有机化学课件（蔡素德主编） 第二章烃.pptx

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,2010-9-6,#,第二章 脂肪烃的结构、同分异构及命名,2.1,烃的分类：,2.2,脂肪烃的结构：,2.2.1,碳的杂道和烷烃、烯、炔的结构,2.2.2 1,，,3,丁二烯的结构和共轭效应,2.3,脂肪烃的同分异构现象,2.3.1,构造异构,2.3.2,顺反异构,2.4,脂肪烃的命名,2.4.1,基本概念：,2.4.2,习惯命名法,2.4.3,系统命名法（,IUPAC,命名法）,2.1,烃的分类：,只有碳氢两种元素组成的化合物叫碳氢化合物或烃。,烃,脂肪烃（开链烃）,闭链烃,饱和烃（烷烃）,不饱和烃,烯烃,炔烃,二烯烃等,脂环烃,芳香烃,饱和脂环烃（环烷烃）,不饱和脂环烃,烷烃,:,碳原子彼此之间以单键相连,碳的其余化合价则完全被氢原子所饱和的开链烃。,【,烷,wan,】,取完全之意，碳被氢完全饱和；,【,烃,t-ing,】,指碳,tan,氢,qing,一。烷烃通式,C,n,H,2n+2,。,烯烃,：指分子中含有一个碳碳双键的不饱和开链烃，通式,C,n,H,2n,。,炔烃,：指分子中含有一个碳碳三键的不饱和开链烃，通式,C,n,H,2n-2,。,二烯烃,：分子中含有两个或两个以上碳碳双键的开链不饱和烃，成为二烯或多烯烃，其中二烯烃通式,C,n,H,2n-2,。,累积二烯烃,共轭二烯烃,孤立二烯烃,二烯烃,2.2,脂肪烃的结构：,2.2.1,碳的杂道和烷烃、烯、炔的结构,2.2.1.1,烷烃（,alkane,）的结构,1,甲烷是正四面体结构，,基态时,C,：,1S,2,2S,2,2P,x,1,2P,y,1,2P,z,碳原子杂化状态,：,sp,3,，,s,成分占,1/4,共价键类型,：,4,个碳氢,键,分子形状,：正四面体,CC,键长,：,0.154nm,键角,：,109.5,在,乙烷中，,2,个,sp,3,杂化轨道组成,C-C,键，其它,sp,3,轨道与,H,原子形成,键,。,乙烷,中的每个,H,原子都能够被,CH,3,或其它功能基替换，形成新的,化合物,.,键：重叠方向，沿着轨道对称轴的,方向成,键电子云对键轴呈圆柱型对称,的,特征：以,键相连的两个原子可以相当旋转而不影响电子云的重叠程度，,键不会,破坏,.,3,乙烷的构象,由单键旋转而产生的分子中原子或基团在空间的不同排列方式叫做,构象,（指对同一化合物）,。,由于乙烷,C,C,键的旋转，乙烷应有,无数,的构象。,楔形式,锯架式,纽曼式,1,重叠式（由,H-C-C-H,组成的两面角为,0,o,）,2,交叉式（由,H-C-C-H,组成的两面角为,60,o,）,二者的能量相差约为,12.5KJmol,-1,，这种能量差叫做转动能,对位交叉式 邻位交叉式 全重叠式 部分重叠式,4.,正丁烷（,Butane,）的构象,CH,3,CH,2,CH,2,CH,3,看成是,1,，,2-,二甲烷基乙烷，沿,C2-C3,旋转，产生各种构象，典型的构象有四种：,其中对位交叉式为优势构象，从图中可以看出各构象的能量相对大小。从丁烷的构象可以解释为什么丁烷的分子呈锯齿形,2.2.1.2 SP,2,杂化和烯（,alkenes,）的结构,以乙烯为例,在乙烯分子中共价键类型：,4,个碳氢,键,1,个碳碳,键,1,个碳碳,键,分子形状：平面型；,键垂直于分子平面,3.,电子云分布在分子平面的上下方，,键没有对称轴,，呈平面对称，所以他,不能绕,C-C,键轴自由旋转,。如相对旋转必然破坏两个,p,轨道的重叠，而导致,键的破裂。,2.,由于,键是由,p,轨道的重叠形成的，重叠程度不如,键，容易断裂。,乙烯分子中,C=C,键能为,610kJ/mol,C-C,键能为,3,45kJ/mol,键键能为,265kJ/mol,。,键和,键的比较,3.C=C,键长：,0.133nm,比乙烷中的,C-C,的键长,1.54nm,要短。,4,不同杂化方式碳原子的电负性：,sp,2,sp,3,键和,键的比较,2.2.1.3 SP,杂化和乙炔（,ethyne,）的结构,在乙炔中,2,个碳原子以,sp,杂化轨道互相重叠，形成,1,个,C-C,键,，并用另外的,sp,杂化轨道与氢原子键合，生成的,2,个,C-H,键,和键,C-C,在同一直线上，未参与杂化的,2,个,p,轨道以肩并肩的方式重叠形成,2,个碳碳,键,。,1.,分子形状：线型，无立体异构。,2,个,键互相垂直，且与线型分子垂直,2,有两个,键，类似于烯烃，化学性质比烷烃活泼，但三键键长比双键键长短，,C,C,键长,0.121nm,键断裂比烯烃困难；,3,三键碳原子电负性较大,sp,sp,2,sp,3,。,比较：,1.,杂化状态,sp sp,2,sp,3,2.,电负性,3.29 2.73 2.48,3.,化学性质：烯烃,炔烃,烷烃,4.CH,键极性：炔烃,烯烃,烷烃在一定条件下可发生断裂,。,碳负离子,的稳定性：,单烯烃中的双键键长,133,烷烃中碳碳单键的键长,154,2,.2.2 1,，,3,丁二烯的结构和共轭效应,2.2.2.1 1,，,3,丁二烯的结构,2.2.2.2-,共轭,（,A,）,-,共轭体系：,单键和双键交替排列的体系,.,如,:,（,B,）,-,共轭体系的特点,(a),共平面性：,共轭体系各个,sp,2,的原子必须在同一平面上,.,(b),键长趋于平均化。,254kJ/mol-226kJ/mol=,28kJ/mol,E=,（共轭能或离域能）,共轭双烯,隔离双烯,(c),共轭体系能量降低,:,(d),在共轭链上产生电荷正负交替现象。,2.2.2.3 p,共轭效应,（,a,）含未共用电子对的原子与双键碳原子相连,.,CH,3,CH,2,Cl =2.05D,CH,2,=CHCl =1.44D,CH,3,CH,2,Cl C-Cl 1.77,CH,2,=CHCl C-Cl 1.72,C=C 0.138,正常,0.133,（,b,）活性中间体,P,轨道与,键离域,丙烯分子中,C-H,键和双键的超共轭,（,4,）超共轭,，,-,共轭,轨道与,轨道直接相连的体系中，,轨道与,轨道参与的电子离域作用，称为,超共轭效应,.,超共轭,效应比,-,共轭效应弱得多。,游离基,空轨道,乙基正离子的,，,共轭,碳正离子稳定性,C-H,键：,9 6 3 0,自由基稳定性,2.3,脂肪烃的同分异构现象,同分异构：分子式相同，原子相互连接的方式和次序不同或原子在空间的排列方式不同的现象称为同分异构。,构造异构：分子式相同而,原子连接顺序,不同,构型异构：,分子中原子在空间的不同排列方式称为构型异构。,构象异构：,由于单键旋转，使分子中原子或基团在空间产生不同的排列现象。,立体异构,2.3.1,构造异构,1.,碳链异构,:,2.,位置异构：,3.,官能团异构：,CH,3,CH,2,OH,CH,3,O,CH,3,2.3.2,顺反异构,烯烃中,键的存在，限制了,C,C,相对旋转，在一定条件下，原子或基团在空间有不同的排列。,反 顺,无顺反异构,产生顺反异构体的必要条件是双键上所连的碳原子分别连有不同的原子或基团。,2.4,脂肪烃的命名,2.4.1,基本概念,（,A,）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氢原子,1.,碳原子和氢原子的类型,1,2,3,4,甲基,正丙基,正丁基,新戊基,2.,烃基的概念,:,烃分子中去掉一个氢原子而剩下的原子团称为烃基,（,a,）常见,烃基,(,烷基,),叔丁基,异丁基,仲丁基,异丙基,乙基,CH,2,CH,3,CH CH,2,CH,2,CH,3,CHCH,2,CH,2,CH,2,CH,2,烷烃去掉两个氢原子以后，剩余的基团称亚基，从不同的碳原子上去掉两个氢原子时，应标明去掉氢原子的位置，例如：,亚甲基,亚乙基,1,2-,亚乙基,1,2-,亚丙基,1,3-,亚丙基,乙烯,CH2=CH2,去掉一个氢原子，得乙烯基,CH2=CH-,去掉,2,位上氢原子,异丙烯基,去掉,3,位上氢原子,烯丙基（,2-,丙烯基）,去掉,1,位上氢原子,丙烯基（,1-,丙烯基）,乙炔,去掉一个氢原子，得乙炔基,2.4.2,习惯命名法,烷烃的命名,碳原子数用,“,天干,”,字,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十一、十二,等数目字表示。,用,“,正,”,、,“,异,”,、,“,新,”,等前缀区别不同的构造异构体。,系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联合会,IUPAC,（,I,nternational,U,nion of,P,ure and,A,pplied Chemistry,）,命名原则。再结合我国汉字的特点而制定的命名法（,1960,年制定，,1980,年进行了修定）,2.4.3,系统命名法（,IUPAC,命名法）,（,1,）单原子取代基按原子序数大小排列，原子序数大（次序大）的基团为较优基团，原子序数小（次序小）的基团为较小基团，同位素中质量高的为较优基团。例如：,I,Br,Cl,S,C,D,H,（,2,）若取代基为多原子基团，则比较与碳原子相连的原子的次序大小，若与碳直接相连的原子,B,均相同时，则比较与,B,相连的原子的次序大小，再向下依次比较。例如：,1.,次序规则要点：,（,3,）,双键和三键,当基团含有双键和三键时,可以认为双键和三键原子连接着两个或四个相同的原子。,相当于,相当于,根椐次序规则，几种常见烃记的优先次序为：,（,1,）选择主链,(,母体,),分析,分子中只含有,C-C,和,C-H,为烷烃,.,母体化合物,选最长的连续碳链为主链,以主链碳原子数定为某烷,.,己,烷,2.,烷烃的系统命名法,如果有几个等长的碳链可作主链，选择取代基最多的碳链为主链,庚烷,3 4 5 6,当主链编有几种可能时，按,“最低系列”,原则编号（顺次逐项比较，最先遇到的位次最小者定为最低系列,.,）,（,2,）,给主链编号,主链上碳原,。,子从靠近支链的一端依次用阿拉伯数字编号,并优先考虑次序较小基团,.,1,2,3,(,从左,),4,(,从右,),1 2,4 5 6,2,2,3,5,2,4,5,5,(3),写取代基,取代基的名称写在主链前,位次用主链上碳原子的编号表示,写在取代基名称前,两者只间用半字线,“,-,”,相连,.,含有几个不同的取代基时,按,“,次序规则,”,规定的顺序排列,.,优先基团列在后面,含几个相同的取代基时,相同取代基合并,用二、三、四,表示其数目，并逐个标明其所在位次，位次之间用豆号分开,.,烷,己,3 4 5 6,1,2,甲基,3-,应命名为：,4-,丙基,-8-,异丙基十一烷,2.,烯、炔的系统命名,原则上,与烷烃基本相同，不同的是：选择的主链应是包含,不饱和键在内的最长碳链,；编号应由,距离不饱和键近的一端开始,，不饱和键的位置以所连的碳原子编号较小的数字表示。,烯,丁,1 2 3 4,1-,烯,戊,1 2 3 4 5,2-,4,，,4-,二甲基,-,烯,庚,2 1,7 6 5 4 3,3-,3-,甲基,-,3-,乙基,-2-,己烯,5-,甲基,-1,，,4-,己二烯,分子中含有两个以上碳碳双键时，必须把双键位次标出，编号时要使双键位次尽可能小。,3-,甲基,-,丁炔,1-,戊烯,-4-,炔,4-,乙基,-1-,庚烯,-5-,炔,当,分子中同时含有,C=C,C,三,C,时，则首先选择含有,C=C,C,三,C,的最长碳链为主链，并将其命名为某烯炔。在满足“最低系列”的前提下,(,给双键和三键尽可能低的位次,),，尽可能使双键位次最小。,4.,烯烃顺反异构的命名,（,1,）顺反命名法,戊烯,顺,-,戊烯,2-,反,-,2-,但当两个双键碳原子所连接的四个原子或基团都不相同时,则难用顺反命名法命名,如：,两个,相同基团,在双键同侧标记为顺，在异侧标记为反。,(2)Z,E,命名法,依据次序规则比较出两个双键碳原子所连接取代基优先次序。,当较优基团处于双键的,同侧,时称,Z,式,；处于,异侧,时，称,E,式,。,Z,（,Zusammen,）在,“,同一侧,”,；,E,（,Entgegen,）指,“,相反,”,的意思,2-,甲基,-1-,氯,-1-,溴,-,己烯,1,2 3,4 5 6,2-,C,2,所连基团：,C,3,所连基团：,(,Z),-,乙烯,1,，,2-,二氯,(,E)-,丁烯,1 2,3 4,1-,（,E)-,(E),-3-,甲基,-2-,戊烯,顺和,Z,、反和,E,没有对应关系,!,(Z),-3-,甲基,-2-,戊烯,顺,-1,2-,二氯,-1-,溴乙烯,(E)-1,2-,二氯,-1-,溴乙烯,(Z,Z,)-2,4-,己二烯,(Z,E,)-2,4-,庚二烯,作业：,P95:2,（单号）、,P97:,10,、,13,（单号）、,1,4,（,单号,）,补,1,画出,1,氯丙烷的,Newman,投影式的最稳定构象,补,2,下列烯烃最不稳定的是（），最稳定的是（）。,(A)3,4,二甲基,3,己烯,(B)3,甲基,3,己烯,(C)2,己烯,(D)1,己烯,补,3.,在,中，,C,1,为,杂化态，,C,2,为,杂化态，,C,3,为,杂化态，,C,4,为,杂化态，整个分子中有,键,个，,键,个。,