烷烴藥學PPT課件

2020/4/27,.,1,第一節(jié)同系列和同分異構現(xiàn)象,一、分類,2020/4/27,.,2,2020/4/27,.,3,2020/4/27,.,4,二、同分異構現(xiàn)象,構造：有機分子中原子或基團相互連接的方式和順序構造異構體：具有相同分子式，分子中原子或基團因連接順序不同而產(chǎn)生的異構體。,同分異構(isomerism)：具有相同的分子組成，而分子結構不同的現(xiàn)象稱為同分異構現(xiàn)象。,1、鏈烷烴的構造異構,2020/4/27,.,5,無異構體,有兩個異構體,有三個異構體,有多少個個異構體？,2020/4/27,.,6,2020/4/27,.,7,熔點-135-145沸點-0.5-11.7,構造異構體:它們的性質，如熔點、沸點有差別。,正丁烷,異丁烷,2020/4/27,.,8,2、環(huán)烷烴的同分異構,具有構造異構和順反異構，以C5H10為例:,（1）構造異構,2020/4/27,.,9,（2）順反異構,順反異構：由于分子中與雙鍵或環(huán)相連接的原子或原子團的相對旋轉受到阻礙而產(chǎn)生的來立體異構稱之。,兩個相同的原子（團）在環(huán)的同側為順式(cis)構型兩個相同的原子（團）在環(huán)的異側為反式(trans)構型,2020/4/27,.,10,1,4-Dimethylcyclohexane,2020/4/27,.,11,三、飽和碳原子的種類,1,2,伯碳原子(1)：1、5、6、7、8仲碳原子(2)：4叔碳原子(3)：3季碳原子(4)：2,3,4,5,6,7,8,伯氫原子(1H)：仲氫原子(2H)叔氫原子(3H),2020/4/27,.,12,第二節(jié)烷烴的命名,一、普通命名法(commonnomenclature),1、直鏈烷烴,110個C直鏈烷烴，用詞頭“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”表示碳原子的個數(shù)，在加上詞尾“烷”。,CH4：甲烷(methane)C2H6：乙烷(ethane)C3H8：丙烷(propane)C4H10：正丁烷(n-butane),10個碳原子以上直鏈烷烴的用中文數(shù)字命名。如：,C11H24：正十一烷(n-undecane)C12H26：正十二烷(n-dodecane)C20H42：正二十烷(n-eicosane),2020/4/27,.,13,2、烷烴異構體的命名,異丙基,叔丁基,2020/4/27,.,14,例：,(正)戊烷;n-戊烷；n-pentane,異戊烷;iso-戊烷；iso-pentane,新戊烷;neo-戊烷；neo-pentane,2020/4/27,.,15,n-己烷n-hexane,iso-己烷isohexane,neo-己烷neohexane,?,?,2020/4/27,.,16,二、系統(tǒng)命名法(systematicnomenclature),1892年在日內瓦開了國際化學會議，制定了系統(tǒng)的有機化合物的命名法，叫做日內瓦命名法。后由國際純粹和應用化學聯(lián)合會（IUPAC）作了幾次修訂，簡稱為IUPAC命名法。,我國參考這個命名法的原則結合漢字的特點制定了我國的系統(tǒng)命名法（1960）。1980年進行增補和修訂，公布了有機化學命名原則。,1、直鏈烷烴的命名,在系統(tǒng)命名法中，對于直鏈烷烴的命名和普通命名法是基本相同的，僅不寫上“正”字。,2020/4/27,.,17,2、支鏈烷烴的命名,取代基：支鏈或側鏈，常見的烴基,2020/4/27,.,18,2020/4/27,.,19,烷烴系統(tǒng)命名法要點選主鏈（母體）編號命名,選含取代基最多的、最長碳鏈作為主鏈，并寫出相當于這個主鏈的直鏈烷烴的名稱。,主鏈碳原子的位次編號：要使取代基的位次最?。◤木嚯x支鏈最近的一端開始，用“1、2”編號）。位次和取代基名稱之間要用“-”連起來，寫出母體的名稱。,1,2,3,4,5,6,3乙基己烷3-ethyhlexane,2020/4/27,.,20,當具有相同長度的鏈可作為主鏈時，則應選擇具有支鏈數(shù)目最多的鏈作為主鏈。,2，3，5三甲基4丙基庚烷2，3，5trimethyl4propylheptane,2020/4/27,.,21,當兩個相同取代基位于相同位次時，應使第三個取代基的位次盡可能小。,2,3,3,5四甲基己烷2,3,3,5tetramethylhexane,如果含有幾個相同的取代基時，把它們合并起來，取代基的數(shù)目用二、三、四等表示，寫在取代基的前面，其位次必須逐個注明，位次的數(shù)字之間要用“，”隔開。,2020/4/27,.,22,兩個不同的取代基位于相同的位次時，按照次序規(guī)則中排列?。ㄗ畈粌?yōu)先）的取代基具有較小的編號。烷基的優(yōu)先次序是：,異丙基異丁基丁基丙基乙基甲基,1,2,3,4,5,6,7,3甲基5乙基庚烷5ethyl3methylheptane,在英文命名時按字首的字母排列順序先后列出,2020/4/27,.,23,如果支鏈上還有取代基時，從與主鏈相連的碳原子開始，把支鏈的碳原子依次編號，支鏈上取代基的位置就由這個編號所得的號數(shù)來表示。這個取代了的支鏈的名稱可放在括號中，或用帶撇的數(shù)字來表明支鏈中的碳原子。,3-甲基-6-（1,1-二甲基丙基）癸烷3-甲基-6-1,1-二甲基丙基癸烷,1,2,3,2020/4/27,.,24,練習：寫出下列化合物的英文名稱或結構,1、3-ethyl-2,2,5,6-tetramethylheptane2、,5-(1,1-dimethylethyl)-2,3-dimethyloctane,5-tert-butyl-2,3-dimethyloctane,2020/4/27,.,25,三、環(huán)烷烴命名法,1、單環(huán)烷烴的命名,2020/4/27,.,26,3-甲基-4-環(huán)丁基庚烷,2020/4/27,.,27,Exercise:namethesecycloalkanes,a:異丙基環(huán)戊烷b:1-甲基-4-叔丁基環(huán)已烷c:1,4-二甲基-2-乙基環(huán)已烷d:1-甲基-1-乙基環(huán)丙烷,2020/4/27,.,28,2、螺環(huán)烷烴的命名,兩個環(huán)共用一個碳原子的環(huán)烷烴稱為螺環(huán)烷烴。共用的碳原子稱螺碳原子。,spiro-n1.n2-,點號,可能情況下給取代基以盡量小的編號。,2020/4/27,.,29,C,H,3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,0,C,H,3,1,7-二甲基螺4,5癸烷,2020/4/27,.,30,3、橋環(huán)烷烴命名,兩個環(huán)共用兩個或兩個以上碳原子的化合物稱橋環(huán)化合物。,橋頭碳：共用的C橋：兩個橋頭碳間的碳鏈或鍵。,2020/4/27,.,31,(1)確定碳環(huán)數(shù)：3個橋路為二環(huán)(雙環(huán))；4個橋路為三環(huán),(2)編號：順序：從一個橋頭開始，沿最長橋路到第二橋頭，在沿次長橋路到第一個橋頭，最后給最短橋路編號。應使“C=C”、取代基的位次最小。,二環(huán)4.4.0癸烷bicyclo4.4.0decane,二環(huán)2.2.2辛烷bicyclo2.2.2octane,2020/4/27,.,32,1-甲基二環(huán)4.1.0庚烷1-methylbicyclo4.1.0heptane,三環(huán)3.3.1.0壬烷tricyclo3.3.1.0nonane,2020/4/27,.,33,課堂練習:,寫出下列各化合物的分子結構式：1、1-甲基環(huán)己烯2、順-1-甲基-2-溴環(huán)戊烷3、環(huán)己基環(huán)己烷4、1-氯二環(huán)2.2.2辛烷5、1，4-二甲基螺2.4庚烷,2020/4/27,.,34,第三節(jié)結構,構成烷烴的碳原子以SP3雜化軌道成鍵，為鍵。,一、烷烴的結構,2020/4/27,.,35,2020/4/27,.,36,二、鏈烷烴構象（conformation）(重點),構象（conformation）：由單鍵的旋轉而引起分子中的原子或基團在空間的特定排列形式稱為構象。構象異構體(comformer)：單鍵旋轉時會產(chǎn)生無數(shù)個構象，這些構象互為構象異構體。,Conformation,2020/4/27,.,37,乙烷的交叉式構象模型,乙烷的重疊式構象模型,600,（一）乙烷的構象,構象的表示：透視式，紐曼投影式,C-C旋轉,2020/4/27,.,38,交叉式構象重疊式構象乙烷的鋸架式(perspectiveformula),2020/4/27,.,39,交叉式構象重疊式構象乙烷的紐曼投影式(Newmanprojectionformula),2020/4/27,.,40,圖29乙烷分子構象的能量曲線,12.6kJ/mol,.,41,*構象的能量分析：非鍵合的兩原子或基團接近到相當于范德華半徑之和時,二者間以弱的引力相互作用,體系能量較低；如果接近到這一距離以內,斥力就會急劇增大,體系能量升高。,一些原子或基團的范德華半徑(pm)HCNOClCH3120150150140180200,乙烷的重疊式內能最高，最不穩(wěn)定，而交叉式內能最低，最為穩(wěn)定。這種構象稱為優(yōu)勢構象。,第二章烷烴和環(huán)烷烴第一節(jié)烷烴(三、構象異構),上頁,下頁,首頁,2020/4/27,.,42,C-H鍵長C-C鍵長鍵角兩面角兩氫相距,乙烷交叉式構象與重疊式構象的能量分析,110.7pm154pm109.5o60o250pm,110.7pm154pm109.5o0o229pm,250pm240pm229pm,E重疊E交叉E=12.1KJmol-1,每個C-H、C-H重疊的能量約為4KJmol-1,2020/4/27,.,43,(二)、正丁烷的構象,正丁烷的構象比較乙烷要較為復雜一些。,全重疊式鄰位交叉部分重疊式對位交叉式,2020/4/27,.,44,正丁烷的極端典型構象有四種,1,2,3,4,2020/4/27,.,45,4,2020/4/27,.,46,高級烷烴的碳鏈呈鋸齒形,由于分子主要以交叉式構象的形式存在，所以高級烷烴的碳鏈呈鋸齒形。,2020/4/27,.,47,三、環(huán)烷烴的結構,環(huán)烷烴的C也為SP3雜化，但為了成環(huán)，碳原子間鍵角很難維持109.5。鍵角因環(huán)不同而異。,（一）角張力（anglestrain）,角張力：環(huán)烷烴碳原子間的鍵角必偏離正常鍵角。這種由于鍵角偏離正常鍵角而引起的張力稱之。,碳環(huán)中碳原子鍵角偏離正常鍵角越大，角張力越大，分子越不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,48,（二）燃燒熱（自學）,CycloalkaneH/n(kJ/mol)Cyclopropane697Cyclobutane686Cyclopentane664Cyclohexane658Cycloheptane662Cyclooctane663Cyclononane664Cyclodecane663,2020/4/27,.,49,（三）環(huán)丙烷,扭轉張力(torsionalstrain)：由于構象是重疊式而引起的張力,環(huán)丙烷分子中由于角張力和扭轉張力均存在，分子能量高，不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,50,環(huán)丁烷的構象,2020/4/27,.,51,環(huán)戊烷的構象,2020/4/27,.,52,環(huán)己烷船式構象,環(huán)己烷椅式構象,2020/4/27,.,53,2,5,1,4,4,1,2020/4/27,.,54,椅式構象中的豎鍵（axial）和橫鍵（equitorial）,橫鍵（equitorial）,豎鍵（axial）,2020/4/27,.,55,構象翻轉(ring-flip),2020/4/27,.,56,第五節(jié)、烷烴的物理性質,t,外觀：狀態(tài)顏色氣味物理常數(shù)：沸點（bp)熔點（mp)折光率（n)旋光度密度（D)溶解度偶極矩（）光譜特征,分子間的作用力,2020/4/27,.,57,沸點大小取決于分子間的作用力,烷烴沸點的特點（1）沸點一般很低。（非極性，只有色散力）（2）隨相對分子質量增大而增大。（運動能量增大，范德華引力增大）（3）相對分子質量相同、支鏈多、沸點低。（支鏈多，分子不易接近）,一、沸點,2020/4/27,.,58,烷烴熔點的特點（1）隨相對分子質量增大而增大。（2）偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳烷烴的熔點升高值大（對稱性好）（3）相對分子質量相同的烷烴，支鏈增多，熔點下降。但是分子對稱性好,熔點高.,熔點高低取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度,二、熔點,2020/4/27,.,59,分子間接觸面積大作用力強,分子間接觸面積小作用力弱,bp：36,bp：9.5,正戊烷異戊烷新戊烷bp36289.5mp-130-160-17,2020/4/27,.,60,三、波譜性質,1H-NMR0.9-1.8IRC-C吸收弱,無意義;C-H伸縮振動特征吸收3000-2850cm-1,強吸收;C-H彎曲振動特征吸收1465-1340cm-1MSm/zM-15,M-29,M-43,M-57,2020/4/27,.,61,2020/4/27,.,62,2020/4/27,.,63,課堂練習,2,3-二甲基戊烷(I)、正庚烷(II)與2-甲基己烷(III)三種烴類化合物的沸點次序為:(A)IIIIII(B)IIIIII(C)IIIIII(D)IIIIII不要查表，試將下列烴類按沸點降低的次序排列。3，3-二甲基戊烷正庚烷2-甲基庚烷正戊烷2-甲基已烷,C,沸點降低次序為：,2020/4/27,.,64,把下列紐曼投影式寫成透視式，它們是不是相同物質。,相同物質,2020/4/27,.,65,第六節(jié)化學性質,總體特點1、穩(wěn)定：對強酸，強堿，強氧化劑，強還原劑都不發(fā)生反應。2、烷烴的多數(shù)反應都是通過自由基機理進行的。,一、烷烴的反應,2020/4/27,.,66,（一）氧化和燃燒反應,燃燒反應：,注意：有機反應寫法，一般用單箭頭。,用途：內燃機，汽油，柴油等發(fā)生熱能的基本反應，熱源利用（沼氣等）,2020/4/27,.,67,一些烷烴的燃燒熱,直鏈烴中，每增加一個CH2，燃燒熱增加平均為658.6KJ.mol-1。支鏈烷烴比同碳數(shù)直鏈烷烴燃燒熱低，內能低。通過比較不同烷烴的燃燒熱，可以比較不同烷烴的穩(wěn)定性,燃燒熱越高，化合物所具有的能量就越高，也就越不穩(wěn)定。,2020/4/27,.,68,（二）甲烷的鹵代反應(halogenationreaction),烷烴RH和鹵素X2在光照（hv）或加熱（）下，RH中的H被鹵素取代的反應稱鹵代，其產(chǎn)物稱鹵代烴。,取代反應:烷烴RH中的氫原子被其它原子或基團取代的反應稱為取代反應（substitutionreaction）。,2020/4/27,.,69,工業(yè)上可控制不同反應條件，獲得各種氯代物,CH4與Br2的反應產(chǎn)物與氯代相似，但反應速度較慢；氟代反應過于激烈，難控制；碘代反應難進行，加入適當氧化劑才可。,鹵素與甲烷反應相對活性：F2Cl2Br2I2,2020/4/27,.,70,(三)、鹵代反應機理,反應機理(reactionmechanism)對某個化學反應逐步變化過程的詳細描述，又稱反應機制或反應歷程。,鹵代反應屬自由基鏈反應(freeradiclchainreaction),（1）鏈引發(fā)(chain-initiatingstep)：形成自由基,243kJ/mol,2020/4/27,.,71,（2）鏈增長(chainpropagatingstep)：延續(xù)自由基、形成產(chǎn)物,4kJ/mol,108kJ/mol,2020/4/27,.,72,2020/4/27,.,73,（3）鏈終止(chain-initiatingstep)：消除自由基,2020/4/27,.,74,（四）、烷基自由基的結構,自由基:帶有孤電子的原子或原子團稱為自由基。含有孤電子碳的體系稱為碳自由基。,甲烷CH4：SP3雜化甲基自由基C：SP2雜化,SP2雜化,2020/4/27,.,75,自由基的產(chǎn)生,熱均裂產(chǎn)生,輻射均裂產(chǎn)生,單電子轉移的氧化還原反應產(chǎn)生,H2O2+Fe2+HO+HO-+Fe3+RCOO-RCOO,-e-,電解,2020/4/27,.,76,（五）甲烷鹵代反應過程中的能量變化-反應熱，活化能和過渡態(tài),自由基機理雖能很好地解釋了甲烷的鹵代反應，但無法說明不同鹵素對甲烷的反應活性順序，因此，需進一步分析反應過程中的能量變化。,一個反應能否進行或進行難易，在很大程度上取決于反應物和產(chǎn)物之間的能量變化。放熱反應一般比吸熱反應易進行。就放熱反應而言，產(chǎn)物的能量比反應物能量低，產(chǎn)物穩(wěn)定性好。,反應熱H：標準狀態(tài)下反應物和產(chǎn)物之間的能量差稱為反應熱。其數(shù)值可由鍵的離解能估計。,2020/4/27,.,77,甲烷鹵代反應的反應熱H（KJ.mol-1）,2020/4/27,.,78,活化能Ea：反應進行所需要的最低能量。如：,CH3-H+XCH3-H-X#CH3+HX過渡態(tài),逆反應活化能大，逆反應難進行。,2020/4/27,.,79,甲烷與溴自由基反應的Ea,逆反應活化能低，逆反應易進行。,2020/4/27,.,80,鹵素的相對反應活性,分析：第一步X-X2x只有舊鍵斷裂，I2的活化能最小。,第二步CH3-H+XCH3+HXEa(KJ.mol-1)H（KJ.mol-1）F4-130Cl17+4Br75+67I141+140第三步CH3+X-XCH3X+X放熱反應,第二步為決定反應速度步驟。Ea小者反應易進行。,2020/4/27,.,81,其它烷烴的鹵代反應更復雜，如：,（六）其它烷烴的鹵代反應,V:V=45/6:55/2=1:3.8,1oH,2oH,1oH,V:V=64/9:36/1