沈阳药科大学有机化学课件有机化学ch002课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 烷 烃,烷烃：分之中的碳除以碳碳单键相连外，碳的其他价键都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。,第二章 烷 烃,1-1 同系列和构造异构,一、同系列和同系物,最简单的烷烃是甲烷，依次为乙烷、丙烷、丁烷等,（,CH,4,C,2,H,6,C,3,H,8,C,4,H,10,C,4,H,10,）,烷烃的通式：,C,n,H,2n+2,。,同系列：具有相同通式、结构上相差一定的“原子团”的一系列化合物。（如：烷烃相邻两个化合物相差,CH,2,。）。,同系物：同系列中的化合物为同系物。,第二章 烷 烃,1-1 同系列和构造异构,二、构造异构,同分异构：相同分子式，不同分子结构。,第二章 烷 烃,1-1 同系列和构造异构,二、构造异构,烷烃构造异构体数目：,第二章 烷 烃,1-1 同系列和构造异构,二、碳原子和氢原子类型,碳原子类型：,与一个碳原子相连的碳原子为一级碳原子，伯碳原子，以1,0,表示；,与二个碳原子相连的碳原子为二级碳原子，仲碳原子，以2,0,表示；,与三个碳原子相连的碳原子为三级碳原子，叔碳原子，以3,0,表示；,与四个碳原子相连的碳原子为四级碳原子，季碳原子，以4,0,表示。,氢原子类型：,与伯碳原子相连的氢原子为伯氢原子，以1,0,H,表示；,与仲碳原子相连的氢原子为仲氢原子，以2,0,H,表示；,与叔碳原子相连的氢原子为叔氢原子，以3,0,H,表示。,第二章 烷 烃,1-1 同系列和构造异构,二、碳原子和氢原子类型,第二章 烷 烃,1-2 命名,一、普通命名法,1.命名原则,根据碳原子数目命名为“某烷”。用天干十个字（,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸,）及中文数字表示碳原子数目。,对于直链烷烃在母体前加词头“,正（,n-）,”。,仅在碳链一端第2碳原子上带有一个甲基则命名为,“异某烷”（,iso-，i,-）,。,仅仅在碳链一端第2碳原子上带有两个甲基则命名为,“新某烷”（,neo-）,。,第二章 烷 烃,1-2 命名,一、普通命名法,2.命名实例,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,系统命名法,1892年日内瓦国际化学会议首次制订了有机化学系统命名原则，称为日内瓦命名法。后来经过,IUPAC,多次修订，现称为,IUPAC,命名法。,IUPAC,推荐全世界化学工作者使用。,中国化学会根据,IUPAC,命名法，并结合我国汉字的特点，1960年制订了有机化学命名原则，1980年进行了修订。现要求全国化学工作者使用。,中国化学会有机化学命名原则(1980),第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,1.系统命名法（续）,系统命名法适用于所有的有机化合物。,烷烃的命名：对于直链烷烃，根据烷烃分子中碳原子命名为“某烷”；对于含有支链的烷烃，将其看作直链烷烃的取代衍生物来命名。,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷基的名称,支链：烷烃去掉一个氢原子后的原子团，通式为,C,n,H,2n+1,，,称为烷基，常用,R-,表示。,常见烷基：,第二章 烷 烃,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷烃的系统命名原则,选择主链（母体）：选择分子中最长的连续碳链作为主链，根据碳原子数目命名为“某烷”。当分子中存在多种等长时，则选择取代基多的碳链作为主链。,给主链编号：从靠近取代基一端开始编号，若有多个取代基，应使所有取代基均有最低编号。,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷烃的系统命名原则（续）,书写化合物名称：,(1)支链置前，位次和基名之间用“-”隔开；,(2)简单取代基置前（英文以字母顺序排列）；,(3)相同取代基合并，数目用中文数字表示，位次之间用“,”隔开。,复杂支链的命名：,(1)与烷烃类似；,(2)支链编号从与主链相连的碳原子开始编号；,(3)复杂支链的名称作为一个取代基看待。,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷烃的系统命名实例,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷烃的系统命名实例,第二章 烷 烃,1-2 命名,二、系统命名法,2.烷烃的系统命名实例,第二章 烷 烃,1-3 构型,一、甲烷的构型,1.甲烷的构型,第二章 烷 烃,1-3 构型,一、甲烷的构型,2.,sp3,杂化和,键,第二章 烷 烃,1-3 构型,一、甲烷的构型,sp3,杂化和,键,第二章 烷 烃,1-3 构型,一、甲烷的构型,sp3,杂化和,键,键：成键电子云沿键轴方向呈圆柱形对称重叠而形成的键。,键的特点：,（1）电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。,（2）可自由旋转而不影响电子云重叠的程度。,（3）结合的较牢固。,因,C-H,键 键能 415.3,KJ/mol，C-C,键 键能 345.6,KJ/mol,第二章 烷 烃,1-3 构型,二、其他烷烃的构型,碳原子都是以,SP,3,杂化轨道与其他原子形成,键，碳原子都为正四面体结构。,C-C,键长均为0.154,nm,C-H,键长为0.109,nm,键角都接近于109.5。,碳链一般是曲折地排布在空间，在晶体时碳链排列整齐，呈锯齿状，在气、液态时呈多种曲折排列形式（因,键能自由旋转所致）。,第二章 烷 烃,1-4 构象,一、乙烷的构象,构象：构造一定的分子，通过单键的旋转而引起的分之中各原子在空间的不同排布称为构象。,理论上讲，乙烷分之中碳碳单键的自由旋转可以产生无数种构象（用模型操作示意），但极限构象只有两种，即交叉式和重叠式。,构象通常用透视式或纽曼(,Newman),投影式表示,第二章 烷 烃,1-4 构象,一、乙烷的构象,第二章 烷 烃,1-4 构象,一、乙烷的构象,第二章 烷 烃,1-4 构象,一、乙烷的构象,第二章 烷 烃,1-4 构象,一、乙烷的构象,扭转张力：旋转中所须克服能垒。,(,a),电子云排斥,(,b),相邻两,H,间的,von,der,waals,排斥力,描述：一般情况下(,T-250,o,C),，,(a),单个乙烷分子：绝大部分时间在稳定构象式上。(,b),一群乙烷分子：某一时刻，绝大多数分子在稳定的构象式上。,第二章 烷 烃,1-4 构象,二、丁烷的构象,以正丁烷的,C,2,C,3,键的旋转来讨论丁烷的构象，固定,C,2,，,把,C,3,旋转一圈来看丁烷的构象情况。,在转动时，每次转60，直到360复原可得到四种典型构象。,对位交叉式,邻位交叉式,部分重叠式,全重叠式,第二章 烷 烃,1-4 构象,二、丁烷的构象,第二章 烷 烃,1-4 构象,二、丁烷的构象,第二章 烷 烃,1-4 构象,二、丁烷的构象,四种典型构象的稳定性次序为：,对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式,相对能垒:0 3.3,KJ/mol 14.6KJ/mol 18.425.5KJ/mol,室温时，对位交叉式约占70%，邻位交叉式占30%，其他两种极少。,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,一、分子间作用力,偶极-偶极作用：极性分子间的相互作用力。,色散力,：,瞬时偶极之间的相互作用力.大小与分子的极化率、分子的接触面积有关。例：卤代烷的极化率,RI,RBr,RCl,RF,氢键：含有,O-H，N-H，H-F,的化合物之间的相互作用力。通常只有原子半径较小、电负性强、有未共用电子对的原子才能形成氢键。氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。氢键具有方向性、饱和性。,分子间力的大小顺序：氢键 偶极偶极作用力 色散力,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,二、沸点,随着碳原子数的递增，沸点依次升高。,碳原子数相同时，支链越多，沸点越低。原因：沸点的高低与分子间引力（包括静电引力、诱导力和色散力）有关。烃的碳原子数目越多，分子间的力就越大。支链增多时，使分子间的距离增大，分子间的力减弱，因而沸点降低。,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,三、熔点,随着碳原子数的递增，熔点依次升高。,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,三、熔点,碳原子数相同时，分子对称性越高，熔点越高。,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,四、密度,碳原子数增加，密度有所增加，但均小于1。,第二章 烷 烃,1-5 物理性质,五、溶解度,难溶于水，易溶于有机溶剂。,“相似相溶原理”,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,烷烃化学性质很不活泼，通常与强酸、强碱、强氧化剂、强还原剂都不发生反应，其原因：,烷烃分子中,C-H,键和,C-C,键牢固；,C、H,电负性差别小，,C-H,键为非极性共价键，,C-H,键不易极化。,但是烷烃在一定条件下，,C-H,键和,C-C,键可以断裂而发生一些化学反应。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,一、氧化和燃烧,燃烧热：在标准状态下，1摩尔烷烃完全燃烧所释放的热量。,烷烃的平均燃烧热为658.6,kJ/mol。,燃烧热能够反映分子内能的高低。例如：正丁烷为2878.2 6,kJ/mol，,异丁烷为2869.8 6,kJ/mol。,（,异丁烷内能低,）,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,二、热裂反应,在隔绝空气的条件下，烷烃经过高温加热，发生分子中碳碳键断裂生成小分子的烷烃、烯烃等化合物。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,烷烃和卤素在光照或加热条件下，烷烃分子中氢原子被卤素取代的反应称为烷烃的卤代反应。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,甲烷的氯代反应,甲烷在紫外光照射或在250-400加热时，甲烷与氯气发生取代反应。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,甲烷的氯代反应,反应不加控制时得到混合物。,甲烷过量:主要产物为一氯甲烷。,Cl,2,大大过量:主要产物为四氯化碳。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,2.其他烷烃的氯代反应,（反应活性与反应选择性）,氯代反应相对反应活性：3,0,H:2,0,H:1,0,H=5.0:3.7:1.0,氯代反应活性：3,0,H 2,0,H 1,0,H,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,3.烷烃与其它卤素的取代反应,氟代：反应过分剧烈、较难控制,氯代：正常，可以控制,溴 代：稍慢,碘代:不反应，即使反应，其逆反应易进行。,因此，卤代反应活性为,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,(,不反应），,其中氯代和溴代反应具有实用意义。,第二章 烷 烃,1-6 化学性质,三、卤代反应,3.烷烃与其它卤素的取代反应,溴代反应相对反应活性：3,0,H:2,0,H:1,0,H=1600:82:1,溴代反应活性：3,0,H 2,0,H 1,0,H,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,一、反应机理概念,什么是反应机理：对反应的详细的一步一步的描述（解释诸如反应是如何开始的？经过了什么中间体？反应条件起什么作用？决速步骤是哪一步？副产物是如何生成的？等问题）,研究反应机理的意义：了解影响反应的各种因素，最大限度地提高反应的产率。发现反应的一些规律，指导研究的深入，发现新的研究课题。,反应机理的不断完善：反应机理尚有一定的不确定性，常因新的实验现象的出现而修改。,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,二、共价键断裂方式,均裂自由基反应,异裂离子性反应,协同方式,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,自由基反应链反应,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,2.甲烷氯代反应中的能量变化,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,2.甲烷氯代反应中的能量变化,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,3.过渡态理论,过渡态理论：在化学反应中，反应物相互接近，总是先达到一势能最高点（活化能）（相应结构称为过渡态），然后再转变为产物。,Hammond,关于过渡态结构的假说：在一单元反应（简单的一步反应）中，过渡态的结构（能量）与接近的那一侧类似。,过渡态：（推测的）势能最高处的原子排列状态，寿命很短（大约,10,-12,10,-15,秒），目前无法测得。,中间体：反应中生成的寿命较短的分子、离子或自由基，中间体活泼，可通过实验方法观察到。,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,3.过渡态理论,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,3.过渡态理论,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,三、甲烷氯代反应机理,3.过渡态理论,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,四、自由基的电子构型及其稳定性,自由基的电子构型,稳定性：3,0,2,0,1,0,CH,3,.,第二章 烷 烃,1-7 卤代反应机理,五、一般烷烃的卤代反应机理,Thank you very much!,