有机化学第2章烷烃.ppt

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1、第二章第二章 烷烃烷烃 主要内容主要内容主要内容主要内容uu 烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体烷烃的结构，同分异构体uu 烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法，烷烃的命名（普通命名法，IUPAC IUPAC命名法）命名法）命名法）命名法）uu 烷烃的构型，构象，构象式的表示法烷烃的构型，构象，构象式的表示法烷烃的构型，构象，构象式的表示法烷烃的构型，构象，构象式的表示法uu 烷烃卤代的自由基机理烷烃卤代的自由基机理烷烃卤代的自由基机理烷烃卤代的自由基机理链引发、链传递和链链引发、链传递和链链引发、链传递和链链引发、链传递和链终

2、止终止终止终止uu 反应的势能变化，反应的势能变化，反应的势能变化，反应的势能变化，过渡态理论过渡态理论过渡态理论过渡态理论uu 卤代反应的选择性，卤代反应活性顺序的解释，卤代反应的选择性，卤代反应活性顺序的解释，卤代反应的选择性，卤代反应活性顺序的解释，卤代反应的选择性，卤代反应活性顺序的解释，自由基的稳定性自由基的稳定性自由基的稳定性自由基的稳定性烃：烃：只由碳只由碳,氢两种元素组成氢两种元素组成(碳氢化合物碳氢化合物)。开链烃：开链烃：碳原子相连成链状的烃，叫碳原子相连成链状的烃，叫脂肪烃脂肪烃。饱和脂肪烃叫。饱和脂肪烃叫烷烃烷烃。饱和烃饱和烃：烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余

3、价健都为氢原子所饱和的化烃分子中碳原子间都是单健相连，碳原子的其余价健都为氢原子所饱和的化合物。合物。2.1 同系列和同分异构同系列和同分异构(1)同系列同系列(homologous series)：CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3CH2称为称为系列差系列差。烷烃结构通式烷烃结构通式：CnH2n+2 凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，组成上相差一个或几个一个或几个CH2（亚甲基），（亚甲基），物理性质则随着碳原子数的增加而物理性质则随着碳原子数的增加而有规律地变化的化合物系列。有规律地变化的化合物

4、系列。(2)同分异构同分异构(构造异构构造异构)官能团异构：甲醚、乙醇官能团异构：甲醚、乙醇 碳链异构碳链异构(Skeletal isomer)：直链和支链的异构。：直链和支链的异构。构造异构体物理性质有一定的差异构造异构体物理性质有一定的差异.直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高直链烃的沸点比带有支链的构造异构体的高.正丁烷（沸点-0.5）异丁烷（沸点-10.2 ）n 烷烃中碳原子和氢原子的分类：烷烃中碳原子和氢原子的分类：伯、仲、叔、季碳原子伯、仲、叔、季碳原子。伯氢、仲氢、叔氢伯氢、仲氢、叔氢 伯碳原子、伯碳原子、一级碳原子一级碳原子、1。(直接与一个碳原子相连直接与一个碳原子相连)仲

5、碳原子仲碳原子、二级碳原子二级碳原子、2。(直接与二个碳原子相连直接与二个碳原子相连)叔碳原子叔碳原子、三级碳原子三级碳原子、3。(直接与三个碳原子相连直接与三个碳原子相连)季碳原子、季碳原子、四级碳原子四级碳原子、4。(直接与四个碳原子相连直接与四个碳原子相连)2.2 烷烃的命名烷烃的命名 母体名称母体名称 取代基名称、位置和数目取代基名称、位置和数目 选择主链；主链上碳原子编号选择主链；主链上碳原子编号(“最低系列最低系列”编号方法编号方法)；取代基排列顺序；取代基排列顺序.n 普通命名法：普通命名法：n 系统命名法系统命名法(IUPAC命名原则命名原则)：烷基名称：烷基名称：(烷基烷基

6、烷烃分子从形式上消除一个氢原子剩下的原子团烷烃分子从形式上消除一个氢原子剩下的原子团)。烷基的通用符号：烷基的通用符号：R烷基烷基 甲基甲基 Me 乙基乙基 Et 丙基丙基 n-Pr 异丙基异丙基 i-Pr 丁基丁基 n-Bu 异丁基异丁基 i-Bu 仲丁基仲丁基 s-Bu 叔丁基叔丁基 t-Bu Ar芳基芳基 Ph苯基；苯基；Ac乙酰基乙酰基 选择主链：选择主链：2,3,7三甲基三甲基 6 异丙基异丙基 4 异丁基壬烷异丁基壬烷 具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支链数目最多具有相同长度的链可作为主链时，则应选定具有支链数目最多的碳链的碳链.烷基大小的次序：烷基大小的次序：甲基甲基

7、乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 2 H 2o o H 1 H 1o o H CH H CH4 4 (温度升高，选择性变差温度升高，选择性变差温度升高，选择性变差温度升高，选择性变差)不同卤素的反应选择性不同卤素的反应选择性不同卤素的反应选择性不同卤素的反应选择性:溴代比氯代更具有选择性。溴代比氯代更具有选择性。溴代比氯代更具有选择性。溴代比氯代更具有选择性。合成上溴代更具有应用价值合成上溴代更具有应用价值合成上溴代更具有应用价值合成上溴代更具有应用价值p3p31,1,p3p32 2 过渡态理论过渡态理论 化学反应化学反应(基元反应基元反应)是一个由反应物逐渐变为产物的连续是一个由反应物

8、逐渐变为产物的连续过程。一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一过程。一个反应由反应物到产物的转变过程中，需要经过一个个过渡状态过渡状态。B-C键伸长变弱键伸长变弱(部分断裂部分断裂)，A-B键部分生成，体系的能量升至键部分生成，体系的能量升至最大。最大。-过渡态过渡态反应进程反应进程 位能曲线图位能曲线图 -反应进程中体系能量的变化反应进程中体系能量的变化活化能活化能：E反应热：反应热：E(正反应正反应)E(逆反应逆反应)；可由键的解离能来估算可由键的解离能来估算(p34)。决定反应速度决定反应速度的是的是活化能活化能 E，是能垒高度，而非，是能垒高度，而非反应热。反应热。自由基型自由

9、基型自由基型自由基型链反应（链反应（链反应（链反应（free radical chain chain reactionreaction）自由基自由基自由基自由基中间体中间体中间体中间体(2)卤代反应卤代反应反应历程反应历程(以甲烷为例以甲烷为例以甲烷为例以甲烷为例)烷烃卤代烷烃卤代机理的决速步骤机理的决速步骤机理的决速步骤机理的决速步骤（以氯代为例）（以氯代为例）（以氯代为例）（以氯代为例）D D D DH H(反应热反应热反应热反应热)+7.5 kJ/mol吸热吸热112.9 kJ/mol放热放热决速步骤决速步骤决速步骤决速步骤过渡态过渡态过渡态过渡态势能增加势能增加势能降低势能降低势能最高

10、势能最高烷烃卤代的决速步骤：烷烃卤代的决速步骤：烷烃卤代的决速步骤：烷烃卤代的决速步骤：过渡态过渡态过渡态过渡态：反应物转变为产物的中间状态，反应物转变为产物的中间状态，反应物转变为产物的中间状态，反应物转变为产物的中间状态，（推测的）势能最高处推测的）势能最高处推测的）势能最高处推测的）势能最高处 的原子排列，的原子排列，的原子排列，的原子排列，寿命寿命寿命寿命=0=0=0=0，无法测得。，无法测得。，无法测得。，无法测得。中间体：中间体：中间体：中间体：反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，反应中生成的

11、寿命较短的分子、离子或自由基，中间体中间体中间体中间体 一般很活泼，但可通过实验方法观察到。一般很活泼，但可通过实验方法观察到。一般很活泼，但可通过实验方法观察到。一般很活泼，但可通过实验方法观察到。对比对比对比对比l 甲烷氯代的势能变化图：甲烷氯代的势能变化图：过渡态过渡态过渡态过渡态:势能最高势能最高处的原子排列，处的原子排列，Ea：活化能（：活化能（activation energy）；）；D DH:反应热反应热活性中间体活性中间体原因：决速步骤的中间体原因：决速步骤的中间体(自由基自由基)的相对稳定性：的相对稳定性：2o 1o，中间体，中间体自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决速步聚愈

12、快。自由基愈稳定，决速步聚活化能愈小，决速步聚愈快。n n用用用用过渡态理论过渡态理论过渡态理论过渡态理论解释：解释：解释：解释：3 3o o H 2 H 2o o H 1 H 1o o H CH H CH4 4 (卤代反应中不同类型氢的反应活性卤代反应中不同类型氢的反应活性卤代反应中不同类型氢的反应活性卤代反应中不同类型氢的反应活性-卤代的选择性卤代的选择性卤代的选择性卤代的选择性)过渡态理论过渡态理论-决定反应速度决定反应速度的是的是活化能活化能 E，是能垒高度。，是能垒高度。比较伯氢、仲氢卤代反应比较伯氢、仲氢卤代反应-决速步骤决速步骤的反应速度的反应速度。不同不同C-H键的离解能（键的

13、离解能（D）不同）不同,键的离解能愈小，则自游基愈容键的离解能愈小，则自游基愈容易生成易生成，愈容易生成的自由基愈稳定愈容易生成的自由基愈稳定。自由基的相对稳定性：自由基的相对稳定性：3o 2o 1on n 不同类型自由基的相对稳定性不同类型自由基的相对稳定性不同类型自由基的相对稳定性不同类型自由基的相对稳定性2 2o o 自由基自由基自由基自由基较易生成较易生成较易生成较易生成3 3o o 自由基自由基自由基自由基较易生成较易生成较易生成较易生成1 1o o 自由基自由基自由基自由基较难生成较难生成较难生成较难生成1 1o o 自由基自由基自由基自由基较难生成较难生成较难生成较难生成键离解能

14、（键离解能（DH）n n 自由基的结构自由基的结构自由基的结构自由基的结构有机反应相对活性的比较有机反应相对活性的比较 反应的区位选择性反应的区位选择性(优势产物优势产物)的解释的解释反应机理反应机理(多步反应多步反应)反应决速步聚反应决速步聚决速步聚中间体决速步聚中间体(碳自由基碳自由基)的稳定性的稳定性决速步聚活化能决速步聚活化能决速步聚过渡态的稳定性决速步聚过渡态的稳定性考虑反应的决速步骤考虑反应的决速步骤，比较比较中间体中间体自由基的稳定性自由基的稳定性。自由基生成的自由基生成的相对速度决定相对速度决定反应的选择性反应的选择性自由基稳定性：自由基稳定性：自由基的相对稳定性自由基的相对稳定性决定反应的选择性决定反应的选择性R-H的键离解能（的键离解能（DH）小结小结 烷烃卤代反应中，不同类型烷烃卤代反应中，不同类型H的反应活性活性的解释的反应活性活性的解释