有机化学课程第一章烷烃.pptx

有机化学课程第一章烷烃分子式相同分子式相同分子式相同分子式相同,而构造不同得异构体称为构造异构体。而构造不同得异构体称为构造异构体。而构造不同得异构体称为构造异构体。而构造不同得异构体称为构造异构体。(Skeletal isomer)在烷烃分子中随着碳原子数得增加,异构体得数目增加得很快。对于低级烷烃得同分异构体得数目和构造式,可利用碳干不同推导出来。以己烷为例其基本步骤如下;写出这个烷烃得最长直链式:(省略了氢)写出少一个碳原子得直链式作为主链把剩下得碳当作支链。依次当取代基连在各碳原子上,就能写出可能得同分异构体得构造式。写出少二个碳原子得直链式作为主链。把两个碳原子当作支链(2个甲基),接在各碳原子上,或把两个碳原子当作(乙基),接在各碳上。把重复者去掉。这样己烷得同分异构体只有把重复者去掉。这样己烷得同分异构体只有把重复者去掉。这样己烷得同分异构体只有把重复者去掉。这样己烷得同分异构体只有5 5个。个。个。个。书写构造式时,常用简化得式子为:CH3CH2CH2CH2CH3或CH3(CH2)4CH3。伯、仲、叔和季碳原子。如戊烷得三个同分异构体为:直接与一个碳原子相连得称为伯伯(Primary)或一级碳原子,用1o表示;直接与二个碳原子相连得称为仲仲(Secondary)或二级碳原子,用2o表示;直接与三个碳原子相连得称为叔叔(Tertary)或三级碳原子,用3o表示;直接与四个碳原子相连得称为季季(Quaternary)或四级碳原子,用4o表示;第二节第二节第二节第二节 烷烃得命名法烷烃得命名法烷烃得命名法烷烃得命名法1普通命名法普通命名法。通常把烷烃称为某烷,某就是指烷烃中碳原子得数目。由一到十用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示。如:C11H24,叫十一烷。凡直链烷烃叫正某烷正某烷。如:CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷把在碳链得一末端有两个甲基得特定结构得烷烃称为异某烷异某烷。在五或六个碳原子烷烃得异构体中含有季碳原子得可加上新某烷新某烷衡量汽油品质得基准物质异辛烷则属例外,因为她得名称沿用日久,已成习惯了。2烷基烷基烷烃分子从形式上消除,一个氢原子而剩下得原子团称为烷基。10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流1892年在日内瓦开了国际化学会议,制定了系统得有机化合物得命名法,叫做日内瓦命名法。后由国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)作了几次修订,简称为IUPAC命名法。我国参考这个命名法得原则结合汉字得特点制定了我国得系统命名法(1960)。1980年进行增补和修订,公布了有机化学命名原则。在系统命名法中,对于直链烷烃得命名和普通命名法就是基本相同得,仅不写上正字。支链烷烃得命名法得步骤支链烷烃得命名法得步骤支链烷烃得命名法得步骤支链烷烃得命名法得步骤:选取主链(母体)。选一个含碳原子数最多得碳链作为主链选一个含碳原子数最多得碳链作为主链。(写出相当于这个主链得直链烷烃得名称)含多取代基时,编号采用“最低次序”原则。所谓最低序列最低序列指得就是碳链以不同方向编号,得到两种或两种以上得不同编号序列,则顺次比较各系列得不同位次,最先遇到得位次最小者为最低系列。主链碳原子得位次编号。确定主链位次得原则就是要使取代基得位次最小。从距离支链最近得一端开始编号。位次和取代基名称之间要用一连起来,写出母体得名称。、如果有几个不同得取代基时,把小得取代基名称写在前面,大得写在后面;、如果含有几个相同得取代基时,把她们合并起来,取代基得数目用二、三、四等表示,写在取代基得前面,其位次必须逐个注明,位次得数字之间要用,隔开。烷基大小得次序:甲基 乙基 丙基 丁基 戊基 己基、4、当具有相同长度得链可作为主链时,则应选择具有支链数目最多得链作为主链。5、如果支链上还有取代基时,从与主链相连得碳原子开始,把支链得碳原子依次编号,支链上取代基得位置就由这个编号所得得号数来表示。这个取代了得支链得名称可放在抬号中,或用带撇得数字来表明支链中得碳原子。1、用括号表示:2-甲基-5、5一、二(1、1-二甲基丙基)葵烷2、用带撇得数字表示:2-甲基-5、5一、二-1、1-二甲基丙烷葵烷。说明:1969年IUPAC命名法放弃了按取代基大小得次序,而按照取代基英文名称得第一个字母得次序来命名。第三节第三节第三节第三节 烷烃得构型碳原子得四面体概念及分子模型烷烃得构型碳原子得四面体概念及分子模型烷烃得构型碳原子得四面体概念及分子模型烷烃得构型碳原子得四面体概念及分子模型1、碳原子得四面体概念及分子模型。构型就是指只有一定构造得分子中原子在空间得排列状况。Vant Hoff和Le Bet同时提出碳正四面体得概念。认为碳原子相连得四个原子或原子团,不就是在一个平面上,而就是在空间分布成四面体。碳原子位于四面体得中心,四个原子或原子团在四面体就是得顶点上。甲烷分子得构型就是正四面体。常使用Kekiile模型(叫球棒模型)和Stuart(叫比例模型)。Kekiile分子模型,制作容易,使用也方便,只就是不能准确地表示出原子得大小和键长。Stuart根据分子中各原子得大小和键长按照一定得比例放大(一般为2亿:1)制成分子模型。这种模型就是比较符合分子形状得C 1s22s22p12py1,按照未成键电子得数目,碳原子应当就是二价。然而,实际上甲烷等烷烃分子中碳原子一般就是四价,而不就是二价。原子杂化理论设想,碳原子形成烷烃时:她们得空间取向就是分指向四面体得顶点。Sp3轨道得对称轴之间互成109028。2 2、碳原子得碳原子得碳原子得碳原子得sp3sp3杂化。杂化。杂化。杂化。3 3、烷烃分子得形成烷烃分子得形成烷烃分子得形成烷烃分子得形成由于C得四个sp3轨道得几何构型为正四面体,轨道对称夹角为109028,这就决定得烷烃分子中碳原子得排列不就是直线形得。甲烷得正四面体构型可用契性透视式表示:实线表示处在纸平面上得价键,虚契性线表示处在纸面得价键,实契性线表示处在纸面前得价键。第四节第四节 烷烃得构象烷烃得构象1、乙烷得构象乙烷得构象由于乙烷就是由一个C-C键,六个C-H键连接形成得,键单键可绕键轴旋转。所谓构象就是指有一定构造得分子通过单键得旋转,形成得各原子或原子团在空间得排布。由于单键得旋转,使连接在碳上得原子或原子团在空间得排布位置随之发生变化,所以构造式相同得化合物可能有许多构象。她们之间互为构象异构体构象异构体。构象构象得表示方法。(以乙烷为例)透视式透视式(锯架式):纽曼式纽曼式(Newman):2 2、乙烷分子得能量曲线图乙烷分子得能量曲线图乙烷分子得能量曲线图乙烷分子得能量曲线图 由交叉式(反叠式)转变为重叠式(吸叠式)时必须吸收12、5KJ/mol得能量,由重叠式转变为交叉式时会放出12、5KJ/mol得能量。这只就是乙烷得两个极限式,低温时,交叉式构象增多。从理论上讲,乙烷分子得构象就是无数得,其她构象则界于上述两种极限构象之间。正丁烷得构象 把正丁烷C1和C4作甲基,在饶单键旋转时,主要构象为:第五节第五节第五节第五节 烷烃得物理性质烷烃得物理性质烷烃得物理性质烷烃得物理性质有机化合物得物理性质包括化合物得状态、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度,这些物理常数通常用物理方法测定出来得,可以从化学和物理手册中查出来。1、物质状态:2、沸点:3、熔点;正烷烃得熔点,同系列C1-C3不那么规则,但C4以上得就是随着碳原子数得增加而升高。不过,其中偶数得升高多一些,以至含奇数和含偶数得碳原子得烷烃各构成一条熔点曲线,偶数在上偶数在上,奇数在奇数在下下。解释:在晶体中,分子间得作用力不仅取决于分子得大小,而且取决于警惕中碳链得空间排布情况。排列紧密排列紧密(分子间得色散力就大)熔点就高熔点就高。4、比重比重 正烷烃得比重就是随着碳原子得数目增加逐渐有所增大,二十烷以下得按近于0、78。这也与分子间引力有关,分子间引力增大,分子间得距离相应减小,比重则增大。5、溶解度溶解度:烷烃不容与水,能溶于某些有机溶剂,尤其就是烃类中。相似相溶,结构相似,分子间得引力相似,就能很好溶解。第六节第六节第六节第六节 烷烃得化学性质烷烃得化学性质烷烃得化学性质烷烃得化学性质1、氧化氧化 在空气中燃烧:在催化剂下可以使烷烃部分氧化,生成醇、醛、酸等热裂热裂 把烷烃得蒸气在没有氧气得条件下,加热到450以上时,分子中得键发生断裂,形成较小得分子。这种在高温及没有氧气得条件下发生键断裂得反应称为热裂反应。卤代反应卤代反应 烷烃得氢原子可被卤素取代,生成卤代烃,并放出卤化氢。这种取代反应称为卤代反应。氯代反应:甲烷得氯代反应较难停留在一氯代甲烷阶段但控制一定得反应条件和原料得用量比,可以使其中一种氯代烷为主要产品。碳链较长得烷烃氯代时,反应可以在分子中不同得碳原子上取代不同得氢,得到各种氯代烃。在丙烷分子中伯氢有六个,仲氢有两个,如果只考虑碰撞频率和推测概率因子,我们预计丙烷得氯代将按3:1生成每个氢原子得相对活性为:仲氢/伯氢=(57/2)/(43/6)=4,这就就是说仲氢和伯氢得相对活性为4:1。叔氢与伯氢得相对活性:叔氢/伯氢=(36、1/1)/(64/9)=(5、1/1)实践结果表明,叔、仲、伯叔、仲、伯氢在室温时得相对活性位5:4:1,即每个伯、仲、叔氢被氯取代生成相应氯代烷底相对比例。这说明,烷烃得氯代,在室温下有选择性。(选择性就就是产物有多有少)据此,可以预测某一烷烃在室温一氯代产物中异构体得得率。如:溴代反应中,也遵循叔氢仲氢伯氢得反应活性,相对活性为1600:82:1。溴得选择性比氯强,这就是什么道理呢？这可用卤原子得活泼性来说明,因为氯原子较活泼,又有能力夺取烷烃中得各种氢原子而成为HCL。溴原子不活泼,绝大部分只能夺取较活泼得氢。第七节第七节第七节第七节 卤代反应历程卤代反应历程卤代反应历程卤代反应历程 (Reaction Mechanism)(Reaction Mechanism)1、甲烷得氯代反应历程甲烷得氯代反应,有下列诸事实:甲烷与氯在室温和暗处不起反应;就就是在暗处,若温度高于250oC时,反应会立即发生;室温时,紫外光影响下,反应也会发生;当反应由光引发时,每吸收一个光子可以得到许多个(几千个)氯甲烷分子;有少量氧得存在会使反应推迟一段时间,这段时间过后,反应由正常进行。这段推迟时间与氧得量有关。甲烷氯化得历程:现在认为这就是由于现在认为这就是由于氧极易与甲基自由基反应生成新得自由基氧极易与甲基自由基反应生成新得自由基氧极易与甲基自由基反应生成新得自由基氧极易与甲基自由基反应生成新得自由基。因为生成得甲基游离基先被氧夺去生成得甲基游离基先被氧夺去,从而链增长不能进行。只有当从而链增长不能进行。只有当不再有氧时不再有氧时反应才能正常进行反应才能正常进行。这种能使自由基反应减慢或停止得物质叫做自由基抑制剂自由基抑制剂(Inhibitor)或阻止剂,抑制作用使自由基反应得一个特征。烷烃得卤化反应历程烷烃得卤化反应历程烷烃得卤化反应历程烷烃得卤化反应历程:二、卤素对甲烷得相对反应历程二、卤素对甲烷得相对反应历程二、卤素对甲烷得相对反应历程二、卤素对甲烷得相对反应历程甲烷卤代得反应热()其中,氟、氯、溴与甲烷反应为放热反应,碘为吸热反应故反应活性为反应活性为:氟氟氯氯溴溴碘碘各步H和HR可以从反应中键能得改变近似地计算出来。以反应热HR 来衡量反应进行得难易、快慢,显然在极大多数情况下就是有用得,但也有许多例外。说明,H与反应速度之间得关系并不必然得。为了弄清这个问题我们讲一下过渡态理论。过渡态理论。(2 2)为决定反应速度得步骤为决定反应速度得步骤为决定反应速度得步骤为决定反应速度得步骤过渡态 化学反应可以认为就是从反应物到产物逐渐过渡得一个连续过程。在这个连续过程中,必须经过一种过渡态,即反应物与产物结构之间得中间状态。如果把反应进程作横坐标,以位能作纵坐标,反应体系得位能变化如图所示:三、过渡态理论三、过渡态理论三、过渡态理论三、过渡态理论1、活化能 2、反应热 反应热(H)就是产物与反应物得焓差3、决定反应速度得就是活化能E,就是能垒高度4、活性中间体和过渡态过渡态得位能相当于位能曲线得顶峰过渡态得位能相当于位能曲线得顶峰过渡态得位能相当于位能曲线得顶峰过渡态得位能相当于位能曲线得顶峰,就是发生反应所需克服得能垒。就是发生反应所需克服得能垒。就是发生反应所需克服得能垒。就是发生反应所需克服得能垒。烷烃得卤代反应,在室温下,叔、仲、伯氢得活性顺序就是叔、仲、伯氢得活性顺序就是 3o 2 o1o。烷烃被夺取一个氢原子后形成游离基,故必先考察形成各种烷基游离基得难易程度。游离基越稳定,氢原子越已被夺去,活泼性就越强。四、烷烃对卤代反应得相对活性与烷基游离基得稳定性四、烷烃对卤代反应得相对活性与烷基游离基得稳定性四、烷烃对卤代反应得相对活性与烷基游离基得稳定性四、烷烃对卤代反应得相对活性与烷基游离基得稳定性甲基游离基得结构:1、比较烷烃得C-H 键得离解性:离解能愈小,C-H键易断裂,游离基易生成。氢原子越易被夺去,活泼性越强。相对活性相对活性相对活性相对活性烷烃卤代氢得相对活性烷烃卤代氢得相对活性烷烃卤代氢得相对活性烷烃卤代氢得相对活性3o 2 o1 oCH4游离基得能量越低,越稳定。烷基游离基得稳定性次序为:3o 2o 1oCH3,即三级二级一级CH3从3o、2o、1o C-H离解活性看,形成叔自由基和仲自由基就是所需要得能量较低。她们所含得内能也较低,换句话说她们较稳定。1、比较活化能 反应活性得差别主要就是由活化能得差别引起得。这就就是说,游离基越稳定,形成她得活化能就越低。生成2o 所需得活化能比1o 少4、3 KJ/Mol(E1-E2=12、6-8、3=4、3),故2o 比 1o 游离基稳定。第八节第八节第八节第八节 烷烃得制备烷烃得制备烷烃得制备烷烃得制备一一、偶联反应偶联反应1、Wurtz(武慈)合成法:2、卤代烷与二烷基铜锂得偶联科瑞(E、J、Corey)-郝思(H、House)反应