第二章-烷烃和环烷烃PPT课件.ppt

第一第一节 烷烃 第二第二节 环烷烃 第二章 烷烃和环烷烃1.第二章第二章 烷烃和和环烷烃教学要求：教学要求：1 1、掌握掌握烷烃的分子的分子结构构,碳原子碳原子类型；型；烷烃的系的系统命命名方法名方法,卤代反代反应,游离基取代反游离基取代反应机理机理,伯、仲、叔伯、仲、叔碳原子碳原子卤代反代反应速度速度2 2、熟悉、熟悉烷烃的同分异构的同分异构现象，乙象，乙烷、正丁、正丁烷的构的构象，象，环己己烷的构象的构象3 3、了解、了解烷烃卤代的反代的反应机理、机理、熟熟练练地地对对脂脂环烃进环烃进行行命名或写出命名或写出结结构式。构式。2.烃：只含有碳只含有碳氢两种元素的有机化合物称两种元素的有机化合物称为碳碳氢化合化合 物，物，简称称烃（hydrocarbon）hydrocarbon chain hydrocarbon Cyclic hydrocarbon saturated hydrocarbon alkane unsaturated hydrocarbon alkene alkyne alicyclic hydrocarbon aromatic hydrocarbon 3.第一第一节 烷烃定定义：烃分子中，碳和碳之分子中，碳和碳之间互相以互相以单键相相连，碳的，碳的 其余价其余价键均与均与氢原子相原子相连接的接的烃称称为烷烃，烷 烃也称也称饱和和烃。一、同系列和构造异构一、同系列和构造异构4.（一）（一）烷烃的同系列和同系物的同系列和同系物CH2CH2CH2CH2 结构相似而分子构相似而分子组成成上相差一个或多个上相差一个或多个CHCH2 2 原原子子团的一系列化合物叫做的一系列化合物叫做同系列同系列。该化合物之化合物之间互互称称为同系物。同系物。烷烃的通式：的通式：CnH2n+25.（二）（二）烷烃的同分异构的同分异构现象象 分分子子组成成相相同同而而分分子子结构构不不同同的的现象象，称称为同同分分异异构构现象象（isomerism）。分分子子式式相相同同而而结构构式式不不同同的的化化合物互称合物互称为同分异构体。同分异构体。以以5个碳的个碳的烷烃为例例说明同分异构体的明同分异构体的书写写（1）首先写出直）首先写出直链烷烃 CH3CH2CH2CH2CH3（2）取出）取出1个碳作个碳作为支支链（3）取出）取出2个碳作个碳作为支支链 6.在在烷烃中，只有大于中，只有大于4个碳的个碳的烷烃才有同分异构体，才有同分异构体，且且这种种现象是由于象是由于组成分子的原子或原子成分子的原子或原子团的的连接次序不接次序不同引起的，属于构造异构。同引起的，属于构造异构。分子式分子式C5H107.（三）碳原子和（三）碳原子和氢原子的分原子的分类(1)(1)伯碳原子（一伯碳原子（一级碳）：只与一个碳原子相碳）：只与一个碳原子相连 C C1 1、C C5 5、C C6 6、C C7 7、C C8 8 (2)(2)仲碳原子（二仲碳原子（二级碳）：与两个碳原子相碳）：与两个碳原子相连 C C4 4(3)(3)叔碳原子（三叔碳原子（三级碳）：与三个碳原子相碳）：与三个碳原子相连 C C3 3(4)(4)季碳原子（四季碳原子（四级碳）：与四个碳原子相碳）：与四个碳原子相连 C C2 28.二、命名二、命名（一）普通命名法（一）普通命名法 普通命名法适用于普通命名法适用于结构构简单的的烷烃。1.直直链烷烃：碳原子数从一到十的，采用天干（甲、乙、丙、碳原子数从一到十的，采用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）代表碳原子的丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）代表碳原子的 数目，称某数目，称某烷；碳原子数在十以上；碳原子数在十以上时，则用中用中 文数字十一、十二、十三文数字十一、十二、十三表示。例如：表示。例如：CH3CH2CH2CH2CH2CH3 己己 烷辛辛 烷 十十 一一 烷 9.2 2、支、支链烷烃（1 1）链端有端有 结构的称构的称为异某异某烷（2 2）链端有端有 结构的称构的称为新某新某烷注意注意:某字包括分子中所有的碳原子数。某字包括分子中所有的碳原子数。10.(二二)系系统命名法命名法 结构构比比较复复杂的的烷烃，采采用用系系统命命名名法法。系系统命命名名法法是是采采用用国国际通通用用的的IUPAC(international of Pure and Applied Chemistry)命命名名法法，结合合我我国国文文字字的的特特点点制制定定的的。系系统命命名名法法的的特特点点就就是是每每个个化化合合物物只只有有一一个个名名称称，名名称称和和结构构密密切切相相关关。系系统命命名名法法主主要要是是确确定定主主链和和处理理取取代代基基的的位位置置。取取代代基基在在此此指指各各种种烷基基，烷烃分分子子中中去去掉掉一一个个氢原原子子剩剩下下的的原原子子团叫叫做做烷基基，用用R表表示示，其其通通式式为CnH2n+1。常。常见烷基的基的结构及名称如下：构及名称如下：11.12.烷烃的系的系统命名法的主要命名法的主要规则是：是：1选择最最长的碳的碳链为主主链，根据主，根据主链所含碳原子数称某所含碳原子数称某烷。2当当主主链上上连有有取取代代基基时，从从靠靠近近取取代代基基的的一一端端开开始始对主主链上上的的碳碳原原子子进行行编号号，依依次次用用阿阿拉拉伯伯数数字字1，2，3标出出取取代代基基的的位位次次。位位次次号号码与与取取代代基基之之间用用一一短短线连接接起起来来，写写在在母体化合物名称的前面。例如：母体化合物名称的前面。例如：3甲基己甲基己烷 13.3若在主若在主链的不同碳原子上的不同碳原子上连有不同的取代基有不同的取代基时，则按取代基按取代基 从小到大的从小到大的顺序排列。例如：序排列。例如：3甲基甲基5乙基乙基4丙基壬丙基壬烷 取代基由小到大的取代基由小到大的顺序序为：14.4若在主若在主链上上连有相同的取代基有相同的取代基时，无，无论在同一碳原子上，在同一碳原子上，还是在不同碳原子上，是在不同碳原子上，则将取代基合并，取代基的数目用将取代基合并，取代基的数目用 二、三、四二、三、四数字表示，数字表示，标在取代基的前面，各取代基在取代基的前面，各取代基 的位次按照的位次按照编号号标出。例如：出。例如：2，3，3三甲基己三甲基己烷 15.5若有几条等若有几条等长的碳的碳链时，要，要选含取代基最多的碳含取代基最多的碳链作主作主链。例如：例如：2甲基甲基3乙基戊乙基戊烷2,3,6-三甲基三甲基-4-丙基庚丙基庚烷16.甲甲烷的的结构构分子式：分子式：CHCH4 4结构式：构式：C C为SPSP3 3杂化化三、三、结 构构17.四、四、烷烃的构象异构的构象异构（conformational somer）因因键轴旋旋转而而产生生分分子子的的原原子子或或原原子子团的的不不同同空空间排排列称列称为构象。构象。构象异构属于构象异构属于立体异构立体异构（stereo isomer）（一）乙（一）乙烷的构象的构象18.重叠式重叠式 交叉式交叉式（eclipsed）(staggered)Newman projection formula构象的构象的稳定性定性 交叉式交叉式 重叠式重叠式在在重重叠叠式式中中，碳碳原原子子上上的的氢原原子子相相距距最最近近，排排斥斥力力最最大大，分分子子能能量最高，最不量最高，最不稳定。定。在交叉式中，氢原子距离较远，排斥力小，体系稳定。19.乙乙烷分子构象的能量曲分子构象的能量曲线20.（二）正丁（二）正丁烷的构象的构象 正丁正丁烷分子在分子在围绕C2-C3键旋旋转时，有，有4种典型的构象种典型的构象异构体。异构体。对位交叉式位交叉式anti conformation 邻位交叉式位交叉式 gauche conformation 部分重叠式部分重叠式 eclipsed 全重叠式全重叠式 all eclipsed nBu Newman projection formula稳定性定性 对位交叉式位交叉式邻位交叉式位交叉式部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式 21.正丁正丁烷C2-C3旋旋转时构象的能量曲构象的能量曲线部分重叠式部分重叠式全重叠式全重叠式部分重叠式部分重叠式22.五、五、烷烃的物理性的物理性质六、六、烷烃的化学性的化学性质（一）氧化和燃（一）氧化和燃烧烷烃在常温状在常温状态下与下与强酸、酸、强碱、碱、强氧化氧化剂不不应。（三）甲（三）甲烷的的卤代反代反应 取代反取代反应（sabstitution reaction）有机化合物有机化合物中中氢原子被另一原子或原子原子被另一原子或原子团取代的反取代的反应叫取代反叫取代反应。（二）（二）热裂反裂反应23.1甲甲烷的的卤代反代反应（halogenation）24.包括：包括：链引引发（chain-initiating step）链增增长 （chain-propagating step）链终止止（chain-terminating step）反反应机理：机理：游离基取代反游离基取代反应 （free-radical sabstitution reaction）（四四）甲甲 烷 的的 卤 代代 反反 应 机机 理理（reaction mechanism）25.（五）游离基的构型及其（五）游离基的构型及其稳定性定性 甲甲基基游游离离基基的的碳碳原原子子是是sp2杂化化的的，三三个个Csp2Hs的的键处于于同同一一平平面面，单电子子居居于于剩剩余余的的C2p轨道道上上。且且垂垂直直于于该平平面面。当当甲甲基基游游离离基基与与氯分分子子反反应生生成成CH3Cl后后，碳碳原原子的子的杂化状化状态由由sp2转变为sp3。游离基的游离基的稳定性定性 3 2 1 CH3 26.烷烃碳原子增多碳原子增多时，可因，可因卤代代烃位置不同得到异构位置不同得到异构产物物相相对反反应活性活性 各各级氢的相的相对反反应速度速度 叔叔氢仲仲氢伯伯氢 5：4：1311=36/164/9=5.127.例例题：丙丙烷与与氯气在日光作用下，生成气在日光作用下，生成1-氯丙丙烷（43%），），2-氯丙丙烷（57%），），试回答下列回答下列问题：（1）写出其反）写出其反应式；式；（2）该反反应的反的反应历程；程；（3）各）各级氢的相的相对反反应活性。活性。28.反反应历程程29.五、几种常用的五、几种常用的烷烃混合物混合物（一）石油（一）石油醚（petrofeum ether）有机溶有机溶剂，易燃，有毒。，易燃，有毒。（二）石蜡（二）石蜡（paraffin）蜡蜡疗、封瓶、理、封瓶、理疗。（三）凡士林（三）凡士林（vaseline）医医药上常用作上常用作软膏基膏基质。30.第二第二节 环烷烃 环烷烃：链状状烷烃碳碳链的的首首尾尾两两个个碳碳原原子子以以单键相相连，所所形形成成的的具具有有环状状结构构的的烷烃称称为环烷烃。（cycloalkane）。又又称称为饱和和脂脂环烃（saturated alicyclic hydrocarbod）。）。一、一、环烷烃的分的分类和命名和命名(一一)分分类据分子中所含的碳据分子中所含的碳环的数目分：的数目分：单环、双、双环和多和多环据据环上的碳原子的数目分：小上的碳原子的数目分：小环、常、常见环、中、中环、大、大环31.(二二)命命 名名 单环脂脂环烃的系的系统命名法与命名法与链烃相似，只是在相似，只是在链烃名名称前面加上称前面加上“环”字。字。环上的双（上的双（叁）键及取代基的表示及取代基的表示规则与脂肪族与脂肪族链烃相同。相同。为了了书写方便，也常用写方便，也常用键线式式（骨架式）来表示脂（骨架式）来表示脂环烃的的结构。构。环丙丙烷 环丁丁烷 环戊戊烷 环己己烷 32.1-甲基甲基-2-乙基乙基环戊戊烷1-甲基甲基-4-异丙基异丙基环己己烷3-乙基乙基环戊戊烯 5-甲基甲基-1,3-环己二己二烯33.多多环环烷烃的命名的命名 螺螺环 两个碳两个碳环共用一个碳原子的共用一个碳原子的环烃称称为螺螺环烃（spiro hydrocarbod）双双环螺螺环的命名是在成的命名是在成环碳原子碳原子总数的数的烷烃前加前加“螺字螺字”。编号从螺原子的号从螺原子的邻位碳开始，由小位碳开始，由小环到大到大环，并使并使环上的取代基位次最小。将上的取代基位次最小。将连接在螺原子上的接在螺原子上的环数数目，按由少到多的目，按由少到多的顺序写在方括号里，数字序写在方括号里，数字间用下角用下角圆点隔开，点隔开，标在在“螺字螺字”与与烷烃之之间。34.螺螺3，4辛辛烷4-甲基螺甲基螺2，4庚庚烷例如：例如：35.桥环 环烃分子中具有两个或两个以上的碳分子中具有两个或两个以上的碳环，且共用两个，且共用两个或两个以上碳原子的化合物称或两个以上碳原子的化合物称为桥环烃（bicyclic bridged hydrocarbod）。）。桥环烃的的结构特点：均有构特点：均有环与与环间相互相互连接的两个碳接的两个碳原子，称原子，称为“桥头”碳原子，碳原子，连接在接在桥头碳原子之碳原子之间的碳的碳链则称称为“桥路路”。命名命名时，按共用碳原子的，按共用碳原子的环数，称数，称为二二环或三或三环。在。在括号内按括号内按桥路所含碳原子的数目由多至少的次序列出，在路所含碳原子的数目由多至少的次序列出，在数字之数字之间用下角用下角圆点隔开。方括号内点隔开。方括号内编号号顺序序为：从一个：从一个桥头开始，沿最开始，沿最长的的桥路到第二个路到第二个桥头，再沿次，再沿次长的的桥路路到第一到第一桥头，最后，最后编号是最短的号是最短的桥路。路。36.二二环 3，2，0 庚庚烷 1，8二甲基二二甲基二环3，2，1辛辛烷 37.二二环 3,2,0 庚庚烷 1,8-二甲基二甲基-2-乙基二乙基二环3,2,1辛辛烷 38.二、同分异构二、同分异构（一）构造异构（一）构造异构（二）（二）顺反异构反异构顺-1,2-二甲基二甲基环丙丙烷 反反-1,2-二甲基二甲基环丙丙烷39.由于碳原子在脂由于碳原子在脂环烃分子中成分子中成环后，阻碍了后，阻碍了C-C键的自由旋的自由旋转，若，若环上碳原子上碳原子连接两个不同接两个不同原子或原子原子或原子团时，可，可产生生顺反异构反异构现象。象。三、物理性三、物理性质和化学性和化学性质（一）物理性（一）物理性质小小环为气体，常气体，常见环为液体，中液体，中环及大及大环为固体。固体。40.（二）化学反（二）化学反应1、催化加、催化加氢2、加、加卤素素环烷烃和溴反和溴反应时，溴的，溴的棕棕红色色消失，消失，可用于可用于鉴别小小环烷烃41.3、加、加卤化化氢碳碳碳碳键的断裂：含的断裂：含氢较多和多和较少两碳之少两碳之间；加成加成产物符合物符合马氏氏规则。42.对于于五五元元、六六元元环来来说，它它们不不易易开开环加加成成。而而在在光照条件下可光照条件下可发生取代反生取代反应。43.四、四、环烷烃的分子的分子结构构 稳定性定性 环己己烷环戊戊烷环丁丁烷环丙丙烷 在在环丙丙烷分分子子中中，碳碳原原子子是是sp3杂化化，但但键角角却却不不能能保保持持10928，因因此此不不能能象象烷烃那那样沿沿对称称轴方方向向作作最最大大重重叠叠。这样就就形形成成了了一一个个弯弯曲曲的的香香蕉蕉形形的的CC键，称称为“弯弯曲曲键”。根根据据量量子子力力学学计算算，环丙丙烷分分子子中中CC键的的键角角为105.5，CH键的的键角角为114。环烷烃的的稳定性与定性与环大小的关系大小的关系 拜拜尔张力学力学说44.环丙丙烷分子中碳碳分子中碳碳键的的电子云的重叠（弯曲子云的重叠（弯曲键的形成）的形成）像像环丙丙烷这样的的结构构，因因轨道道扭扭曲曲而而重重叠叠减减小小，造造成成分分子子内内能能升升高高，稳定定性性降降低低。环丁丁烷的的情情况况与与环丙丙烷相相似似，但但因因sp3杂化化轨道道扭扭曲曲的的角角度度没没有有环丙丙烷大大，所所以以电子子云云重重叠叠程程度度比比环丙丙烷大大，分分子子的的稳定定程程度度相相应增增大大。环戊戊烷分分子子中中，碳碳碳碳键弯弯曲曲程程度度较小小，重重叠叠较正正常常，环也也较稳定定。环己己烷碳碳碳碳键角角可可维持持10928，相，相对稳定。定。45.五、五、环烷烃的构象的构象椅式构象椅式构象船式构象船式构象（1）椅式和船式构象）椅式和船式构象46.（2）竖键和横和横键竖键：垂直于垂直于C1、C3、C5（或（或C2、C4、C6）碳原子）碳原子组成成 平面的平面的6条条C-H键称称为竖键，a键（axial bond）。）。横横键：除除竖键外的外的6条条C-H键与垂直于与垂直于环平面的平面的对称称轴成成109.5夹角，大致与角，大致与环平面平行，称平面平行，称为竖键，e 键（equatorial bond）。）。47.椅式椅式环己己烷a键和和e键互互变48.49.50.