大学有机化学烷烃省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

含有碳碳重键烃类化合物。含有碳碳重键烃类化合物。烯烃、炔烃、芳烃。烯烃、炔烃、芳烃。分子中分子中C C原子原子结合方式结合方式 环丙烷环丙烷 环己烷环己烷碳原子之间均以碳原子之间均以C CC C单键相连，其余价键单键相连，其余价键均为均为H H原子所饱和。原子所饱和。烷烃烷烃：甲烷、乙烷等；：甲烷、乙烷等；环烷烃环烷烃。烃烃饱和烃：饱和烃：不饱和烃不饱和烃:第二章第二章 饱和烃饱和烃烃：烃：只含有只含有C、H 两种元素化合物两种元素化合物 碳氢化合物碳氢化合物第第1页页甲烷甲烷Methane丙烷丙烷Propane丁烷丁烷Butane乙烷乙烷Ethane2.1 烷烃通式和命名烷烃通式和命名2.1.1 烷烃通式烷烃通式烷烃通式烷烃通式：CnH2n+2第第2页页2.1.2 碳、氢原子类型碳、氢原子类型伯、仲、叔伯、仲、叔氢氢原子原子伯伯(1)、仲、仲(2)、叔、叔(3)、季、季(4 )碳碳原子原子第第3页页2.1.3 烷基烷基 烷基烷基：烷烃分子中去掉一个烷烃分子中去掉一个H原子原子,剩下结构部分剩下结构部分表表2.1 2.1 一些烷基名称与表示一些烷基名称与表示第第4页页名称名称 缩写缩写第第5页页2.1.4 普通命名法普通命名法（适合用于简单烷烃）（适合用于简单烷烃）1.1.按分子中碳原子数目称为按分子中碳原子数目称为“某烷某烷”，1010个碳个碳及及1010个碳以下用天干（个碳以下用天干（甲、乙、丙、丁、戊、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸己、庚、辛、壬、癸）表示。）表示。1010个碳以上用汉个碳以上用汉字数字（如字数字（如十一、十二十一、十二等）表示。等）表示。2.2.用用“正正”、“异异”、“新新”分别表示分别表示直链直链、一、一端含有端含有异丙基异丙基或或叔丁基叔丁基结构异构体。结构异构体。正戊烷正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷新戊烷第第6页页直链烷烃直链烷烃命名与普通命名法基本相同。只命名与普通命名法基本相同。只是去掉普通命名法中是去掉普通命名法中“正正”字。字。2.1.5 系统命名法系统命名法 系统命名是由三部分组成：系统命名是由三部分组成：构型构型标识标识取代基位次、取代基位次、名称与排列名称与排列母体母体名称名称第第7页页庚烷庚烷选取最长碳链作为主链。选取最长碳链作为主链。若有等长碳链，选取含支链最多碳链为主链。若有等长碳链，选取含支链最多碳链为主链。1.选择主链，确定母体名称：选择主链，确定母体名称：支链烷烃支链烷烃命名步骤：命名步骤：依据主链碳数，称依据主链碳数，称“某烷某烷”。第第8页页2.编号编号（主链上碳原子）主链上碳原子）从近支链一端依次用阿拉伯数字编号。从近支链一端依次用阿拉伯数字编号。当编号有几个可能时，应选择含有当编号有几个可能时，应选择含有“最低系列最低系列”编编号。号。“最低系列最低系列”是指碳链有几个编号时，则有几个系是指碳链有几个编号时，则有几个系列，顺次逐项比较各系列不一样位次，最先碰到位列，顺次逐项比较各系列不一样位次，最先碰到位次最小系列为最低系列。次最小系列为最低系列。第第9页页(I)系列编号：系列编号：3，4，7最低系列最低系列(II)系列编号：系列编号：3，6，7第第10页页2-甲基甲基-5-（1，1-二甲基丙基）癸烷二甲基丙基）癸烷支链上有取代基支链上有取代基，则从和主链相连碳原子开始将，则从和主链相连碳原子开始将支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链支链碳依次编号，并将取代基位号、名称及支链名写在括号内。名写在括号内。第第11页页 当含有几个相同取代基时，用当含有几个相同取代基时，用“一、二、三、一、二、三、四四”表示其个数，逐一标明其位号表示其个数，逐一标明其位号 ，并用，并用 逗号分开。逗号分开。3.取代基位号、名称排列取代基位号、名称排列 将取代基名称写在烷烃名称前面，在取代基名将取代基名称写在烷烃名称前面，在取代基名称前面，加上它位号，并用半字线称前面，加上它位号，并用半字线“-”将二者连将二者连接。接。当含有几个不一样取代基时，按照当含有几个不一样取代基时，按照“次序规则次序规则”，列出基团次序大小次序。将次序较大基团列出基团次序大小次序。将次序较大基团(较优基团较优基团)列在后面，各取代基之间用列在后面，各取代基之间用 半字线半字线“-”连接。连接。第第12页页 次序规则次序规则 单原子取代基单原子取代基,按原子序数大小排列，按原子序数大小排列，未共用电子最小未共用电子最小。原。原子序数大子序数大,次序大；原子次序小次序大；原子次序小,次序小；同位素中质量高次序小；同位素中质量高,次序次序大。次序大原子或基团为大。次序大原子或基团为较优基团较优基团。多原子基团第一个原子相同多原子基团第一个原子相同,则比较与其相连其它原子。则比较与其相连其它原子。第第13页页 含双键或叁键基团含双键或叁键基团,则作为连有两个或叁个相同原子。则作为连有两个或叁个相同原子。乙炔基乙炔基 乙烯基乙烯基 叔丁基叔丁基 第第14页页1234567893,7-二甲基二甲基-4-乙基壬烷乙基壬烷5-丙基丙基-4-异丙基壬烷异丙基壬烷第第15页页IUPAC Nomenclature of alkanes:直链烷烃直链烷烃(Unbranched alkanes)MethaneEthanePropaneButanePentaneHexaneHeptaneOctaneNonaneDecane12345678910第第16页页支链烷烃支链烷烃 取代基位次按照取代基第一个字母在取代基位次按照取代基第一个字母在 字母表中次序排列：字母表中次序排列：与汉字命名不一样是：与汉字命名不一样是：4-Isopropyl-5-propylnonane第第17页页课堂练习：课堂练习：第第18页页2.2 烷烃分子结构和同分异构烷烃分子结构和同分异构2.2.1 键形成和烷烃结构键形成和烷烃结构C:1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时电子构型：碳原子在基态时电子构型：sp3杂化轨道杂化轨道:基态基态2p2s1s电子电子跃迁跃迁激发态激发态2p2s1ssp3-杂化态杂化态杂化杂化1ssp3 sp3 杂化轨道形成过程示意图杂化轨道形成过程示意图第第19页页在甲烷分子中，在甲烷分子中，C 原子是原子是sp3杂化。杂化。s 轨道成份：轨道成份：1/4；p 轨道成份：轨道成份：3/4。sp3杂化轨道杂化轨道第第20页页sp3-1s 键键4个个CH 键键 甲烷结构甲烷结构sp3杂化碳原子，四面体杂化碳原子，四面体第第21页页 甲烷球棍模型和百分比模型甲烷球棍模型和百分比模型第第22页页 CC 键是由两个碳原子各以一个键是由两个碳原子各以一个sp3杂化轨道沿对称轴方向交盖而成。杂化轨道沿对称轴方向交盖而成。如：乙烷分子结构如：乙烷分子结构乙烷结构（用模型）乙烷结构（用模型）由两个和两个以上碳原子组成烷烃，由两个和两个以上碳原子组成烷烃，除了含有除了含有CH键外，还有键外，还有CC 键。键。第第23页页1个个C键键6个个CH键键sp3 sp3 键键sp3 1s 键键 乙烷球棒模型和百分比模型乙烷球棒模型和百分比模型第第24页页键特征：键特征：键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性键呈圆柱型对称，键能较大，可极化性 小，可沿键轴自由旋转。小，可沿键轴自由旋转。因为因为键是沿成键轨道方向交盖而成，在键是沿成键轨道方向交盖而成，在 碳链中，碳链中，C CC CC C键角保持了靠近键角保持了靠近 109.5109.5。对于直链烷烃，其三维形状是。对于直链烷烃，其三维形状是 波折型，而不是直线型。波折型，而不是直线型。第第25页页 四个四个C-H键键六个六个C-HC-H键键 一个一个C-CC-C键键烷烃分子立体形状烷烃分子立体形状表示法：表示法：透视式透视式实线实线-键在纸平面上键在纸平面上;楔线楔线-键在纸平面前键在纸平面前;虚线虚线-键在纸平面后。键在纸平面后。烷烃分子立体形状表示法烷烃分子立体形状表示法第第26页页2.2.2 烷烃同分异构烷烃同分异构1.烷烃结构异构烷烃结构异构正戊烷正戊烷 异戊异戊 烷烷新戊烷新戊烷碳胳（链）异构碳胳（链）异构第第27页页 因为因为键呈圆柱状对称，键呈圆柱状对称，CC单键能够单键能够发生旋转，由此而造成分子中原子或原子团发生旋转，由此而造成分子中原子或原子团在空间排布方式不一样，分子这种立体形象在空间排布方式不一样，分子这种立体形象构象构象(Conformation)。或分子中原子或原。或分子中原子或原子团绕单键旋转而产生不一样排列形式称为子团绕单键旋转而产生不一样排列形式称为构象构象.2.烷烃构象烷烃构象(1)乙烷构象乙烷构象 由此产生异构体由此产生异构体 构象异构体构象异构体 第第28页页重合式重合式乙烷构象乙烷构象 纽纽曼曼投投影影式式透透视视式式交叉式交叉式优势构象优势构象第第29页页重合式构象中：重合式构象中：前后两个前后两个H原子相距最原子相距最近近，CH键之键之间间键电子云斥力最键电子云斥力最大大，所以能量最，所以能量最高高。交叉式构象中：交叉式构象中：前后两个前后两个H原子相距最原子相距最远远，CH键之间键之间键电子云斥力最键电子云斥力最小小，所以能量最，所以能量最低低，是，是优势优势构象构象(最稳定构象最稳定构象)。重合式构象要趋向最稳定交叉式构象。重合式构象要趋向最稳定交叉式构象。扭转张力：扭转张力：将分子最稳定构象转变成全重将分子最稳定构象转变成全重合构象所需要能量。合构象所需要能量。第第30页页纽曼纽曼(Newman)(Newman)投影式：投影式：能量能量(kJ.mol-1)060120旋转角度旋转角度/()12.6交叉式与交叉式与重合式是重合式是乙烷分子乙烷分子极限构象极限构象120120第第31页页对位交叉对位交叉 部分重合部分重合 部分交叉部分交叉 全重合全重合 由由C2C3 键旋转键旋转产生构象：产生构象：丁烷模型丁烷模型(2)丁烷构象丁烷构象固定固定C2原子，反时针原子，反时针旋转旋转C3原子，得到以原子，得到以下丁烷极限构象下丁烷极限构象第第32页页稳定性：稳定性：对位交叉式对位交叉式 部分交叉式部分交叉式 部分重合式部分重合式 全重合式全重合式丁烷丁烷C(2)-C(3)键旋转引发各构象能量改变键旋转引发各构象能量改变第第33页页 讨讨 论论 题题（1）将右式化合物改写）将右式化合物改写成纽曼式，并用纽曼式表成纽曼式，并用纽曼式表示其优势构象。示其优势构象。（2）以下哪一对化合物）以下哪一对化合物是等同？（假定是等同？（假定C-C单单键能够自由旋转）键能够自由旋转）第第34页页2.32.3 烷烃性质烷烃性质 物理常数物理常数：单一纯净有机化合物在一定条件下其：单一纯净有机化合物在一定条件下其物理性质为一固定值。物理性质为一固定值。有机化合物物理性质有机化合物物理性质：物态、熔点：物态、熔点(m.p.m.p.)、沸点、沸点(b.p.b.p.)、相对密度、相对密度(d d)、折射率、折射率(nD)和溶解度和溶解度(s)(s)等。等。物理常数物理常数已知化合物判定已知化合物判定不一样化合物分离不一样化合物分离测定测定利利 用用烷烃：无色、有一定气味。烷烃：无色、有一定气味。2.3.1 物理性质物理性质第第35页页1.1.沸点沸点 有机物沸点高低取决于有机物沸点高低取决于氢键氢键和和分子间力分子间力大大小。分子间力又与分子分子量、极性、表面积小。分子间力又与分子分子量、极性、表面积呈正相关。呈正相关。有氢键有氢键分子量大分子量大极性大极性大无支链无支链沸点高沸点高第第36页页 当当C C原子数相同时，含原子数相同时，含支链越多支链越多烷烃，对烷烃，对应沸点越低应沸点越低沸点沸点()36.1 27.9 9.5 分子量大分子，其表面积增大，分子分子量大分子，其表面积增大，分子间力间力(色散力色散力)增大，其沸点随之升高。增大，其沸点随之升高。直链烷烃沸点直链烷烃沸点(bp)(bp)随分子量增加而升高。随分子量增加而升高。第第37页页2.熔点熔点直链烷烃熔点直链烷烃熔点(mp)(mp)随分子量增加而升高。随分子量增加而升高。偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，偶数碳原子烷烃与奇数原子烷烃相比，其熔点升高较多。其熔点升高较多。熔化主要需要克服晶格能，有机物普通是分子熔化主要需要克服晶格能，有机物普通是分子晶体，熔点高低取决于分子分子量、极性和对称性晶体，熔点高低取决于分子分子量、极性和对称性大小。大小。分子量大分子量大极性大极性大对称性大对称性大熔点高熔点高第第38页页 C原子数相同烷烃不一样异构体，原子数相同烷烃不一样异构体，对称性对称性大大异构体含有较高熔点。异构体含有较高熔点。熔点熔点()-130 -160 -17C原子数相同原子数相同环烷烃环烷烃沸点、熔点均高于烷烃。沸点、熔点均高于烷烃。3.相对密度相对密度烷烃比水轻，烷烃比水轻，其相对密度都小于其相对密度都小于14.溶解度溶解度烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂烷烃几乎不溶于水，而易溶于有机溶剂第第39页页5.折光率折光率 在一定波长光源和一定温度条件在一定波长光源和一定温度条件下，折光率对确定化合物是一个常数。下，折光率对确定化合物是一个常数。正丁烷正丁烷 1.3397正己烷正己烷 1.37环戊烷环戊烷 1.406环己烷环己烷 1.4266折光率折光率(n D 20)名称名称第第40页页2.3.2 烷烃化学性质烷烃化学性质1.自由基取代反应自由基取代反应 饱和烃分子中氢原子被其它原子或基团饱和烃分子中氢原子被其它原子或基团所取代反应所取代反应取代反应取代反应。经过自由基进行取代经过自由基进行取代(H原子原子)反应反应自由基取代反应。自由基取代反应。键牢靠，不易断裂；键牢靠，不易断裂；CH键极性小，键极性小，不易异裂，可均裂。不易异裂，可均裂。第第41页页(1)卤代（化）反应：卤代（化）反应：在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子在光、高温或催化剂作用下，烷烃与卤素分子反应，生成卤代烷和卤化氢。反应，生成卤代烷和卤化氢。烷烃烷烃 卤素卤素 卤代烷卤代烷 卤化氢卤化氢乙烷乙烷氯氯氯乙烷氯乙烷(78%)第第42页页链增加链增加链终止链终止链引发链引发产生自由基产生自由基产生甲基自由基产生甲基自由基产生新氯自由基产生新氯自由基自由基之间碰撞，自由基之间碰撞，形成稳定分子，形成稳定分子，反应终止反应终止整个反应经历三个阶段：链引发、链增加、链终止。整个反应经历三个阶段：链引发、链增加、链终止。此自由基反应也称此自由基反应也称链锁反应或链反应。链锁反应或链反应。(2)卤代反应机理卤代反应机理反应机理是化学反应所经历路径或过程。反应机理是化学反应所经历路径或过程。第第43页页链增加阶段：链增加阶段：自由基与分子反应自由基与分子反应自由基分别与反应物分子和自由基分别与反应物分子和产物分子反应。产物分子反应。第第44页页(3)(3)卤化反应取向与自由基稳定性卤化反应取向与自由基稳定性 当卤分子同含有不一样种类当卤分子同含有不一样种类H H原子烷烃原子烷烃反应时，取代位置不一样。反应时，取代位置不一样。丙烷丙烷 1-氯丙烷氯丙烷(45%)2-氯丙烷氯丙烷(55%)第第45页页异丁烷一元氯化反应：异丁烷一元氯化反应：异丁烷异丁烷 异丁基氯异丁基氯(64%)叔丁基氯叔丁基氯(36%)伯氢：伯氢：9 产率：产率：64%叔氢：叔氢：1 36%叔氢叔氢伯氢伯氢=64/936/115氢被取代反应活性比：氢被取代反应活性比：第第46页页反应取向与自由基稳定性相关。反应取向与自由基稳定性相关。H原子被取代活性次序：原子被取代活性次序：叔氢叔氢 仲氢仲氢 伯氢伯氢反应活性比反应活性比 5.0 3.5 1.0(伯伯)(仲仲)(叔叔)1o2o3o自由基稳定性：自由基稳定性：3 R 2 R 1 R CH3第第47页页(4)反应活性与选择性反应活性与选择性卤素反应活性次序卤素反应活性次序：F2 Cl2 Br2 I22-甲基戊烷甲基戊烷 2-甲基甲基-2-溴戊烷溴戊烷(76%)CH3 CH3 CH3CH3-CH-CH3+Br2 CH3-C-Br +CH3-CHCH2Br CH3 99%溴反应性低，选择性高。溴反应性低，选择性高。第第48页页2.氧化反应氧化反应烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量热。烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量热。在催化剂下能够使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等在催化剂下能够使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等第第49页页3.热裂反应热裂反应化合物在高温和无氧存在下分解反应。化合物在高温和无氧存在下分解反应。第第50页页