有机化学高鸿宾版第二章.ppt
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1、 第二章第二章 饱和烃:烷烃和饱和烃:烷烃和环烃环烃通式:通式:CnH2n+2 CnH2n甲烷细菌甲烷细菌一一.同系同系物物和同分异构和同分异构 分子的结构相似,组成相差几个或多个分子的结构相似,组成相差几个或多个CH2的一的一系列化合物称为系列化合物称为同系物同系物。同分异构体同分异构体:具有相同分子式具有相同分子式,结构和性质不同的化合物。结构和性质不同的化合物。构造异构体:构造异构体:具有相同分子式,分子中原子或基团因连接顺具有相同分子式,分子中原子或基团因连接顺 序不同而产生的异构体。序不同而产生的异构体。由碳架不同引起的异构,称由碳架不同引起的异构,称碳架异构碳架异构。(属构造异构属
2、构造异构)2、烷烃的同分异构、烷烃的同分异构-构造异构现象构造异构现象 对于烷烃的对于烷烃的构造异构构造异构,实质上是碳架异构,即,实质上是碳架异构,即分子式相同,碳架不同。分子式相同,碳架不同。三个碳原子以下烷烃没有构造异构,四个碳及三个碳原子以下烷烃没有构造异构,四个碳及四个以上碳原子的烷烃就有构造异构四个以上碳原子的烷烃就有构造异构.正丁烷正丁烷 异丁异丁烷烷 这是两个不同化合物,具有不同性质这是两个不同化合物,具有不同性质.正丁烷的构造式可用简式正丁烷的构造式可用简式CH3(CH2)2CH3表示。表示。异丁烷用(异丁烷用(CH3)3HC表示。表示。0C,m.p-1380C00CCCCC
3、CCCCHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH下面写出下面写出C5H12的所有构造异构体:的所有构造异构体:写出写出C6H14的所有构造异构体:的所有构造异构体:1、先写直链的、先写直链的2、拿拿掉掉一一个个碳碳原原子子作作为为甲甲基基,其其余余五五个个碳碳原原子子做做主主链链,放放在在不不同同位位置置上上得到得到2,3 3、再拿掉一个碳变成两个甲基,放、再拿掉一个碳变成两个甲基,放在主链不同位置上,得到在主链不同位置上,得到4,5。4、支链长度必须小于主链的一半,、支链长度必须小于主链的一半,支链只能为甲基。支链只能为甲基。依此规律写出依此规律写出C7H14的所有构造异构,总共九个。的所有
4、构造异构,总共九个。二二.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、季碳原子和伯、仲、叔氢原子)伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子正丁基正丁基 二级丁基二级丁基 异丁基异丁基(n-)(sec-or s-)(iso-)or仲丁基仲丁基甲基甲基 乙基乙基 正正丙基丙基 异异丙基丙基(2)烷基和环烷基()烷基和环烷基(CnH2n+1、R-;CnH2n-1)三级戊基三级戊基 新戊基新戊基(Tert-or t-)叔丁基叔丁基 (neo-)构型构型 +取代基取代基 +母体母体R,S;D,L;Z,E;顺顺,反反取代基位置号取代基位置号+个数个数+名称名称(有多个取代基时,中文按顺有
5、多个取代基时,中文按顺序规则确定次序,小的在前。序规则确定次序,小的在前。英文按英文字母顺序排列英文按英文字母顺序排列)官能团位置号官能团位置号+名称名称(没有官能团时不涉没有官能团时不涉及位置号及位置号)有机化合物系统命名的基本格式有机化合物系统命名的基本格式3-己烯己烯-2,5-二酮二酮 2.命名命名(1)习惯命名法(适用于简单化合物)习惯命名法(适用于简单化合物)碳原子数加碳原子数加“烷”字构成直字构成直链烷烃名称。名称。110个碳的烷烃,词头用:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、个碳的烷烃,词头用:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸;辛、壬、癸;10个碳以上,用数字十一、十二等表示。个碳
6、以上,用数字十一、十二等表示。碳架异构体用正、异、新等词头区分。碳架异构体用正、异、新等词头区分。正己烷正己烷 异己烷异己烷 新己烷新己烷(2)、衍生物命名法:)、衍生物命名法:要点要点:把除正构烷烃之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物,这把除正构烷烃之外的烷烃看成甲烷的烷基衍生物,这种方法可以表示结构,但是仍然只适用于简单烷烃。种方法可以表示结构,但是仍然只适用于简单烷烃。命名方法:命名方法:选选择择含含取取代代最最多多取取代代基基的的碳碳原原子子为为母母体体(甲甲烷烷),并且要求取代基最简单。并且要求取代基最简单。正正(n-)异异(iso-)新新(neo-)直链烷烃直链烷烃例如例如三甲基仲丁基甲
7、烷三甲基仲丁基甲烷 其余部分为取代基,书写时由小到大排列。结其余部分为取代基,书写时由小到大排列。结尾是甲烷。尾是甲烷。相同取代基合并,写出个数,用中文字表示个数。相同取代基合并,写出个数,用中文字表示个数。(3(3)系统命名法(系统命名法(IUPAC命名法)命名法)(International Union of Pure and Applied Chemistry )a.a.选最长碳链作主链,支链作取代基。链的长短选最长碳链作主链,支链作取代基。链的长短(长的优先长的优先),),侧链数目(侧链数目(多的优先多的优先),),侧链位次大小(侧链位次大小(小的优先小的优先),各侧链碳),各侧链碳原
8、子数(原子数(多的优先多的优先),侧分支的多少(),侧分支的多少(少的优先少的优先)。)。b.b.近取代基端开始编号,并遵守近取代基端开始编号,并遵守“最低系列编号规则最低系列编号规则”。若有。若有多个取代基,逐个比较,直至比出高底为止。多个取代基,逐个比较,直至比出高底为止。c.取代基距链两端位号相同时,编号从顺序小的基团端开始。取代基距链两端位号相同时,编号从顺序小的基团端开始。顺序规则顺序规则 单原子取代基单原子取代基,按原子序数大小排列。原子序数大按原子序数大小排列。原子序数大,顺序大;顺序大;原子序原子序数数小小,顺序小;同位素中质量高的顺序小;同位素中质量高的,顺序大。顺序大。多原
9、子基团第一个原子相同多原子基团第一个原子相同,则依次比较与其相连的其它原子。则依次比较与其相连的其它原子。含双键或叁键的基团含双键或叁键的基团,则作为连有两个或叁个相同的原子。则作为连有两个或叁个相同的原子。顺序大的基团称顺序大的基团称较较较较优基团优基团优基团优基团。d.d.支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链支链上连有取代基,则从和主链相连的碳原子开始将支链 碳原子依次编号,并将取代基位号、名称连同支链名写在碳原子依次编号,并将取代基位号、名称连同支链名写在 括号内。括号内。2-甲基甲基-5-(1,1-二甲基丙基)癸烷二甲基丙基)癸烷e.e.名称的排列顺序名称的排列顺序 中文
10、名称按基团顺序规则,较小的基团列在前;英文名称中文名称按基团顺序规则,较小的基团列在前;英文名称 按基团首字母的顺序先后列出。按基团首字母的顺序先后列出。3.命命 名名:中文名称:中文名称:2,3,5-三甲基己烷三甲基己烷 英文名称:英文名称:2,3,5-trimethylhexane2 编编 号号:第一行第一行 取代基编号为取代基编号为2,4,5;第二行第二行 取代基编号为取代基编号为2,3,5;根据最低系列原则根据最低系列原则,用第二行编号。用第二行编号。1 确定主链确定主链:最长链为主链。最长链为主链。例例如如1 确定主链:确定主链:有两个等长的最长链。有两个等长的最长链。比侧链数比侧链
11、数:一长链有四个侧链,另一长链有一长链有四个侧链,另一长链有二个二个 侧链侧链,多的优先。,多的优先。2 编编 号:号:第二行取代基编号第二行取代基编号2,3,4,5;第一行第一行取代基编号取代基编号 4,5,6,7。根据最低系列原则根据最低系列原则,选第二行编号选第二行编号3 命命 名:名:中文名称:中文名称:2,3,5-三甲基三甲基-4-丙基辛烷丙基辛烷 英文名称:英文名称:2,3,5-trimethyl-4-n-propyloctane 5-5-丙基丙基-4-4-异丙基壬烷异丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane注意注意 1)相同取代基数目用汉文数字二、三)相同取
12、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线分开;)阿拉伯数字与汉字之间必须用短横线分开;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。以板书表示以板书表示1.1.脂环烃的分类脂环烃的分类三、环烷烃的命名三、环烷烃的命名 2.脂环烃的命名脂环烃的命名(1)单环烃)单环烃 1)按成环碳原子数目称为环某烷。)按成环碳原子数目称为环某烷。1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷4-甲基环己烯甲基环己烯2)长链作母体,环作取代基。)长链作母体,环作取代基。3-甲基甲基-4-环丁基庚烷环丁基庚烷
13、3)顺、反环烷烃)顺、反环烷烃 受环的限制,受环的限制,键不能自由旋转。环上取代基在空间的键不能自由旋转。环上取代基在空间的 位置不同,产生位置不同,产生顺反顺反(几何几何)异构。异构。顺顺(cis):两个取代基在环同侧;两个取代基在环同侧;反反(trans):两个取代基在环异侧。两个取代基在环异侧。顺顺-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷 反反-1,4-二甲基环己烷二甲基环己烷(2)双环烃)双环烃分子的碳架中含有两个碳环的烃。分子的碳架中含有两个碳环的烃。联环联环 桥环桥环 螺环螺环 稠环稠环1)双环桥环烃命名)双环桥环烃命名桥头碳原子:两环共用的碳原子。桥头碳原子:两环共用的碳原子。桥:两个
14、桥头碳原子之间的碳链或一个键。桥:两个桥头碳原子之间的碳链或一个键。二环二环 3.2.1 辛烷辛烷2,7,7-三甲基二环三甲基二环2.2.1 庚烷庚烷2)螺环烃)螺环烃 螺原子:两个碳环共用的碳原子螺原子:两个碳环共用的碳原子 螺螺4.5癸烷癸烷5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷 讨论讨论3,7,7-三甲基二环三甲基二环4.1.0庚庚烷烷2,8-二甲基二甲基-1-乙基二环乙基二环3.2.1 辛辛烷烷 四、四、烷烃烷烃和环烷烃的结构和环烷烃的结构1.1.碳的碳的SPSP3 3杂化和杂化和键的形成键的形成基态时基态时 C C:1S1S2 2 2S 2S2 2 2P 2Px x1 1 2P 2Py y1
15、 1 2P 2Pz z0 0 四个四个C-H键键六个六个C-HC-H键键 一个一个C-CC-C键键 C-C 键长键长:154pm C-H键长键长:107pm 键能键能:345.6 kJ/mol 键角键角:109.5o;键可以绕轴旋转。键可以绕轴旋转。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。2.2.烷烃的构象烷烃的构象构象构象:在常温下,分子中的原子或基团绕着单键(:在常温下,分子中的原子或基团绕着单键(键)旋键)旋转,在空间产生了一系列不同的排列,这一系列排列称为分转,在空
16、间产生了一系列不同的排列,这一系列排列称为分子的构象。每一种排列称为构象异构体。子的构象。每一种排列称为构象异构体。1 1)乙烷的构象乙烷的构象a.a.两种极端构象两种极端构象重叠式(由重叠式(由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为组成的两面角为0 0o o)交叉式(由交叉式(由H-C-C-HH-C-C-H组成的两面角为组成的两面角为6060o o)重重叠叠式式 楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式 交交叉叉式式 楔形式楔形式 锯架式锯架式 纽曼式纽曼式 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。b.构象的稳定性构象的稳定性分析乙
17、烷两个极端构象分析乙烷两个极端构象 排斥力最大排斥力最大 排斥力最小排斥力最小 内能高内能高 内能低内能低 非键连相互作用力非键连相互作用力:不直接相连的原子间的作用力。:不直接相连的原子间的作用力。构象的稳定性与内能有关。内能低构象的稳定性与内能有关。内能低,稳定;内能高稳定;内能高,不稳定。不稳定。稳定构象稳定构象:在一系列构象中能量最低(最稳定、存在时间最长:在一系列构象中能量最低(最稳定、存在时间最长或出现几率最大)的构象称为稳定构象,又称为优势构象。或出现几率最大)的构象称为稳定构象,又称为优势构象。其它构象的内能介于这两者之间。其它构象的内能介于这两者之间。乙烷不同构象的能量曲线图
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