有机化学-开链烃-烷烃(Alkane).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,*,*,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,*,*,2025/11/5 周三,1,主要内容,1.,烃的定义和分类；,2.,烷烃的同分异构和同系物；,3.,烷烃的命名；,4.,烷烃的结构；,5.,烷烃的构象异构；,6.,烷烃的物理性质；,7.,烷烃的化学性质；,8.,烷烃的自由基取代反应机理。,2025/11/5 周三,2,一、烃的定义,分子中只含有,C,、,H,两种元素的有机化合物叫 碳氢化合物,简称烃,.,二、烃的分类,烃是最简单的有机物，可看作其它有机物的母体。,2025/11/5 周三,3,三、烷烃,烷烃是有机分子中结构最为简单的化合物。烷烃分 子 中每个碳原子的四个价分别与碳或氢原子连接，称为 饱和烃，,例如,:,甲烷,乙烷,丙烷,丁烷,(,正丁烷,异丁烷,),戊烷,(,正戊烷,异戊烷,新戊烷,).,名称 分子式 构造式 构造式的简写式,甲烷,CH,4,乙烷,C,2,H,6,CH,4,CH,3,CH,3,烷烃的通式为,C,n,H,2n+2,。,2025/11/5 周三,6,2025/11/5 周三,7,它们是两种,不同,的化合物,.,物理性质一定的差异,.,直链,烃的沸点比带有支链的构造异构体的高,.,如：正丁烷的沸点：,-0.5,，熔点：,138.3,，,异,丁烷的沸点：,-11.7,，熔点：,-159.4,。,烷烃同系列中，甲烷、乙烷、丙烷只有一种结合方式，没有异构现象，从丁烷起就有同分异构现象。,由于分子式相同,但它们的构造 不同,(,分子中各原子相连的方式和次序 不同,),，又叫构造异构体。,同分异构体,2025/11/5 周三,8,戊烷可看成是正丁烷和异丁烷上的一个,H,被甲基,-,CH,3,取代的产物,:(,正戊烷,异戊烷,新戊烷,).,2025/11/5 周三,9,2025/11/5 周三,10,烷烃中碳原子的分类,:,1,C,（伯碳，一级碳）,primary carbon,2,C,（仲碳，二级碳）,secondary carbon,tertiary carbon,3,C,（叔碳，三级碳）,4,C,（季碳，四级碳）,quaternary carbon,1,H,（伯氢）,2,H,（仲氢）,3,H,（叔氢）,2025/11/5 周三,11,伯碳原子,(,第一碳原子,),用“,1,”,表示；,仲碳原子,(,第二碳原子,),用“,2,”,表示；,叔碳原子,(,第三碳原子,),用“,3,”,表示；,季碳原子,(,第四碳原子,),用“,4,”,表示。,与伯,仲,叔碳原子相连的,H,原子,分别称为 伯,仲,叔,H,原子,2025/11/5 周三,12,烷基,烷烃去掉一个氢原子后的原子团,.,常用,R,-,，或,(,Cn,H,2n+1,-,),表示,所以烷烃又可用通式,RH,表示.,:,对去掉一个直链烷烃末端氢原子所得的原,子团,.,命名时“正”字常用,n,-,代表,.,甲基,乙基,;,正丙基,CH,3,CH,2,CH,2,-,:,n,-,丙基,:,去掉一个仲氢原子所得的烷基,.,用“,sec-,”,表示,.,CH,3,CH,2,CH-,sec-,丁基,CH,3,正烷基,仲,烷基,仲丁基,2025/11/5 周三,13,异,烷基,:,而,CH,3,CH(CH,2,)n-,(,n,0,),型的烷基叫异 烷基,CH,3,用“,iso-,”,表示,.,iso-,异丙基,iso-,异戊基,CH,3,CHCH,2,CH,2,-,CH,3,去掉一个叔氢原子所得的烷基,.,用“,t-”,或“,tert-,”,表示,.,CH,3,叔丁基,:CH,3,-C-t-,丁基,CH,3,叔,烷基,:,2025/11/5 周三,14,CH,3,CH,3,-CH,2,-C-t-,戊基,CH,3,CH,3,CH,3,-C-CH,2,-,CH,3,叔戊基,:,新戊基,:,“,正,”,表示直链烷烃，通常,“,正,”,字可忽略，,“,异,”,表示链端第二位碳原子上带有一个甲基的异构烷烃，,“,叔,”,表示碳链中的一个碳原子与三个碳原子相连的异构烷烃；,“,新,”,表示第二位碳原子上带有两个甲基的异构烷烃。,2025/11/5 周三15,烷烃分子从形式上去掉两个氢原子所剩下的基团叫做亚烷基。,如：,2025/11/5 周三,16,常用基团的英文简写,Me,甲基；,Et,乙基；,Pr,丙基；,i-Pr,异丙基；,n-Bu,正丁基；,t-Bu,叔丁基（三级丁基）；,Ar,芳基,Ph,苯基；,Ac,乙酰基；,R,烷基,2025/11/5 周三,17,烷烃的命名,一,.,习惯命名法,它以天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、,癸（,gui,）来表示一至十个碳原子的烷烃，多于十个,碳原子时，用数字表示为十一烷、十二烷,。适用于分子量较小、结构较为简单的烷烃分子，对结构复杂的分子，习惯命名法无能为力。,CH,3,CH,3,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,3,CH,3,CHCH,2,CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,正戊烷 异戊烷 新戊烷,2025/11/5 周三,18,二、衍生物命名法,H H CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,-C-CH,2,CH,3,CH,3,-C-CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,异丁烷 异戊烷 新戊烷,三甲基甲烷 二甲基乙基甲烷 四甲基甲烷,除直链烷烃外，衍生物命名法对支链烷烃的命名是以甲烷作为母体，将支链烷烃都看作是甲烷的烷基衍生物。选择连有烷基最多的碳原子作为甲烷的母体原子，所连接的烷基按支链结构的分子量和复杂程度由小到大，由简单到复杂的顺序列出。,2025/11/5 周三,19,三,.,系统命名法,(IUPAC),在系统命名法中，对于直链烷烃的命名和普通命名 法是基本相同的，仅不写上,正,字。,支链烷烃的命名法的步骤：,选取主链（母体）。,选一个含碳原子数最多的碳链作为主链,。,（写出相当于这个主链的直链烷烃的名称）含多取代基时，编号采用“最低次序”原则。,所谓“,最低序列”,指的是碳链以不同方向编号，得到两种或两种以上 的不同编号序列，则顺次比较各系列的不同位次，最 先遇到的位次最小者为,最低系列,。,2025/11/5 周三,20,主链碳原子的位次编号。确定主链位次的原则是要使取代基的位次最小。从距离支链最近的一端开始编号。位次和取代基名称之间要用,一,连起来，写出母体的名称。,2025/11/5 周三,21,编号正确 编号不正确,2025/11/5 周三,22,、如果有几个不同的取代基时，把小的取代基 名 称写在前面，大的写在后面；、如果含有几个相 同的取代基时，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四,等表示，写在取代基的前面，其位次必须 逐个注明，位次的数字之间要用,，,隔开。,2025/11/5 周三,23,例,1:,CH,2,CH,3,CH,3,CHCH,2,CHCH,2,CH,3,3-甲基-5-乙基辛烷,CH,2,CH,2,CH,3,(注意编号),CH,3,CH,2,CH-CHCH,2,CH,3,CH3,-CH CHCH,3,2,5-二甲基-3,4-二乙基己烷,CH,3,CH,3,(注意主链),例2:,2025/11/5 周三,24,4,当具有相同长度的链可作为主链时，则应选择 具有支链数目最多的链作为主链。,2025/11/5 周三,25,5,如果支链上还有取代基时，从与主链相连的碳 原子开始，把支链的碳原子依次编号，支链上取代基的 位置就由这个编号所得的号数来表示。这个取代了的 支链的名称可放在括号中，或用带撇的数字来表明支链 中的碳原子。,1.,用括号表示：,2-,甲基,-5,，,5,一二（,1,，,1-,二甲基丙基）癸烷,2.,用带撇的数字表示：,2-,甲基,-5,，,5,一二,1,，,1,-,二甲基丙烷癸烷。,2025/11/5 周三,26,烷烃的结构,甲烷的结构和,sp,3,杂化轨道,(1),碳原子轨道的,sp,3,杂化,两个成单电子，,呈,2,价？,实验事实：,CH,2,性质极不稳定，非常活泼，有形成,4,价化合物的倾向；,CH,4,中的,4,个,C-H,键完全相同。,即：,碳有形成,4,价化合物的趋势，在绝大多数有机物中，碳都是,4,价。,2025/11/5 周三,27,对实验事实的解释：,sp,3,轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。,4,个,sp,3,杂化轨道间取最大的空间距离为,正四面体,构型，键角为,109.5,。,构型,原子在空间的排列方式。,四个轨道完全相同。,2025/11/5 周三,28,(2),键的形成及其特性,CH,4,中的,4,个杂化轨道为四面体构型,(sp,3,杂化,),H,原子只能从四面体的四个顶点进行重叠,(,因为顶点方向电子云密度最大,),形成,4,个,sp,3,-s,键。,键,电子云围绕两核间连线呈圆柱体的轴对称,可自由旋转,。,2025/11/5 周三,29,乙烷、丙烷、丁烷中的碳原子也都采取,sp,3,杂化：,由于,sp,3,杂化碳的轨道夹角是,109.5,，所以烷烃中的碳链是锯齿形的而不是直线。,2025/11/5 周三,30,烷烃的构象,构象,由于分子中原子或原子团围绕,C-C,单键旋 转而产生的不同空间的排列方式。,透视式表示乙烷的构象,(,从斜侧面观察）,重叠式构象 交叉式构象,透视式,2025/11/5 周三,31,纽曼投影式,重叠式构象 交叉式构象,常用,Newman,投影式,表示烷烃的构象,（以投影的方法 观察）,。,交叉式构象：一个甲基上的氢原子正好处在另一个甲基的两个氢原子之间的中 线上。,重叠式构象：两个碳原子上的各个氢原子，正好处在相对映的位置。,2025/11/5 周三,32,Newman,投影式的写法：,(1),从,C-C,单键的延线上观察：,前碳 后碳,(2),固定“前”碳，将“后”碳沿键轴旋转，得到乙烷的各种构象。,2025/11/5 周三,33,重叠式,:,能量高，不稳定,(,各氢原子相距最近，非键张力大,),，一 般含,0.5%,交叉式,(,优势构象）,:,注意：,室温下不能将乙烷的两种构象分离，因单键旋转能垒很低,(,12.6KJ/mol),。,2025/11/5 周三,34,以能量为纵坐标，以单键的旋转角度为横坐标作 图，乙烷的能量变换曲线如下：,2025/11/5 周三,35,丁烷的构象,为,主,2025/11/5 周三,36,丁烷的能量图如下：,2025/11/5 周三,37,烷烃的物理性质,(1),沸点,（直链烷烃）,直链烷烃,随着烷烃相对分子量的增加，分子间的作用力也增加，其沸点也相应增大。,2025/11/5 周三,38,(1-2),沸点带支链的烷烃,）,同数碳原子的构造异构体中,支链增多，则分子趋向球形，使分子不能像正烷烃那样接近，分子间作用力也就减弱，所以在较低的温度下，就可以克服分子间引力而沸腾。,同数碳原子的构造异构体中，分子的支链越多，则沸点越低,。,例如：,正丁烷的沸点：,-0.5,异,丁烷的沸点：,-11.7,2025/11/5 周三,39,(2),熔点,基本上随分子量,的增加而增加。,（奇数和偶数碳）,烷烃的熔点变化：,是因为晶体分子,间的作用力不仅,取决于分子的大,小，也取决于他们在晶格中的排列。,例,:(,正戊烷,-129.8,异戊烷,-159.9,新戊烷,-16.8,),分子的,对称性,增加，它们在晶格中的排列越紧密，熔点也越高。,2025/11/5 周三,40,(3),相对密度,:,随着相对分子量的增加而有所增加,最后接近,0.8,左右,.,(4),溶解度,烷烃不溶于水，而易溶于四氯化碳,“,结构相似者相溶,”,2025/11/5 周三,41,烷烃的化学性质,1,、卤代反应,烷烃同卤素在室温和黑暗中不起反应。但在强烈日光 照射下，它们能同卤素（除碘外）发生剧烈反应。例如：在强日光直接照射下，甲烷和氯发生剧烈反应，生成碳和氯化氢。,CH,4,+2Cl,2,4 HCl+C,强烈日光,如果在漫射光、加热或催化剂的作用下，烷烃分子中的氢原子可以被卤素原子逐一取代，生成烃的各种卤代衍生物。如在漫射光照射（加热）下甲烷发生氯代反应，生成各种氯代甲烷的混合物。,CH,4,+Cl,2,CH,3,Cl+HCl,光,2025/11/5 周三,42,CH,3,Cl+Cl,2,CH,2,Cl,2,+HCl,CH,2,Cl,2,+Cl,2,CHCl,3,+HCl,CHCl,3,+Cl,2,CCl,4,+HCl,光,光,光,甲烷的氯代反应是按自由基反应机理进行的。所谓反应机理（反应历程）是指化学反应所经历的过程。,自由基机理通常分链的引发、链的增长、链的终止三个阶段。,控制甲烷与氯气的体积比或控制反应时间，可控制产物的氯代程度。,2025/11/5 周三,43,(1),链的引发：,Cl,Cl+,能量,Cl+Cl(,氯原子,氯自由基,),(2),链增长,(,链传递,):,Cl+H,CH,3,HCl+CH,3,(,甲基自由基,),CH,3,+Cl,2,CH,3,Cl+Cl,.,特点：每一步都消耗一个自由基，同时又为下一步反应产生一个新的自由基。,(3),链终止,:,Cl+Cl,Cl,2,CH,3,+CH,3,CH,3,CH,3,Cl+CH,3,CH,3,Cl,.,特点：自由基被逐渐消耗掉，并且不再产生新的自由基。,2025/11/5 周三,44,从丙烷开始,一氯代产物就不止一种。,氯自由基可以分别夺取伯、仲、叔氢原子形成伯、仲、叔烷基自由基,进一步可生成不同的一氯代产物。,从各键的离解能来看,:形成各烷基自由基所需的能量,:,(1),CH,3,-H,CH,3,+H ,H,=435kJ/mol,(2)CH,3,CH,2,CH,2,-H,CH,3,CH,2,CH,2,+H,H,=410kJ/mol,(3)CH,3,-CH-H,CH,3,-CH+H,H,=395kJ/mol,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,(4)CH,3,-C-H,CH3-C+H,H,=380kJ/mol,CH,3,CH,3,2025/11/5 周三,45,从各键的离解能来看,:,形成各烷基自由基所需的能 量,:,CH,3,1R(,伯烷基自由基,)2R 3R,3,R 2R 1RCH,3,-,越稳定的自由基越易生成即氢被夺取的容易程度,),3,H 2H1H,烷基自由基的稳定次序,:,伯、仲、叔氢原子活泼性,2025/11/5 周三,46,2.,氧化,在空气中燃烧：,在催化剂下可以使烷烃部分氧化，生成醇、醛、酸等,2025/11/5 周三,47,烯烃,主要内容,1,、烯烃的构造异构和命名,2,、烯烃的结构,3,、顺反异构现象和,E-Z,标记法,4,、烯烃的物理性质,5,、烯烃的化学性质,2025/11/5 周三,48,烯烃,-,分子中有一个碳碳双键的开链不饱和烃，烯烃的通式,-,C,n,H,2n,。,C=Ca,bb;aa,bb),Z-,次序在前的取代基,(,a,和,b,),在双键的同侧；,E-,次序在前的取代基,(,a,和,b,),在双键的异侧。,a,、,a,、,b,、,b,为次序，由次序规则定。,(1),Z,构型,(2)E,构型,2025/11/5 周三,61,E-Z,标记法,次序规则,(1),首先由和双键碳原子直接相连原子的原子序数决 定,大的在前：,IBrClSPFONCD(,氘1中子,)H,(2),若双键碳原子直接相连第一原子的原子序数相同,则比较以后的原子序数,-CH,2,CH,3,-CH,3,2025/11/5 周三,62,烯烃的物理性质,在常温下，,C2-C4,的烯烃为气体，,C5-C16,的为液体，,C17,以上 为固体。沸点、熔点、比重都随分子量的增加而上升，比重都 小于,1,，都是无色物质，溶于有机溶剂，不溶于水。,沸点：,3.7,0.88,熔点：,-138.9,-105.6,2025/11/5 周三,63,顺、反异构体之间差别最大的物理性质是偶极矩，反式异 构体的偶极矩较顺式小，或等于零，由于反式异构体中两个基 团和双键碳相结合的键，方向相反可以抵消，而顺式中则不能。,在顺、反异构体中，顺式异构体因为极性较大，沸点通常较反式高。它们的对称性较低，较难填入晶格，故熔点较低。,2025/11/5 周三,64,烯烃的化学性质,一、催化氢化,常用的催化剂：铂黑,（,Pt,）,钯粉（,Pb,）,Raney Ni,1.,原理：烯烃与氢加成反应需要很高的活化能，加入催化剂后，可以降低反应的活化能，使反应容易进行。,2025/11/5 周三,65,催化剂的作用：降低烯烃加氢的活化能。,可能机理：烯烃和一分子氢被吸附在催化剂表面，并释放出能量。能量的释放减弱了烯烃,键和氢分子的,键，从而促使两个新的碳氢键形成，烷烃自催化剂表面 解吸附，再吸附新的反应物分子，加氢反应是在碳碳双键的同侧进行。,2025/11/5 周三,66,二、亲电加成,(,1,),加卤素,烯烃容易与氯,溴发生加成反应,.,碘一般不与烯烃反应,.,氟与 烯烃反应太剧烈,往往得到碳链断裂的各种产物,.,烯烃与溴作用,通常以,C,Cl,4,为溶剂,在室温下进行。,Br,CH,3,CH=CH,2,+Br,2,CH,3,-CH-CH,2,Br,注,:,溴的,C,Cl,4,溶液,为,黄色,它与烯烃加成后形成二溴化物即转变为无色,.,褪色反应很迅速,是,检验碳碳双键,是否存在的一个特征反应。,2025/11/5 周三,67,反应历程,对称结构,环状溴鎓,离子,无重排产物,2025/11/5 周三,68,（,2,）加卤化氢,:,C=C,CH,3,-,CH,CH,2,+,+,稳定性比较,-,和杂化碳原子相连的甲基及其它烷基都有给电子性或供电性,(,与相连的氢原子比较,).,这是分子内各原子间静电的诱导作用而形成电子云偏移的结果,电子云偏移往往使共价键的极性也发生变化,.,这种因某一原子或基团的电负性（,sspsp2sp3p,）而引起电子云沿着键链向某一方向移动的效应叫诱导效应,.,诱导效应,