有机化学第03章烷烃.ppt

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1、Chapter 3 开链烃开链烃烃烃脂肪烃脂肪烃芳香烃芳香烃烷烃烷烃烯烃烯烃炔烃炔烃脂环烃脂环烃开链烃开链烃or脂链烃脂链烃烃：只含烃：只含C、H两种元素的有机化合物。两种元素的有机化合物。烷 烃 Alkane 烷烃烷烃 属于饱和脂肪烃，属于饱和脂肪烃，通式：通式：CnH2n+2 3 烷 烃3.1 烷烃的命名烷烃的命名3.2 烷烃的结构烷烃的结构3.3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质3.4 烷烃的化学性质烷烃的化学性质3.1 烷烃的命名烷烃的命名 烷烃分子中烷烃分子中 C 原子、原子、H 原子类型：原子类型：1伯伯C原子：与一个原子：与一个C相连的相连的C原子；原子；与其相连的与其相连的H 叫伯

2、氢叫伯氢(1H)2仲仲C原子：与两个原子：与两个C相连的相连的C原子；原子；与其相连的与其相连的H 叫仲氢叫仲氢(2H)3叔叔C原子：与三个原子：与三个C相连的相连的C原子；原子；与其相连的与其相连的H 叫叔氢叫叔氢(3H)4季季C原子：与四个原子：与四个C相连的相连的C原子；原子；无季无季H 。3.1 烷烃的命名烷烃的命名 伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢伯碳伯碳伯氢伯氢仲碳仲碳仲氢仲氢叔碳叔碳叔氢叔氢季季碳碳3.1 烷烃的命名烷烃的命名烷基的概念烷基：烷基：烷烃分子中去掉一个氢之后剩烷烃分子中去掉一个氢之后剩余的部分（原子团）称为余的部分（原子团）称为烷基烷基，

3、通，通常用常用R R-表示。表示。几种常用的烷基几种常用的烷基甲基 Me 乙基 Et亚甲基次甲基仲氢伯氢伯氢正丙基 n-Pr异丙基 i-Pr几种常用的烷基几种常用的烷基仲氢仲氢伯氢伯氢正丁基n-Bu仲丁基s-Bu几种常用的烷基几种常用的烷基叔氢叔氢伯氢伯氢异丁基 i-Bu叔丁基 t-Bu几种常用的烷基几种常用的烷基2.1 烷烃的命名烷烃的命名命名法则习惯命名法习惯命名法：适用于简单的有适用于简单的有机机 化合物，以正，异，新等来化合物，以正，异，新等来区别异构体。区别异构体。习惯命名法习惯命名法例：正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷系系统统命命名名法法：依依据据国国际际通通用用的的IUPAC

4、命名原则，结合中文特点制订。命名原则，结合中文特点制订。步骤和原则如下步骤和原则如下:3.1 烷烃的命名烷烃的命名命名法则命名法则系统命名法系统命名法（1）选择主链选择主链选择最长、含支链最多选择最长、含支链最多的链为主链，根据主链碳原子数称为的链为主链，根据主链碳原子数称为“某某”烷烷（2）给主主链编号号用用于于确确定定取取代代基（支基（支链）的位置）的位置。（3）依依次次写写出出取取代代基基的的位位次次、个个数数、名名称于某称于某烷之前，大基之前，大基团后列出。后列出。系统命名法系统命名法6个碳原子,4个支链6个碳原子，个碳原子，2个支链个支链选择红色为主链选择红色为主链例例1：2,2,5

5、-三甲基三甲基-3-乙基乙基己烷己烷系统命名法系统命名法绿色编号正确3,3,4-三甲基三甲基己烷己烷例例2：若若有有多多个个取取代代基基，则则应应使使编编号号之之和和最最小小系统命名法系统命名法3-甲基甲基-4-乙基乙基戊烷戊烷例例3：若若有有相相同同编编号号，则则小小基基团团先先编编号号注意注意 1）相同取代基数目用汉文数字二、三）相同取代基数目用汉文数字二、三.表示；表示；2）取代基位号用阿拉伯数字表示；）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）阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开；线分开；4）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。）阿拉伯数字之间必须用逗号分开。练习1：3

6、,4-二甲基己烷2-甲基-3-乙基己烷2：练习123456 在烷烃中，甲烷在烷烃中，甲烷CH4是最简单的分子，是最简单的分子，它是由它是由1个个sp3杂化的碳原子以杂化的碳原子以4个个sp3杂化杂化轨道分别与轨道分别与4个氢原子的个氢原子的1s轨道重叠，生轨道重叠，生成成4个个CH键，它的空间结构是正四面体。键，它的空间结构是正四面体。甲烷分子中的甲烷分子中的CH键，成键的电子键，成键的电子云是围绕着连接两个原子核的轴云是围绕着连接两个原子核的轴(即对称即对称轴轴)而对称分布的，这种键叫做而对称分布的，这种键叫做 键。键。2.2 烷烃的结构烷烃的结构碳原子的碳原子的4个个sp3杂化轨道杂化轨道

7、HHHHC甲烷的正四面体结构甲烷的正四面体结构HCH键角键角109.5CH键长键长0.109nmv 电子云呈轴对称电子云呈轴对称v 具有可旋转性具有可旋转性v 重叠程度高，键较牢固重叠程度高，键较牢固 键的特点键的特点：2.2 烷烃的结构烷烃的结构烷烃的同分异构现象烷烃的同分异构现象立体异构立体异构：由于原子在空间的排列不同而引起由于原子在空间的排列不同而引起的的异构现象。异构现象。若各异构体之间可通过若各异构体之间可通过 键旋键旋转转化，则为转转化，则为构象异构，构象异构，否则为否则为构型异构型异构构。构造异构构造异构:由于原子的连接次序不同而引起的异由于原子的连接次序不同而引起的异构现象。

8、构现象。随碳原子数增加，异构体数目迅速增加。随碳原子数增加，异构体数目迅速增加。4个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体个碳原子以上的烷烃存在碳链异构体例：正丁烷正丁烷 bp:-0.5 C C mp:-135C C 异丁烷异丁烷 bp:-11.2 C C mp:-135 C C 烷烃的烷烃的构造异构碳链异构构造异构碳链异构 构象：烷烃分子中，围绕构象：烷烃分子中，围绕C CC C单键旋转而产生单键旋转而产生的分子中各原子在空间的不同排列形式。的分子中各原子在空间的不同排列形式。乙烷和正丁烷的构象异构乙烷和正丁烷的构象异构 构象表示法构象表示法：透视式透视式 纽曼式纽曼式2.3 烷烃的烷烃的构象异构构

9、象异构立体异构立体异构 烷烃分子立体形状表示方法：烷烃分子立体形状表示方法：实线实线-键在纸平面上键在纸平面上;楔线楔线-键在纸平面前键在纸平面前;虚线虚线-键在纸平面后。键在纸平面后。有机分子中由于围绕有机分子中由于围绕 键旋转而产键旋转而产生的分子中原子或基团在空间不同的排生的分子中原子或基团在空间不同的排列方式称为列方式称为构象构象。在乙烷分子中固定一。在乙烷分子中固定一个甲基，使另一个甲基沿个甲基，使另一个甲基沿CC 键键键键轴旋转，两个甲基中的氢原子的相对位轴旋转，两个甲基中的氢原子的相对位置就会不断改变，产生各种不同的构象。置就会不断改变，产生各种不同的构象。其中有两种典型构象，一

10、种叫做其中有两种典型构象，一种叫做交叉式交叉式构象构象，另一种叫做，另一种叫做重叠式构象重叠式构象。乙烷的构象乙烷的构象 乙烷的构象乙烷的构象重叠式构象重叠式构象 交叉式构象交叉式构象 透视式透视式 纽曼投影式纽曼投影式 透视式透视式 纽曼投影式纽曼投影式乙烷的两种构象示意图乙烷的两种构象示意图 介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式扭曲式构象。构象。室温下，乙烷有：室温下，乙烷有：c 、乙烷是乙烷是交叉式交叉式 重叠式重叠式介于二者之间无数构象介于二者之间无数构象 的动态平衡。的动态平衡。交叉式交叉式 非键斥力非键斥力体系能量低，存在时间较长体系能量低

11、，存在时间较长优势构象优势构象优势构象优势构象。重叠式重叠式 非键斥力非键斥力体系能量高，存在时间较短，不稳定。体系能量高，存在时间较短，不稳定。b 、两种代表性构象两种代表性构象交叉式交叉式 最稳定最稳定（能量最低）（能量最低）重叠式重叠式 最不稳定最不稳定（能量最高）（能量最高）a 、无数个构象无数个构象乙烷的交叉式构象乙烷的交叉式构象能能量量最最低低的的最最稳稳定定构构象象乙烷的乙烷的重叠式重叠式构象构象能能量量最最高高的的最最不不稳稳定定构构象象乙烷不同构象的能量曲线图乙烷不同构象的能量曲线图 转动能：转动能：12.5kJ/mol 每对重叠氢每对重叠氢H-C-C-H 重叠张力重叠张力(

12、扭转张力扭转张力)：4.2kJ/mol 室温下，构象异构体室温下，构象异构体 处于迅速转化的动态处于迅速转化的动态 平衡中，平衡中，不能分离。不能分离。丙烷的结构丙烷的结构丁烷的结构丁烷的结构 丁烷的构象丁烷的构象 若只考虑绕若只考虑绕C C2 2CC3 3单键旋转，可得到四种单键旋转，可得到四种具有代表性的构象具有代表性的构象 CH3CH3 CH3H3CCH3H3CCH3H3C对位交叉式 部分重叠式 邻位交叉式 全重叠式HHHHHHHHHHHHHHH丁烷的对位交叉式构象丁烷的对位交叉式构象丁烷的部分重叠式构象丁烷的部分重叠式构象丁烷的邻位交叉式构象丁烷的邻位交叉式构象丁烷的完全重叠式构象丁烷

13、的完全重叠式构象练习：写出练习：写出 1 1，2 2二溴乙烷（绕二溴乙烷（绕C C1 1C C2 2轴）的优势构象。轴）的优势构象。写出写出 2 2，3 3二甲基丁烷（绕二甲基丁烷（绕C C2 2C C3 3轴）的优势构象。轴）的优势构象。构象构象对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式稳定性稳定性最稳定最稳定次之次之不稳定不稳定最不稳定最不稳定答案：答案：结论：对位交叉式结论：对位交叉式 在动态平衡中，占比例最大，在动态平衡中，占比例最大，是是优势构象。优势构象。优势构象。优势构象。HBrHHHBr长链烷烃的构象长链烷烃的构象戊烷的的结构戊烷的的结构己

14、烷的结构己烷的结构庚烷的结构庚烷的结构2.3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质非极性分子，不溶于水非极性分子，不溶于水沸点沸点沸点沸点：随相随相对分子质量对分子质量增加而增加，增加而增加，同分子量时，同分子量时，支链较多，支链较多，沸点较低。沸点较低。直链烷烃的沸点直链烷烃的沸点熔熔熔熔点点点点：随随相相对对分分子子质质量量增增加加而而增增加加，但但偶偶数数碳碳链链的的正正烷烷烃烃由由于于分分子子对对称称性性较较高高，熔熔点点比比高高一一个个碳碳原原子子的的奇奇数数碳碳原原子正烷烃稍高。子正烷烃稍高。2.3 烷烃的物理性质烷烃的物理性质直链烷烃的熔点直链烷烃的熔点2.4 烷烃的化学性质烷烃的化学性

15、质结结构构特特点点：非非极极性性分分子子，无无官官能能团团，分分子子中中只只有有 键键，所所以以化化学学性性质质不不活活泼泼。只只有有在在较较剧剧烈烈的的条条件件下下才才能能发生化学反应。发生化学反应。1、游离基取代反应、游离基取代反应反应历程（反应机理）：反应所经过的具体步骤。反应历程（反应机理）：反应所经过的具体步骤。A 链引发链引发卤代反应分三个阶段，其机理：卤代反应分三个阶段，其机理：思考：思考：为什么在同一条件下为什么在同一条件下Cl2分子发生离解分子发生离解而而CH4不发生离解？不发生离解？CH4离解能离解能104千卡千卡/mol。（。（大，难离解）大，难离解）Cl2离解能离解能5

16、8千卡千卡/mol。（。（小，易离解）小，易离解）B 链传递链传递C 链终止链终止例如：例如：CH3CCH3HHhX2CH3CH2CH2X +CH3CHCH3XCl2 43%57%Br2 3%97%2H1H=57%/243%/6 =41计算计算3H1H=36%/164%/9 =51a a、卤素的相对反应活性卤素的相对反应活性：F F2 2ClCl2 2BrBr2 2I I2 2b b、氢的相对活性（被取代）氢的相对活性（被取代）：3 3H2H2H1H1H Hc c、游离基的稳定性（容易形成程度）游离基的稳定性（容易形成程度）:（CHCH3 3）3 3 C C (CH(CH3 3)2 2CH C

17、H CH CH3 3CHCH2 2 CHCH3 3 计算计算可推出：可推出：(CH3)3CH (CH3)3C Cl +(CH3)2CHCH2 Clh Cl2 36%64%烷基自由基结构烷基自由基结构 带孤单电子碳带孤单电子碳 sp杂化。杂化。孤单电孤单电 子占据未参与杂化的子占据未参与杂化的P轨道。轨道。P轨道垂直于三个轨道垂直于三个sp杂化轨道所在的杂化轨道所在的平面。平面。乙基自由基乙基自由基 异丙基自由基异丙基自由基 叔丁基自由基叔丁基自由基2、氧化反应、氧化反应烷烃在隔绝空气下加热和加压，烷烃在隔绝空气下加热和加压，分子发生断键，生成较小分子量的分子。分子发生断键，生成较小分子量的分子。例：3、热裂反应：、热裂反应：