有機(jī)化學(xué)02胡市公開課一等獎(jiǎng)百校聯(lián)賽特等獎(jiǎng)?wù)n件

第二章烷烴(Alkanes)1第1頁一.烷烴同系列和異構(gòu)二.烷烴命名三.烷烴構(gòu)象四.烷烴物理性質(zhì)五.烷烴反應(yīng)六.烷烴制備第二章烷烴

(Alkanes)2第2頁概述：烴是指只含有碳和氫兩種元素化合物。烷烴指含有通式為CnH2n+2碳?xì)浠衔铩Ｍ闊N是一類飽和烴，分子中除碳碳鍵外，其它鍵被氫飽和。即碳原子結(jié)合氫原子數(shù)目已到達(dá)飽和程度。主要起源：天然氣和石油。用途：可作為燃料，也是當(dāng)代化學(xué)工業(yè)原料。分類：環(huán)狀烴鏈狀烴3第3頁一.烷烴同系列和異構(gòu)(Homologousseriesandisomerismofalkanes)1.同系列CnH2n+2n為碳原子個(gè)數(shù)n分子式結(jié)構(gòu)式命名乙烷C2H6CH3CH32甲烷CH41CH4C3H8CH3CH2CH33丙烷正丁烷、異丁烷C4H1042正戊烷、異戊烷、新戊烷C5H1253654第4頁CnH2n+2n為碳原子個(gè)數(shù)n分子式結(jié)構(gòu)式命名107515434720366319935系差：CH2同系列：凡含有一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)伴隨碳原子數(shù)增加而有規(guī)律性改變化合物系列。5第5頁同系物：同系列中各個(gè)化合物彼此互稱同系物。結(jié)構(gòu)異構(gòu)體：分子式相同，分子中原子相互連接方式和次序不一樣異構(gòu)體。結(jié)構(gòu)：指分子中原子相互連接方式和次序。構(gòu)型異構(gòu)體——構(gòu)型——構(gòu)象——構(gòu)象異構(gòu)體——6第6頁2.碳原子和氫原子類型叔碳（3°）：與一個(gè)氫原子相連碳。仲碳（2°）：與兩個(gè)氫原子相連碳。伯碳（1°）：與三個(gè)氫原子相連碳。季碳：與四個(gè)碳原子相連碳。叔氫：與叔碳相連氫原子。仲氫：與仲碳相連氫原子。伯氫：與伯碳相連氫原子。7第7頁季碳伯碳仲碳叔碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳仲碳8第8頁二.烷烴命名(NomenclatureofAlkanes)1.普通命名（習(xí)慣命名法）以烷作為母體，十個(gè)碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十個(gè)碳原子以上用數(shù)字表示。正表示直鏈：異表示有以下結(jié)構(gòu)支鏈：新表示分子中有季碳原子：9第9頁新戊烷正己烷例：異己烷新己烷10第10頁2.系統(tǒng)命名法（IUPAC）IUPAC：InternationalunionofpureandappliedchemistryCCS：Chinesechemicalsociety上述結(jié)構(gòu)無法用普通命名（習(xí)慣命名法）法命名1).直鏈烷烴以烷作為母體，十個(gè)碳原子以下用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，十個(gè)碳原子以上用數(shù)字表示。11第11頁辛烷十一烷2).支鏈烷烴①.烷基命名烷基：烷烴分子中取掉一個(gè)氫剩下部分。甲基乙基丙基Me（Methyl）Et（Ethyl）n-Pr（Propyl）12第12頁異丙基丁基異丁基仲丁基叔丁基i-Pr（isopropyl）n-Bu（Butyl）i-Bu（isobutyl）s-Bu（sec-butyl）t-Bu（tert-butyl）13第13頁異戊基（isopentyl）叔戊基（tert-pentyl）新戊基（Neopentyl）仲戊基（sec-pentyl）14第14頁②.支鏈烷烴命名規(guī)則:a.選主鏈:選最長、取代基最多碳鏈作主鏈。b.編號(hào)：從離取代基最近一端編號(hào)，并滿足最低系列標(biāo)準(zhǔn)。2,2,3-2,3,3-15第15頁c.若主鏈上有幾個(gè)取代基時(shí)，應(yīng)按“次序規(guī)則”，較優(yōu)基團(tuán)后列出。甲基乙基丙基丁基異丁基戊基異丙基新戊基仲丁基叔丁基異戊基列在后面是較優(yōu)基團(tuán)3,3,4,5-四甲基-4-乙基庚烷3,4,5,5-四甲基-4-乙基庚烷16第16頁d.寫法位次取代基位置用阿拉伯?dāng)?shù)字，數(shù)字間用逗號(hào)隔開（半字線）取代基名稱相同取代基合并起來，用一、二、三表示母體123452,2,4-三甲基戊烷例：2,5-二甲基-4-異丙基庚烷17第17頁12345672,3,5-三甲基-4-丙基庚烷2-甲基-4-仲丁基-4-叔丁基辛烷18第18頁2,6,6-三甲基-3-乙基辛烷123456782,7,8-三甲基癸烷19第19頁三.烷烴構(gòu)象(ConformationofAlkanes)概述：a.構(gòu)象：指分子中原子或原子團(tuán)因?yàn)閲@單鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生分子中原子在空間不一樣排列。b.構(gòu)象異構(gòu)體：分子組成相同，結(jié)構(gòu)式相同，因構(gòu)象不一樣而產(chǎn)生異構(gòu)體。c.構(gòu)象異構(gòu)體表示方法：透視式（傘形式，鋸架式），紐曼投影式20第20頁以乙烷重合式構(gòu)象說明：傘形式鋸架式透視式：21第21頁紐曼投影式：d.注意：構(gòu)象異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)換不需發(fā)生共價(jià)鍵斷裂。分子構(gòu)象異構(gòu)體有沒有數(shù)個(gè)，無法畫出，采取抓兩頭，選中間（選內(nèi)能最高及最低構(gòu)象），中間選幾個(gè)經(jīng)典。22第22頁1.乙烷構(gòu)象扭轉(zhuǎn)角：ABCDφ121223第23頁②.φ=60°①.φ=0°③.φ=120°④.φ=180°⑤.φ=240°⑦.φ=360°⑥.φ=300°24第24頁從乙烷構(gòu)象可看出：①.扭轉(zhuǎn)角φ由0°逐步變到360°可得到無數(shù)個(gè)構(gòu)象，它們之間差異在于原子在空間排列不一樣。②.扭轉(zhuǎn)角φ=0°120°240°360°為重合式φ=60°180°300°為交叉式重合式、交叉式構(gòu)象為乙烷兩個(gè)經(jīng)典構(gòu)象，其它構(gòu)象處于這兩個(gè)構(gòu)象之間。③.重合式中兩個(gè)碳原子上C—H鍵相距最近，能量較高，不穩(wěn)定。交叉式中兩個(gè)碳原子上C—H鍵相距最遠(yuǎn)，能量較低，穩(wěn)定。25第25頁④.能量曲線圖⑤.乙烷有沒有數(shù)個(gè)構(gòu)象，乙烷最穩(wěn)定構(gòu)象是交叉式。12kj/mol①②③④⑤⑥⑦26第26頁2.丁烷構(gòu)象①.φ=0°②.φ=60°③.φ=120°④.φ=180°⑤.φ=240°⑥.φ=300°⑦.φ=360°27第27頁從丁烷構(gòu)象可看出：①.扭轉(zhuǎn)角φ由0°逐步變到360°可得到無數(shù)個(gè)構(gòu)象，其中有四種經(jīng)典構(gòu)象。φ=60°300°為順交叉式。C2上CH3與C3上CH3離相對(duì)較近，斥力相對(duì)較大，穩(wěn)定性不如④。φ=120°240°為部分重合式。C2上CH3與C3上CH3離較近，斥力也較大，較不穩(wěn)定。②.扭轉(zhuǎn)角φ=180°為反交叉式。C2上CH3與C3上CH3離最遠(yuǎn)，斥力最小，能量最低，最穩(wěn)定。φ=0°為全重合式。C2上CH3與C3上CH3離最近，斥力最大，能量最高，最不穩(wěn)定。28第28頁③.能量曲線圖⑥15.9kj/mol3.7kj/mol①②③④⑤⑦④.丁烷有沒有數(shù)個(gè)構(gòu)象，最穩(wěn)定構(gòu)象是反交叉式。29第29頁2.高級(jí)烷烴構(gòu)象鋸齒狀排列，其中C-H都處于交叉式，碳鏈看起來像鋸齒。最穩(wěn)定構(gòu)象是：整個(gè)碳鏈?zhǔn)卿忼X狀。30第30頁31第31頁32第32頁四.烷烴物理性質(zhì)(PhysicalPropertiesofAlkanes)（自學(xué)）五.烷烴反應(yīng)(ChemicalReactionsofAlkanes)1.鹵化反應(yīng)概述：烷烴和鹵素（Cl2、Br2）在暗處不發(fā)生反應(yīng)，但在光照時(shí)反應(yīng)猛烈甚至引發(fā)爆炸。鹵化反應(yīng)：烷烴分子中氫原子被鹵素取代反應(yīng)。例：33第33頁注意：得到混合物，控制條件，可使某一個(gè)產(chǎn)物占主要。合成上無價(jià)值，主要性在于機(jī)理研究。1).氯化反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)經(jīng)歷過程。是綜合試驗(yàn)事實(shí)作出理論假設(shè)。公認(rèn)機(jī)理，能夠解釋試驗(yàn)事實(shí)。鏈引發(fā)34第34頁鏈增加鏈終止……35第35頁①.含有鏈引發(fā)、鏈增加、鏈終止反應(yīng)在化學(xué)上叫自由基反應(yīng)（自由基鏈反應(yīng)，連鎖反應(yīng)）。②.決定反應(yīng)速度步驟是鏈增加反應(yīng)中奪氫過程③.不一樣鹵素反應(yīng)活性氟＞氯＞溴＞碘④.各種氫相對(duì)反應(yīng)活性結(jié)論：叔氫＞仲氫＞伯氫36第36頁6個(gè)伯氫所得2個(gè)仲氫所得仲氫/伯氫=仲氫反應(yīng)活性是伯氫4倍。36%64%叔氫/伯氫=叔氫反應(yīng)活性是伯氫5倍。37第37頁解釋：三種氫鍵裂解能為：1°C-H410.3Kj/mol2°C-H397.7Kj/mol3°C-H389.4Kj/mol鍵裂解能越小，鍵越弱，越易均裂。⑤.選擇性（鹵素對(duì)取代反應(yīng)選擇性）因?yàn)橛袡C(jī)反應(yīng)副反應(yīng)多，若反應(yīng)選擇性大，得到幾個(gè)可能產(chǎn)物所占百分比差異大。若反應(yīng)選擇性小，得到幾個(gè)可能產(chǎn)物所占百分比差異小。38第38頁43%57%3%97%在氯化反應(yīng)中：仲氫/伯氫在溴化反應(yīng)中：仲氫/伯氫在溴化反應(yīng)中，仲氫比伯氫活性大多。所以溴化含有很高選擇性，在合成上有應(yīng)用價(jià)值。39第39頁2).烷基自由基穩(wěn)定性在自由基鏈反應(yīng)中，決定速度步驟中中間體是烷基自由基，自由基越穩(wěn)定，反應(yīng)越易進(jìn)行。99.5%例：結(jié)論：＞＞＞解釋：①.鍵裂解能439.6Kj/mol40第40頁鍵裂解能越小，鍵越弱，越易均裂，自由基越易形成，即自由基穩(wěn)定。410.3Kj/mol397.7Kj/mol389.4Kj/mol41第41頁②.超共軛效應(yīng)定義：烷基上碳原子與體主動(dòng)小氫原子結(jié)合，對(duì)電子云屏蔽作用很小，所以C-H上σ電子比較輕易與鄰近π電子（或P軌道）共軛，使電子重新分配，基團(tuán)穩(wěn)定。這種σ鍵與π鍵（或P軌道）共軛稱為超共軛效應(yīng)，σ鍵與π鍵共軛叫σ-π超共軛效應(yīng)，σ鍵與P軌道共軛叫σ-p超共軛效應(yīng)。42第42頁.sp2.sp2sp3有3個(gè)C-Hσ電子同P軌道交蓋43第43頁有9個(gè)C-H鍵σ電子同P軌道交蓋靠近sp2.靠近sp2有6個(gè)C-H鍵σ電子同P軌道交蓋44第44頁3).甲烷氯化反應(yīng)能線圖在甲烷氯化反應(yīng)中，決定反應(yīng)速度步驟是鏈增加反應(yīng)中第一步：奪氫過程過渡態(tài)45第45頁△HφEact反應(yīng)坐標(biāo)Ekj/mol吸熱反應(yīng)鏈增加反應(yīng)中第一步鏈增加反應(yīng)中第二步放熱反應(yīng)（放出大量熱）△Hφ≠E1act反應(yīng)坐標(biāo)Ekj/mol46第46頁過渡態(tài)：在能線圖峰頂，無法證實(shí)。中間體：在能線圖峰谷，試驗(yàn)方法可證實(shí)?；罨埽哼^渡態(tài)與初始態(tài)之間能量差。反應(yīng)熱：生成物與反應(yīng)物之間能量差。正值為吸熱，負(fù)值為放熱。2.氧化反應(yīng)熱量合成上無意義，但能作燃料。當(dāng)不完全燃燒時(shí)，生成碳黑，在橡膠應(yīng)用中廣泛。47第47頁3.熱解反應(yīng)熱解反應(yīng)：化合物在熱作用下分解。煤油：C11-C16烷烴柴油：C15-C18烷烴汽油：C5-C12烷烴C5-C12烷烴汽油48第48頁4.硝化反應(yīng)5.磺化反應(yīng)注意：會(huì)用生成熱（△Hfφ）計(jì)算反應(yīng)焓變。鍵裂解能（DHφ）計(jì)算反應(yīng)焓變。49第49頁2.武慈(Wurtz)反應(yīng)六.烷烴制備(PreparationsofAlkanes)1.格利雅試劑（Grignard）水解用于制備特殊烷烴。格利雅試劑50第50頁

格林雅（VictorGrignard,1871—1935,法國化學(xué)家）

格林雅試劑是有機(jī)化學(xué)工作所熟知最有用和最多功效試劑之一，它是由法國化學(xué)家格林雅發(fā)覺。

格林雅1871年生于法國塞堡(CherbourgFrance)。在里昂(Lyons)他跟L.Bouceault學(xué)習(xí)一年后，在巴比埃(P.A.Barbier)指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。19他在巴比埃指導(dǎo)下著手把金屬鎂用于縮合反應(yīng)研究。他很快發(fā)覺一個(gè)鹵代烷與鎂在絕對(duì)乙醚中反應(yīng)，在沒有任何副反應(yīng)情況下，這個(gè)反應(yīng)就能順利完成。19格林雅發(fā)表關(guān)于混合有機(jī)鎂化合物論文，并把有機(jī)鎂應(yīng)用到合成羧酸、醇和烴類化合物。這個(gè)發(fā)覺主要性是每個(gè)化學(xué)家所共知。在里昂和以后在南錫(Nancy)，格林雅繼續(xù)研究有機(jī)鎂化合物。在南錫他成為有機(jī)化學(xué)教授。19他回到里昂接替巴比埃任化學(xué)系主任。因?yàn)楦窳盅艅?chuàng)造了格林雅試劑于19取得了諾貝爾獎(jiǎng)金。返回51第51頁武慈（CharlesAdolp