大學有機化學第2章_烷烴(alkane)

1、第二章第二章 烷烴烷烴（alkane）本章重點講解本章重點講解v1. 1. 烷烴的命名烷烴的命名 掌握掌握 v2. 2. 烷烴的結構烷烴的結構掌握掌握 v3. 3. 烷烴的物理性質(zhì)烷烴的物理性質(zhì)了解了解v4. 4. 烷烴的化學性質(zhì)烷烴的化學性質(zhì)理解理解2.1 同系列和同分異構現(xiàn)象同系列和同分異構現(xiàn)象結構通式：結構通式： CnH2n+2 CH4 C2H6 C3H8組成上相差組成上相差CH2及其整數(shù)倍的稱為同系列。同系列中的及其整數(shù)倍的稱為同系列。同系列中的各化合物互為各化合物互為同系物同系物。 同分異構體：同分異構體：具有相同分子式，結構不同的化合物。具有相同分子式，結構不同的化合物。C4H10

2、CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C5H12 構造異構體：構造異構體：具有相同分子式，分子中原子或基團因連接具有相同分子式，分子中原子或基團因連接順序、方式不同而產(chǎn)生的異構體。分為官能團異構順序、方式不同而產(chǎn)生的異構體。分為官能團異構、碳架碳架異構和位置異構等異構和位置異構等CH3CH2CH2CH2CH3 正戊烷正戊烷CH3CHCH2CH3 異戊烷異戊烷CH3CH3 C CH3 新戊烷新戊烷CH3CH32.2 2.2 烷烴的命名烷烴的命名CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)1. 1. 烷基的概念烷基的概念 1）伯

3、、仲、叔、）伯、仲、叔、 季碳原子和伯、仲、季碳原子和伯、仲、叔氫原子叔氫原子 2）烷基）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3異丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基碳原子和氫原子的分類碳原子和氫原子的分類2碳，碳，或仲碳或仲碳1碳，碳，或伯碳或伯碳3碳，碳，或叔碳或叔碳4碳，碳，或季碳或季碳與伯、仲、叔碳相連的氫分別稱為伯、仲、叔氫。與伯、仲、叔碳相連的氫分別稱為伯、仲、叔氫。請問有季氫嗎？請問有季氫嗎？CH3 C CH2CHCH2CH3CH3CH3CH32.2 2.2 烷烴的命名烷

4、烴的命名CH3CCH3CCH3HH3CCHHCHHH4o 3o2o1oC3o 2o 1oH(季)(叔)(仲)(伯)1. 1. 烷基的概念烷基的概念 1）伯、仲、叔、）伯、仲、叔、 季碳原子和伯、仲、季碳原子和伯、仲、叔氫原子叔氫原子 2）烷基）烷基 R-CH3 Me 甲基CH3CH2 Et 乙基CH3CH2CH2n-Pr 正丙基CH3CCH3CH3CH3CHCH3i-PrCH3CH2CHCH3異丙基s-Bu仲丁基t-Bu叔丁基CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH正丁基正丁基異丁基異丁基叔丁基叔丁基仲丁基仲丁基CH3CH3CH3CCH3CH3CHCH2 2. 2. 烷烴的命名烷烴的命名

5、CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3CCH2CH3CH3CH3CH3CH3CH-CH3110個碳的烷烴，詞頭用：個碳的烷烴，詞頭用：甲、乙、丙、丁、戊、己、甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸庚、辛、壬、癸；10個碳以上，用中文數(shù)字十一、十個碳以上，用中文數(shù)字十一、十二等表示。二等表示。 碳架異構體用正、異、新等詞頭區(qū)分。碳架異構體用正、異、新等詞頭區(qū)分。正正己烷己烷CH3CCH2-CH3CH31 1）普通命名法（適用于簡單化合物）普通命名法（適用于簡單化合物）異異己烷己烷新新己烷己烷2 2）系統(tǒng)命名（）系統(tǒng)命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）CH

6、3CH2CHCH3CH2CH3主鏈C-C-C-C-C-C-CC-C-CCC C123 a. 選主鏈選主鏈最長、取代基最長、取代基最多最多。b. 編號編號 靠近取代基靠近取代基、遵守遵守“最低系列原則最低系列原則”CH3CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH3取代基位號 2，3，5取代基位號 2，4，5232 2）系統(tǒng)命名（）系統(tǒng)命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）vc. 取代基距兩端位號相同時，取代基距兩端位號相同時，優(yōu)先基團置后優(yōu)先基團置后。順序： -C-C-C Br Cl F O N C D H 48OHCH2CCl3ClOHCH2CCl3ClCH2CH2CH3 C（C、H、H、）

7、 C（C、C、H）CHCH3CH3CH2ClCHF2C（Cl、H、H） C（F、F、H） 多原子基團第一個原子相同多原子基團第一個原子相同,則比較與其相連的其則比較與其相連的其它原子。它原子。 含雙鍵或叁鍵的基團含雙鍵或叁鍵的基團,則看作是連有兩個或叁個相則看作是連有兩個或叁個相同的原子。同的原子。CCH C(CH3)3CHCH2CCH(C)(C)(C)(C)(C)CCH3CH3CH3CHCHH(C)乙炔基乙炔基 乙烯基乙烯基 叔丁基叔丁基 CHCH3CH3CHCH2CH3COOHCHCH3CH3CHCH2CH3COOHvd. 支鏈上有取代基，則從和主鏈相連的碳原子開始支鏈上有取代基，則從和主

8、鏈相連的碳原子開始將支鏈碳依次編號，并將取代基位號、名稱及支鏈將支鏈碳依次編號，并將取代基位號、名稱及支鏈名寫在括號內(nèi)。名寫在括號內(nèi)。CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3CH3CCH3H3CCH2CH31 2 3 4 5 6 7 8 9 102312-甲基甲基 -5-（1，1-二甲基丙基）二甲基丙基）癸烷癸烷e. 名稱的排列順序名稱的排列順序 中文名稱按次序規(guī)則，優(yōu)中文名稱按次序規(guī)則，優(yōu)先基團置后；英文名稱按先基團置后；英文名稱按基團首字母的字順先后列基團首字母的字順先后列出。出。5-丙基丙基-4-異丙基壬烷異丙基壬烷 4-isopropyl-5-propylnonane分

9、為三步：分為三步：一選二編三命名一選二編三命名。1. 選主鏈：選主鏈：最長碳鏈，取代基最多最長碳鏈，取代基最多2. 編號：編號：靠近取代基靠近取代基（最低系列原則）（最低系列原則）3. 命名：命名：先小后大先小后大（次序規(guī)則：次序規(guī)則：優(yōu)先基團優(yōu)先基團 置后置后） 同基合并同基合并 在英文命名中，取代基按詞首的字母排列順序先后列出關鍵是如何確定主鏈和處理取代基的位置關鍵是如何確定主鏈和處理取代基的位置2 2）系統(tǒng)命名（）系統(tǒng)命名（IUPACIUPAC命名法）命名法）例1 CH3-CH2 CH2-CH-CH2 -CH-CH2-CH3 CH2 CH3 CH3辛烷3-甲基-5-乙基母體名基名 連字符

10、讀作：位取代基位次例2 CH3-CH2-CHCH-CH2-CH3 CH3-CH CH-CH3CH3 CH32,5-二甲基-3,4-二乙基己烷例3 CH3-CH-CH2CHCHCH3 CH3 CH CH3 CH3 CH32,5-二甲基-3-異丙基己烷2,5-二甲基-4-異丙基己烷 1235612358126542,5-2甲基 3,4-2乙基己烷2,5-甲基-3,4二乙基己烷（最低系列原則最低系列原則）例題例題4乙基是較優(yōu)基團，置后乙基是較優(yōu)基團，置后3-甲基甲基-3-乙基乙基己烷己烷CH3CH2CCH2CH2CH3CH2CH3CH3CH3CH2CHCH2CH2CH2CHCH2CH3CH3CH2C

11、H33-甲基甲基-7-乙基壬烷乙基壬烷37732.3 2.3 烷烴的結構烷烴的結構C CH HH HH HH HCsp3Hs1.1.碳的碳的SPSP3 3雜化和雜化和鍵的形成鍵的形成 四個四個C-H鍵鍵六個六個C-HC-H鍵鍵 一個一個C-CC-C鍵鍵烷烴分子立體烷烴分子立體形狀表示法：形狀表示法：實線實線- -鍵在紙平面上鍵在紙平面上; ; 楔線楔線- -鍵在紙平面前鍵在紙平面前; ; 虛線虛線- -鍵在紙平面后。鍵在紙平面后。 2.2.烷烴的構象烷烴的構象H HH HH HH HH HH HH HH HC C C CH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH H構

12、象：構象：由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團在空由單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團在空間的不同排列方式。間的不同排列方式。1 1）乙烷的構象）乙烷的構象H HH HH HH HH HH HCH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HCHHH 楔形透視式（傘形式）楔形透視式（傘形式） 鋸架式鋸架式 紐曼投影式紐曼投影式 重重疊疊式式交交叉叉式式乙烷的交叉式構象乙烷的交叉式構象乙烷的重疊式構象乙烷的重疊式構象HHHHHHHHHHHH交叉式交叉式重疊式重疊式乙烷的構象（乙烷的構象（透視式透視式）乙烷的構象（乙烷的構象（Newman 投影式投影式）HHHHHHHHHH交叉式交叉

13、式重疊式重疊式HH能量能量重疊式構象重疊式構象交叉式構象交叉式構象12.5kJ/mol乙烷分子中各種構象的位能變化曲線乙烷分子中各種構象的位能變化曲線分子間的碰撞足以產(chǎn)生這么分子間的碰撞足以產(chǎn)生這么大的能量變化，因而各構象大的能量變化，因而各構象間可以在常溫下自動轉(zhuǎn)化間可以在常溫下自動轉(zhuǎn)化（穩(wěn)定構象或占優(yōu)勢構象）（穩(wěn)定構象或占優(yōu)勢構象） 2 2） 正丁烷的構象正丁烷的構象 繞繞C-2和和C-3之間的之間的鍵旋轉(zhuǎn)，形成的四種典型構象。鍵旋轉(zhuǎn)，形成的四種典型構象。對位交叉式對位交叉式 鄰位交叉式鄰位交叉式 全重疊式全重疊式 部分重疊式部分重疊式構象穩(wěn)定性構象穩(wěn)定性：對位交叉式對位交叉式 鄰位交叉式

14、鄰位交叉式 部分重疊式部分重疊式 全重疊式全重疊式最穩(wěn)定的最穩(wěn)定的對位交叉對位交叉構象是構象是優(yōu)勢構象優(yōu)勢構象，能量最低。，能量最低。CH3CH3HHHHCH3HHHH對位交叉式對位交叉式鄰位交叉式鄰位交叉式完全重疊式完全重疊式部分重疊式部分重疊式CH3CH3CH3HHHHCH3H3CHHHH正丁烷構象分析勢能圖正丁烷構象分析勢能圖 能否寫出以下兩個化合物的穩(wěn)定構象？能否寫出以下兩個化合物的穩(wěn)定構象？lCH3CH2CH2CH2CH3lCH3CH2IC2H5CH3HHHHHIHHHH 討討 論論 題題 （1）將右式化合物改寫成）將右式化合物改寫成紐曼式，并用紐曼式，并用紐曼式紐曼式表示表示其其優(yōu)

15、勢構象優(yōu)勢構象。H HC CH H3 3C Cl lH HC CH H3 3C Cl l（2）下列哪一對化合物是等同的？（）下列哪一對化合物是等同的？（C-C單鍵可以單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)）自由旋轉(zhuǎn)）BrHCH3BrHCH3BrHBrHCH3CH3BrHCH3BrHCH3CH2a. b.CH3BrBrHHCH2CH3v雜化軌道v烷烴命名v次序規(guī)則v烷烴構象v分子間力2.4 物理性質(zhì)物理性質(zhì)v外外 觀：觀： 狀態(tài)，狀態(tài)， 顏色，顏色， 氣味氣味v物理常數(shù)：物理常數(shù)： 沸點（沸點（b.p.)熔點（熔點（m.p.) 折光率折光率(n)旋光度旋光度 密度（密度（D） 溶解度溶解度 偶極矩（偶極矩（） =qd

16、 光譜特征光譜特征v1. 熔點熔點:取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。烷烴的密度均小于烷烴的密度均小于1（0.424-0.780)烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑烷烴不溶于水，溶于非極性溶劑.偶極矩均為偶極矩均為0。1. 1. 熔點熔點: :烷烴熔點的特點烷烴熔點的特點: （1） 隨相對分子質(zhì)量增大隨相對分子質(zhì)量增大 而增大。而增大。 （2） 偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳偶數(shù)碳烷烴比奇數(shù)碳 烷烴的熔點升高值烷烴的熔點升高值 大大 （如右圖）。（如右圖）。（3）相對分子質(zhì)量相同的）相對分子質(zhì)量相同的烷烴，支鏈增多，熔點下降。烷烴，支鏈增多，熔點下降。偶數(shù)碳偶數(shù)碳奇

17、數(shù)碳奇數(shù)碳2. 沸點沸點: :沸點大小沸點大小取決于分子間的作用力取決于分子間的作用力 烷烴沸點的特點烷烴沸點的特點:（1 1）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。）沸點一般很低（非極性，只有色散力）。（2）隨相對分子質(zhì)量增大而增大（范德華引力增大）。）隨相對分子質(zhì)量增大而增大（范德華引力增大）。（3）相對分子質(zhì)量相同、支鏈多、沸點低。（支鏈多，分子不易接近）相對分子質(zhì)量相同、支鏈多、沸點低。（支鏈多，分子不易接近）1、22.5 2.5 化學性質(zhì)化學性質(zhì)v總體特點：總體特點：化學性質(zhì)取決于分子的結構?；瘜W性質(zhì)取決于分子的結構。C-C、C-H鍵的鍵能較大，極性較小，烷烴鍵的鍵能較大，極性較小，烷

18、烴穩(wěn)定穩(wěn)定。高溫、光高溫、光照照等條件下烷烴具有反應活性。等條件下烷烴具有反應活性。2.5.1鹵代反應1) 1) 氯代氯代hvCH4Cl2hvCl2hvCl2CH3ClCH2Cl2CHCl3hvCl2CCl42）反應機理）反應機理亦稱亦稱反應歷程反應歷程、反應機制反應機制，是描述反應由，是描述反應由反應物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的每一步過程。反應物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的每一步過程。反應經(jīng)歷了反應經(jīng)歷了游離基活性中間體游離基活性中間體。游離基取代反應。游離基取代反應。2.5.12.5.1鹵代反應鹵代反應Cl2 2ClhvCH3 + CH3 H3CCH3鏈傳遞鏈傳遞鏈終止鏈終止Cl + Cl Cl2Cl2 CH3Cl

19、 + ClCH3 +CH4 + Cl CH3 + HCl鏈引發(fā)鏈引發(fā)Cl + CH3 H3CCl產(chǎn)生產(chǎn)生游離基游離基產(chǎn)生產(chǎn)生甲基游離基甲基游離基產(chǎn)生新的產(chǎn)生新的氯游離氯游離基基游離基游離基之間碰撞，之間碰撞，形成形成穩(wěn)定分子穩(wěn)定分子，反應終止反應終止整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈傳遞、鏈終止。整個反應經(jīng)歷三個階段：鏈引發(fā)、鏈傳遞、鏈終止。此游離基反應也稱此游離基反應也稱鏈鎖反應或鏈反應。鏈鎖反應或鏈反應。2.5.1鹵代反應3 3）氯代、溴代反應的取向）氯代、溴代反應的取向CH3CH2CH3 + Cl2hv25oCCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3Cl45% 55%1oH與與2oH被

20、取代的概率為被取代的概率為: 6 2氫的相對反應活性：氫的相對反應活性： 1oH:2oH = (45/6) : (55/2 ) = 1 : 3.8例例 1例例 2CH3CHCH3 + Cl2CH3hv25oCCH3CHCH2Cl + CH3CCH3CH3ClCH364% 36% 1oH與與3oH氫被取代的概率為氫被取代的概率為: 9:1氫的相對反應活性：氫的相對反應活性： 1oH : 3oH = ( 64/9):(36/1) = 1 : 5 9 99 9% % (CH3)2CH CH3CH2 CH32.5.1鹵代反應H HH HC C- -H Hsp2 烷基游離基結構烷基游離基結構 帶成單電子碳帶成單電子碳 sp雜化。雜化。成單電成單電 子占據(jù)未參與雜化的子占據(jù)未參與雜化的p軌道。軌道。p軌道垂直于三個軌道垂直于三個sp雜雜化軌道所在的平面?；壍浪诘钠矫妗CH3HHCCH3HCCH3CH3CH3CH3乙基游離基乙基游離基 異丙基游離基異丙基游離基 叔丁基游離基叔