有机化学-第二章-烷烃和环烷烃（二）

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1、有机化学 第二章,1,第二章 烷烃和环烷烃 (4学时),CnH2n+2,CnH2n,有机化学 第二章,2,2.1 烷烃和环烷烃的通式和构造异构 2.2 烷烃和环烷烃的命名 2.3 烷烃和环烷烃的结构 2.4 烷烃和环烷烃的构象 2.5 烷烃和环烷烃的物理性质 2.6 烷烃和环烷烃的化学性质 2.7 烷烃的制备(自学,不做考试要求）,本章提纲,有机化学 第二章,3,烃：仅由碳和氢原子组成的化合物称为烃。,烷烃和环烷烃的通式和构造异构,碳原子之间均以CC单键相连，其余的价键均为H原子所饱和。,有机化学 第二章,4,烷烃和环烷烃的通式,烷烃的通式 ： CnH2n+2,同系列（homologous s

2、eries）与同系物 具有同一通式，在分子式上相差一个或若干个 CH2的一系列化合物叫同系列。 同系列中的各个化合物互称同系物。 CH2叫同系列的系差。,有机化学 第二章,5,烷烃和环烷烃的通式,环烷烃的通式： CnH2n,有机化学 第二章,6,饱和烃的异构现象,构型异构体 构象异构体,交叉式构象 重叠式构象,构造异构体,同分异构体 （结构异构体）,立体异构体,电子互变异构体,几何异构体 旋光异构体,碳架异构体 位置异构体 官能团异构体 互变异构体 价键异构体,有机化学 第二章,7,烷烃和环烷烃的构造异构,构造异构体(constitutional isomers) 分子式相同，分子构造不同的化

3、合物。 碳骨架异构 由于碳骨架不同引起的构造异构体。,有机化学 第二章,8,烷烃分子中碳原子数增加，构造异构体数目迅 速增加。,烷烃和环烷烃的构造异构,练习：p26习题2.2 下列构造式中哪些代表同一种化合物？,有机化学 第二章,9,有机化学 第二章,10,2.2 烷烃和环烷烃的命名,2.2.1 碳原子和氢原子的分类 2.2.2 烷基和环烷基 2.2.3 烷烃的命名 2.2.4 环烷烃的命名,有机化学 第二章,11,碳原子和氢原子的分类,有机化学 第二章,12,烷基和环烷基,烷基 (alkyl groups)和环烷基(cyclic alkyl groups): 从烷烃和环烷烃中去掉一个H 原子

4、剩余的基团。 亚烷基：从烷烃中去掉两个H 原子剩余的基团。 烷基的通式 ： CnH2n+1 环烷基的通式 ： CnH2n-1,有机化学 第二章,13,一些烷基（alkyl）结构及名称,有机化学 第二章,14,烷烃的命名,有机化学 第二章,15,普通命名法,有机化学 第二章,16,普通命名法,局限：复杂的烷烃无法命名。,有机化学 第二章,17,衍生命名法,以甲烷为母体，把其它的烷烃都看作是甲烷的烷基衍生物。 选择连接烷基最多的C原子作为母体甲烷 按照次序规则，将 “优先”的基团后列出,有机化学 第二章,18,系统命名法,系统命名是由两部分构成：,母体,根据IUPAC命名法并结合中文特点制定的有机

5、化合物命名原则。,有机化学 第二章,19,（1）直链烷烃：根据烷烃分子中的碳原子数称为“某烷”但不加“正”；十以内用天干顺序称呼，十以上用中文数字。,系统命名法,常见直链烷烃的中、英文名称（要求掌握）,有机化学 第二章,20,（2）含支链的烷烃： 看作直链烷烃的取代衍生物，把支链作为取代基。写名称时，取代基在前，母体在后。,系统命名法,烷基的英文名称： 将烷烃的词尾（-ane）换成（-yl）即可。,有机化学 第二章,21,支链烷烃命名原则,有机化学 第二章,22,支链烷烃命名原则,有机化学 第二章,23,？,有机化学 第二章,24,支链烷烃命名原则,有机化学 第二章,25,3,7二甲基4乙基壬

6、烷,5丙基4异丙基壬烷,1 2 3 4,9 8 7 6 5 4,3 2 1,有机化学 第二章,26,环烷烃的分类,有机化学 第二章,27,单环烷烃的命名,有机化学 第二章,28,双环烷烃的命名(了解),有机化学 第二章,29,双环烷烃的命名(了解),有机化学 第二章,30,双环烷烃的命名,有机化学 第二章,31,2.3 烷烃和环烷烃的结构,2.3.1 键的形成及其特性 2.3.2 环烷烃的结构与环的稳定性,有机化学 第二章,32,烷烃的结构,有机化学 第二章,33,键的形成及其特性,键的定义： 在化学中，将两个原子轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。,键的特点 电子云可以达到最大程度的重叠

7、，所以比较牢固。 键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。 可极化性小。,有机化学 第二章,34,sp3杂化的碳原子,几何构型：四面体,有机化学 第二章,35,sp3 1s 键,4个CH 键,甲烷的结构,有机化学 第二章,36,甲烷的球棍模型,有机化学 第二章,37,甲烷的比例模型,有机化学 第二章,38,sp3 sp3 键,1个C键,sp3 1s 键,6个CH键,乙烷的结构,有机化学 第二章,39,乙烷的球棒模型,有机化学 第二章,40,乙烷的比例模型,有机化学 第二章,41,丁烷的模型,球棒模型,比例模型,有机化学 第二章,42,2.3.2 环烷烃的结构与稳定性,环烷烃随着环的大

8、小不同，其稳定性不尽相同。 燃烧热 定义： 1 mol 化合物完全燃烧生成CO2 + H2O放出的热量 意义：反映分子能量的高低，是有机化合物相对稳定性的根据。,有机化学 第二章,43,表 2.2 一些环烷烃的燃烧热,有机化学 第二章,44,环丙烷的结构,角张力：由于键角偏差引起的张力。,有机化学 第二章,45,有机化学 第二章,46,2.4 烷烃和环烷烃的构象,2.4.1 乙烷的构象 2.4.2 丁烷的构象 2.4.3 环己烷的构象 2.4.4 取代环己烷的构象,有机化学 第二章,47,构象(conformation),由于键呈圆柱状对称，C C 单键能够发生旋转，由此而导致的分子中的其它原

9、子或基团在空间的排布方式不同，分子的这种立体形象称为分子的构象。 ？构造- 成键顺序 构象：无穷多可以相互转化 构造：唯一。,有机化学 第二章,48,影响构象稳定性的因素,有机化学 第二章,49,乙烷的构象,构象的表示：楔形式，透视式，纽曼投 影式。 典型位置的构象：重叠式、交叉式。,有机化学 第二章,50,重 叠 式,交 叉 式,楔形式 透视式 纽曼式,楔形式 透视式 纽曼式,介于重叠式与交叉式之间的无数构象称为扭曲式构象。,有机化学 第二章,51,构象的稳定性,229,250,重叠式： 排斥力最大内能高,交叉式： 排斥力最小内能低,内能高，不稳定；内能低，稳定。,优势构象：能量最低最稳定的

10、构象。,有机化学 第二章,52,乙烷构象能量变化图,分子由一个交叉式转到另一个交叉式需经过能量较高的重叠式，亦称能垒。因此，碳碳单键的旋转并非自由。,有机化学 第二章,53,转动能垒,转动能垒：分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。（25时转速达1011次/秒） 单键旋转的能垒：12.641.8KJ/mol。 室温下的分子热运动即可克服此能垒而使构象迅速互变。,有机化学 第二章,54,2.4.2 丁烷的构象,1,2,3,4,由C2C3 键旋转产生的构象,60 o,60 o,60 o,有机化学 第二章,55,丁烷构象的能量变化图,有机化学 第二章,56,稳定性：

11、对位交叉 邻位交叉 部分重叠 全重叠,有机化学 第二章,57,丁烷构象稳定性,稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式 室温下，构象异构体处于迅速转化的动态平衡，不能分离。 对位交叉占68%， 邻位交叉占32%，其余含量极少。,有机化学 第二章,58,2.4.3 环己烷的构象,环己烷的碳骨架不是平面结构，C键角为109.5。通过旋转键和键角的改变，可以得到两种构象：,有机化学 第二章,59,图 2.15 环己烷椅型和船型构象的模型,有机化学 第二章,60,椅型构象和船型构象可以相互转变，但椅型构象比船型构象稳定：,有机化学 第二章,61,在船型构象中，所有的CH键处于重叠式。,有机

12、化学 第二章,62,a,e,a,e,e,e,e,a,a,a,在椅型构象中，C1、C3、C5 原子在一个 平面上；C2、C4、C6 原子在另一个平面上。,12个CH 键分为两类：6个CH 键处于 直立键(a键)，6个CH 键处于平伏键(e键)。,e,a,有机化学 第二章,63,环己烷可以由一种椅型构象翻转成另一 种椅型构象，原来的a键变为e键，原来的e键 变为a键：,一种椅型构象经半椅型、纽船型、船型翻转 成另一种椅型构象。在能量上：,椅型构象 纽船型构象 船型构象 半椅型构象,有机化学 第二章,64,环己烷的构象翻转,有机化学 第二章,65,2.4.4 取代环己烷的构象,在一取代的环己烷分子中

13、，取代基可以处在a键上，也可以处在e 键上：,当取代基处在a 键时，它与3, 5位的H原子存在着非键张力，使得构象不稳定而翻转。,同时，取代基与相邻碳原子上的CH2处于邻位交叉，而当取代基处于e 键上时，取代基与相邻碳原子上的CH2处于对位交叉。,有机化学 第二章,66,取代基处在e 键上稳定。,有机化学 第二章,67,取代基越大，它处于e 键的构象越稳定：,有机化学 第二章,68,2.5 烷烃和环烷烃的物理性质,物理性质：物态、熔点、沸点、密度、折射率、溶解度及光谱性质。 物理常数：一定条件下的单一纯净化合物的物理性质的测定值。 鉴定有机化合物的纯度 不同化合物的分离,有机化学 第二章,69

14、,有机化合物的物理性质取决于它们的结构和分子间作用力。 环烷烃的熔点、沸点、密度比相同碳原子数的烷烃高。 较大的刚性和对称性，分子间力较强。,有机化学 第二章,70,2.5.1 沸点,直链烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高。 相对分子质量大的分子，其表面积增大，分子间van der Waals 力色散力增大，其沸点随之升高。 当C原子数相同时，含支链越多的烷烃，相应的沸点越低。,沸点/ 36.1 27. 9 9.5,？,有机化学 第二章,71,分子接触面积大,分子接触面积小,有机化学 第二章,72,2.5.2 熔点,取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。 直链烷烃熔点随相对分子质量的增加而

15、升高。偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。 相对分子质量相同的烷烃，支链增多，熔点下降。 高度对称的支链烷烃分子熔点比同分子量的直链烷烃高。,有机化学 第二章,73,有机化学 第二章,74,2.5.3 相对密度 烷烃比水轻， 其相对密度都小于1； 随相对分子质量的增加而增大。 2.5.4 溶解度 烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂 “相似互溶”原则：当溶剂分子之间的吸引力和溶质分子之间，以及溶剂分子与溶质分子之间的相互吸引力相近时，溶解容易进行。,有机化学 第二章,75,溶解度一般标准： 可溶解10g 溶质：易溶; (室温下,100g溶剂中) 可溶解1 g 溶质：可溶; 可溶解0

16、.1g 溶质：难溶。,有机化学 第二章,76,2.6 烷烃和环烷烃的化学性质,总体特点 （）稳定：对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。 （）烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。 反应类型：自由基取代反应、氧化反应、异构化反应、裂化反应、小环环烷烃的加成反应。,有机化学 第二章,77,自由基取代反应,饱和烃分子中的氢原子被其它原子或基团所取代的反应取代反应。 通过自由基取代分子中的氢原子的反应自由基取代反应 烷烃常见的取代反应有卤代反应和硝化反应。,有机化学 第二章,78,烷烃的卤化(halogenation),在光、高温或催化剂作用下，烷烃、环烷烃(小环烷烃除外)，与卤素分子反应，生成卤代烷和卤化氢。,有机化学 第二章,79,有机化学 第二章,80,卤化的反应机理,反应机理是化学反应所经历的途径或过程，是对一个反应过程的详细描述，是假说。 反应机理的表达注