有机化学第二章省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章第二章 烷烃和环烷烃烷烃和环烷烃(Alkane and Cycloalkane)第1页 第一节第一节 烷烃烷烃烃：仅由碳和氢组成化合物。烃：仅由碳和氢组成化合物。饱和烃饱和烃（烷烃）（烷烃）脂肪烃脂肪烃 不饱和烃不饱和烃 烃烃 脂环烃脂环烃 芳香烃芳香烃：苯型芳香烃苯型芳香烃 环烃环烃 非苯型芳香烃非苯型芳香烃烯烃（乙烯）烯烃（乙烯）链烃链烃炔烃（乙炔）炔烃（乙炔）第2页 一、烷烃结构一、烷烃结构 烷烃分子中碳原子均为烷烃分子中碳原子均为SP3杂化，各杂化，各原子之间都以单键相连，键角靠近原子之间都以单键相连，键角靠近109o28，两个成键原子可绕键轴，两个成键原子可绕键轴“自由自由”旋转。旋转。比如：甲烷结构比如：甲烷结构 C C+C CH HH HH HH HH HH HH HH HH H H C +4H HCH H或或或或 CH4第3页乙烷分子形成乙烷分子形成 H H 2C +6H HCCH H H或或或或 CH3-CH3第4页伯、仲、叔、季四种碳原子伯、仲、叔、季四种碳原子伯碳原子伯碳原子:只与一个其它碳原子直接相连只与一个其它碳原子直接相连 (10)仲碳原子：与二个其它碳原子直接相连仲碳原子：与二个其它碳原子直接相连 (20)叔碳原子：与三个其它碳原子直接相连叔碳原子：与三个其它碳原子直接相连 (30)季碳原子：与四个其它碳原子直接相连季碳原子：与四个其它碳原子直接相连 (40)10 CH3 20 30 1010 CH3CCH2CHCH3 40 10CH3 10 CH3第5页 CH3CH3CH2CHCCH2CH2CH3 CH3 CH3请问下面化合物主链从左到右各碳原子请问下面化合物主链从左到右各碳原子是何种（伯、仲、叔、季）碳原子？是何种（伯、仲、叔、季）碳原子？第6页二、烷烃结构异构和命名二、烷烃结构异构和命名（一）、烷烃碳链异构（一）、烷烃碳链异构 通式：通式：CnH2n+2 同分异构现象（同分异构现象（isomerism)：含有相：含有相同分子组成，而分子结构不一样现象。同分子组成，而分子结构不一样现象。碳链异构体（碳链异构体（carbon chainisomer）：）：含有相同分子式，仅因为碳链结构不一样含有相同分子式，仅因为碳链结构不一样而产生同分异构体。而产生同分异构体。第7页 比如：比如：C4H10 有有 CH3CH2CH2CH3 和和 CH3CHCH3 CH3 二种结构二种结构C5H12 有三种结构有三种结构：CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3CCH3 CH3 C6H14有五个异构体，有五个异构体，C7H16有九个异构体。有九个异构体。第8页 （二）、烷烃命名（二）、烷烃命名 1、普通命名法、普通命名法、直链烷烃、直链烷烃(正正)：用甲、乙、丙、丁、戊、：用甲、乙、丙、丁、戊、己、己、庚、辛、壬、癸、十一、十二庚、辛、壬、癸、十一、十二等等表示碳原子数，加上词尾表示碳原子数，加上词尾“烷烷”。英文是在英文是在meth-,eth-,prop,but等等表示碳原子数词头后加上表示碳原子数词头后加上“ane”词尾组词尾组成。比如：成。比如：CH3CH2CH3 propane第9页 异戊烷异戊烷 iso-pentane 异已烷异已烷 iso-hexane取代基烷烃用取代基烷烃用“异异”（iso）区分。比如：）区分。比如：CH3CHCH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3、一端含、一端含CH3CH结构，再无其它结构，再无其它 CH3第10页 CH3 CH3CH3CCH2CH3 CH3CCH2CH2CH3 CH3 CH3 新已烷新已烷 新庚烷新庚烷 neo-hexane neo-heptane CH3、一端含有一端含有CH3C结构，再无其它取代结构，再无其它取代 CH3 基烷烃用基烷烃用“新新”来区分。比如：来区分。比如：第11页 烃分子中去掉一个氢原子所剩下基烃分子中去掉一个氢原子所剩下基团叫烃基。比如：团叫烃基。比如：CH3 CH3CH2 CH3CH2CH2 CH3CH CH3甲基甲基 乙基乙基 正丙基正丙基 异丙基异丙基Methyl ethyl n-propyl isopropyl 2、系统命名法、系统命名法、烃基命名、烃基命名第12页CH3CH2CH2CH2 CH3CHCH2 CH3CH2CH CH3 CH3 正丁基正丁基 异丁基异丁基 仲丁基仲丁基 n-butyl isobutyl sec-butyl CH3CH3C CH3叔丁基叔丁基 tert-butyl第13页两价烷基称亚基，三价烷基称为次基。两价烷基称亚基，三价烷基称为次基。CH2 CHCH3 CH CCH3亚甲基亚甲基 亚乙基亚乙基 次甲基次甲基 次乙基次乙基 烷烃系统命名法关键点烷烃系统命名法关键点（1）、选主链：选择取代基最多最）、选主链：选择取代基最多最 长碳链为主链；长碳链为主链；、编号、编号:从靠近取代基一端开始编号；从靠近取代基一端开始编号；第14页、将相同基团合并，、将相同基团合并，优先基团优先基团后列出，后列出，按主链碳数命名为某烷。比如：按主链碳数命名为某烷。比如：2,5二甲基庚烷二甲基庚烷2,5-dimethylheptaneCH3CHCH2CH2CHCH3 CH3 CH2CH3 第15页 CH3CHCH2CHCH2 CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3CHCH3 2,5,7三甲基三甲基3乙基辛烷乙基辛烷 3-ethyl-2,5,7-trimethyloctaneCH3CH2CH2CHCHCHCH3 CH3CH CH3 CH3 CH2CH32,3,5-trimethyl-4-n-propylheptane第16页三、烷烃构象异构三、烷烃构象异构、乙烷构象、乙烷构象构象：因碳碳单键旋转，使分子中原子构象：因碳碳单键旋转，使分子中原子 或原子团在空间不一样排列方式或原子团在空间不一样排列方式 称为构象。称为构象。烷烃异构烷烃异构立体异构构象异构立体异构构象异构碳链异构碳链异构第17页Newman投影式投影式 交叉式交叉式 重合式重合式 H H H H HH H H H H H H H H H H H H H H H H H H锯架式锯架式：H HH H 交叉式交叉式交叉式交叉式 H H H H H H H H 重合式重合式重合式重合式 H H H H H H H HH H H H第18页乙烷分子构象乙烷分子构象能量曲线图能量曲线图 12.6 KJ/mol 12.6 KJ/mol 0 00 0 60 600 0 120 1200 0 旋转角度旋转角度旋转角度旋转角度 能量能量能量能量交叉式交叉式 交叉式交叉式重合式重合式第19页（二）、正丁烷构象（二）、正丁烷构象对位交叉对位交叉 邻位交叉邻位交叉 部份重合部份重合 全重合全重合 CHCH3 3 CHCH3 3 H H3 3C H HC H H3 3C CHC CH3 3CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3 H H第20页全重合式全重合式全重合式全重合式部份重合式部份重合式部份重合式部份重合式 部份重合式部份重合式部份重合式部份重合式对位交叉式对位交叉式对位交叉式对位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式 邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式邻位交叉式 对位交叉式对位交叉式对位交叉式对位交叉式13.4KJ/mol13.4KJ/mol 13.4KJ/mol13.4KJ/mol18.9KJ/mol18.9KJ/mol 0 60 120 180 240 300 3600 60 120 180 240 300 360 旋转角度旋转角度 位能位能3.4KJ.mol3.4KJ.mol-1-1正丁烷正丁烷C2C3旋转时各种构象能量曲线旋转时各种构象能量曲线第21页 直链烷烃主要以对位交叉式构象状态直链烷烃主要以对位交叉式构象状态存在，所以绝大多数是锯齿形。存在，所以绝大多数是锯齿形。许多药品分子构象与药品药效相关，许多药品分子构象与药品药效相关，因药品受体普通只与药品各种构象中一个因药品受体普通只与药品各种构象中一个结合。结合。四、烷烃物理性质四、烷烃物理性质 在室温和常压下，在室温和常压下，C1C4烷烃是气体，烷烃是气体，C5C17正烷烃是液体，正烷烃是液体，C18以上是固体。以上是固体。第22页 含有偶数碳原子烷烃分子含有很好对含有偶数碳原子烷烃分子含有很好对称性，晶格排列比较紧密，分子间作用力称性，晶格排列比较紧密，分子间作用力大，所以熔点高于相邻两个奇数碳原子烷大，所以熔点高于相邻两个奇数碳原子烷烃熔点。烃熔点。1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19-200-200-150-150 -100 -100 -50 -50 0 0熔点熔点熔点熔点/正烷烃熔点曲线正烷烃熔点曲线N N（C C）第23页（一）、化学稳定性：（一）、化学稳定性：在室温下，烷烃与强酸在室温下，烷烃与强酸（如硫酸、盐酸）、强碱（如氢氧化钠）、强（如硫酸、盐酸）、强碱（如氢氧化钠）、强氧化剂（如重铬酸钾、高锰酸钾）、强还原剂氧化剂（如重铬酸钾、高锰酸钾）、强还原剂（如锌加盐酸、金属钠加乙醇）普通情况下都（如锌加盐酸、金属钠加乙醇）普通情况下都不发生反应。不发生反应。(C-C，C-H 键稳定性高键稳定性高)五、烷烃化学性质五、烷烃化学性质（二）、卤代反应（二）、卤代反应1、甲烷卤代、甲烷卤代：在紫外光照射或温度在：在紫外光照射或温度在250 400条件下条件下,甲烷和氯气可甲烷和氯气可 发生猛烈反应。发生猛烈反应。ClCl2 2 ClCl2 2 ClCl2 2 ClCl2 2CHCH4 4 CHCH3 3Cl CHCl CH2 2ClCl2 2 CHClCHCl3 3 CClCCl4 4 紫外光紫外光紫外光紫外光 紫外光紫外光紫外光紫外光 紫外光紫外光紫外光紫外光 紫外光紫外光紫外光紫外光第24页卤素与甲烷反应活性次序：卤素与甲烷反应活性次序：F2Cl2Br2I2 甲烷氟代反应太猛烈，难控制；碘代反甲烷氟代反应太猛烈，难控制；碘代反应不活泼，难以进行。应不活泼，难以进行。2、反应热、反应热CH3-H+Cl-Cl CH3-Cl+H-Cl435 243 351 431 离解能离解能kJ mol-1Hm=(435+243)-(351+431)=-104kJ mol-1第25页3、卤代反应机制（反应历程）、卤代反应机制（反应历程）反应机制：反应机制：对某个化学反应逐步改变对某个化学反应逐步改变 过程详细描述。过程详细描述。（1）、自由基链反应）、自由基链反应 （Free radical chain reaction)链引发：形成自由基链引发：形成自由基 热或光热或光Cl-Cl 2Cl Hm=+243kJmol-1第26页 链增加：延续自由基，形成产物。链增加：延续自由基，形成产物。CH4+Cl CH3+HCl Hm=+4kJ mol-1CH3+Cl2 Cl+CH3Cl Hm=-108kJ mol-1CH3Cl+Cl CH2Cl+HClCH2Cl+Cl2 CH2Cl2+Cl CH2Cl2+Cl CHCl2+HClCHCl2+Cl2 CHCl3+ClCHCl3+Cl CCl3+HCl CCl+Cl2 CCl4+Cl 第27页 链终止：消除自由基链终止：消除自由基Cl +Cl Cl2 CH3+CH3 CH3CH3 CH3+Cl CH3Cl第28页离解能：离解能：435kJ.mol435kJ.mol-1-1离解能：离解能：410kJ.mol410kJ.mol-1-1离解能：离解能：397kJ.mol397kJ.mol-1-1离解能：离解能：385kJ.mol385kJ.mol-1-1第29页烷烃自由基相对稳定性次序以下：烷烃自由基相对稳定性次序以下：第30页 正常情况下，体内自由基产生与正常情况下，体内自由基产生与去除处于平衡状态，一旦失去平衡，去除处于平衡状态，一旦失去平衡，自由基就会造成对机体损害，诱发癌自由基就会造成对机体损害，诱发癌变和造成衰老。变和造成衰老。第31页 第二节第二节 环烷烃环烷烃一、环烷烃分类和命名一、环烷烃分类和命名（一）、环烷烃分类（一）、环烷烃分类 单环脂环烃单环脂环烃 双环脂环烃双环脂环烃 多环脂环烃多环脂环烃按碳按碳环数环数目分目分三元环三元环四元环四元环五元环五元环六元环六元环七元环七元环按成按成环碳环碳原子原子分分 环烷烃环烷烃 环烯烃环烯烃 环炔烃环炔烃环环烃烃第32页（二）、单环环烷烃命名（二）、单环环烷烃命名 单环环烷烃命名与烷烃相同，只是单环环烷烃命名与烷烃相同，只是在同数碳原子链状烷烃名称前加上在同数碳原子链状烷烃名称前加上“环环”字。比如：字。比如：环丙烷环丙烷 环丁烷环丁烷 环戊烷环戊烷 环已烷环已烷1，3-二甲基二甲基环戊烷环戊烷1-甲基甲基-3-乙基乙基环己烷环己烷第33页甲基环戊烷甲基环戊烷 1,3-二乙基环己烷二乙基环己烷 当环上有复杂取代基时，可将环看为取代基当环上有复杂取代基时，可将环看为取代基1,4-二环丙基丁烷二环丙基丁烷 1-环丁基戊烷环丁基戊烷 第34页 环烷烃碳环环烷烃碳环CC单键，因受环限制单键，因受环限制而不能自由旋转，所以当环上有两个碳原而不能自由旋转，所以当环上有两个碳原子各连有一个取代基时，可产生顺、反两子各连有一个取代基时，可产生顺、反两种异构体。比如：种异构体。比如：Cl H Cl Cl H Cl H H反反-1,2-1,2-二氯环丙烷二氯环丙烷 顺顺-1,2-1,2二氯环丙烷二氯环丙烷第35页二、环烷烃结构与稳定性二、环烷烃结构与稳定性（一）、拜尔（一）、拜尔（A.von Baeyer）张力学说）张力学说 关键点：关键点：成环碳原子处于同一平面上，成环碳原子处于同一平面上，键角偏离键角偏离109028角度越大，则张力也越角度越大，则张力也越大，环就越不稳定。大，环就越不稳定。如环丙烷，键角为如环丙烷，键角为600，每个键角向内，每个键角向内偏转偏转24044（109028-600）/2，环丁烷向，环丁烷向内偏转内偏转9044，故三、四元环不稳定。，故三、四元环不稳定。第36页当代理论：当代理论：X-射线衍射解释，射线衍射解释，环丙烷环丙烷CC键夹角约键夹角约1050，成键时杂化轨道以，成键时杂化轨道以弯曲方向进行部分重合弯曲方向进行部分重合形成形成“弯曲键弯曲键”。1051050 1140环丙烷分子中环丙烷分子中“弯曲键弯曲键”第37页（二）、燃烧热二）、燃烧热燃烧热：燃烧热：1mol有机物完全燃烧生成二氧有机物完全燃烧生成二氧化碳和水时所放出热量。化碳和水时所放出热量。开链烷烃每个开链烷烃每个CH2燃烧热约为燃烧热约为658.6kJmol-1第38页 环烷烃燃烧热（环烷烃燃烧热（kJ.mol-1）名称名称 每个每个CH2燃烧热燃烧热 名称名称 每个每个CH2燃烧热燃烧热环丙烷环丙烷 697.0 环癸烷环癸烷 663.6环丁烷环丁烷 686.2 环十一烷环十一烷 662.3环戊烷环戊烷 664.0 环十二烷环十二烷 658.8环已烷环已烷 658.6 环十三烷环十三烷 659.6环庚烷环庚烷 662.3 环十四烷环十四烷 657.9环辛烷环辛烷 664.2 环十五烷环十五烷 659.0环壬烷环壬烷 664.4 环十七烷环十七烷 657.1第39页上表数据表明：环戊烷和环已烷中每上表数据表明：环戊烷和环已烷中每个个CH2燃烧热与开链烃相近因而较稳定，燃烧热与开链烃相近因而较稳定，环丙烷和环丁烷中每个环丙烷和环丁烷中每个CH2燃烧热均高于燃烧热均高于开链烷烃，所以最不稳定。开链烷烃，所以最不稳定。环烷烃稳定次序：环烷烃稳定次序：环已烷环戊烷环丁烷环丙烷环已烷环戊烷环丁烷环丙烷711元环有一定张力，元环有一定张力，12元环以上趋元环以上趋近环已烷稳定性。近环已烷稳定性。第40页三、环烷烃性质三、环烷烃性质（一）、环烷烃物理性质：（一）、环烷烃物理性质：与烷烃相同，因含有一定对称性和刚与烷烃相同，因含有一定对称性和刚性，故环烷烃沸点、熔点、比重都比同碳性，故环烷烃沸点、熔点、比重都比同碳原子数烷烃高。原子数烷烃高。（二）、环烷烃化学性质（二）、环烷烃化学性质1、自由基取代反应、自由基取代反应+Br2Br+HBr300300第41页2、加成反应、加成反应、加氢、加氢+H2CH3CH2CH3 Ni 80+H2CH3CH2CH2CH3 Ni 200五、六元环以上通常不发生催化加氢反应。五、六元环以上通常不发生催化加氢反应。第42页、加卤素、加氢卤酸、加卤素、加氢卤酸 Br Br +Br2 CH2CH2CH2 +HBr CH3CH2CH2-Br五、六元环难发生开环加成反应。五、六元环难发生开环加成反应。Br +HBr CH3CHCH2CH3 CH3第43页四、环烷烃构象四、环烷烃构象（一）、环戊烷构象（一）、环戊烷构象四个碳原子共平面，一个碳原子离开四个碳原子共平面，一个碳原子离开平面平面,距离平面距离平面50ppm。第44页（二）、环已烷构象（二）、环已烷构象1、椅式构象和船式构象、椅式构象和船式构象 椅式构象椅式构象 船式构象船式构象第45页 椅式构象中相邻碳原子键都处于交椅式构象中相邻碳原子键都处于交叉式，氢原子相距较远，不产生斥力，能叉式，氢原子相距较远，不产生斥力，能量低，室温下量低，室温下99.9%环已烷分子以椅式构环已烷分子以椅式构象存在。象存在。46kJ.mol46kJ.mol-1-1 椅式环已烷椅式环已烷a键和键和e键互变键互变2、坚键、坚键a和横键和横键e第46页椅式构象椅式构象（稳定构象）（稳定构象）船式构象船式构象（不稳定构象）（不稳定构象）第47页3、一取代环已烷构象、一取代环已烷构象因为甲基在横键构象比在坚键构象能量低因为甲基在横键构象比在坚键构象能量低7.5kJ mol-1，故室温下横键甲基环已烷占，故室温下横键甲基环已烷占95%。叔丁基几乎。叔丁基几乎100%处于横键。处于横键。C CH HH H H H H H H H C H C H H H H H H H H HH H第48页4、二取代环已烷构象、二取代环已烷构象顺式：顺式：同为同为“上上”；或同为；或同为“下下”反式：反式：互为互为“上上”“”“下下”上上下下上上下下第49页ee键键(优势构象优势构象)aa键键反反-1-1，2-2-二甲基环己烷二甲基环己烷顺顺-1-1，2-2-二甲基环己烷二甲基环己烷ea键键 ea键键第50页顺顺-1-1-甲基甲基-4-4-叔丁基环己烷叔丁基环己烷反反-1-1-甲基甲基-4-4-叔丁基环己烷叔丁基环己烷判断取代环己烷优势构象依据：判断取代环己烷优势构象依据：椅式构象是最稳定构象椅式构象是最稳定构象e键取代基最多构象键取代基最多构象有不一样取代基时，较大取代基处于有不一样取代基时，较大取代基处于e键键 构象构象第51页反式凝血酸反式凝血酸顺式凝血酸顺式凝血酸止血效果止血效果第52页