中科大有机化学CHAPT0省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、第二章 烷烃第1页内容提要1 1、烷烃同系列和同分异构现象；、烷烃同系列和同分异构现象；、烷烃同系列和同分异构现象；、烷烃同系列和同分异构现象；2 2、烷烃命名；、烷烃命名；、烷烃命名；、烷烃命名；3 3、烷烃结构；烷烃结构；烷烃结构；烷烃结构；4 4、烷烃物理性质；、烷烃物理性质；、烷烃物理性质；、烷烃物理性质；5 5、烷烃化学性质、烷烃化学性质、烷烃化学性质、烷烃化学性质概述：概述：概述：概述：只由只由只由只由C C和和和和 H H 组成有机物组成有机物组成有机物组成有机物-碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物 t tan qan qinging=tingting（烃）（烃）（烃）（烃

2、）第2页第3页1、烷烃同系列及同分异构现象一、烷烃同系列：一、烷烃同系列：通式：通式：通式：通式：C Cn nHH2n+22n+2 甲烷甲烷甲烷甲烷 乙烷乙烷乙烷乙烷 丙烷丙烷丙烷丙烷相邻两个化合物组成之差相邻两个化合物组成之差相邻两个化合物组成之差相邻两个化合物组成之差 CHCH2 2-系差系差系差系差同系列是有机化合物普遍现象同系列是有机化合物普遍现象同系列是有机化合物普遍现象同系列是有机化合物普遍现象第4页甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：甲、乙、丙烷：C C原子只有一个连接方式原子只有一个连接方式原子只有一个连接方式原子只有一个连接方式 无异构体无异构体无异构体无异构体丁烷：丁

3、烷：丁烷：丁烷：C C原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：原子有二种连接方式：分子式相同，结构不一样分子式相同，结构不一样分子式相同，结构不一样分子式相同，结构不一样-结构异构体（这结构异构体（这结构异构体（这结构异构体（这里是碳干异构体）里是碳干异构体）里是碳干异构体）里是碳干异构体）二、烷烃异构现象：二、烷烃异构现象：第5页戊烷有戊烷有戊烷有戊烷有3 3种异构体：种异构体：种异构体：种异构体：可由数学方法推算出：可由数学方法推算出：可由数学方法推算出：可由数学方法推算出：C=10 75 C=10 75 种异构体种异构体种异构体种异构体 C=20 366319 C=2

4、0 366319 种异构体种异构体种异构体种异构体 .第6页简单烷烃异构体推导方法：简单烷烃异构体推导方法：写出该烷烃最长直链；写出该烷烃最长直链；写出该烷烃最长直链；写出该烷烃最长直链；写出少一个碳原子直链，把这个碳原子作为取代写出少一个碳原子直链，把这个碳原子作为取代写出少一个碳原子直链，把这个碳原子作为取代写出少一个碳原子直链，把这个碳原子作为取代基，取代不一样碳原子上氢；基，取代不一样碳原子上氢；基，取代不一样碳原子上氢；基，取代不一样碳原子上氢；写出少写出少写出少写出少2 2个个个个C C原子直链，（原子直链，（原子直链，（原子直链，（1 1）把少下来）把少下来）把少下来）把少下来2

5、 2个个个个C C原子原子原子原子作为作为作为作为2 2个甲基取代基，依次取代同一个甲基取代基，依次取代同一个甲基取代基，依次取代同一个甲基取代基，依次取代同一C C原子上氢或原子上氢或原子上氢或原子上氢或不一样不一样不一样不一样C C原子上氢；（原子上氢；（原子上氢；（原子上氢；（2 2）作为一个乙基取代基）作为一个乙基取代基）作为一个乙基取代基）作为一个乙基取代基 .注意扣去重复结构式注意扣去重复结构式注意扣去重复结构式注意扣去重复结构式-剩下即为全部同分异构体剩下即为全部同分异构体剩下即为全部同分异构体剩下即为全部同分异构体以己烷为例以己烷为例以己烷为例以己烷为例第7页三、碳原子和氢原子

6、类型三、碳原子和氢原子类型依据依据依据依据碳碳碳碳原子在分子中连接情况不一样分为：原子在分子中连接情况不一样分为：原子在分子中连接情况不一样分为：原子在分子中连接情况不一样分为：只与一个碳相连只与一个碳相连只与一个碳相连只与一个碳相连 一级碳一级碳一级碳一级碳 1 1o o 伯碳伯碳伯碳伯碳 与二个碳相连与二个碳相连与二个碳相连与二个碳相连 二级碳二级碳二级碳二级碳 2 2o o 仲碳仲碳仲碳仲碳 与三个碳相连与三个碳相连与三个碳相连与三个碳相连 三级碳三级碳三级碳三级碳 3 3o o 叔碳叔碳叔碳叔碳 与四个碳相连与四个碳相连与四个碳相连与四个碳相连 四级碳四级碳四级碳四级碳 4 4o o

7、季碳季碳季碳季碳HH分类：分类：分类：分类：与一级碳相连与一级碳相连与一级碳相连与一级碳相连 一级氢一级氢一级氢一级氢 1 1o o 伯氢伯氢伯氢伯氢余类推余类推余类推余类推 （但无（但无（但无（但无4 4o oHH）第8页表表表表1 1、常见烷基及其表示法、常见烷基及其表示法、常见烷基及其表示法、常见烷基及其表示法 烷基 汉字名 英文名 缩写 -CH3 甲基 methyl Me -CH2CH3 乙基 ethyl Et -CH2CH2CH3 正丙基 n-propyl n-Pr 异丙基 i-propyl i-Pr-CH2CH2CH2CH3 正丁基 n-buthyl n-Bu 异丁基 i-buth

8、yl i-Bu 仲丁基 s-buthyl s-Bu 叔丁基 t-buthylt-Bu 新戊基 neopentyl第9页2、烷烃命名有机物数目多、结构复杂，命名主要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂，命名主要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂，命名主要；烷烃命名是基础。有机物数目多、结构复杂，命名主要；烷烃命名是基础。要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然要求：见到名称能写出其结构式，反之亦然。一、普通命名法：一、普通命名法：直链烷烃直链烷烃直链烷烃直链烷烃-正正正正“n n”烷（烷（烷（烷（n=Cn=C原子

9、数）原子数）原子数）原子数）n=1n=11010：用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示 n n11 11：用汉字数字表示用汉字数字表示用汉字数字表示用汉字数字表示比如比如比如比如 C C1111HH2424 十一烷十一烷十一烷十一烷用正、异、新区分同分异构体，如：用正、异、新区分同分异构体，如：用正、异、新区分同分异构体，如：用正、异、新区分同分异构体，如：第10页二、系统命名法二、系统命名法发展历史：发展历史：发展历史：发展历史：IUPAC IUPAC

10、我国我国我国我国 18921892日内瓦国际会议首次确定日内瓦国际会议首次确定日内瓦国际会议首次确定日内瓦国际会议首次确定 19571957修订修订修订修订 19601960修订修订修订修订 1979 1979 最终修订最终修订最终修订最终修订 19801980补充增订补充增订补充增订补充增订只适合用于简单化合物，右边化合物叫只适合用于简单化合物，右边化合物叫只适合用于简单化合物，右边化合物叫只适合用于简单化合物，右边化合物叫？必须用系统命名法：必须用系统命名法：必须用系统命名法：必须用系统命名法：第11页关键点：关键点：关键点：关键点：1 1、选取最长碳链作主链，称为某烷；支链看成取代基；、

11、选取最长碳链作主链，称为某烷；支链看成取代基；、选取最长碳链作主链，称为某烷；支链看成取代基；、选取最长碳链作主链，称为某烷；支链看成取代基；2 2、从距离取代基近一端开始，给主链碳原子编号，、从距离取代基近一端开始，给主链碳原子编号，、从距离取代基近一端开始，给主链碳原子编号，、从距离取代基近一端开始，给主链碳原子编号，使取代基位次最小（若与两端最近等距位置上有不一样使取代基位次最小（若与两端最近等距位置上有不一样使取代基位次最小（若与两端最近等距位置上有不一样使取代基位次最小（若与两端最近等距位置上有不一样 取代基，则按次序规则，从取代基次序较小一端编号）取代基，则按次序规则，从取代基次序

12、较小一端编号）取代基，则按次序规则，从取代基次序较小一端编号）取代基，则按次序规则，从取代基次序较小一端编号）第12页3 3、取代基列出次序：、取代基列出次序：、取代基列出次序：、取代基列出次序：含有几个不一样取代基时，按次序规则由小到大依次列出；含有几个不一样取代基时，按次序规则由小到大依次列出；含有几个不一样取代基时，按次序规则由小到大依次列出；含有几个不一样取代基时，按次序规则由小到大依次列出；(原子优先次序：原子优先次序：原子优先次序：原子优先次序：I IBrBrClClS SP PF FOONNC CDDH)H)含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四含有几个相同取代基

13、时，合并列出，取代基数目用二、三、四含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四含有几个相同取代基时，合并列出，取代基数目用二、三、四.等汉字数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯等汉字数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯等汉字数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯等汉字数字表示，写在取代基名称前面，其位次用阿拉伯数字逐一表明，位次之间用数字逐一表明，位次之间用数字逐一表明，位次之间用数字逐一表明，位次之间用“，”隔开；隔开；隔开；隔开；第13页4 4、碳链等长时，应选择取代基较多链为主链：、碳链等长时，应选择取代基较多链为主链：、碳链等长时，应选择取代基较多链为

14、主链：、碳链等长时，应选择取代基较多链为主链：5 5、复杂取代基编号，从与主链相连碳原子开始、复杂取代基编号，从与主链相连碳原子开始、复杂取代基编号，从与主链相连碳原子开始、复杂取代基编号，从与主链相连碳原子开始第14页注意！注意！19691969年年年年 IUPACIUPAC放弃了取代基按次序由小到大列出放弃了取代基按次序由小到大列出放弃了取代基按次序由小到大列出放弃了取代基按次序由小到大列出要求，改为按英文名称第一个字母次序列出取代要求，改为按英文名称第一个字母次序列出取代要求，改为按英文名称第一个字母次序列出取代要求，改为按英文名称第一个字母次序列出取代基（基（基（基（mono,di,t

15、ri,tetra,penta,hexa,mono,di,tri,tetra,penta,hexa,及及及及 n,sec,t n,sec,t 等等等等词头不参加排序；但词头不参加排序；但词头不参加排序；但词头不参加排序；但iso,neoiso,neo参加排序）参加排序）参加排序）参加排序）中英文命名比较：中英文命名比较：中英文命名比较：中英文命名比较：第15页3、烷烃构型一、碳原子正四面体构型：一、碳原子正四面体构型：一、碳原子正四面体构型：一、碳原子正四面体构型：试验试验试验试验事实：事实：事实：事实：1874 Vant Hoff(1874 Vant Hoff(范范霍霍夫夫范范霍霍夫夫)和和和

16、和Lebal(Lebal(勒勒贝贝尔尔勒勒贝贝尔尔 )提提出出提提出出碳碳 原原 子子 四四 个个 价价 键键碳碳 原原 子子 四四 个个 价价 键键四四面面体体结结构构：四四面面体体结结构构：第16页二、碳原子SP3杂化：碳原子外层电子结构：碳原子外层电子结构：碳原子外层电子结构：碳原子外层电子结构：2S2S2 2 2P 2P2 2，只有只有只有只有2 2个未成正确个未成正确个未成正确个未成正确P P电子，但碳原子倾向于生成四价化合物电子，但碳原子倾向于生成四价化合物电子，但碳原子倾向于生成四价化合物电子，但碳原子倾向于生成四价化合物激发后，四个未成对电子都能成键：激发后，四个未成对电子都能

17、成键：激发后，四个未成对电子都能成键：激发后，四个未成对电子都能成键：多生成多生成2 2个个C-HC-H键键 -830kJ/mol-830kJ/mol充裕充裕 -429 kJ/mol-429 kJ/mol但但但但S S轨道与轨道与轨道与轨道与P P轨道不等价，怎样解释四个轨道不等价，怎样解释四个轨道不等价，怎样解释四个轨道不等价，怎样解释四个C-HC-H完全等价事实？完全等价事实？完全等价事实？完全等价事实？第17页19311931年年年年Pauling Pauling 提出提出提出提出SPSP3 3杂化：杂化：杂化：杂化：量子力学计算表明：量子力学计算表明：量子力学计算表明：量子力学计算表明

18、：SPSP3 3杂化轨道比单纯杂化轨道比单纯杂化轨道比单纯杂化轨道比单纯S S或或或或P P轨道成键能力都显著增强轨道成键能力都显著增强轨道成键能力都显著增强轨道成键能力都显著增强轨道轨道轨道轨道 ：S P SP SPS P SP SP2 2 SP SP3 3成键能力成键能力成键能力成键能力 1 1.732 1.933 1.991 21 1.732 1.933 1.991 2第18页4、烷烃构象SPSP等性杂化轨道之间夹角量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角量子力学计算公式等性杂化轨道之间夹角量子力学计算公式:烷烃中碳原子都成烷烃中碳原子都成烷烃中碳原子都成

19、烷烃中碳原子都成SPSP3 3杂化，键角杂化，键角杂化，键角杂化，键角109o28109o28,故烷烃故烷烃故烷烃故烷烃中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：中碳链实际上不是直链，而是呈锯齿状：第19页一、乙烷构象一、乙烷构象乙烷中乙烷中乙烷中乙烷中C-CC-C键，电子云键，电子云键，电子云键，电子云沿键轴方向交叠沿键轴方向交叠沿键轴方向交叠沿键轴方向交叠，这么形成，这么形成，这么形成，这么形成化学键称为化学键称为化学键称为化学键称为 键键键键。键含有以下特点：键含有以下特点：键含有以下特点：键含有以下特点：1.1.电子云沿

20、键轴成圆柱形对称。电子云沿键轴成圆柱形对称。电子云沿键轴成圆柱形对称。电子云沿键轴成圆柱形对称。2.2.成键原子可沿对称轴成键原子可沿对称轴成键原子可沿对称轴成键原子可沿对称轴“自由自由自由自由”旋转。旋转。旋转。旋转。3.3.电子云集中于两核之间（键稳定）电子云集中于两核之间（键稳定）电子云集中于两核之间（键稳定）电子云集中于两核之间（键稳定）4.4.电子云可极化性小。电子云可极化性小。电子云可极化性小。电子云可极化性小。乙烷两个碳原子能够绕他们之间乙烷两个碳原子能够绕他们之间乙烷两个碳原子能够绕他们之间乙烷两个碳原子能够绕他们之间 键自由旋转，两个碳原键自由旋转，两个碳原键自由旋转，两个碳

21、原键自由旋转，两个碳原子上各连接三个氢原子相对位置不停改变，由此产生不子上各连接三个氢原子相对位置不停改变，由此产生不子上各连接三个氢原子相对位置不停改变，由此产生不子上各连接三个氢原子相对位置不停改变，由此产生不一样空间形象，称为一样空间形象，称为一样空间形象，称为一样空间形象，称为构象构象构象构象。第20页乙烷两种代表性构象：乙烷两种代表性构象：乙烷两种代表性构象：乙烷两种代表性构象：(1).(1).重合式（重合式（重合式（重合式（eclipsedeclipsed）(2).(2).交叉式（交叉式（交叉式（交叉式（staggeredstaggered）第21页重合式和交叉式是乙烷分子构象中两

22、种极端，还有没有重合式和交叉式是乙烷分子构象中两种极端，还有没有重合式和交叉式是乙烷分子构象中两种极端，还有没有重合式和交叉式是乙烷分子构象中两种极端，还有没有数中间状态。数中间状态。数中间状态。数中间状态。两个两个两个两个C C原子沿原子沿原子沿原子沿C-CC-C键旋转键旋转键旋转键旋转360360o o全过程能量改变曲线：全过程能量改变曲线：全过程能量改变曲线：全过程能量改变曲线：a.a.“自由自由自由自由”旋转有旋转有旋转有旋转有 12.1kJ/mol12.1kJ/mol 能垒能垒能垒能垒,分子常温热运动分子常温热运动分子常温热运动分子常温热运动 动能动能动能动能83.683.6kJkJ

23、/mol/molb.b.产生能产生能产生能产生能垒垒垒垒原因：范德华斥力产生扭转张力原因：范德华斥力产生扭转张力原因：范德华斥力产生扭转张力原因：范德华斥力产生扭转张力c.c.不是人为想象，而是实际存在，低温不是人为想象，而是实际存在，低温不是人为想象，而是实际存在，低温不是人为想象，而是实际存在，低温NMRNMR，X-X-衍射都衍射都衍射都衍射都 已证实构象异构体存在。已证实构象异构体存在。已证实构象异构体存在。已证实构象异构体存在。d.d.交叉式远比重合式稳定（交叉式远比重合式稳定（交叉式远比重合式稳定（交叉式远比重合式稳定（2525o oC C下，下，下，下，160 160：1 1）第2

24、2页二、丁烷构象：二、丁烷构象：二、丁烷构象：二、丁烷构象：第23页5555、烷烃物理性质（略）烷烃物理性质（略）烷烃物理性质（略）烷烃物理性质（略）66、烷烃化学性质烷烃化学性质一、结构特点与反应性：一、结构特点与反应性：一、结构特点与反应性：一、结构特点与反应性：只含只含只含只含C C、H H第24页二、烷烃主要化学反应二、烷烃主要化学反应1 1、氧化：、氧化：、氧化：、氧化：(1)(1)、完全燃烧、完全燃烧、完全燃烧、完全燃烧:（2 2）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：）、控制条件，部分氧化，制备有用化工原料：）、控制条件，部分氧化，制备

25、有用化工原料：第25页2.2.热裂：热裂：热裂：热裂：第26页3.3.卤代反应：卤代反应：卤代反应：卤代反应：第27页三、甲烷氯代反应历程三、甲烷氯代反应历程1.1.试验事实：试验事实：试验事实：试验事实：第28页二、反应步骤：二、反应步骤：第29页四、卤代反应相对活性：四、卤代反应相对活性：活性次序活性次序活性次序活性次序:F:F2 2 ClCl2 2 BrBr2 2 I I2 2 各步反应键能和反应热：各步反应键能和反应热：各步反应键能和反应热：各步反应键能和反应热：第30页F F代过于激烈，代过于激烈，代过于激烈，代过于激烈，I I代难于进行，所以卤代主要是氯代或溴代代难于进行，所以卤代

26、主要是氯代或溴代代难于进行，所以卤代主要是氯代或溴代代难于进行，所以卤代主要是氯代或溴代第31页四、卤代反应取向四、卤代反应取向1.试验事实：试验事实：氯代氯代氯代氯代:第32页氯代反应活性次序（扣除几率因子差异）为：氯代反应活性次序（扣除几率因子差异）为：氯代反应活性次序（扣除几率因子差异）为：氯代反应活性次序（扣除几率因子差异）为：3 3o o2 2o o1 1o oCHCH3 3(3(3o o ：2 2 o o ：1 1o o=5 =5：3.8 3.8：1 1）溴代溴代溴代溴代:溴代反应活性次序：溴代反应活性次序：溴代反应活性次序：溴代反应活性次序：3 3o o2 2 o o1 1o o

27、（3 3o o：2 2 o o：1 1o o=1600=1600：8282：1 1）反应活性高，选择性较差，比如，溴代选择性大于氯代。反应活性高，选择性较差，比如，溴代选择性大于氯代。反应活性高，选择性较差，比如，溴代选择性大于氯代。反应活性高，选择性较差，比如，溴代选择性大于氯代。第33页2.游离基稳定性对取向影响：游离基稳定性对取向影响：相对于产生它母体烃，游离基稳定性次序是：相对于产生它母体烃，游离基稳定性次序是：相对于产生它母体烃，游离基稳定性次序是：相对于产生它母体烃，游离基稳定性次序是：3 3o o 2 2 o o 1 1o oCHCH3 3游离基游离基游离基游离基第34页P2-13P2-13下列图下列图游离基比较稳定，生成该游离基过渡态也较稳定游离基比较稳定，生成该游离基过渡态也较稳定游离基比较稳定，生成该游离基过渡态也较稳定游离基比较稳定，生成该游离基过渡态也较稳定（因为它含有部分该游离基特征），位能低，（因为它含有部分该游离基特征），位能低，（因为它含有部分该游离基特征），位能低，（因为它含有部分该游离基特征），位能低，EAEA小，小，小，小，反应速率较高，对取向有利。反应速率较高，对取向有利。反应速率较高，对取向有利。反应速率较高，对取向有利。第35页第36页