大学有机化学-烷烃完整ppt课件.ppt

1、.1.2分子中只有分子中只有C C、H H两种元素的有机化合物叫做烃。两种元素的有机化合物叫做烃。 通式通式：CnH2 n + 2+ 2烃分子中所有化学键均为 键，即CSP3CSP3CSP3H1S烷烃：烷烃：分子中的碳除以分子中的碳除以碳碳单键相连碳碳单键相连外，碳的其他价外，碳的其他价键都键都为氢原子所饱和为氢原子所饱和的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。的烃叫做烷烃，也叫做饱和烃。.3 同系列：同系列：具有同一个通式，具有同一个通式，在组成上相差一个或几个在组成上相差一个或几个CHCH2 2的一系列化合物。的一系列化合物。 同系差：同系差：同系列组成上的差异同系列组成上的差异CHCH2 2。 同系

2、物：同系物：同系列中的化合物彼此互为同系物。同系列中的化合物彼此互为同系物。 .4 H CHHHHCHHCHHH H CHHCHHCHHHH CHHCHHCHHCHHH .5同分异构体：同分异构体：具有相同分子式的不同化合物。具有相同分子式的不同化合物。构造异构体：构造异构体：具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺具有相同分子式，分子中原子或基团因连接顺序不同而产生的异构体。序不同而产生的异构体。 碳架异构：碳架异构：由碳架不同引起的异构，称碳架异构。由碳架不同引起的异构，称碳架异构。( (属构造属构造异构异构) )开链烷烃的开链烷烃的构造异构构造异构只有只有碳架异构碳架异构CH3-CH2-

3、CH2-CH2-CH3CH3 CH CH2-CH3CH3CH3 C CH3CH3CH3正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷.6.7.8在烃分子中在烃分子中仅与一个碳相连的碳原子仅与一个碳相连的碳原子叫做叫做伯碳原子伯碳原子（或一级碳原子，用（或一级碳原子，用1 1表示）表示）在烃分之中在烃分之中仅与两个碳相连的碳原子仅与两个碳相连的碳原子叫做叫做仲碳原子仲碳原子（或二级碳原子，用（或二级碳原子，用2 2表示）表示）在烃分之中在烃分之中仅与三个碳相连的碳原子仅与三个碳相连的碳原子叫做叫做叔碳原子叔碳原子（或三级碳原子，用（或三级碳原子，用3 3表示）表示）在烃分之中仅在烃分之中仅与四个碳相连

4、的碳原子与四个碳相连的碳原子叫做叫做季碳原子季碳原子（或四级碳原子，用（或四级碳原子，用4 4表示）表示） CH3 C CH2 CH CH3C H3C H31234C H31.9CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3 CH CH2-CH3CH3CH3 C CH3CH3CH3正戊烷正戊烷 异戊烷异戊烷 新戊烷新戊烷.10二、二、 烷基烷基为了学习系统命名法，应先认识烷基。为了学习系统命名法，应先认识烷基。烷基烷基烷烃分之中烷烃分之中去掉一个氢原子去掉一个氢原子而剩下的原子团而剩下的原子团称为烷基。称为烷基。 .11 烷基的通式为烷基的通式为C Cn nH H2n+12n+1 常用常用R R

5、表示表示 此外还有此外还有“亚亚”某基某基,“,“次次”某基。某基。.12二价基二价基 亚基：亚基： C H2亚亚 甲甲 基基C H2C H21,2_亚亚 乙乙 基基三价基三价基次基：次基：CH2次甲基CCH3次乙基C苯次甲基.13三、系统命名法（三、系统命名法（IUPACIUPAC命名法）命名法）系统命名法是中国化学学会根据系统命名法是中国化学学会根据国际纯粹和应用化学联国际纯粹和应用化学联合会合会（IUPACIUPAC）制定的有机化合物命名原则，再）制定的有机化合物命名原则，再结合我国汉字结合我国汉字的特点的特点而制定的（而制定的（19601960年制定，年制定，19801980年进行了修

6、定）年进行了修定）系统命名法规则如下：系统命名法规则如下：1. 1. 选择主连（定母体）选择主连（定母体）（1 1） 选择选择最长最长的碳链作为主链，的碳链作为主链，根据主链碳原子数，根据主链碳原子数，定母体，定母体，称为称为“某烷某烷”.14 主碳链的选择主碳链的选择当有当有两个以上两个以上的的等长等长碳链可供选择碳链可供选择时，其选择顺序为：时，其选择顺序为： 例：例：选择支链选择支链最多最多的碳链为主碳链。的碳链为主碳链。 CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH32 , 3 , 5_ _4三甲基丙基庚烷正确：（有四个支链）.152. 2. 主链的编号主链的编

7、号近取代基端开始编号，并遵守近取代基端开始编号，并遵守“最低系列编号规则最低系列编号规则”CCCCCCCCCCCCCCCCCC）取代基编号最小取代基编号最小）小的）小的取代基编号最小取代基编号最小.163 3烷烃名称的写出烷烃名称的写出A A 将支链（取代基）写在母体名称的前面将支链（取代基）写在母体名称的前面B B 取代基按取代基按“次序规则次序规则”小的基团优先列出小的基团优先列出烷基的大小次序：甲基烷基的大小次序：甲基 乙基乙基 丙基丙基 丁基丁基 戊基戊基 己基己基 异戊基异戊基 异异丁基丁基 邻位交叉式邻位交叉式 部分重叠式部分重叠式 全重叠式全重叠式室温下，正丁烷构象异构体处于迅速

8、转化的动态平衡中，室温下，正丁烷构象异构体处于迅速转化的动态平衡中， 不能分离。不能分离。最稳定的对位交叉构象最稳定的对位交叉构象是优势构象。是优势构象。 .28一、状态一、状态 常温、常压常温、常压(0.1MPa)(0.1MPa) C5C16：液态液态 C1C4：气态气态C17：固态固态直链直链烷烃烷烃二、沸点（二、沸点（b.p） 1. .直链烷烃直链烷烃 (1) M，b.p；庚烷：庚烷：100100(98.4)(98.4)。 解释解释： 烷烃的物理性质烷烃的物理性质分子间力分子间力( (Van der Waals) )： 静电引力静电引力诱导力诱导力 色散力色散力( (烷烃烷烃 =0) )

9、 而：而：色散力色散力 共价键数目共价键数目( (即即CC、CH) ) .29 (2)相邻同系物的沸点差相邻同系物的沸点差( b.p) b.p)，随，随M， b.p b.p。解释解释： CH4(- 161.6)C2H6(-88.6)b.p 73 C.C5H12C6H14(68.9)(36.1)b.p 32.8 C.C12H26C13H28b.p 19.3 C.(216.2)(235.5)M1 倍M1 / 5M1 / 12 ( (1) )支链支链，b.p。 CH3CH2CH2CH2CH3(CH3)2CHCH2CH3(CH3)4C36.1 C.27.9 C.9.5 C. 解释解释：色散力是近距离较

10、大。色散力是近距离较大。 2. .支链烷烃支链烷烃( (同分异构体同分异构体) ) ( (2) )支链数相同：支链数相同：对称性对称性，b.p； CH3CHCHCH3CH3CH3CH3CCH3CH3CH2CH358C.49.7 C.30 小结小结：沸点高低的判断方法沸点高低的判断方法 A：数碳原子数目：数碳原子数目数目数目，b.p； B B：碳原子数目相同：碳原子数目相同支链支链，b.p； C C：支链数目相同：支链数目相同对称性对称性，b.p； 三、熔点三、熔点(m.p)(m.p) 1直链烷烃直链烷烃 M，m.pm.p(C(C3 3以后以后) )。 .31 由此可见：含由此可见：含偶数偶数C

11、，m.p的的多；多； 含含奇数奇数C，m.p的的少。少。 从而形成了从而形成了“偶上奇下偶上奇下”两条曲线。两条曲线。 解释解释： 在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的在晶体中，分子间作用力不仅取决于分子的大小，还于晶体中晶格排列的大小，还于晶体中晶格排列的对称性对称性有关。有关。 含偶数碳原子的含偶数碳原子的碳链具有较好的对称性，晶碳链具有较好的对称性，晶格排列紧密。格排列紧密。 .32 2. 同分异构体同分异构体 支链支链M，m.pm.p( (不利于晶格的紧密排列不利于晶格的紧密排列) )。 对称性对称性，m.pm.p；高度对称高度对称的异构体的异构体 m.p m.p 直链异构体直链异构

12、体 m.p m.p 。 四、相对密度：四、相对密度： 分子量分子量，密度密度，但但1 1； 支链支链，密度，密度。 五、溶解度五、溶解度烷烃都烷烃都不溶于水不溶于水，能溶于有机溶剂。，能溶于有机溶剂。“相似者相溶相似者相溶”.331 1） 其共价键都为其共价键都为键，键，键能大键能大C-H 415KJ/molC-H 415KJ/mol C-C 345.6KJ/mol C-C 345.6KJ/mol （2 2）分子中的）分子中的共价键不易极化共价键不易极化 （电负性差别小（电负性差别小C2.5C2.5， H2.1H2.1）.34一、氧化反应一、氧化反应.35.36二、二、 热裂反应热裂反应在高温

13、及没有氧气的条件下使烷烃分子中的在高温及没有氧气的条件下使烷烃分子中的C-CC-C键和键和C-HC-H键发生断裂的反应称为热裂反应。键发生断裂的反应称为热裂反应。例如：例如：CHCH2CH3HH(2)(1)(1)(2)CH3-CH=CH2 + H2 CH4 + CH2=CH2丙烯乙烯在在紫外光漫射或高温紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。下，甲烷易与氯、溴发生反应。.37三、三、 卤代反应卤代反应烷烃的烷烃的氢原子被卤素取代氢原子被卤素取代生成卤代烃的反应称为卤生成卤代烃的反应称为卤代反应。通常是指氯代或代反应。通常是指氯代或溴代溴代。CH4Cl2黑暗中强烈日光不发生反应猛烈反应4HC

14、l + C在在紫外光漫射或高温紫外光漫射或高温下，甲烷易与氯、溴发生反应。下，甲烷易与氯、溴发生反应。甲烷的卤代反应较甲烷的卤代反应较难停留在一元阶段难停留在一元阶段，氯甲烷还会继续，氯甲烷还会继续发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。发生氯化反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。= 1 = 1 ：4 4 （400400时）主要为时）主要为CClCCl4 4CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4Cl2Cl2Cl2光光光Cl2光.382 2） 伯、仲、叔氢的相对反应活性伯、仲、叔氢的相对反应活性 CH3-CH2-CH3Cl2CH3-CH2-CH2CH3-CH-CH3ClCl4

15、3%57%25光，伯氢的相对活性仲氢的相对活性=57 / 243 / 641分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活分子中，有六个等价伯氢，两个等价仲氢，若氢的活性一样，则两种一氯代烃的产率，性一样，则两种一氯代烃的产率， 氢的相对活性氢的相对活性 = = 产物的数量产物的数量被取代的等价氢的个数。被取代的等价氢的个数。即仲氢与伯氢的相即仲氢与伯氢的相对活性为对活性为4 4 ：1 1。 .39再看异丁烷一氯代时的情况：再看异丁烷一氯代时的情况： CH3-CH-CH3CH3Cl2CH3CCH3CH3ClCH3CHCH3CH2Cl光25叔丁基氯异丁基氯36%64%同上分析，可求得叔氢的相对反

16、应活性同上分析，可求得叔氢的相对反应活性叔氢的相对活性伯氢的相对活性=36 / 164 / 9=5.11即叔氢的反应活性为伯即叔氢的反应活性为伯氢的氢的5 5倍倍 故故室温时室温时三种氢的相对活性为：三种氢的相对活性为： 3 3H H ：2 2H H ：1 1H = H = 5 5 ：4 4 ：1 1在在高温时高温时（450450）氯代时三种氢的活性接近于：）氯代时三种氢的活性接近于： 3 3H H ：2 2H H ：1 1H = H = 1 1 ：1 1 ：1 1 溴带反应时溴带反应时（光照，（光照，127127），三种氢的相对活性为：），三种氢的相对活性为： .40实验证明，甲烷的氯代反应

17、为自由基历程实验证明，甲烷的氯代反应为自由基历程链链引引发发：C Cl l：C Cl lh hC Cl lC Cl l+ +链链增增长长：C Cl l+ +C CH H3 3H HH HC Cl l+ +C CH H3 3C CH H3 3+ +C Cl l2 2C CH H3 3C Cl l+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l+ +C Cl lH HC Cl l+ +C CH H2 2C Cl lC CH H2 2C Cl l+ +C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2C Cl l+ +生生成成活活泼泼质质点点原原有有的的活活泼泼质质点点消消失失，生生成成新新的的

18、活活泼泼质质点点。链链终终止止：C Cl lC Cl l+ +C Cl l2 2C CH H3 3+ +C Cl lC CH H3 3C Cl l活活泼泼质质点点消消失失。. CH3 + . CH3 CH3-CH3凡是自由基反应，都是经过凡是自由基反应，都是经过链的引发、链的传递、链的终链的引发、链的传递、链的终止止三个阶段来完成的。三个阶段来完成的。.41三三. .卤代反应中卤代反应中X2的相对活性：的相对活性： ( (1 1) )X X2 2 X X( (2 2) )+ +C CH H4 4H HX X + + C CH H3 3( (3 3) )C CH H3 3+ +X X2 2C C

19、H H3 3X X+ + X XF F C Cl l B Br r I I+ + 1 18 88 8. .3 3+ + 2 24 42 2. .7 7+ + 1 19 92 2. .5 5 + + 1 15 50 0. .6 6难难易易- - 1 13 30 0. .0 0- - 1 10 07 7. .0 0+ + 4 4. .0 0+ + 7 71 1. .0 0+ + 1 13 38 8. .0 0- - 2 29 97 7. .0 0- - 1 10 00 0. .0 0- - 8 84 4. .0 0H H- - 4 42 27 7. .0 0- - 1 10 03 3. .0 0-

20、 -2 29 9. .0 0+ + 5 54 4. .0 0最最易易易易难难关关键键步步骤骤结结 论论: :反反应应活活性性F F C Cl l B Br r I I四四. .卤代反应取向的理论解释卤代反应取向的理论解释自由基的稳定性：自由基的稳定性： 为什么为什么不同类型不同类型H原子的反应活性次序为：原子的反应活性次序为： 3H 2H 1 1H H ？ .42 1、各类各类CHCH键的离解能：键的离解能： C CH H3 3H HC CH H3 3+ +H HC CH H2 2H HC CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2+ +H HC CH H3 3C CH HH HC C

21、H H3 3+ +H HC CH H3 3C CH HC CH H3 3C CH H3 3C CH HC CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CC CH H3 3C CH H3 3+ +H Hm mo ol l- -1 14 41 10 0. .3 34 43 39 9. .6 6K KJ Jm mo ol l- -1 1K KJ J3 39 97 7. .7 7m mo ol l- -1 1K KJ J3 38 89 9. .4 4m mo ol l- -1 1K KJ J离离解解能能，反反应应活活性性。 H原子的反应活性次序为：原子的反应活性次序为：3H 2H 1 1H

22、H 显然，自由基形成的难易应为：显然，自由基形成的难易应为： 3 3。2 2。1 1。C CC CC CC CH H3 3易易难难容易形成的自由基容易形成的自由基，一定是稳定的自由基。一定是稳定的自由基。自由基的稳定性自由基的稳定性顺序为：顺序为： 。2 2。1 1。C CC CC CC CH H3 33 3.43 2、 自由基稳定性的理论解释自由基稳定性的理论解释 ，p-超共轭效应超共轭效应，p-超共轭效应超共轭效应的大小与参与共轭的的大小与参与共轭的CH键数目有关。键数目有关。C CC CC CC CH HH HH HH HH HH HH HH HC CC CC CH HH HH HH H

23、H HH HH HH HH HC CC CC CH HH HH HH HH HH HH HC CC CH HH HH HH HH HC CH HH HH HC C9 96 63 30 0.44第二节第二节 环烷烃环烷烃 Cycloalkane环烷烃环烷烃单环单环双环双环多环多环环烷烃的命名环烷烃的命名CH3H3CCH3CH2CH2CHCH2CH3CH3CH2CH3在相同碳数的烷烃名称前加在相同碳数的烷烃名称前加“环环”，“cyclo”例如：乙基环戊烷ethylcyclopentane1,1,4-三甲基环己烷 1,1,4-trimethylcyclohexane3-甲基-1-环己基戊烷1-cyc

24、lohexyl-3-methylpentane.45由于几何形状上的限制，环丙烷由于几何形状上的限制，环丙烷分子虽是平面结构，但成键的电分子虽是平面结构，但成键的电子云并不沿轴向重叠，其子云并不沿轴向重叠，其杂化轨杂化轨道之间以弯曲方向进行部分重叠道之间以弯曲方向进行部分重叠，形成，形成弯曲键弯曲键。键角与轨道的正常夹键角与轨道的正常夹角有偏差角有偏差, , 造成重叠造成重叠程度小程度小, , 键能下降键能下降, ,产产生生角张力角张力。容易开环。容易开环环烷烃中的碳原子也是环烷烃中的碳原子也是 spsp3 3杂化，因此只有当杂化，因此只有当键角接近键角接近109 28109 28，轨道的重叠

25、程度最大，轨道的重叠程度最大，结构也越稳定。结构也越稳定。.46环烷烃的稳定性：环烷烃的稳定性： 环己烷环己烷 环戊烷环戊烷 环丁烷环丁烷 环丙烷环丙烷光+Cl2Cl+HCl.47加成反应加成反应环丙烷的一条环丙烷的一条 键断裂，试剂中的两个原子分别加到两端键断裂，试剂中的两个原子分别加到两端催化氢化加卤素和卤化氢+H2CH3CH2CH3Ni80+H2CH3CH2CH2CH3Ni200+Br2CH2CH2CH2BrBr+ HBrCH3CH2CH2Br溴的红棕色褪去溴的红棕色褪去鉴别鉴别.48取代环丙烷与取代环丙烷与HX加成，开环总是在加成，开环总是在H最多最多和和H最少的两个碳原子之间，最少的

26、两个碳原子之间，H加在含加在含H多多的碳原子上。的碳原子上。练习：+ HBrCH3CH2CH2CHCH3BrH+ HBrCH3H3CCH3CH3CHCH3CCH3CH3Br.49HCH3HCH3HCH3CH3H相同基团在异侧反式相同基团在同侧顺式顺-1,2-二甲基环丙烷 反-1,2-二甲基环丙烷练习：写出1-甲基-3-乙基环己烷的顺反异构体HCH3HC2H5CH3HHC2H5答案：顺式反式环烷烃环中C-C单键受环约束不能自由旋转,导致产生顺反异构.50 (P100)环己烷中C-C键的扭转可产生各种构象典型构象为椅式和船式 椅椅 式式 船船 式式2, 35, 62, 35, 6123456123

27、456HH椅式和船式的相互转变椅式和船式的相互转变.51HHHHHHHHHHHH与对称轴平行为竖键（与对称轴平行为竖键（a a键）键）与对称轴近乎垂直为横键（与对称轴近乎垂直为横键（e e键）键）a 键e 键翻环室温下，环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象室温下，环己烷可由一种椅式构象转变为另一种椅式构象a e，e a对称轴.52先画侧面椅式折线，再交上先画侧面椅式折线，再交上另一椅式折线，最后画另一椅式折线，最后画 a a键键和和e e键，同碳指向相反。键，同碳指向相反。同类型键：邻位指向相反，间位指向相同。a a键键e e键键 环己烷椅式构象的画法环己烷椅式构象的画法.53如：甲基环

28、己烷如：甲基环己烷CH3HHCH3HH353511一取代环己烷以e-取代物为优势构象稳定稳定优势构象优势构象不稳定不稳定二取代环己烷有顺式和反式两种构型，其优势构象为e键取代基最多的构象大基团处于e键的构象.54练习：写出乙基环己烷和反练习：写出乙基环己烷和反-1-甲基甲基-3-异丙基环己烷异丙基环己烷 的优势构象。的优势构象。如：CH3C(CH3)3CH3CH3反-1，2-二甲基环己烷顺-1-甲基-4-叔丁基环己烷CH2CH3CH3CH(CH3)2.551. 烷烃、环烷烃的结构：烷烃、环烷烃的结构：C原子原子sp3杂化，单键（杂化，单键（ 键键） 烷烃烷烃碳链异构、构象异构碳链异构、构象异构异构现象异构现象 环烷烃环烷烃位置异构、顺反异构、构象异构位置异构、顺反异构、构象异构2. 化学性质化学性质 烷烃、环烷烃烷烃、环烷烃自由基取代；自由基取代； 小环烷烃小环烷烃开环加成。开环加成。