温州大学有机化学课件第二章.ppt

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1、1 只有碳氢两种元素的原子组成的只有碳氢两种元素的原子组成的化合物叫碳氢化合物化合物叫碳氢化合物,简称烃。烃是简称烃。烃是化学人造字：碳中之化学人造字：碳中之火火加氢中之加氢中之 组组合而成。烃为碳氢的谐音合而成。烃为碳氢的谐音)。烃是最基本的有机化合物烃是最基本的有机化合物,习惯上习惯上把它们看成是有机化合物的母体把它们看成是有机化合物的母体.火火 +=烃烃2烃的分类：烃的分类：在烷烃分子中在烷烃分子中,碳原子与氢原子的结合已达碳原子与氢原子的结合已达到了最高限度到了最高限度,不能再增加了不能再增加了,故烷烃又叫饱故烷烃又叫饱和烃和烃.3本章讲授提要本章讲授提要第一节第一节:烷烃的同系列及同

2、分异构现象烷烃的同系列及同分异构现象第二节第二节:烷烃的命名烷烃的命名第三节第三节:碳原子的碳原子的SP3杂化与烷烃的构型杂化与烷烃的构型第四节第四节:烷烃的构象烷烃的构象第五节第五节:烷烃的物理性质烷烃的物理性质第六节第六节:烷烃的化学性质烷烃的化学性质第七节第七节:烷烃卤代反应的历程烷烃卤代反应的历程4 第一节第一节 烷烃的同系列与同分异构烷烃的同系列与同分异构烷烃是碳氢化合物烷烃是碳氢化合物,我们以我们以H-H为起点为起点,依次插依次插入入CH2可以导出所有的烷烃：可以导出所有的烷烃：甲烷甲烷乙烷乙烷丙烷丙烷一、一、烷烃的同系列烷烃的同系列共同特点：具有同一个通式共同特点：具有同一个通式

3、 CnH2n+25具有同一个通式，结构相似、化学性质具有同一个通式，结构相似、化学性质相似、物理性质随着碳原子数目的增加相似、物理性质随着碳原子数目的增加而呈规律性递变的化合物系列叫而呈规律性递变的化合物系列叫同系列同系列。同系列中的化合物互称同系列中的化合物互称同系物同系物。相邻同。相邻同系物在组成上的差叫系物在组成上的差叫同系差同系差。同系列的提出为我们学习有机化学提供同系列的提出为我们学习有机化学提供了方便，对于一类化合物我们只要研究了方便，对于一类化合物我们只要研究其中几个典型代表就可推知其他化合物其中几个典型代表就可推知其他化合物的性质。的性质。6二同分异构现象二同分异构现象由丙烷继

4、续导入由丙烷继续导入CH2时时,就会得到两种产物：就会得到两种产物：他们的组成相同，但分子中的原子排列的顺序他们的组成相同，但分子中的原子排列的顺序不同，互为碳链异构体。不同，互为碳链异构体。7烷烃的同分异构体的数目：烷烃的同分异构体的数目：在有机化学中，由于同分异构现象普遍存在，在有机化学中，由于同分异构现象普遍存在，故有机化合物的分子不能用分子式表示只能故有机化合物的分子不能用分子式表示只能用结构式表示。用结构式表示。8同分异构现象的分类同分异构现象的分类9有机化合物构造式的写法有机化合物构造式的写法键线式的写法：碳、氢原子不写，键线式的端点和键线式的写法：碳、氢原子不写，键线式的端点和键

5、线式的写法：碳、氢原子不写，键线式的端点和键线式的写法：碳、氢原子不写，键线式的端点和折点表示碳原子，非碳原子和官能团要写出来。折点表示碳原子，非碳原子和官能团要写出来。折点表示碳原子，非碳原子和官能团要写出来。折点表示碳原子，非碳原子和官能团要写出来。10烷烃同分异构体的写法：烷烃同分异构体的写法：C6H14为例：为例：11有机化合物数目庞大种类繁多，同分异构体现象又普有机化合物数目庞大种类繁多，同分异构体现象又普遍存在，如果没有一套科学的命名方法来区别不同的遍存在，如果没有一套科学的命名方法来区别不同的化合物，那就会给有机化学的学习和研究造成困难和化合物，那就会给有机化学的学习和研究造成困

6、难和混乱。因此认真学习每一类有机化合物的命名方法是混乱。因此认真学习每一类有机化合物的命名方法是有机化学学习的一项重要内容。有机化学学习的一项重要内容。第二节第二节 烷烃的命名烷烃的命名要求：要求：12一、普通命名法一、普通命名法普通命名法要抓住：普通命名法要抓住：正（正（n）、）、异（异（i ）、新（、新（neo）三个字三个字1、对十碳以内的直链烷烃根据中国的天干记、对十碳以内的直链烷烃根据中国的天干记时法（甲、乙、丙、时法（甲、乙、丙、壬、癸）叫壬、癸）叫正某烷正某烷。CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3正正烷烷 正戊烷正戊烷十碳以上用数字表示：十碳以上用数字表示：CH3（C

7、H2）10CH3 正十二烷正十二烷132、对链端第二个碳原子上有一个甲基侧链、对链端第二个碳原子上有一个甲基侧链的烷烃叫的烷烃叫异某烷异某烷。异异烷烷 异戊烷异戊烷3、对链端第二个碳原子上有两个甲基侧链、对链端第二个碳原子上有两个甲基侧链的烷烃叫的烷烃叫新某烷新某烷。新新烷烷 新戊烷新戊烷14碳原子、氢原子的分类：碳原子、氢原子的分类：1 10 01 10 01 10 01 10 01 10 03 30 04 40 02 20 0一级 二级 三级 四级 伯伯 仲仲 叔叔 季季1oC 2oC 3oC 4oC1oH 2oH 3oH异辛烷异辛烷15请记住十个烷烃的英文名称：请记住十个烷烃的英文名称：

8、甲烷甲烷 methane 乙烷乙烷 ethane 丙烷丙烷 propane 丁烷丁烷 butane 戊烷戊烷 pentane 己烷己烷 hexane 庚烷庚烷 heptane 辛烷辛烷 octane壬烷壬烷 nonane 癸烷癸烷 decaneane、ene、yne分别是烷、烯、炔的词分别是烷、烯、炔的词尾，若将相应烷烃名称词尾的尾，若将相应烷烃名称词尾的e改为改为ol、al、one则分别变为变为醇、醛、酮。则分别变为变为醇、醛、酮。16二、烷基的命名：二、烷基的命名：甲基甲基甲基甲基 乙基乙基乙基乙基 正丙基正丙基正丙基正丙基 异丙基异丙基异丙基异丙基 Me Et n-Pr i-PrMe E

9、t n-Pr i-Pr正正 n (normal)仲仲 s (second)异异 i (iso)叔叔 t (tertio)新新 neo(neo)CH2 CH3CH=CH2CH2CH2亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 1,3亚丙基亚丙基17叔丁基叔丁基叔丁基叔丁基 叔戊基叔戊基叔戊基叔戊基 新戊基新戊基新戊基新戊基 t-Bu t neo t-Bu t neo 注意叔戊基与新戊基的区别注意叔戊基与新戊基的区别注意叔戊基与新戊基的区别注意叔戊基与新戊基的区别正丁基正丁基正丁基正丁基 异丁基异丁基异丁基异丁基 仲丁基仲丁基仲丁基仲丁基n-Bu n-Bu i-Bu i-Bu s-Bus-Bu注意异丁基与仲丁基的

10、区别注意异丁基与仲丁基的区别注意异丁基与仲丁基的区别注意异丁基与仲丁基的区别18三三 系统命名法：系统命名法：说明：说明：IUPAC命名法与系统命名法并命名法与系统命名法并 不等同不等同.IUPAC命名法命名法:是国际纯粹与应用化学是国际纯粹与应用化学 联合会制定的命名法联合会制定的命名法.系统命名法系统命名法:是中国化学会根据是中国化学会根据IUPAC 的命名原则，结合我国文的命名原则，结合我国文 字特点所制定的命名法字特点所制定的命名法.在系统命名法中，直链烷烃不需要正字。在系统命名法中，直链烷烃不需要正字。19关于烷烃的命名主要原则有三条：关于烷烃的命名主要原则有三条：选择主链选择主链、

11、给主链碳原子编号、排列取代基、给主链碳原子编号、排列取代基1、选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取、选择最长碳链作为主链，其它侧链作为取 代基。代基。2、从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原、从最靠近取代基的一端起依次给主链碳原 子编号。子编号。3、按由小到大的顺序排列取代基。如果含有、按由小到大的顺序排列取代基。如果含有 相同的取代基，须逐个标明他们的位次用相同的取代基，须逐个标明他们的位次用 数目二、三、四数目二、三、四.把他们合并起来，把他们合并起来，写写 在取代基名称前。在取代基名称前。20例例1：取：取：2，5二甲基二甲基 4 乙基乙基庚烷庚烷不取：不取：2甲基甲基 4仲丁基仲丁基己

12、烷己烷注意书写规则：注意书写规则：阿拉伯数字之间用逗号隔开，阿拉伯数字之间用逗号隔开，阿拉伯数字与汉字之间用半字线阿拉伯数字与汉字之间用半字线“”连接。连接。21 补充规定：补充规定：1、当有两条等长碳链可供选择时，选、当有两条等长碳链可供选择时，选 含取代基最多的碳链作为主链。含取代基最多的碳链作为主链。2、当两条碳链上的取代基数目也相等、当两条碳链上的取代基数目也相等 时，循最低系列原则：使取代基的时，循最低系列原则：使取代基的 位次号码尽可能小。位次号码尽可能小。22确定主链：水平编号碳链有四个取代基，确定主链：水平编号碳链有四个取代基，拐弯编号碳链有两个取代基，拐弯编号碳链有两个取代基

13、，取水平编号碳链为主链。取水平编号碳链为主链。确定编号：黑字编号确定编号：黑字编号2、3、4、4，红字编号红字编号2、2、3、4，选红字编号。，选红字编号。名名 称：称：2,2,4-三甲基三甲基-3-乙基戊烷乙基戊烷 例例2：23“次序规则次序规则”：在立体化学中，为了确定原子在立体化学中，为了确定原子或原子团在空间排列的次序而制定的规则或原子团在空间排列的次序而制定的规则.1.将各取代基中与母体相连的第一个原子将各取代基中与母体相连的第一个原子按原子序数按原子序数大小排列大小排列，原子序数大的。为较优基团。如，原子序数大的。为较优基团。如ClOCH。2.若两个原子为同位素，如若两个原子为同位

14、素，如D和和H，则质量高的为则质量高的为较优基团，即较优基团，即DH。2.各取代基中与母体相连的第一个碳原子也相同时则各取代基中与母体相连的第一个碳原子也相同时则比较与该第一原子相连的第二个原子，仍按原子序比较与该第一原子相连的第二个原子，仍按原子序数排列，若第二个原子相同，则比较第三个原子，数排列，若第二个原子相同，则比较第三个原子，依次类推。依次类推。24乙基和甲基相比，乙基为乙基和甲基相比，乙基为“较优较优”基团，基团，因此乙基应排在甲基之后。因此乙基应排在甲基之后。0.24nm 0.250nm 0.24nm 无范氏张力无范氏张力无范氏张力无范氏张力重叠式：重叠式：重叠式：重叠式：0.2

15、29nm Cl Br I产物是各种氯代甲烷的混合物57当：CH4 +Cl2 10 :1 CH3Cl为主 0.263 :1 CCl4 为主2、其它烷烃的卤代反应、氯代反应4545555510氢与氢与20氢氢氯代反应氯代反应的相对活性：的相对活性：58 三种氢三种氢氯代反应的相对活性：氯代反应的相对活性：伯氢：仲氢：叔氢伯氢：仲氢：叔氢=1：3.7：5.1643659、溴代反应397199三种氢溴代反应的相对活性：三种氢溴代反应的相对活性：伯氢：仲氢：叔氢伯氢：仲氢：叔氢=1：82：160060结论：结论：1、不同类型的氢反应活性不、不同类型的氢反应活性不同同。2、氯代反应的活性大于溴代、氯代反应

16、的活性大于溴代反应反应的活性。的活性。3、溴代反应的选择性大于氯代反、溴代反应的选择性大于氯代反 应的选择性。应的选择性。反反应应式：宏观给出现象。式：宏观给出现象。反应历程：微观揭示本性。反应历程：微观揭示本性。如何解释这些事实？如何解释这些事实？61第七节第七节 烷烃卤代反应的历程烷烃卤代反应的历程一反应历程简介一反应历程简介 1、什么叫反应历程？、什么叫反应历程？反应历程又叫反应机理或反应机制，是指反应物反应历程又叫反应机理或反应机制，是指反应物经过化学反应转变成产物所经历的全部过程。经过化学反应转变成产物所经历的全部过程。2、反应历程是理论上的假设、反应历程是理论上的假设反应历程是根据

17、能够观察到的实验事实进行推理反应历程是根据能够观察到的实验事实进行推理而提出的理论上的假说（化学反应是在而提出的理论上的假说（化学反应是在10-1210-14秒内完成，目前还无法直接观察）。秒内完成，目前还无法直接观察）。3、研究反应历程的目的、研究反应历程的目的揭示反应的本质揭示反应的本质,掌握反应的规律掌握反应的规律,从而达到控制反从而达到控制反应和利用反应的目的。应和利用反应的目的。621基本假定基本假定过渡态理论认为：化学反应不仅仅是通过过渡态理论认为：化学反应不仅仅是通过分子之间的简单碰撞就完成的，分子之间的简单碰撞就完成的，从反应物到产从反应物到产物是个逐渐变化的连续过程，在反应中

18、反应物物是个逐渐变化的连续过程，在反应中反应物分子相互接近形成活化络合物分子相互接近形成活化络合物即过渡态即过渡态，然，然后再以一定的速度形成产物。后再以一定的速度形成产物。二过渡态理论二过渡态理论632、反应能量进程图、反应能量进程图64反应能量进程图的函义：反应能量进程图的函义：1、曲线上的每一点都对应着一种反应的状态、曲线上的每一点都对应着一种反应的状态和这种状态所具有的能量。和这种状态所具有的能量。2、a点：反应物；点：反应物；c点：产物；点：产物；b点：过渡态。点：过渡态。3、b点与点与a点的高度之差点的高度之差E活活：是反应的活：是反应的活化能。化能。b点与点与c点的高度之差点的高

19、度之差E：是逆反应是逆反应的活化能。的活化能。4、b点与点与c点的高度之差点的高度之差H：为反应热。为反应热。H为负值：反应放热。为负值：反应放热。H为正值：反应吸热。为正值：反应吸热。65(1)、CH4与与Cl2室温时在暗处不发生反应室温时在暗处不发生反应;甲烷的氯代反应有如下事实需要解释：甲烷的氯代反应有如下事实需要解释：(2)、在暗处温度高于、在暗处温度高于250或室温下进行光或室温下进行光 照可以发生反应照可以发生反应;(3)、光照下反应时、光照下反应时,体系每吸收一个光子体系每吸收一个光子,就可以就可以 产生一万多个氯甲烷分子产生一万多个氯甲烷分子;(4)、若有、若有O2存在时存在时

20、,就会延缓反应的发生。就会延缓反应的发生。三、甲烷氯代反应的历程三、甲烷氯代反应的历程66每个氯自由基可循环碰撞五千多次每个氯自由基可循环碰撞五千多次.链引发：链引发：链增长：链增长：链终止：链终止：自由基：具有单个未成对电子的原子或自由基：具有单个未成对电子的原子或基团叫自由基。基团叫自由基。1、甲烷氯代反应的历程、甲烷氯代反应的历程(自由基取代反应历程）自由基取代反应历程）67有氧有氧存在延缓反应发生的原因存在延缓反应发生的原因:反应生成的甲基过氧自由基活性低,可以减慢或终止自由基反应,此类物质称为自由基抑制剂。活泼活泼不活泼不活泼活泼活泼不活泼不活泼68甲烷氯代反应的能量进程图甲烷氯代反

21、应的能量进程图691、在多步骤反应中，反应分多少步进行能、在多步骤反应中，反应分多少步进行能量进程图上就有多少个峰。量进程图上就有多少个峰。2、两峰之间的谷点表示反应、两峰之间的谷点表示反应活性中间体活性中间体。3、活化能最高的那步反应决定着整个反应、活化能最高的那步反应决定着整个反应的速率。的速率。70利用键能计算反应热利用键能计算反应热:H=反反产产键能键能：435.1 242.5 351.5 431435.1 242.5 351.5 431 H=（435.1+242.5435.1+242.5）（351.5+431 351.5+431）677.6 782.5677.6 782.5=104.

22、9KJ/mol（反应放热）反应放热）71四、卤代反应的取向与反应的相对活性取向:是比较同一分子中，不同位置上的 原子或基团对同一试剂的反应活性。相对反应活性：是比较同一化合物对不同试相对反应活性：是比较同一化合物对不同试剂，或不同化合物对同一试剂的反应活性。剂，或不同化合物对同一试剂的反应活性。721.卤素对甲烷的相对反应活性：卤素对甲烷的相对反应活性：F Cl Br IE活活(KJ/mol)+4.2 +16.7 +75.3 +13873(1)、A步骤显示不是决定反应速率的步骤。步骤显示不是决定反应速率的步骤。(2)、C步骤对四种卤素都是放热且步骤对四种卤素都是放热且Cl.Br.I的的 H 比

23、较接近比较接近。看来也不是造成。看来也不是造成 相对反应活性差别的原因。相对反应活性差别的原因。(3)、B步骤步骤 H 差别差别 较大较大 从从 F化的强烈放化的强烈放 热到热到I化的强烈吸热化的强烈吸热,这步反应是决定这步反应是决定 整个反应速率的步骤。整个反应速率的步骤。、请注意：决定反应活性的因素并不是、请注意：决定反应活性的因素并不是 反应热反应热 H而是反应的活化能而是反应的活化能 E。从从 H 来分析反应的相对活性：来分析反应的相对活性：74卤代反应的活性卤代反应的活性:30H20H10HCH42、反应的取向与自由基的稳定性、反应的取向与自由基的稳定性反应取向反应取向:反应有生成两

24、种或两种以上产物反应有生成两种或两种以上产物的可能性时的可能性时,主要生成哪一种产物。主要生成哪一种产物。卤代反应是通过自由基活性中间体进行的卤代反应是通过自由基活性中间体进行的,反应的活性取决于相应的烷基自由基是否容反应的活性取决于相应的烷基自由基是否容易生成。易生成。75C _ H键的离解能与自由基的稳定性键的离解能与自由基的稳定性叔丁基自由基（叔丁基自由基（叔丁基自由基（叔丁基自由基（3 30 0）76RH R +H 或或光照光照771 12 23 34 45 56 67 78 878稳定性原理：稳定性原理：反应活性中间体的稳定反应活性中间体的稳定 性支配着反应的取向。性支配着反应的取向

25、。反应活性中间体越稳定反应活性中间体越稳定 它就越容易生成它就越容易生成 反应活性也就越大反应活性也就越大烯丙基型烯丙基型302010甲基乙烯型甲基乙烯型自由基的稳定性：自由基的稳定性：79自由基的构型自由基的构型80(1)、氯代与溴代反应活性的差别、氯代与溴代反应活性的差别3、反应的活性和选择性、反应的活性和选择性氯代：氯代：10H:20H:30H=1:3.7:5.1溴代：溴代：10H:20H:30H=1:82:1600高活性的试剂进攻时高活性的试剂进攻时,过渡态到达早过渡态到达早。低活性的试剂进攻时低活性的试剂进攻时,过渡态到达迟过渡态到达迟。氯代反应的活性大于溴代反应。氯代反应的活性大于

26、溴代反应。溴代反应的选择性大于氯代反应。溴代反应的选择性大于氯代反应。8182反应的活性与选择性反应的活性与选择性83反应的反应的 E活活越高越高,具有高能量的分子的数目就具有高能量的分子的数目就越少越少,具体表现就是反应的选择性也就越高。具体表现就是反应的选择性也就越高。(2)、氯代与溴代反应选择性的差别、氯代与溴代反应选择性的差别84结论：结论：1、在一组相似的反应中，反应的、在一组相似的反应中，反应的 过渡态过渡态到达的越迟到达的越迟,E活活就越高就越高,反应就越难以进行。反应就越难以进行。2、反应的活性越、反应的活性越选择性就越选择性就越。大大大大小小小小851、基本练习题：基本练习题：问题：问题：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-12。习题：习题：1、2、3、4、5、6、7。2、深化练习题：深化练习题：问题：问题：2-7、2-8、2-9、2-10、2-11。习题：习题：8第二章第二章习习题题868788