数较多的化合物,所以,通常为了书写方便,一般用构造简式表示(见上)。我在这里要强调,我在这里
4、要强调,我们以后做作业要写的构造式,要求都要用我们以后做作业要写的构造式,要求都要用构造简式构造简式表表示。示。第5页,本讲稿共46页如何能写出所有异构体的数目n给定分子式,如何能写出所有异构体的数目。方法是:“抽出骨架,重新排列,舍去重复,再添枝叶”。例1写出烷烃C6H14的所有同分异构体。(1)抽出骨架:CCCCCC(2)重新排列,舍去重复:主链为5个碳的有:主链为4个碳的有:第6页,本讲稿共46页C6H14的同分异构体n(3 3)再添枝叶:)再添枝叶:第7页,本讲稿共46页2.2 烷烃的命名Nomenclature of Alkane1.碳、氢原子的分类第8页,本讲稿共46页2.烷基的命
5、名基:就是烃分子中去掉一个或几个氢原子剩下的部分。例如:基:就是烃分子中去掉一个或几个氢原子剩下的部分。例如:通常所说的烷基是指烷烃分子中去掉一个氢原子所剩下的部分。通常所说的烷基是指烷烃分子中去掉一个氢原子所剩下的部分。第9页,本讲稿共46页2.烷基的命名(续)一般烷基用习惯命名法,下面是一些常见烷基的命名:一般烷基用习惯命名法,下面是一些常见烷基的命名:第10页,本讲稿共46页烷基的命名(续)第11页,本讲稿共46页3.烷烃的命名(1)习惯命名法:是早期人们对简单化合物的命名法。它有以下规则:习惯命名法:是早期人们对简单化合物的命名法。它有以下规则:(A)对直链烷烃,叫正某烷。十个碳以内用
6、十天干表示碳原子数目,十个以上对直链烷烃,叫正某烷。十个碳以内用十天干表示碳原子数目,十个以上用汉字数目表示。如:正丁烷、正十二烷用汉字数目表示。如:正丁烷、正十二烷(B)支链烷烃的异构体用支链烷烃的异构体用正、异、新正、异、新加以区别。正表示直链,异代表具有加以区别。正表示直链,异代表具有(CH3)2CH结构的烷烃,新代表具有结构的烷烃,新代表具有(CH3)3CCH2 结构的烷烃。如:结构的烷烃。如:第12页,本讲稿共46页(2)衍生物命名法将所有的烷烃都看作是将所有的烷烃都看作是甲烷甲烷分子中氢原子被其它原子团取代后的分子中氢原子被其它原子团取代后的衍生物衍生物。命名时选一个命名时选一个C
7、为母体,其它为取代基。如前面的两个异构体为母体,其它为取代基。如前面的两个异构体衍生物命名法的规则:选择衍生物命名法的规则:选择连接烷基最多的碳原子做甲烷母体连接烷基最多的碳原子做甲烷母体,其余看作取,其余看作取代基,命名时按代基,命名时按先简单后复杂的顺序排列取代基,同类合并先简单后复杂的顺序排列取代基,同类合并。第13页,本讲稿共46页(3)系统命名法n为了解决命名上难题,寻求化合物命名上的统一,便于世界上的科学交流,为了解决命名上难题,寻求化合物命名上的统一,便于世界上的科学交流,1892年,一些著名的化学家在日内瓦集会,拟定了一套系统的有机化合物命年,一些著名的化学家在日内瓦集会,拟定
8、了一套系统的有机化合物命名法,后经国际纯粹和应用化学联合会(名法,后经国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)多次修订,定为国际统用)多次修订,定为国际统用命名法,称为命名法,称为IUPAC命名法。目前,该命名法已普遍为各国采用,我命名法。目前,该命名法已普遍为各国采用,我国也根据国也根据IUPAC的命名原则,结合我国的文字特点制定了一套比较系统、的命名原则,结合我国的文字特点制定了一套比较系统、规范的命名法则,称为系统命名法或规范的命名法则,称为系统命名法或CCS命名法。命名法。nCCS是是Chinese Chemical Society的缩写。的缩写。第14页,本讲稿共46页CCS命名法直链
9、烷烃与习惯命名法基本相似,但不加直链烷烃与习惯命名法基本相似,但不加“正正”字。对支链烷烃的字。对支链烷烃的命名应遵循以下规则:命名应遵循以下规则:(A)选主链:选取结构式中最长的碳链作主链,称为某烷。如果有选主链:选取结构式中最长的碳链作主链,称为某烷。如果有几条相同的最长碳链,应几条相同的最长碳链,应选择取代基最多的作主链选择取代基最多的作主链,把其它的看,把其它的看作取代基。作取代基。(B)编号:应遵循编号:应遵循最低系列规则最低系列规则。最低系列规则是指:当碳链以不同的方。最低系列规则是指:当碳链以不同的方向编号时,需逐次逐项比较各系列的不同位次,最先遇到位次最小者为最向编号时,需逐次
10、逐项比较各系列的不同位次,最先遇到位次最小者为最低系列。低系列。(C)处理取代基:将取代基按处理取代基:将取代基按先简单,后复杂,同类合并先简单,后复杂,同类合并的原则放在母体的原则放在母体之前,取代基的位次由所连主链碳的编号表示,写在取代基之前。之前,取代基的位次由所连主链碳的编号表示,写在取代基之前。第15页,本讲稿共46页系统命名法举例第16页,本讲稿共46页系统命名法注意事项A,取代基位次用,取代基位次用阿拉伯阿拉伯数字表示,个数用数字表示,个数用汉字汉字表示。表示。B,编号之间用,编号之间用逗号逗号隔开,位次与取代基、取代基与取代基之间用隔开,位次与取代基、取代基与取代基之间用短短线
11、线隔开;但隔开;但取代基与母体之间不用隔开取代基与母体之间不用隔开。C,三套命名法不能混合使用。但取代基的习惯命名法允许在系统命名法,三套命名法不能混合使用。但取代基的习惯命名法允许在系统命名法中使用。中使用。D,注意汉字,注意汉字“己已己已”、“戊戍戊戍”的区别。的区别。第17页,本讲稿共46页系统命名法nE,当取代基比较复杂、用习惯命名法不能命名时,则需要对取代基进行编号、,当取代基比较复杂、用习惯命名法不能命名时,则需要对取代基进行编号、命名。命名。n一般主张用带括号的一般主张用带括号的n命名方法。命名方法。nF,CCS命名法与命名法与IUPAC命名法的区别命名法的区别第18页,本讲稿共
12、46页2.3烷烃的结构1.烷烃的结构特点烷烃的结构特点现代实验测定:甲烷为正四面体结构,现代实验测定:甲烷为正四面体结构,C原子居于中心,四个氢位于原子居于中心,四个氢位于四面体的四个顶角。键长都是四面体的四个顶角。键长都是0.11nm,键角都为,键角都为109.5,键距,键距都为都为0.3D,但整个分子无偶极距。,但整个分子无偶极距。第19页,本讲稿共46页杂化轨道理论杂化轨道理论认为:杂化轨道理论认为:碳原子在基态时,外层价电子只有两个单电子,根据电子配对理论,只能形碳原子在基态时,外层价电子只有两个单电子,根据电子配对理论,只能形成两个化学键。成两个化学键。假设一、假设一、为了能够更多地
13、成键,为了能够更多地成键,C原子先吸收能量,发生跃迁,形成激发态。原子先吸收能量,发生跃迁,形成激发态。假设二、假设二、为了能有效地成键,形成稳定的结构,四个原子轨道要进行为了能有效地成键,形成稳定的结构,四个原子轨道要进行SP3杂化。杂化。第20页,本讲稿共46页杂化轨道理论什什么么叫叫杂杂化化,所所谓谓杂杂化化,就就是是四四个个轨轨道道放放到到一一起起,进进行行充充分分混混合合,再再平平均均分分配配,不不但但进进行行能能量量均均分分,而而且且轨轨道道成成份份也也平平均均分分配配,形形成成四四个个能能量量和轨道成份都相同的新轨道和轨道成份都相同的新轨道即即SP3杂化轨道。杂化轨道。n大大家家
14、知知道道,S轨轨道道是是球球形形对对称称的的,P轨轨道道呈呈哑哑铃铃形形,而而SP3杂杂化化轨轨道道的的形形状为:状为:第21页,本讲稿共46页SP3杂化轨道n每个每个SP3杂化轨道都含杂化轨道都含1/4 S成分,成分,3/4 P成分。成分。n四个四个SP3杂化轨道相互排斥,形成最稳定的排布,即是正四面体结构,杂化轨道相互排斥,形成最稳定的排布,即是正四面体结构,轨道对称轴指向四面体的四个顶角,轨道夹角为轨道对称轴指向四面体的四个顶角,轨道夹角为109.5。第22页,本讲稿共46页甲烷的结构n在形成甲烷时,在形成甲烷时,4个个H原子的原子的1S轨道分别沿着轨道分别沿着4个杂化轨道的对称轴方向接
15、个杂化轨道的对称轴方向接近近C原子,使原子,使H的的1S轨道与轨道与SP3杂化轨道的大头发生最大程度的重叠,形杂化轨道的大头发生最大程度的重叠,形成成4个相同的个相同的CH键,键,通常把这种沿着轨道对称轴方向重叠形成的化学通常把这种沿着轨道对称轴方向重叠形成的化学键叫做键叫做键。键。甲烷的电子云结构如图:甲烷的电子云结构如图:第23页,本讲稿共46页键的特点在在甲甲烷烷分分子子中中,CH之之间间靠靠4个个CH键键结结合合在在一一起起,那那么么,甲甲烷烷的的性性质质就由这种就由这种键的特性来决定。下面我们来看一看键的特性来决定。下面我们来看一看键有什么特点。键有什么特点。n键的特点:键的特点:n
16、(1)键键有有方方向向性性,两两个个成成键键原原子子必必须须沿沿着着对对称称轴轴方方向向接接近近,才才能能达到最大重叠。达到最大重叠。n(2)成成键键电电子子云云沿沿键键轴轴对对称称分分布布,两两端端的的原原子子可可以以沿沿轴轴自自由由旋旋转转而而不不改变电子云的分布。改变电子云的分布。n(3)键是头碰头的重叠,与其它键相比,重叠程度大,键能大,因此,化键是头碰头的重叠,与其它键相比,重叠程度大,键能大,因此,化学性质稳定。学性质稳定。第24页,本讲稿共46页乙烷的结构n知道了甲烷的结构特点,其它烷烃的结构特点与甲烷相似,就好理解知道了甲烷的结构特点,其它烷烃的结构特点与甲烷相似,就好理解了。
17、如在乙烷中,了。如在乙烷中,C仍是仍是SP3杂化,呈四面体构型,成键后,除了有杂化,呈四面体构型,成键后,除了有6个个CH键外,又多了一个键外,又多了一个CC键。它虽然也是键。它虽然也是键,具有键,具有键的特点,键的特点,但其键参数与但其键参数与CH键有所不同。键有所不同。n 第25页,本讲稿共46页其它烷烃的结构n其其它它烷烷烃烃的的结结构构也也可可用用SP3杂杂化化和和四四面面体体模模型型来来描描述述。因因此此,对对于于长长碳碳链链的的烷烷烃烃来来说说,其其CCC的的夹夹角角也也应应是是109.5或或接接近近109.5,而而不不是是180。也也就就是是说说,直直链链烷烷烃烃其其实实际际结结
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