升本烷烃(环)课件2.ppt

1、第二章 烷烃和环烷烃烃(hydrocarbon)：仅有碳氢两种元素的化合物。第一节 烷烃 （alkane）一、分类和构造异构 （已学）二、命名（英文名称等扩展）三、结构 （已学）四、构象（略微复习）五、物理性质（波谱，其它已学）六、化学反应（重点：取代反应）一、分类和构造异构 （已学）1、同系列；2、构造异构；3、碳原子的种类1)环碳数目小环 (三元环、四元环)常见环 (五元环、六元环)中环 (七元环至十二元环)大环 (大于十二个碳原子)2)环的数目单环环烷烃双环环烷烃多环环烷烃*顺反异构顺反异构 顺顺-1，2二甲基环丙烷二甲基环丙烷 反反-1，2二甲基环丙烷二甲基环丙烷构造异构构造异构 改变

2、环碳数、链烯。改变环碳数、链烯。C4H8CH3HCH3HCH3HHCH3CH3HHCH3CH3HCH3H顺-1,4-二甲基环己烷Cis-1,4-dimethylcyclohexane反-1,4-二甲基环己烷trans-1,4-dimethylcyclohexane(1)常见的烷基取代基 P44表2-2CH3CH3CH2CH3CH2CH2CH3CHCH3甲基 (methyl)(Me)乙基 (ethyl)(Et)(正)丙基 n-propyl (n-Pr)异丙基 isopropyl (iso-Pr)(正)丁基 n-butyl (n-Bu)CH3CH2CH2CH2二、命名 （一）普通命名法 （二）系统

3、命名法(2)次序规则的运用（已学）CC CC CCCCC CCCCCCC次序大，位号大C14811仲丁基 sec-butyl (sec-Bu)二级丁基CH3CH2CHCH3异丁基(isobutyl)(iso-Bu)CH3CH3叔丁基(tert-butyl)(tert-Bu)三级丁基C CH3CH3CHCH2CH3（3）复杂的支链，也要编号确定支链上的支链位置。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3C CH2CH3H3CCH3123456789101 232-甲基-5-（1，1-二甲基丙基）癸烷（4）英文名称，取代基是按字首字母顺序排先后的。CH3CH2CH2CHCHCH

4、2CH2CH2CH3CHCH2CH2CH3H3CCH31234567895-丙基-4-异丙基壬烷4-isopropyl-5-propylnonane 单环烃：a 英文英文,烷烷名前面加名前面加“cyclo”.1-甲基甲基-3-乙基环己烷乙基环己烷3-ethyl-1-methyl cyclohexane b取代基较大，则长链作母体，环作取代基。取代基较大，则长链作母体，环作取代基。3-甲基甲基-4-环丁基庚烷环丁基庚烷4-cyclobutyl-3-methylheptane螺环烃：螺环烃：螺原子：两环共用的碳原子。螺原子：两环共用的碳原子。从螺原子邻碳沿小环从螺原子邻碳沿小环编号编号到大环，并使

5、取代基到大环，并使取代基位次最小。英文位次最小。英文,螺螺“spiro”.螺螺4.5癸烷癸烷spiro4.5decane5-甲基螺甲基螺3.4辛烷辛烷5-methylspiro3.4octane12345678910螺原子 有两个以上的碳环，且共用两个以上碳的化合物。有两个以上的碳环，且共用两个以上碳的化合物。(3)桥环烃：桥环烃：命名：命名：1)确定碳环数：切断桥路，变成链状，所切最小次数就确定碳环数：切断桥路，变成链状，所切最小次数就是环数。或从桥头碳原子出发，判断有几条桥路，如：是环数。或从桥头碳原子出发，判断有几条桥路，如：3个桥路为二环个桥路为二环(双环双环)；4个桥路为三环。个桥路

6、为三环。二 环桥头碳桥 路2)编号：编号：顺序：从一桥头，沿顺序：从一桥头，沿最长桥路最长桥路到第二桥到第二桥头，再沿头，再沿次长桥路次长桥路到第一个桥头，最后给到第一个桥头，最后给最短桥路最短桥路编号。编号。使取代基位次最小。使取代基位次最小。3)写名称：取代基写名称：取代基 +某环某环 .某烃某烃 二环二环 4.4.0癸烷癸烷 bicyclo4.4.0decane二环二环 2.2.2辛烷辛烷 bicyclo2.2.2octane1234567891012345678三、结构三、结构(已学）已学）1.拜尔张力学说拜尔张力学说 平面多边形。按平面多边形。按Sp3杂化杂化 正四面体键角应正四面体

7、键角应10928几何学上，几何学上，三员三员60，四员四员90 五员五员108，六员，六员120 小环的内角存在恢小环的内角存在恢复正常键角的复正常键角的张力张力，使，使环变得不稳定。环变得不稳定。环丙烷环丙烷必须是必须是平面型平面型环，碳环，碳Sp3杂化杂化 (1)碳碳键成为碳碳键成为弯曲键弯曲键，存在严重的，存在严重的角张力角张力；(2)碳氢键均处于碳氢键均处于重叠式重叠式构象，存在构象，存在扭转张力扭转张力。105.5。60。环丙烷环丙烷角张力最大，最不稳定；角张力最大，最不稳定；环戊烷环戊烷角张力较小，较角张力较小，较稳定；实际上稳定；实际上环己烷很稳定。环己烷很稳定。沙赫斯提出，碳原

8、子沙赫斯提出，碳原子可不在同一平面可不在同一平面上，同时保持上，同时保持正四面体正常角度。正四面体正常角度。30年后莫尔提出年后莫尔提出非平面张力环非平面张力环的学说，并画出模型。的学说，并画出模型。环戊烷环戊烷环己烷环己烷四、构象四、构象 (复习）复习）1）乙烷的两种典型构象及表示方法重叠式交叉式H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H楔形式 锯架式 纽曼式H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH重叠式交叉式介于重叠式与交叉式之

9、间的无数构象称为扭曲式构象。2)正丁烷的构象四种典型构象HHCH3CH3HHHH3CHCH3HHCH3HHCH3HHHH3CHHHH3C部分重叠式全重叠式邻位交叉式对位交叉式稳定性：对位交叉式 邻位交叉式 部分重叠式 全重叠式H3CHHCH3HHCH3HHCH3HHHH3CHCH3HHHH3CHCH3HHHHCH3CH3HHHHCH3CH3HHCH3HHCH3HH 正烷烃的优势构象类似正丁烷，是能量最低的对位交叉式。（1）环丁烷：四个碳不在同平面，）环丁烷：四个碳不在同平面，折叠式折叠式排列。排列。蝶式构象蝶式构象占优势。相互翻转（能垒占优势。相互翻转（能垒6.3kJ/mol)。1）折叠后）折

10、叠后角张力角张力增大，增大，扭转张力扭转张力减小，相协调；减小，相协调；2）平面式平面式构象内能大，也占一定份额。构象内能大，也占一定份额。（2）环戊烷：假如平面形，）环戊烷：假如平面形，角张力角张力很小，很小，扭转张力扭转张力大。大。故采取故采取信封式信封式优势构象。优势构象。1234512345 非平面结构，虽环非平面结构，虽环角张力角张力略增，但略增，但扭转张力扭转张力减小，减小，氢不再全重叠，氢不再全重叠，接近交叉式接近交叉式。（3）环己烷：）环己烷：两种典型构象两种典型构象椅式和船式椅式和船式HHHHHHHHHHHH椅式123456126435椅式特点：C2与C3、C6与C5处于交叉

11、式，C1与C4距离较远，既无角张力，又无扭转张力,内能低，是最稳定的构象。HHHHHHHHHHHH船式123456124635C2与C3、C6与C5处于重叠式,有扭转张力，C1与C4较近，氢斥力有跨环张力,能量高出椅式 29.7kJ/mol。船式特点：123456船式 错开重叠183pm23456扭船式1椅式椅式CH键类型：键类型：直立键直立键(a)和和平伏键平伏键(e)椅式构象椅式构象翻环作用翻环作用：a键和键和e键相互转变键相互转变aaeeaaaaeeeeaaeeaaaaeeee123456123456翻环作用46kJ/mol（4）取代环己烷：）取代环己烷：1）椅式椅式构象是最稳定优势构象

12、；构象是最稳定优势构象；2）取代基）取代基e键最多键最多；3）较大取代基较大取代基处于处于e 键构象。键构象。123456CHHH3CCH3CH313456CH3CCH3CH32H接近100%0.01%ae 体积大的基团体积大的基团如叔丁基，处于横键的构象为优势如叔丁基，处于横键的构象为优势构象，称为构象，称为控制构象的基团控制构象的基团。CH3HC(CH3)3HHCH31234CH3CH3(H3C)3CC(CH3)3CH3CH3优势构象（5）二取代环己烷）二取代环己烷H3CCH3CH3CH3ea构象ae构象顺式甲基取代H3CCH3CH3CH3ee构象aa构象反式优势构象13ea构象ae构象顺

13、式ee构象aa构象反式优势构象CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3H3C12ea构象ae构象顺式ee构象aa构象反式C(CH3)3CH3CH3C(CH3)3C(CH3)3CH3CH3C(CH3)3优势构象优势构象（6）十氢化萘十氢化萘的构型和构象的构型和构象 构型：两环的构型：两环的顺反顺反连接方式连接方式HH或或HH顺式反式反十氢萘反十氢萘比顺十氢萘比顺十氢萘稳定稳定。十氢化萘的构象十氢化萘的构象HHeeeeHHaeeaaaaeaeaa反式构象顺式构象五、物理性质 1、核磁共振氢谱 C-H极性小，H的屏蔽大，吸收在高场，化学位移0.9-1.8。2、红外光谱 C-C键吸收没有结构分析价值

14、；C-H伸缩振动在3000-2850cm-1强吸收，弯曲振动1465-1340 cm-1。3000-2850伸缩振动1465-1340弯曲振动 3、质谱、质谱 正丁烷正丁烷CH3CH2CH2CH3+.m/z 58(分子离子峰）+eCH3CH2CH2CH3+2 eCH3CH2CH2+CH3.m/z 43（基峰）CH3CH2+CH3CH2.m/z 29CH3CH2CH2CH3+.六、化学反应（一）燃烧反应（判断环烷烃的稳定性）（二）热裂反应 高温和无氧下的分解反应。CH3CH2CH2CH3CH3(CH2)7CH3CH2CH2 CH2CH2CH2CH3.+CH2CH2 +CH2=CH2.CH3 +C

15、H2=CH2.（三）卤代反应：烷烃的氢原子被卤素取代。反应活性：F2Cl2Br2I2属于自由基取代反应机理。（四）（四）卤代反应机理反应机理 1.自由基链锁反应 氯分子在光照或高温下裂解（均裂），产生自由基：h hv vC Cl l2 2o or r2 2 C Cl l 链引发 CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4Cl2Cl2Cl2Cl2hvhvhvhv 氯代产生甲基自由基：C Cl l+C CH H4 4C CH H3 3 +H HC Cl l链增长 产生新的氯自由基：C CH H3 3+C Cl l2 2C CH H3 3C Cl l +C Cl l链增长 氯甲基自由基的形成：C

16、 CH H3 3C Cl l C Cl l+C CH H2 2C Cl l H HC Cl l+链增长 再与氯分子作用，生成二氯甲烷及氯原子：C CH H2 2C Cl l+C Cl l2 2C CH H2 2C Cl l2 2 +C Cl l链增长 .自由基之间碰撞，形成稳定分子，反应终止：C Cl l+C Cl lC Cl l2 2C CH H3 3+C Cl lC CH H3 3C Cl l+C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C Cl l+C CH H2 2C Cl lC Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl l链终

17、止链终止 整个经历三阶段：链引发、链增长、链终止。此自由基反应也称链锁反应或链反应。2.烷基烷基自由基自由基结构结构 （活性中间体被仪器证实存在）甲基自由基甲基自由基的的碳碳采用采用sp杂化方式。杂化方式。孤单电孤单电 子占据子占据未杂化未杂化P轨道轨道。P轨道垂直于三个杂化轨道所在平面。轨道垂直于三个杂化轨道所在平面。CHHHCCH3HHCCH3CH3HCCH3CH3H3C叔丁基自由基异丙基自由基乙基自由基1)反应热反应热：反应中能量变化的宏观表现。反应中能量变化的宏观表现。甲烷卤代反应的反应热H(kJ/mol)反 应F2Cl2Br2I2XX 2X+159+243+192+151CH3H+X

18、 CH3+HX-130+4+67+140 CH3+XX CH3X+X-293-105-101-83总的H-423-104-34+55（五）甲烷卤代过程中能量变化（五）甲烷卤代过程中能量变化 反应物能量升高，分子反应物能量升高，分子形状、电子云分布和运动状形状、电子云分布和运动状态变化到过渡态。态变化到过渡态。过渡态：旧键已松弛、新旧键已松弛、新键开始形成、能量最高的键开始形成、能量最高的中间状态结构。中间状态结构。2)活化能（活化能（复习复习）：讨论卤素的反应的活泼性）：讨论卤素的反应的活泼性活化能：活化能：反应物与过渡态反应物与过渡态之间的能量差之间的能量差Ea 。活化能大，化学速度慢。活化

19、能大，化学速度慢。ECH3HClCH4+ClCH3ClClCH3 +HCl+Cl2CH3Cl+Cl178.4105.4CH3H+Cl CH3 +HCl 需要的能量不是 4 kJ/mol.而是17kJ/mol.C CH H3 3+C Cl l2 2C CH H3 3C Cl l +C Cl l Ea=+8.4kJ/mol 活化能越大，反应速率越慢。活化能越大，反应速率越慢。哪一步控制反应速率？此步控制反应速率（对其它卤素也如此）对其它卤素也如此）C Cl l+C CH H4 4C CH H3 3 +H HC Cl lC CH H3 3+C Cl l2 2C CH H3 3C Cl l +C Cl

20、 l Ea=+8.4kJ/mol结论：卤素的相对反应活性：F2 Cl 2 Br2 I2CH4+XCH3 +HXEa kJ/molFClBrI+4.2+17+75.3+141（六）其他烷烃的卤代反应 1.不同氢的活性与氯、溴代反应取向1oH与2oH被取代的概率为:62氢的相对反应活性：1oH:2oH=(45/6):(55/2)=1:3.8CH3CH2CH3+Cl2CH3CH2CH2Cl +CH3CHCH3Clhv25 C。45%55%1oH与3oH氢被取代的概率为:9:1CH3CHCH3+Cl2CH3CHCH2Cl +CH3CCH3CH3hv。64%36%CH3CH3Cl25 CCH3CH2CH

21、3+Br2CH3CH2CH2Br +CH3CHCH3Brhv125 C。3%97%溴代溴代三种氢的活性（溴代三种氢的活性（差别较大，因为溴不如氯活泼）差别较大，因为溴不如氯活泼）：1H :2H :3H=1:82:1600氯代三种氢的活性氯代三种氢的活性（相对接近，因为氯活泼）（相对接近，因为氯活泼）：1H :2H :3H=1:3.8:5氢的相对反应活性：1oH:3oH=(64/9):(36/1)=1:5CH3CHCH3+Br2CH3CHCH2Br +CH3CCH3CH3hv。1%99%CH3CH3Br127 C影响产物异构体产率的主要因素：影响产物异构体产率的主要因素：概率因素、概率因素、H的

22、活性、的活性、X的活性等。的活性等。氯代的氢活性氯代的氢活性：1H :2H :3H=1:3.8:5溴代的氢活性溴代的氢活性：1H :2H :3H=1:82:1600但是，卤代但是，卤代反应的选择性反应的选择性：溴大于氯（：溴大于氯（Br Cl）2.自由基的稳定性自由基的稳定性 与共价键均裂的与共价键均裂的离解能离解能Ed大小有关大小有关。CH3CH2HCH3CH2CH3HCH3HH+Ed=+435.4 kJ/mol+410.3CH3CHCH3H+397.4H+380.9CH3CHCH3HCCH3H3CHCH3CCH3H3CCH3自由基稳定性次序为自由基稳定性次序为:(CH3)3C (CH3)2

23、CH CH3CH2 CH3中心碳原子中心碳原子所连的所连的烷基烷基越多，自由基越越多，自由基越稳稳定。（也可定。（也可以从超共轭理解）以从超共轭理解）几种几种氢的活性氢的活性与相应与相应烷基自由基的稳定性烷基自由基的稳定性一致：一致：R 的稳定性H的活性RHRHRH321321。反应的活性问题反应的活性问题在有机在有机合成合成和和药物药物的体内活性有意义。的体内活性有意义。环烷烃的化学性质，主要是不易氧化，可以卤代，开环加成+H2CH3CH2CH3+H2CH3CH2CH2CH3+Cl2CH2CH2CH2ClCl+HBrCH2CH2CH2HBr+HBrCHCH2CH2HBrH3CNi40120

24、，常压，常压Ni稳定性：本部分小结和教学要求：本部分小结和教学要求：掌握：掌握：1、烷烃的同系列及构造异构，乙烷和丁烷的、烷烃的同系列及构造异构，乙烷和丁烷的 构象、优势构象，用纽曼投影式表示；构象、优势构象，用纽曼投影式表示；2、烷烃的系统命名法和普通命名法。正、异、烷烃的系统命名法和普通命名法。正、异、新的概念，常见的烷基；新的概念，常见的烷基；3、烷烃的物理性质。熔点、沸点的变化规律；、烷烃的物理性质。熔点、沸点的变化规律；4、烷烃卤代反应及其历程，自由基的稳定性，、烷烃卤代反应及其历程，自由基的稳定性，过渡态和中间体的概念。过渡态和中间体的概念。熟悉：反应过程的能量变化对反应速度、产物的影响。了解：烷烃的氧化反应、热裂反应。烷烃的氧化反应、热裂反应。掌握：掌握：1、环烷烃的命名、构造、构型、构象，环丙烷、环烷烃的命名、构造、构型、构象，环丙烷 的结构，小环烷烃的加成反应；的结构，小环烷烃的加成反应；2、一取代和二取代环己烷的构象，船式、椅式、一取代和二取代环己烷的构象，船式、椅式、平伏键和直立键的概念，取代环己烷的优势构象；平伏键和直立键的概念，取代环己烷的优势构象；熟悉：熟悉：十氢萘的构型和构象；十氢萘的构型和构象；了解：了解：桥环、螺环烃等。桥环、螺环烃等。