有机化学电子教案烷烃课件.ppt

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1、同学们：你们好！,请大家做好上课准备。,1,第 二 章 烷烃,exit,2,感谢你的观看,2019年8月23,本章提纲,第一节 烷烃的同系列和异构 第二节 烷烃的命名第三节 烷烃的构象第四节 烷烃的物理性质第五节 烷烃的反应 第六节 烷烃的氯化第七节 烷烃的来源和用途,3,感谢你的观看,2019年8月23,由碳和氢两种元素形成的有机物叫做烃，也叫碳氢化合物。根据分子中的碳架，可以把烃分成开链烃（脂肪烃）与环烃两大类。根据分子中碳原子间的结合方式，又可分为饱和烃和不饱和烃。开链的饱和烃叫做烷烃。,4,感谢你的观看,2019年8月23,甲烷,乙烷,戊烷,5,感谢你的观看,2019年8月23,2.1

2、 烷烃的同系列和异构,2.1.1 烷烃同系列：具有同一通式、结构和性质相似、相互间相差一个或几个CH2的一系列化合物。同系列中的各个化合物互为同系物。相邻同系物之间的差CH2叫做同系差。同系列是有机化学中的普遍现象，同系列中各个同系物（特别是高级同系物）具有相似的结构和性质.,6,感谢你的观看,2019年8月23,2.1 烷烃的同系列和异构,这些异构体的通式为CnH2n+2相互为构造异构体，也是同分异构体。通系差为：CnH2n,7,感谢你的观看,2019年8月23,分子式相同，原子互相连接的次序和方式不同的化合物叫构造异构体。它们的性质，如熔点、沸点有差别。正丁烷 异丁烷,熔点-135-145

3、沸点-0.5-11.7异构体数目随碳原子数目增加而增加，如15个碳的异构体数目为4347。,2.1 烷烃的同系列和异构,2.1.2 烷烃的异构,8,感谢你的观看,2019年8月23,碳架异构体位置异构体官能团异构体互变异构体价键异构体,构型异构体构象异构体,顺反异构体（几何）旋光异构体（对映）,交叉式构象重叠式构象,构造异构体,同分异构体（结构异构体）,立体异构体,电子互变异构体,*分子式相同,结构不同的化合物称为同分异构体,也叫结构异构体,9,感谢你的观看,2019年8月23,2.1.3 烷烃的结构,*1 电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。*2 电子云呈对称分布，不宜变形。*3 键

4、旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。,在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。,键的特点,键的定义,2.1 烷烃的同系列和异构,10,感谢你的观看,2019年8月23,一.系统命名法：IUPAC CCS(China Chemical Society)CA,2.1.1 直链烷烃的命名:含10个碳原子以内的直链烷烃,从1-10依次用天干名称甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸加上烷来命名;而含碳原子10个以上的直链烷烃,用数目加上烷来命名。,2.2 链烷烃的命名,11,感谢你的观看,2019年8月23,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,.在分子中选择一

5、个最长的碳链作主链，根据主链所含的碳原子数叫做某烷。主链以外的其它烷基看做主链上的取代基，同一分子中若有两条以上等长的主链时，则应选取分支最多的碳链作主链。例如：,12,感谢你的观看,2019年8月23,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,.由距离支链最近的一端开始，将主链上的碳原子用阿拉伯数字编号。将支链的位置和名称写在母体名称的前面，阿拉伯数字和汉字之间必须加一半字线隔开。例如：,3-甲基丁烷,13,感谢你的观看,2019年8月23,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,.如果含有几个相同的取代基时，要把它们合并起来。取代基的数目用二、三、四表示，写在取代基的前面

6、，其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用逗号隔开。例如：,2，2，3-三甲基己烷,14,感谢你的观看,2019年8月23,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,.如果含有几个不同取代基时，取代基排列的顺序，是将“次序规则”（见第二章第一节）所定的“较优”基团列在后面。几种烃基的优先次序为(CH3)3C(CH3)2CH CH3CH2CH2 CH3CH2 CH3,2-甲基-4-乙基己烷,15,感谢你的观看,2019年8月23,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,.当主链上有几个取代基，并有几种编号的可能时，应当选取取代基具有“最低系列”的那种编号。所谓“最低系列”指的是碳

7、链以不同方向编号，得到两种或两种以上的不同编号的系列，则逐次比较各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者，定为“最低系列”。例如：,2，3，7，7，8，10-六甲基十一烷（而不是2，4，5，5，9，10-六甲基十一烷）,16,感谢你的观看,2019年8月23,*1 碳原子的级,1oH 2oH 3oH 1oC 2oC 3oC 4oC(伯)(仲)(叔)(季),与一个碳原子相连的碳为一级碳原子；与二个碳原子相连的碳为二级碳原子；与三个碳原子相连的碳为三级碳原子；与四个碳原子相连的碳为四级碳原子。,2.2.2 支链烷烃的命名,2.2 链烷烃的命名,17,感谢你的观看,2019年8月23,第一条规则：将各

8、种取代基的连接原子，按原子序数的大小排列，原子序数大的顺序在前。若为同位素，则质量数高的顺序在前。,*3 顺序规则,不同原子按原子序数排列,同位素按质量数由高到低的顺序排列,各种原子或取代基按先后次序排列的规则称为顺序规则。,2.2 链烷烃的命名,18,感谢你的观看,2019年8月23,第二条规则 若多原子基团的第一个连接原子相同，则比较与它相连的其它原子，先比较原子序数最大的原子，再比较第二大的，依次类推。若第二层次的原子仍相同，则沿取代链依次相比，直至比出大小为至。,1 2 3 4,2.2 链烷烃的命名,19,感谢你的观看,2019年8月23,第三条规则含不饱和键时排列顺序大小的规则：连有

9、双键或叁键的原子可以认为连有两个或三个相同的原子。,2.2 链烷烃的命名,20,感谢你的观看,2019年8月23,构型+取代基+母体,R,S;D,L;Z,E;顺,反,取代基位置号+个数+名称(有多个取代基时，中文按顺序规则确定次序，小的在前。英文按英文字母顺序排列),官能团位置号+名称(没有官能团时不涉及位置号),iso,neo 参加比较 i（异）,n-（正）,sec（二级）,tert（三级）,cis（顺）,trans（反）,di（二个）,tri（三个）,tetra（四个）不参加比较。,*4 有机化合物系统命名的基本格式,2.2 链烷烃的命名,21,感谢你的观看,2019年8月23,（A）确定

10、主链：链的长短（长的优先），侧链数目（多的优先),侧链位次大小（小的优先），各侧链碳原子数（多的优先），侧分支的多少（少的优先）。（B）编号：按最低系列原则编号。最低系列原则：使取代基的位置号码尽可能小。若有多个取代基，逐个比较，直至比出高底为止。（C）按名称基本格式写出全名。,*5 命名步骤,2.2 链烷烃的命名,22,感谢你的观看,2019年8月23,3.命 名:中文名称：2,3,5-三甲基己烷 英文名称：2,3,5-trimethylhexane,实例一,2 编 号:第一行 取代基编号为2,4,5;第二行 取代基编号为2,3,5;根据最低系列原则,用第二行编号。,1 确定主链:最长链为主

11、链。,2.2 链烷烃的命名,23,感谢你的观看,2019年8月23,1 确定主链：有两个等长的最长链。比侧链数:一长链有四个侧链，另一长链有二个 侧链，多的优先。2 编 号：第二行取代基编号2,3,4,5;第一行取代基编号 4,5,6,7。根据最低系列原则,选第二行编号3 命 名：中文名称：2,3,5-三甲基-4-丙基辛烷 英文名称：2,3,5-trimethyl-4-n-propyloctane,实例二,2.2 链烷烃的命名,24,感谢你的观看,2019年8月23,1 确定主链：有两根等长的主链，侧链数均为三个。一长链侧链位次为2,4,5;而另一长链侧链位次 为3,4,6,小的优先。2 编

12、号：黑色编号侧链位次2,4,5;蓝色编号侧链位次3,4,6。按最底系列原 则选黑色编号。3命名：中文命名:2,5-二甲基-4-异丁基庚烷;或 2,5-二甲基-4-(2-甲丙基)庚烷 英文命名:4-isobutyl-2,5-dimethylheptane;或 2,5-dimethyl-4-(2-methylpropyl)heptane,实例三,2.2 链烷烃的命名,25,感谢你的观看,2019年8月23,1 确定主链：有两根等长的最长链。侧链数均为5。侧链的位次均为3，5，7，9，11。2 编 号：第二行编号和第一行编号取代基位次等同(均为3,5,7,9,11)，此时用最低 系列原则无法确定选那

13、一种编号，则用下面方法确定编号。中文，让顺 序规则中顺序较小的基团位次尽可能小，所以，取第二行字编号。英 文，按英文字母顺序，让字母排在前面的基团位次尽可能小，所以取 第一行编号。3 命 名：中文 3,5,9-三甲基-11-乙基-7-(2,4-二甲基己基)十三烷 英文 7-(2,4-dimethylhexyl)-3-ethyl-5,9,11-trimethyltridecane,实例四,2.2 链烷烃的命名,26,感谢你的观看,2019年8月23,二、习惯命名法（也称普通命名法）,（异戊烷）,习惯命名法命名直链烷烃时，与系统命名法相同。习惯命名法命名有支链的烷烃时，一般只适合于简单的烷烃。,（

14、正丁烷）,（异丁烷）,（正戊烷）,（新戊烷）,2.2 链烷烃的命名,27,感谢你的观看,2019年8月23,异辛烷,异辛烷中的异不符合命名的规定，是一个特例。,2.2 链烷烃的命名,28,感谢你的观看,2019年8月23,二甲基，正丙基，异丙基甲烷,甲烷又称沼气,三、衍生物命名法,以甲烷为母体,其它部分都作为取代基来命名.(一般总是选连有烷基最多的碳原子作为甲烷的碳原子),四.俗名（通常根据来源命名）,2.2 链烷烃的命名,29,感谢你的观看,2019年8月23,2.3 链烷烃的异构现象,构 象一个已知构型的分子，仅由于单键的旋转而引起分子中的原子或基团在空间的特定排列形式称为构象。,构象异构

15、体单键旋转时会产生无数个构象，这些构象互为构象异构体（或称旋转异构体）。,一、碳架异构体 二、构象异构体 三、旋光异构体,2.3.1 单键的自由旋转,30,感谢你的观看,2019年8月23,(1)两面角,单键旋转时，相邻碳上的其他键会交叉成一定的角度()，称为两面角。,两面角为0 时的构象为重叠式构象。两面角为60 时的构象为交叉式构象。两面角在0-60o之间的构象称为扭曲式构象。,2.3 链烷烃的异构现象,2.3.2 构象,31,感谢你的观看,2019年8月23,既然单键能够自由旋转，就用不着考虑构象，这种思想一直持续到20世纪30年代。以后的实验事实表明单键的旋转不是完全自由的。1934年

16、日本化学家Mitzushima S在研究1,2-二氯乙烷的偶极距和Raman光谱时，得出结论：重叠式构象和交叉式构象的存在及区分。,2.3 链烷烃的异构现象,2.3.3 单键的旋转不是完全自由的,32,感谢你的观看,2019年8月23,伞式 锯架式 纽曼式,交叉式构象,重叠式构象,伞式，锯架式与纽曼式的画法也适合于其它有机化合物,2.3.4 乙烷的构象,2.3 链烷烃的异构现象,33,感谢你的观看,2019年8月23,2.3.4 乙烷交叉式构象与重叠式构象的能量分析,C-H 键长C-C 键长 键 角 两面角两氢相距,110.7 pm154 pm109.3o60o250 pm,110.7 pm1

17、54 pm109.3o0o229 pm,250 pm 240 pm 229 pm,E重叠 E交叉 E=12.1KJmol-1,每个C-H、C-H重叠的能量约为4 KJ mol-1,当二个氢原子的间距少于240pm（即二个氢原子的半径和）时，氢原子之间会产生排斥力，从而使分子内能增高，所以重叠式比交叉式内能高。,2.3 链烷烃的异构现象,34,感谢你的观看,2019年8月23,乙烷构象势能关系图,以单键的旋转角度为横坐标，以各种构象的势能为纵坐标。如果将单键旋转360度，就可以画出一条构象的势能曲线。由势能曲线与坐标共同组成的图为构象的势能关系图。,稳定构象位于势能曲线谷底的构象,非键连相互作用

18、不直接相连的原子间的排斥力。,转动能垒 分子由一个稳定的交叉式构象转为一个不稳定的重叠式构象所必须的最低能量。（25时转速达1011次/秒）,扭转张力 非稳定构象具有恢复成稳定构象的力量；,2.3 链烷烃的异构现象,35,感谢你的观看,2019年8月23,2.3.5 丁烷交叉式构象与重叠式构象,2.3 链烷烃的异构现象,（）全重叠式（）邻位交叉式（）部分重叠式（）对位交叉式（）部分重叠式（）邻位交叉式,36,感谢你的观看,2019年8月23,2.3.5 正丁烷的构象,+,（1）正丁烷的极限构象及符号说明,S,a,P,P,C,C,+SC,-SC,-aC,+aC,+SP,-SP,-aP,+aP,A

19、,B,+顺时针转动,-逆时针转动,S 顺（旋转角 90 o）,a 反（旋转角 90o）,P 重叠,C 错,_,SP(顺叠)SC(顺错)aC(反错)aP(反叠),2.3 链烷烃的异构现象,37,感谢你的观看,2019年8月23,能量,旋转角,4 全重叠2，6 部分重叠3，5 邻位交叉1=7 对位交叉,2,4,6 是不稳定构象，1,3,5,7 是稳定构象。1=7 是优势构象（能量最低的稳定构象称为优势构象）,沿C2-C3键轴旋转的转动能垒 22.6 kJmol-1,（2）正丁烷的构象势能关系图,2.3 链烷烃的异构现象,38,感谢你的观看,2019年8月23,构象分布在达到平衡状态时，各种构象在整

20、个构象中所占的比例称为构象分布。,15%,15%,70%,能 量 计 算C-H，C-H 重叠，4 kJ/molC-CH3，C-CH3邻交叉，3.8 kJ/molC-CH3，C-CH3重叠，22.6-8=14.6 kJ/molC-CH3，C-H 重叠，(14.6-4)/2=5.3 kJ/mol,（3）正丁烷的构象分布和能量计算,分子总是倾向于以稳定的构象形式存在,2.3 链烷烃的异构现象,39,感谢你的观看,2019年8月23,3.丙烷的构象,E=4+4+5.3=13.3KJmol-1,交叉式 重叠式,丙烷只有二种极限构象，一种是重叠式构象，另一种是交叉式构象。二种构象的能差13.3kJmol-

21、1。,2.3 链烷烃的异构现象,40,感谢你的观看,2019年8月23,高级烷烃的碳链呈锯齿形,由于分子主要以交叉式构象的形式存在，所以高级烷烃的碳链呈锯齿形。,2.3 链烷烃的异构现象,41,感谢你的观看,2019年8月23,2.4 烷烃的物理性质,t,外 观：状态，颜色，气味物理常数：沸点（b.p.)熔点（m.p.)折光率(n)旋光度 密度（D）溶解度 偶极矩（）=qd 光谱特征,42,感谢你的观看,2019年8月23,烷烃熔点的特点（1）随相对分子质量增大而增大。（2）偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点升高值 大（如右图）。（3）相对分子质量相同的烷 烃，叉链增多，熔点下降。,奇数碳,偶数碳,

22、取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。,2.4.1 熔点,2.4 烷烃的物理性质,43,感谢你的观看,2019年8月23,烷烃的密度均小于1（0.424-0.780),偶极矩均为0。,烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂.,沸点大小取决于分子间的作用力,烷烃沸点的特点（1）沸点一般很低（非极性，只有色散力）。（2）随相对分子质量增大而增大（运动能量增大，范德华引力增大）。（3）相对分子质量相同、叉链多、沸点低。（叉链多，分子不易接近）,2.4.3 密度,2.4.4 饱和烃的偶极矩,2.4.5 溶解度,2.4.2 沸点,2.4 烷烃的物理性质,44,感谢你的观看,2019年8月23,一、总体特点 二、

23、烷烃的燃烧 三、烷烃的热解,2.5 烷烃的反应,45,1.稳定。对强酸，强碱，强氧化剂，强还原剂都不发生反应。2.烷烃的多数反应都是通过自由基机理进行的。,一、总体特点,2.5 烷烃的反应,46,感谢你的观看,2019年8月23,2.5 烷烃的反应,2.5.1 烷烃的燃烧,47,感谢你的观看,2019年8月23,2.5 烷烃的反应,2.5.2 烷烃的热解,烷烃在隔绝空气的条件下进行的分解叫热裂反应。,烷烃的热裂是一个复杂的反应。烷烃热裂可生成小分子烃，也可脱氢转变为烯烃和氢。,48,感谢你的观看,2019年8月23,1.自由基,一级碳自由基,定义：带有孤电子的原子或原子团称为自由基。碳自由基：

24、含有孤电子碳的体系称为碳自由基。,三级碳自由基,二级碳自由基,自由基的结构特点：有三种可能的结构；（1）刚性角锥体，（2）迅速翻转的角锥体，（3）平面型。如下图：,2.5 烷烃的反应,49,感谢你的观看,2019年8月23,自由基的产生,热均裂产生,辐射均裂产生,单电子转移的氧化还原反应产生,光,H2O2+Fe2+HO+HO-+Fe3+RCOO-RCOO,-e-,电解,2.5 烷烃的反应,50,感谢你的观看,2019年8月23,自由基的稳定性,H=359.8kJ/mol(88kcal/mol),苯甲基自由基 烯丙基自由基 三级丁基自由基 异丙基自由基,乙基自由基 甲基自由基 苯基自由基,共价键

25、均裂时所需的能量称为键解离能。键解离能越小，形成的自由基越稳定。,均裂,2.5 烷烃的反应,51,感谢你的观看,2019年8月23,两点说明,影响自由基稳定性的因素是很多的，如：电子离域，空间阻碍，螯合作用和邻位原子的性质等；,碳自由基的最外层为七个电子，反应时总要寻找另外的电子来达到八隅体结构，所以是亲电的。,2.5 烷烃的反应,52,感谢你的观看,2019年8月23,卤代反应分子中的原子或基团被卤原子取代的反应称为卤代反应。,2.6 烷烃的卤化,取代反应分子中的原子或基团被其它原子或基团取代的反应称为取代反应。,53,感谢你的观看,2019年8月23,2.6.1 甲烷的氯化,反应式,2.6

26、 烷烃的卤化,CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl CHCl3+Cl2 CCl4+HCl,54,感谢你的观看,2019年8月23,2.6.1.1 甲烷的氯化反应的机理,反应式,反应机理（反应过程的详细描述）,链引发,链增长,链终止,H=7.5KJ/mol Ea=16.7 KJ/mol,H=-112.9 KJ/mol Ea=8.3 KJ/mol,2.6 烷烃的卤化,55,感谢你的观看,2019年8月23,1)第一步反应的活化能比较大，是速控步骤。2)第二步反应利于平衡的移动。3)反应 1 吸热，反应 2 放热，总反应放热，所以反应只需开始时供热。4)过

27、渡态的结构与中间体（中间体是自由基）相似，所以过渡态的稳定性顺序与自由基稳定性顺序一致。推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。,2.6.1.2 甲烷氯化反应势能图的分析,2.6 烷烃的卤化,56,感谢你的观看,2019年8月23,1、该反应只适宜工业生产而不适宜实验室制备。2、该反应可以用来制备一氯甲烷或四氯化碳，不适宜制备二氯甲烷和三氯甲烷。3、无取代基的环烷烃的一氯化反应也可以用相应方法 制备，C(CH3)4的一氯化反应也能用此方法制备。,（1）甲烷氯化反应的适用范围,2.6 烷烃的卤化,57,感谢你的观看,2019年8月23,X+CH3-H,CH3+H-X,FCl BrI

28、,439.3,568.2431.8366.1298.3,-128.9+7.5+73.2+141,H(KJ/mol),Ea(KJ/mol),+4.2+16.7+75.3+141,总反应热(KJ/moL)：F(-426.8)Cl(-104.6)Br(-30.96)I(53.97),1.氟化反应难以控制。2.碘化反应一般不用。碘自由基是不活泼的自由基。3.氯化和溴化反应常用，氯化比溴化反应快5万倍。,（2）甲烷卤化反应的比较,2.6 烷烃的卤化,58,感谢你的观看,2019年8月23,（3）烷烃氯化反应的选择性,V:V=28/6:72/4=1:4,1oH,2oH,1oH,V:V=63/9:37/1=

29、1:5.3,3oH,氯化 V:V:V=1:4:5.3,1oH,2oH,3oH,2.6 烷烃的卤化,59,感谢你的观看,2019年8月23,3oH,2oH,1oH,V:V:V=1:82:1600,（4）烷烃溴化反应的选择性,氯化反应和溴化反应都有选择性，但溴化反应的选择性比氯化反应高得多。,溴化,2.6 烷烃的卤化,60,感谢你的观看,2019年8月23,实验事实和现象,实验,反应方程式,反应机理,实验数据,反应势能图,启发和讨论,指导实验,从烷烃与卤素的反应可以看出，化学工作者应建立起以实验为依据的思维方式。,2.6 烷烃的卤化,61,感谢你的观看,2019年8月23,小结,同系列有相似的物理化学性质。杂化方式为SP3，以键成键。烷烃的构象用纽曼式表示，优势构象为交叉式。物理性质随分子量的增加呈规律性的变化。化学反应按自由基反应历程进行。,62,感谢你的观看,2019年8月23,