高分子化学学习.pptx
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1、第二章第二章饱和烃饱和烃(烷烃烷烃)分子中只含有分子中只含有C、H两种元素的有机化合物叫两种元素的有机化合物叫碳氢化合物碳氢化合物,简称烃简称烃.第1页/共78页2.1烷烃的通式和构造异构烷烃的通式和构造异构烷烃的通式为烷烃的通式为CnH2n+2。第2页/共78页定义:定义:烷烃烷烃符合通式符合通式CnH2n+2的一系列化合物。的一系列化合物。(注意:此定义涉及了两个概念,通式、同系列注意:此定义涉及了两个概念,通式、同系列)通式通式表示某一类化合物分子式的式子。表示某一类化合物分子式的式子。同同系系列列结结构构相相似似,而而在在组组成成上上相相差差CH2的的整整数数倍的一系列化合物。倍的一系
2、列化合物。同系物同系物同系列中的各个化合物叫做同系物。同系列中的各个化合物叫做同系物。同同系系物物化化学学性性质质相相似似,物物理理性性质质随随分分子子量量增增加加而而有有规规律地变化。律地变化。举例:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷举例:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷均属烷烃系列。均属烷烃系列。乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸乙酸、丙酸、月桂酸、硬脂酸均属脂肪酸系列。均属脂肪酸系列。第3页/共78页烷烃的构造异构烷烃的构造异构这两种不同的丁烷这两种不同的丁烷,具有相同的分子式和不同的结构式,具有相同的分子式和不同的结构式,互为同分异构体。互为同分异构体。同分异构体同分异构体分子式相同,结构式不同的化合物。分子式相同
3、,结构式不同的化合物。同分异构现象同分异构现象分子式相同,结构式不同的现象。分子式相同,结构式不同的现象。丙烷中的一个氢原子被甲基取代,可得到两种不同的丁烷:丙烷中的一个氢原子被甲基取代,可得到两种不同的丁烷:第4页/共78页烷烃分子中,随着碳原子数增加,同分异构体迅速增加。烷烃分子中,随着碳原子数增加,同分异构体迅速增加。举例举例(同分异构体的写法同分异构体的写法):C6H12:第5页/共78页C7H14:C10H22可写出可写出75个异构体;个异构体;C20H42可写出可写出366319个异构体。个异构体。第6页/共78页2.2烷烃的命名烷烃的命名1.烷基的概念烷基的概念(1)伯、仲、叔、
4、季碳及伯、仲、叔氢伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢(2)烷基烷基2.烷烃的命名烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法(2)衍生物命名法衍生物命名法(3)系统命名法系统命名法第7页/共78页2.2烷烃的命名烷烃的命名1.烷基的概念烷基的概念(1)伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢伯、仲、叔、季碳及伯、仲、叔氢伯碳原子伯碳原子(第一碳原子第一碳原子),用用“1”表示;表示;仲碳原子仲碳原子(第二碳原子第二碳原子),用用“2”表示;表示;叔碳原子叔碳原子(第三碳原子第三碳原子),用用“3”表示;表示;季碳原子季碳原子(第四碳原子第四碳原子),用用“4”表示。表示。与伯与伯,仲仲,叔碳原子相连的叔碳原子相连的
5、H原子原子,分别称为分别称为伯伯,仲仲,叔叔H原子原子第8页/共78页第9页/共78页(2)烷基烷基烷烷烃烃去去掉掉一一个个氢氢原原子子后后的的原原子子团团。常常用用R-,或或(CnH2n+1-)表示表示,所以烷烃又可用通式,所以烷烃又可用通式RH表示表示。:去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原子团。命名时子团。命名时“正正”字常用字常用n-代表。代表。甲基,乙基甲基,乙基;正丙基:正丙基:CH3CH2CH2-,n-丙基丙基:去掉一个仲氢原子所得的烷基。去掉一个仲氢原子所得的烷基。用用“sec-”表示。表示。CH3CH2CH-,sec-丁基丁基CH3正烷基正烷基
6、仲仲烷基烷基第10页/共78页而而CH3CH(CH2)n-(n 0)型型的的烷烷基基叫叫异异烷烷基基CH3用用“iso-”表示。表示。iso-丙基丙基iso-戊基戊基CH3CHCH2CH2-CH3去掉一个叔氢原子所得的烷基。去掉一个叔氢原子所得的烷基。用用“t-”或或“tert-”表示。表示。CH3叔丁基叔丁基:CH3-C-t-丁基丁基CH3异异烷基烷基:叔叔烷基烷基:第11页/共78页CH3CH3-CH2-C-t-戊基戊基CH3CH3CH3-C-CH2-nec-戊基戊基CH3叔戊基叔戊基:新戊基新戊基:第12页/共78页烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团叫烷烃分子从形式上去掉两个氢原
7、子所剩下的基团叫做做亚烷基亚烷基。如:如:第13页/共78页烷基烷基(Alkyl)烷烃分子中从形式上消除一个氢的部烷烃分子中从形式上消除一个氢的部分分,通常用通常用R-表示,英文表示,英文用用“yl”替代替代“ane”lMethaneMethylCH3-MelEthaneEthylCH3CH2-Etl n-Propanen-PropylCH3CH2CH2-n-ProlCH3CH2CH3isopropyl(CH3)2CH-i-Proln-Butanen-ButylCH3CH2CH2CH2-n-BulCH3CH2CH2CH3sec-ButylCH3CH2CHCH3sec-Buliso-Butane
8、iso-Butyl(CH3)2CHCH2-i-Bul(CH3)2CHCH3tert-Butyl(CH3)3C-tert-Bu部分烷基的英文表示:部分烷基的英文表示:第14页/共78页Et乙基;乙基;Pr丙基;丙基;i-Pr异丙基;异丙基;n-Bu正丁基正丁基t-Bu叔丁基(三级丁基);叔丁基(三级丁基);Me甲基;甲基;Ar芳基芳基Ph苯基;苯基;Ac乙酰基;乙酰基;R烷基烷基常用基团的英文简写常用基团的英文简写第15页/共78页2.烷烃的命名烷烃的命名(1)普通命名法普通命名法普通命名法普通命名法亦称为习惯命名法,适用于简单化合物。对直链烷烃,叫正正某某(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、
9、癸、十一、十二)烷烷。例:对有支链的烷烃:对有支链的烷烃:有结构片断者叫异某烷异某烷;有结构片断者叫新某烷新某烷。例:第16页/共78页(2)衍生物命名法衍生物命名法衍生物命名法衍生物命名法适用于简单化合物。衍生物命名法是以甲烷为母体,选择取代基最多的碳为母体碳原子。例如:第17页/共78页(3)系统命名法系统命名法a.直直链链烷烷烃烃:与普通命名法相似,省略“正”字。如:b.有有支支链链时时:取最长碳链为主链,对主链上的碳原子标号。从距离取代基最近的一端开始编号,用阿拉伯数字表示位次。如:第18页/共78页c.多支链时多支链时:合并相同的取代基。用汉字一、二、三表示取代基的个数,用阿拉伯数字
10、1,2,3表示取代基的位次,按官能团大小次序(小的在前,大的在后)命名。例如:第19页/共78页d.其它情况其它情况i.含多个长度相同的碳链时,选取代基最多的链为主链:含多个长度相同的碳链时,选取代基最多的链为主链:ii.在保证从距离取代基最近一端开始编号的前提下,尽在保证从距离取代基最近一端开始编号的前提下,尽量使取代基的位次和最小。例:量使取代基的位次和最小。例:第20页/共78页e.复杂情况(不常见,不常用)复杂情况(不常见,不常用)第21页/共78页练习练习2,4,5-三甲基三甲基-4-乙基庚烷乙基庚烷第22页/共78页练习练习3,4-二甲基己烷二甲基己烷第23页/共78页3,6-二甲
11、基二甲基-4-丙基辛烷丙基辛烷练习练习第24页/共78页2.3烷烃的结构烷烃的结构1.碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化2.键的形成及其特性键的形成及其特性3.乙烷的构象乙烷的构象4.丁烷的构象丁烷的构象第25页/共78页2.3烷烃的结构烷烃的结构1.碳原子轨道的碳原子轨道的sp3杂化杂化实验事实:实验事实:CH2性质极不稳定,非常活泼,有形成性质极不稳定,非常活泼,有形成4价化合物的价化合物的倾向;倾向;CO也很活泼,具有还原性,易被氧化成也很活泼,具有还原性,易被氧化成4价的价的CO2,而,而CH4和和CO2的性质都比较稳定;的性质都比较稳定;CH4中的中的4个个C-H键完全相同。键完
12、全相同。即:即:碳有形成碳有形成4价化合物的趋势,在绝大多数有机物中,价化合物的趋势,在绝大多数有机物中,碳都是碳都是4价。价。两个成单电子,两个成单电子,呈呈2价?价?第26页/共78页对实验事实的解释:对实验事实的解释:sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。4个个sp3杂杂化化轨轨道道间间取取最最大大的的空空间间距距离离为为正正四四面面体体构构型型,键角为键角为109.5(动画,动画,sp3杂化碳杂化碳)。构型构型原子在空间的排列方式。原子在空间的排列方式。四个轨道完全相同。四个轨道完全相同。杂化的结果:杂化的结果:第27页/共78页2.键的形成
13、及其特性键的形成及其特性CH4中的中的4个杂化轨道为四面体构型个杂化轨道为四面体构型(sp3杂化杂化)H原原子子只只能能从从四四面面体体的的四四个个顶顶点点进进行行重重叠叠(因因为为顶顶点点方向电子云密度最大方向电子云密度最大),形成形成4个个sp3-s键。键。(动画)(动画)键键电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称,可自由可自由旋转。旋转。第28页/共78页由于由于sp3杂化碳的杂化碳的轨道夹角是轨道夹角是109.5,所以烷烃中的碳,所以烷烃中的碳链是锯齿形的而不链是锯齿形的而不是直线。是直线。乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也
14、都采取sp3杂化:杂化:丁烷丁烷第29页/共78页键的特点键的特点:键电子云重叠程度大键电子云重叠程度大,键能大键能大,不易断裂;不易断裂;键键可可自自由由旋旋转转(成成键键原原子子绕绕键键轴轴的的相相对对旋旋转不改变电子云的形状转不改变电子云的形状);两核间不能有两个或两个以上的两核间不能有两个或两个以上的键。键。第30页/共78页3.乙烷的构象乙烷的构象构构象象由由于于围围绕绕C-C单单键键旋旋转转而而产产生生的的分分子子中中各各原原子子或原子团在空间的排列方式。或原子团在空间的排列方式。例如:例如:乙烷的构象乙烷的构象(动画动画)第31页/共78页(2)纽曼投影式纽曼投影式重叠式构象重叠
15、式构象交叉式构象交叉式构象重叠式构象重叠式构象交叉式构象交叉式构象(1)透视式表示乙烷的构象透视式表示乙烷的构象第32页/共78页常用常用Newman投影式投影式表示烷烃的构象。表示烷烃的构象。Newman投影式的写法:投影式的写法:(1)从从C-C单键的延线上观察:单键的延线上观察:前碳前碳后碳后碳(2)固固定定“前前”碳碳,将将“后后”碳碳沿沿键键轴轴旋旋转转,得得到乙烷的各种构象。到乙烷的各种构象。最典型的有两种:重叠式和交叉式。最典型的有两种:重叠式和交叉式。第33页/共78页重叠式重叠式:能量高,不稳定能量高,不稳定(因非键张力大因非键张力大),一般含,一般含0.5%交叉式交叉式:注
16、意:注意:室温下不能将乙烷的两种构象分离,因单键旋转室温下不能将乙烷的两种构象分离,因单键旋转能垒很低能垒很低(12.6KJ/mol)第34页/共78页以能量为纵坐标,以单键的旋转角度为横坐标作图,乙以能量为纵坐标,以单键的旋转角度为横坐标作图,乙烷的能量变换曲线如下:烷的能量变换曲线如下:第35页/共78页4.丁烷的构象丁烷的构象丁烷有下列四种典型构象丁烷有下列四种典型构象:动画(丁烷的构象)注意:注意:常温下,丁烷主要是以对位交叉式存在,全常温下,丁烷主要是以对位交叉式存在,全重叠式实际上不存在。重叠式实际上不存在。第36页/共78页丁烷的能量图如下:丁烷的能量图如下:第37页/共78页2
17、.4烷烃的物理性质烷烃的物理性质1.沸点沸点2.熔点熔点3.相对密度相对密度4.溶解度溶解度5.折射率折射率第38页/共78页2.4烷烃的物理性质烷烃的物理性质1.沸点沸点沸点沸点化合物的蒸汽压等于外压化合物的蒸汽压等于外压(0.1Mpa)时的温度。时的温度。烷烃的烷烃的b.p随分子量的随分子量的而有规律地而有规律地:(P26图图2-11)第39页/共78页每增加一个每增加一个CH2,b.p的升高值随分子量的增加而减小。例:的升高值随分子量的增加而减小。例:CH4b.p-162CC2H6b.p-88C(沸差为沸差为74C)C14H30b.p251CC15H32b.p268C(沸差为沸差为17C
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