有机化学烷烃.pptx

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1、2023/2/221第一节 烷烃的同系列和异构一、烷烃的同系列(通式：CnH2n+2)具有同一通式，结构和化学性质相似，组成上相差一个或多个CH2的一系列化合物称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。二、烷烃的同分异构现象构造（constitution)分子中原子互相连接的方式和次序。分子式相同而构造式不同的化合物称为同分异构体，这种现象称为构造异构现象。构造异构现象是有机化学中普遍存在的异构现象的一种，这种异构是由于碳链的构造不同而形成的，故又称为碳链异构。第1页/共54页三、伯、仲、叔、季碳原子 123456789C1、C6、C7、C8、C9 C3、C5 C4 C2 伯碳原子、一级碳原子

2、、1仲碳原子、二级碳原子、2 叔碳原子、三级碳原子、3 季碳原子、四级碳原子、4 CCH3CH3CH2CHCH3CH2CH3CH3第2页/共54页C1 C2 C3、C4、C5 C6、C7 C8 C9 432121CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3123456789骨架式试指出各碳原子的类型问题?第3页/共54页2023/2/224（1 1）烷烃分子中的碳都是spsp3 3杂化。烷烃中的碳氢键和碳碳键都是键。键角接近1092810928。甲烷具有正四面体的结构特征。（2 2）C C，H H电负性差别小，电子云不易偏向某一原子，整个分子电子云分布均匀，没有电子云密度较大或较小的部位，

3、对NuNu或E+E+均没有特殊的亲和力。（化学性质较稳定）（3 3）当烷烃中的碳原子数大于当烷烃中的碳原子数大于3 3的时候的时候,碳链就碳链就形成锯齿形状。形成锯齿形状。四、烷烃的结构特征第4页/共54页一、烷烃的结构sp3 CH4 CnH2n+2?甲烷分子（CH4）的形成Sp3杂化HHHHH第5页/共54页乙烷分子（CH3-CH3）的形成Sp3-sp3键Sp3-1s 键HHHHHH思考：1.C6H14共有几种同分异构体？请写出其构造式。2.直链烷烃的分子链真是直的吗？第6页/共54页2023/2/227 1 1、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较、电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较

4、牢固。牢固。2 2、键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以 键键可以自由旋转。可以自由旋转。键的特点键的特点第7页/共54页2023/2/228sp3s 键pp 键ps 键在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫方向重叠形成的键叫 键。键。键的定义键的定义第8页/共54页2023/2/229二、烷烃的异构现象 构 象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。构象异构体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。（一）碳架异构体（一）碳架异构体 （

5、二）构象异构体（二）构象异构体 （三）旋光异构体（三）旋光异构体第9页/共54页1烷烃的英文名称 三 、烷烃的命名法甲烷 methane乙烷 ethane丙烷 propane丁烷 butane戊烷 pentane己烷 hexane 庚烷 heptane辛烷 octane壬烷 nonane癸烷 decane 第10页/共54页2023/2/2211第二节 烷烃的命名烷烃常用的命名法有普通命名法和系统命名法一、普通命名法根据分子中碳原子数目称为“某烷”，碳原子数十个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊癸表示，十以上的用汉字数字表示碳原子数，用正、异、新表示同分异构体。第11页/共54页例：CH3CH2C

6、H2CH2CH2CH3 正己烷 n-己烷 n-hexane异己烷 isohexane 正 normal n-异 iso-CH3CH CH2CH2CH3CH3第12页/共54页新己烷 neohexane新 neo-CH3CCH3CH3CH2CH3第13页/共54页2023/2/2214二、烷基 烷烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烷基。3.3.常见的烷基 -ane -yl CH3-methyl Me 甲基CH3CH2-ethyl Et 乙基CH3CH2CH2-n-propyl n-Pr (正)丙基第14页/共54页isopropyl iso-Pr 异丙基 n-butyl n-Bu (正)丁

7、基 sec-butyl sec-Bu 仲丁基 CH3CH2CH2CH2-iso-butyl iso-Bu 异丁基 tert-butyl t-Bu 叔丁基 第15页/共54页2023/2/2216 亚甲基 亚乙基 次甲基次乙基烷基的通式为CnH2n+1，常用R表示第16页/共54页4.系统命名法（IUPAC命名法）系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会（IUPACIUPAC）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字的特点而制定的。系统命名法规则如下：1.1.选择主链（母体）（1 1）选择含碳原子数目最多的碳链作为主链，支链作为取代基。（2 2）分之中有两条以上等长碳链时，则选择支链

8、多的一条为主第17页/共54页2023/2/2218第18页/共54页2023/2/22192.2.碳原子的编号(1)(1)从最接近取代基的一端开始，将主链碳原子用1 1、2 2、33编号。编号错误编号正确编号正确编号错误（2）从碳链任何一端开始，第一个支链的位置都相同时，则从较简单的一端开始编号。第19页/共54页2023/2/2220（3 3）若第一个支链的位置相同，则依次比较第二、第三个支链的位置，以取代基的系列编号最小（最低系列原则）为原则。3 3烷烃名称的写出A A 将支链（取代基）写在主链名称的前面B B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基 乙基 丙基 丁基

9、戊基 己基 异戊基 异丁基 异丙基。第20页/共54页2023/2/2221C C 相同基团合并写出，位置用2 2，33标出,取代基数目用二,三标出。D D 表示位置的数字间要用逗号隔开，位次和取代基名称之间要用“半字线”隔开。烷烃的命名归纳为十六个字：最长碳链，最小定位，同基合并，第21页/共54页2023/2/2222B 取代基按“次序规则”小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基 异异异异异异丙丙丙丙丙丙基基基基基基 异异异异异异丁丁丁丁丁丁基基基基基基 丁丁丁丁丁丁基基基基基基 丙丙丙丙丙丙基基基基基基 乙基乙基乙基乙基乙基乙基 甲基甲基甲基甲基甲基甲基12

10、34567?如何命名？例第23页/共54页2023/2/22242-甲基-5,5-二(1,1-二甲基丙基)癸烷第24页/共54页?2,4-二甲基-3-乙基庚烷 2,4-dimethyl-3-ethyl heptane 3-ethyl-2,4-dimethyl heptane 12345672,6-二甲基-3-乙基庚烷 2-甲基-3-环戊基戊烷 第25页/共54页六、烷烃的构象异构 构象由于碳碳单键的旋转，导致分子中原子或原子团在空间的不同排列方式。1.1.乙烷的构象乙烷的构象 构象异构体因单键的旋转而产生的异构体（构象异构属于立体异构）。第26页/共54页交交叉叉式式 重重叠叠式式 纽曼(Ne

11、wman)投影式锯架式 构象的表示式 交交叉叉式式 HHHHHH重重叠叠式式 HHHHHHHHHHHHHHHHHH第27页/共54页2023/2/2228（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 键长键长C-C 键长键长 键键 角角 两面角两面角两氢相距两氢相距110.7 pm154 pm109.5o60o250 pm110.7 pm154 pm109.5o0o229 pm250 pm 240 pm 229 pmE重叠重叠 E交叉交叉 E=12.1KJmol-1每个每个C-H、C-H重重叠的能量约为叠的能量约为4 KJ mol-1当两氢原子间距少于

12、240pm240pm（二个氢原子的半径和）时，氢原子间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。第28页/共54页旋转角度/能能 量量重叠式斜交式交叉式交叉式0 60 12012.6kJmol-1 乙烷分子构象的能量曲线 交叉式稳定的优势构象 第29页/共54页2.正丁烷的构象 对位交叉式对位交叉式部分重叠式部分重叠式邻位交叉式邻位交叉式 全重叠式全重叠式 1 2 3 4CH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHHHCH3H3CHHHH第30页/共54页稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 正丁烷C C2 2-C-C3 3旋转时各种构象的能量曲线

13、 部分重叠式部分重叠式 邻位交叉式邻位交叉式部分重叠式部分重叠式 正丁烷C C2 2-C-C3 3旋转时各种构象的能量曲线 第31页/共54页2023/2/2232 构象分布在达到平衡状态时，各种构象在整个构象中所占的比例称为构象分布。15%15%70%能能 量量 计计 算算C-H，C-H 重叠，重叠，4 kJ/molC-CH3，C-CH3邻交叉，邻交叉，3.8 kJ/molC-CH3，C-CH3重叠，重叠，22.6-8=14.6 kJ/molC-CH3，C-H 重叠，重叠，(14.6-4)/2=5.3 kJ/mol（）（）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

14、定的构象形式存在第32页/共54页2023/2/22333、丙烷的构象、丙烷的构象E=4+4+5.3=13.3KJmol-1交叉式交叉式 重叠式重叠式 丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-1。第33页/共54页高级烷烃的碳链呈锯齿形高级烷烃的碳链呈锯齿形 由于分子主要以交叉式构象的形式存在，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所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。锯齿形。第34页/共54页2023/2/22354、乙烷衍生物的构象分布1 1，2-2-二氯

15、乙烷（对位交叉二氯乙烷（对位交叉 70%70%）1 1，2-2-二溴乙烷（对位交叉二溴乙烷（对位交叉 84%-91%84%-91%）1 1，2-2-二苯乙烷（对位交叉二苯乙烷（对位交叉90%)90%)乙二醇乙二醇2-氯乙醇氯乙醇大多数分子主要以交叉式构象的形式存在；乙二醇和大多数分子主要以交叉式构象的形式存在；乙二醇和2-氯乙醇分子中，由于可形成分子内氢键，主要是以邻氯乙醇分子中，由于可形成分子内氢键，主要是以邻交叉构象形式存在。交叉构象形式存在。第35页/共54页构象与药物的构效关系构象与药物的构效关系多巴胺NH2HHHHOHOH1 2第36页/共54页2023/2/2237三、三、烷烃的物

16、理性质烷烃的物理性质外 观：状态 颜色 气味物理常数：沸点（bp)bp)熔点（mp)mp)折光率（n)n)旋光度 密度（D)D)溶解度 偶极矩（）光谱特征 第37页/共54页2023/2/2238烷烃熔点的特点烷烃熔点的特点 随相对分子质量增大随相对分子质量增大 而增大。而增大。偶数碳烷烃比奇数碳偶数碳烷烃比奇数碳 烷烃的熔点升高值烷烃的熔点升高值 大大（如右图）。（如右图）。相对分子质量相同的烷相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点烃，叉链增多，熔点 下降。下降。奇数碳奇数碳偶数碳偶数碳熔点高低取决于分子间的作用力熔点高低取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。和晶格堆积的密集度。（一）熔

17、点第38页/共54页2023/2/2239沸点大小沸点大小取决于分子间的作用力取决于分子间的作用力 烷烃沸点的特点烷烃沸点的特点（1 1）沸点一般很低。）沸点一般很低。（非极性，只有色散力）（非极性，只有色散力）（2）随相对分子质量增大而增大。）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）（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。）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）（叉链多，分子不易接近）（二）沸点沸点第39页/共54页2023/2/2240分子间接触面积大作用力强分子间接触面积小作用力弱bp：36bp：9.5第40页/共54

18、页2023/2/2241 烷烃异构体的熔点、沸点规律支链较多烷烃：熔点高、沸点低支链较少烷烃：沸点高、熔点低 正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷bp bp 36 36 28 28 9.59.5mp mp -130 -130 -160 -160 -17-17第41页/共54页2023/2/2242烷烃的密度均小于烷烃的密度均小于1（0.424-0.780）。）。偶极矩均为偶极矩均为0。烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂。（三三）密度密度（四四）饱和烃的偶极矩饱和烃的偶极矩（五五）溶解度溶解度第42页/共54页2023/2/2243四、烷烃的化学性质（一一）总体特点总体特点 （二二）烷烃的卤化和自

19、由基反应烷烃的卤化和自由基反应 （三三）烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解烷烃的硝化、磺化、热裂解和催化裂解（四四）烷烃的氧化和自动氧化烷烃的氧化和自动氧化第43页/共54页2023/2/2244、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发、稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。生反应。、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。、烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。（一）总体特点（二二）烷烃的卤代和自由基反应烷烃的卤代和自由基反应卤代反应卤代反应分子中的原子或基团分子中的原子或基团被卤原子取代的反应被卤原子取代的反应称为卤代反应。称为卤代反应。、烷烃的卤代烷烃的卤代取代反应

20、取代反应分子中的原子或基团被分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的其它原子或基团取代的反应称为取代反应。反应称为取代反应。第44页/共54页1.甲烷的卤代 热或光热或光热或光热或光甲烷 一氯甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳 简写反应式简写反应式2.卤代反应机理反应机理是对某个化学反应过程的详细描述第45页/共54页甲烷的卤代反应自由基的链反应自由基的链反应自由基（游离基）自由基（游离基）自由基（游离基）自由基（游离基）甲烷的自由基链反应：链引发 链增长 链终止 共价键断裂共价键断裂均裂均裂异裂异裂均裂均裂第46页/共54页链引发（形成自由基）：链增长（延续自由基，形成产物）：CH3H+Cl

21、 CH3+HCl CH3 +Cl2 Cl +CH3Cl CH3Cl +Cl CH2Cl +HCl CH2Cl+Cl2 CH2Cl2 +Cl CH2Cl2 +Cl CHCl2 +HCl CHCl2 +Cl2 CHCl3 +Cl CHCl3 +Cl CCl3 +HCl CCl3 +Cl2 CCl4 +Cl Cl Cl Cl +Cl 热或光热或光第47页/共54页CH3 +Cl CH3ClCH3 +CH3 CH3CH3链终止（消除自由基）：3.自由基的构型及其稳定性 sp3 sp3四面体 四面体 sp2 平面？Cl +Cl Cl2CHHH透视式CH4 CH3CH3Cl第48页/共54页 sp3 sp

22、3sp2 请指出自由基中各碳原子的杂化状态自由基平面构型（sp2杂化）结论CH3-H CH3 +H 离解能435kJmol-1甲基自由基甲基自由基CH3CH2-H CH3CH2+H 离解能 410kJmol-1 乙基自由基（乙基自由基（1）CH3CH2CH2-H CH3CH2CH2 +H 离解能410kJmol-1 丙基自由（丙基自由（1）形成自由基需要的能量?第49页/共54页(CH3)2CH-H (CH3)2CH+H 离解能 397kJmol-1异丙基自由基（异丙基自由基（2）(CH3)3C-H (CH3)3C+H 离解能385kJmol-1叔丁基自由基（叔丁基自由基（3）自由基的稳定性：

23、3 2 1 CH3，为什么？结论4含多个碳原子的烷烃的卤代反应64%36%+Cl2+光生物体内的自由基生物体内的自由基 第50页/共54页2023/2/22511.1.将下列戊基自由基按稳定性排列成序，并简单说明理由：a CHa CH3 3CHCH(CHCHCH(CH3 3)2 2 b CH b CH2 2CHCH2 2CH(CHCH(CH3 3)2 2 c CHc CH3 3CHCH2 2C(CHC(CH3 3)2 22.2.如果烷烃中的伯氢、仲氢和叔氢被氯代时的活性比是1:3.8:5,1:3.8:5,计算2-2-甲基丁烷被一氯代时的产物的相对比及各产物的百分比。3.3.某烷烃A A，分子式

24、为C6H14 C6H14，氯代时可以得到两种一氯代产物。试推测烷烃A A的结构。4.4.所有分子式为C C5 5H H1212或C C8 8H H1818的烷烃中，那些结构的烷烃只能得到一种一氯代产物？.第51页/共54页2023/2/22521.Wurtz(武慈）反应：2RX+2Na R-R+2NaX2.铜锂试剂法:RX R Li R2CuLi R-RLiCu IRX第52页/共54页2023/2/2253本章小结：烷烃的命名（烷基的命名）；烷烃的同分异构体的书写；烷烃的构象（乙烷、丁烷、优势构象）烷烃的物理性质（m.p,b.p 比较）烷烃的化学性质：卤代机理；自由基稳定性顺序及原因；能线图过渡态；中间体；活化能；反应热；决速步骤）不同H的活性（氯代、溴代）第53页/共54页2023/2/22课件54感谢您的观看！第54页/共54页