大學(xué)有機(jī)化學(xué)教案

第一章緒論

教學(xué)基本要求：

要求學(xué)生了解有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象及有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展歷史，認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)

與生產(chǎn)和生活的密切關(guān)系。同時(shí)，通過對(duì)共價(jià)鍵理論及其本質(zhì)的學(xué)習(xí)，達(dá)到掌握有機(jī)

化合物分子結(jié)構(gòu)基本理論的目的。掌握碳原子正四面體概念，掌握共價(jià)鍵屬性，了解

有機(jī)化合物的分類和研究有機(jī)化合物的步驟。

教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

木章的重點(diǎn)是掌握有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，組成和性質(zhì)的特點(diǎn)。

難點(diǎn)是利用價(jià)鍵理論、分子軌道理論對(duì)共價(jià)鍵的理論解釋。

第一節(jié)有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象

一、有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)

1、有機(jī)化合物是指碳?xì)浠衔镆约皬奶細(xì)浠衔镅苌玫幕衔铩?/p>

2、有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)合物及其衍生物的結(jié)構(gòu)特征.合成方法和理化性質(zhì)等的化學(xué)。

一、有機(jī)化合物的特點(diǎn)

1、分子組成復(fù)雜

組成元素不多，但數(shù)目龐大，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜C

2、同分異構(gòu)現(xiàn)象

例如：乙醇和甲醛分子式為：CJW但化學(xué)結(jié)構(gòu)不同。

乙醇CH3cH20H甲醛CHQCL

3、容易燃燒

絕大多數(shù)有機(jī)物都是可燃的。燃燒后生成二氧化碳和水。

4、難溶于水（特殊例外）

很多有機(jī)物難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，原理依據(jù),相似相溶原理,與水形成氫

鍵的能力差。

5、熔、沸點(diǎn)低

許多有機(jī)物在室溫時(shí)呈氣態(tài)和液態(tài)，常溫下呈固態(tài)的有機(jī)物其熔點(diǎn)一般也很低。

例如：尿素132.7°C葡萄糖146°Co

6、反應(yīng)速率較慢

經(jīng)常需要幾小時(shí)、幾天才能完成，為了加速反應(yīng)，往往需加熱、光照或使用催

化劑等。3

7、反應(yīng)復(fù)雜，副反應(yīng)多

往往同一反應(yīng)物在同一條件下會(huì)得到許多不同的產(chǎn)物。所以就降低了主要產(chǎn)物

產(chǎn)率。

特殊例外：乙醇易溶于水、四氯化碳可滅火等。

三、有機(jī)化學(xué)的重要性

有機(jī)化學(xué)是有機(jī)化學(xué)工業(yè)的理論基礎(chǔ)；研究天然有機(jī)化合物、發(fā)展染料、合成藥

物、香料、生產(chǎn)乙快、石油化工產(chǎn)品的開發(fā)利用：生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等等都需要有堅(jiān)實(shí)

的有機(jī)化學(xué)知識(shí)。

第二節(jié)共價(jià)鍵的一些基本概念

一、共價(jià)鍵理論

1、價(jià)鍵理論

（1）原子軌道重疊或電子配對(duì)

基本理論在無機(jī)化學(xué)中已經(jīng)介紹了，由一對(duì)電子形成的共價(jià)鍵叫做單鍵，用一

條短直線表示，如果倆個(gè)原子各有二個(gè)或三個(gè)未成鍵的電子，構(gòu)成的共價(jià)鍵則為雙鍵或

叁鍵。

例如：

4

￥

H—C—H

I

II-c—c-

（2）共價(jià)鍵的飽和性

當(dāng)原子的未成鍵的一個(gè)電子與某原子的一個(gè)電子配對(duì)以后，就不能再與第三個(gè)電

子配對(duì)了，這就是共價(jià)鍵的飽和性。

（3）共價(jià)鍵的方向性

遵守最大重疊原理，分子的能量最低，形成最穩(wěn)定的分子。

2、分子軌道理論

它是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，認(rèn)為形成化學(xué)鍵的

電子是在整個(gè)分子中運(yùn)動(dòng)的。

分子軌道理論認(rèn)為化學(xué)鍵是原子軌道重疊產(chǎn)生的，原子軌道重疊時(shí)就可以形成同

樣數(shù)目的分子軌道。

原子軌道組成分子軌道時(shí)，必須符合三個(gè)條件：

（1）對(duì)稱匹配原則

（2）原子軌道重疊最大原則

（3）能量相近原則

分子軌道的對(duì)稱性不同可將其分為。軌道和冗軌道。

二、共價(jià)鍵的鍵參數(shù)

1、鍵長：形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子核間距離。鍵長的單位為師。

例：

CHCHCHCH31c三CH

3T33TCH=CH2

0.15300.15100.1456

同一類型的共價(jià)鍵的鍵長在不同的化合物中可能稍有區(qū)別。

2、鍵角：兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。

例：109°28'

3、鍵能：當(dāng)A和B兩個(gè)原子（氣態(tài)）結(jié)合生成A-B分子（氣態(tài)）時(shí)所放出的能

量稱為鍵能。用AH表示。

A（氣）+B（氣）一--A—B（氣）

離解能：要使IniolA-B雙原子分子（氣態(tài)）共價(jià)鍵解離為原子（氣態(tài)）時(shí)所需

要的能量也就是鍵能，或叫鍵的離解能。用D表示。

共價(jià)鍵斷裂時(shí)，必須吸熱，4H為正值；形成共價(jià)鍵時(shí)放熱，4H為負(fù)值。

注意：雙原子分子，鍵能和離解能數(shù)值相等；

多原子分子，鍵能為離解能的平均值。

鍵能越大，鍵越牢固。

5

4、鍵矩：正、負(fù)電荷中心的電荷（e）與正負(fù)電荷中心之間的距離（d）的乘積稱

為鍵矩。

u=ed

鍵矩是用來衡量鍵極性的物理量，為一矢量，有方向性的，通常規(guī)定其方向由正

到負(fù)，用箭頭表示。例如：

CH3fCl

兩個(gè)相同的原子組成的鍵鍵矩為零；兩個(gè)不相同的原子組成的鍵均有鍵矩。

5、偶極矩：多原子分子各鍵的鍵矩向量和就是該分子的偶極矩。例如：

HClC1

「產(chǎn)C1才干H

八C1%H飛

甲烷和四氯化碳是對(duì)稱分子，各鍵矩向量和為零，故為非極性分子。氯甲烷分子

中c—C1鍵矩未被抵消，u=1.94D,為極性分子。所以，鍵的極性和分子的極性是不

相同的。

三、共價(jià)鍵的斷裂

1、均裂：成鍵的一對(duì)電子平均分給兩個(gè)原子或原子團(tuán)。

A:B->A?+B?

A?稱為自由基，或稱為游離基。例如：

CHr"3cH2.分別叫甲基自由基和乙基自由基，通用R?表示。

經(jīng)過均裂生成自由基的反應(yīng)稱為自由基反應(yīng)；一般在光、熱作用下進(jìn)行。

2、異裂：異裂生成正離子和負(fù)離子，有兩種異裂：

C：X——?C*X-C：X-------?「x+

碳正離子碳負(fù)離子

例如：CH3-等；用通式：R+R一表示。

經(jīng)過異裂生成離子的反應(yīng)稱為離子型反應(yīng)；一般在酸、堿作用下進(jìn)行。

了解：親電反應(yīng)親電試劑親電體例如：金屬離子、氫質(zhì)子等。

親核反應(yīng)親核試劑親核體例如：氫氧根負(fù)離子等。

第三節(jié)誘導(dǎo)效應(yīng)

1、定義：

在有機(jī)化合物中，由于電負(fù)性不同的取代基團(tuán)的影響，使整個(gè)分子中成鍵電子

云按取代基團(tuán)的電負(fù)性所決定的方向而偏移的效應(yīng)稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。

2、特征：

誘導(dǎo)效應(yīng)的特征是沿著碳鏈傳遞，并隨碳鏈的增長迅速減弱或消失。

通過靜電誘導(dǎo)而影響到分子的其他部分，沒有外界電場的影響也存在。

3、表示形式：一般用I來表示誘導(dǎo)效應(yīng)。一I相當(dāng)于吸電子效應(yīng)，+1相當(dāng)于

供電子效應(yīng)，飽和的C—H鍵的誘導(dǎo)效應(yīng)規(guī)定為零。

6

Y—C-C—HC—X"

+11=0-I

4、具有一I效應(yīng)原子和原子團(tuán)的相對(duì)強(qiáng)度：

同族元素：

—F>-C1>—Br>—I從上到下依次減小

同周期元素：

—F>-0R>—NHR從左到右依次增強(qiáng)

不同雜化態(tài)：

—C=CR>—CR=CR2>一CR2—CR3

5、具有+1效應(yīng)的原子團(tuán)主要是烷基，相對(duì)強(qiáng)度是：

(CH)C->(CH)CH—>CIICH2—

33323>CH3—

第四節(jié)研究有機(jī)化合物的一般步驟

］、分離提純

重結(jié)寡法、升華法、蒸飾法、色層分析法以及離子交換法等。

2、純度的檢定

測(cè)定有機(jī)化合物的物理常數(shù)就可以檢定其純度。如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相對(duì)密度和

折射率等。

3、元素分析、實(shí)驗(yàn)式和分子式的確定

元素定性分析、元素定量分析、求各元素的質(zhì)量比、計(jì)算實(shí)驗(yàn)式；測(cè)定相對(duì)

分子質(zhì)量，確定分子式。

例如：3.26g樣品燃燒后,得到4.74gC02和1.92gH20,實(shí)驗(yàn)測(cè)得其相對(duì)分子量為

60o樣品C02H20

3.26g4.74g1.92g

C相對(duì)原子質(zhì)量12

碳質(zhì)量二C02質(zhì)量X------------------------=4.74X-------=1.29g

C02相對(duì)分子質(zhì)量44

碳質(zhì)量1.29

X100%=X100%=39.6%(C)

樣品質(zhì)量----------3.26

H相對(duì)原子質(zhì)量X22

氫質(zhì)量=1120質(zhì)量X----------------------------=1.92X——=0.213g

H20相對(duì)分子質(zhì)量18

氫質(zhì)量0.213

X100%=X100%=6.53%(11)

樣品質(zhì)量3.26

(0)%=100%-(39.6%+6.53%)=53.87%

計(jì)算原子數(shù)目比：39.6

C：-------=3.303.30/3.30=1

12

7

6.53

H：二6.536.53/3.30=1.98

1

53.87

0：-------=3.373.37/3.30=1.02

16

1：1.98：1.02^1：2：1

樣品的實(shí)驗(yàn)式為CH2O。測(cè)其分子量為60,故分子式為C2H402。

4、結(jié)構(gòu)式的確定

應(yīng)用現(xiàn)代物理方法如X衍射、紅外光譜法、核磁共振譜和質(zhì)譜等能快速、準(zhǔn)確地得

到分子的結(jié)構(gòu)式。

分子的結(jié)構(gòu)包括分子的構(gòu)造、構(gòu)型和構(gòu)象。

5、構(gòu)造式的寫法

II

I

H—C—HH——CC——H

I

H

也可以用簡略式書寫:

(CH3)3C(CH2)4CH(CH3)2CH[CH2=CH2CHMH

第五節(jié).有機(jī)化合物的分類和官能團(tuán)

一、按碳架分類

1、開鏈化合物分子中碳原子相互結(jié)合成碳鏈的化合物

CH3cH2cH3CH3cH2cH20HCIl3CH2C00II

2、碳環(huán)化合物分子中碳原子相互結(jié)合成碳環(huán)的化合物

(1)脂環(huán)化合物分子中碳原子相互結(jié)合成碳環(huán)

(2)芳香族化合物分子中碳原子連接成特殊的芳香環(huán)

00O

3、雜環(huán)化合物這類化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是組成環(huán)的原子除碳外，還有氧.硫.

氮等其他元素的原子

二、按官能團(tuán)分類

8

烯燃二蟀燃鍛基醛和酮

煥煌竣基竣酸

脂環(huán)燃?；⑺嵫苌?/p>

芳香煌硝基硝基化合物

鹵代燃氨基胺

醇和酚雜原子雜環(huán)

醒糖類、備類、,高分子化合物

表1—5重要官能團(tuán)的名稱和式子

化合物類別1官能團(tuán)官能團(tuán)名稱實(shí)例

C=C雙鍵CH2==CH2

C=C三鍵CH三CH

畝代燃

—X鹵素GHsCl

醇和酚—OH羥基CH3cH20H

C6H50H

酸c-o-cffi鍵CH50cH$

醛和酮C==0耀基CH3CHO

CH3COCH3

竣酸COOH竣基CH3COOH

硝基化合物N02硝基C6H敝

胺NH2氨基或邸乩

偶氮化合物N=N偶氮基&邸二NCM

重氮化合物N=N重氮基GHsN=NCI

硫醇和硫酚筑基

snC2H5SH

CKHSSH

磺酸SO3H磺酸基CJI5SO3H

官能團(tuán)(functionalgroups)是決定某類化合物的主要性質(zhì)的原子,原子團(tuán)或特殊

結(jié)構(gòu).顯然,含有相同官能團(tuán)的有機(jī)化合物具有相似的化學(xué)性質(zhì)。

作業(yè):

P13-141、2、3、4

9

第二章烷&

教學(xué)基本要求：

要求學(xué)生掌握烷嫌的命名法、同系列和同分異構(gòu)現(xiàn)象，碳原子的正四面體概念，氧

化、裂解和鹵代的化學(xué)性質(zhì)以及自由基鏈的反應(yīng)機(jī)理；了解烷燒分子結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的

關(guān)系；了解烷烽在自然界的存在及主要用途。

教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：

重［是盛煌的系統(tǒng)命名法，構(gòu)型，構(gòu)象的表示方法，自由基反應(yīng)歷程。

難點(diǎn)是自由基反應(yīng)歷程。

教學(xué)時(shí)數(shù)：4課時(shí)

第一節(jié)烷燒的同系列和同分異構(gòu)現(xiàn)象

一、烷足的同系列

CH4C2H6C3H8CnH2n+2

____________表2-1一些烷炫的名稱和分子式______________________

烷炫分子式英文名燒?分子式英

甲烷CH,methaneH—烷CiilLundecane

烷

乙

C2H6ethane十二烷G2H26dodecane

烷

丙

C3H.propane十三烷G3H28tridecane

烷

丁

CHbutane十四烷C14H30tctradecane

烷

戊tI0

CIIpentane十五烷CJI32pentadecane

烷

己512

CeHwhexane二十烷icosane

烷

庚C20H.i2

heptane三十烷triacontane

烷

辛C?Hi6C30H62

CH一百烷

烷octanehectane

壬818C3H202

烷

葵C9H20nonane

C10H22decane燒燒通式CnH2n+2

從表2—1可知，符合一個(gè)通式，結(jié)構(gòu)相似、化學(xué)性質(zhì)也相似，物理性質(zhì)有規(guī)律變化的

一系列化合物稱為同系列c符合烷燃通式的一系列化合物稱為烷垃的同系列。

二、烷燒的同分異構(gòu)現(xiàn)象

分子式相同，而構(gòu)造式不同的異構(gòu)體稱為同分異構(gòu)體，乂稱構(gòu)造異構(gòu)體。

對(duì)于低級(jí)烷慌的同分異構(gòu)體的數(shù)目和構(gòu)造式，可利用碳干的不同推導(dǎo)出來C

例：寫出庚烷的同分異構(gòu)體的構(gòu)造式（僅寫碳干，省略氫原子）。

1、寫出庚烷的最長（7個(gè)碳）直鏈?zhǔn)健?/p>

2、寫出少一個(gè)碳原子的直鏈?zhǔn)阶鳛橹麈?，把一個(gè)碳作支鏈（甲基），依次連在主鏈

碳上，得二個(gè)異構(gòu)體。

3、寫出少二個(gè)碳原子的直鏈?zhǔn)阶鳛橹麈湥讯€(gè)碳當(dāng)作二個(gè)支鏈或當(dāng)作一個(gè)支鏈

（乙基），依次連在主鏈碳上，得五個(gè)異構(gòu)體。

4,寫出少三個(gè)碳原子的直鏈?zhǔn)阶鳛橹麈湥讶齻€(gè)碳當(dāng)作三個(gè)取代基，得一個(gè)異構(gòu)

體。其它的都是重復(fù)的，不算數(shù)。

這樣，庚烷的同分異構(gòu)體有9個(gè)。用碳干式表示。

c-c-c-c-c-c-cc-c-c-c-c-cc-c-c—C-C-C

JCCCIC

C-C—C—C—CC—C—C—C—cc_(-c_C—CC—C—C—C-C

HIlli

為了方便和清楚，可以用構(gòu)造式或簡式表示。

CH3cH2cH2CH2CH2CH2CH3CH3cHeH2cH2cH2cH3CH3cH2fHeH2cH2cH3

CH

CH33

CH3CH3

ICH31cH3

CH3cHeHCH2cH3CH3cHeH1CHCH3

'I'l,1J

1H3

CH3CH3CH3

CH3,H2cH3CH

I3

CH3cH2CCH2cH3CH3cH2CCH2cH3

CH3c―CHCH3

CH3以J

或鋸架式表示。

丫\/^/

三、伯、仲、叔和季碳原子與伯、仲、叔氫

性CH3

1°13°卜2°

CH3—CH—C—CH2CH3

CH3

與一個(gè)碳原子相連的稱為伯碳原子或一級(jí)(primary)碳原子。1°

與二個(gè)碳原子相連的稱為仲碳原子或二級(jí)(secondary)碳原子。2°

與三個(gè)碳原子相連的稱為叔碳原子或三級(jí)(tertiary)碳原子。3°

與四個(gè)碳原子相連的稱為季碳原子或四級(jí)(quaternary)碳原子。4°

伯碳上的氫為伯氫；

仲碳上的氫為仲氫；

叔碳上的氫為叔氫。

第二節(jié)烷燒的命名

一、普通命名法

由一到十個(gè)碳原子的炕煌分別用甲、乙、丙、丁……葵炕表示。十一起用漢文數(shù)字

表示。烷燒的英文名詞尾用-anc。

為了區(qū)別異構(gòu)體，分別用正(normal)、異(iso)^新(neo)某烷表示。

例：

CH3

CH3cH2cH2cH2cH2cH3CH耳HCH2cH2cH3CH4cH2cH3

AsCH3

正己烷(n-hcxane)異己烷(i-hexane)新己烷(neohexane)

為了學(xué)習(xí)系統(tǒng)命名法，先了解烷基的名稱。

二、烷基

1、小分子烷燒去掉一個(gè)氫原子剩下的原子團(tuán)稱為烷基；相應(yīng)的英文只需將詞尾“ane”

改為“yl”。

表2-3一價(jià)烷基的名稱

烷基中文名英文名不通用符號(hào)

methylMe

CH3甲基

c2H5乙基ethylEt

CH3cH2cH2正丙基n-propyln-Pr

isobutyli-Pr

(CH3)2CH異丙基

CH3cH2cH2cH2正丁基n-butyln-Bu

isobutyli-Bu

(CH3)2CHCH2異丁基

CH3cH2fH仲丁基sec-butyls-Bu

CH3

ter:-butylt-Bu

(CH3)3C叔丁基

異戊基isopentyl

(CH3)2CHCH2CH2

neopentyl

(CH3)3CCH2新戊基

CH3

CH3CH2(J叔戊基tert-amyl

CH3

異己基isohexyl

(CH3)2CH(CH2)3

去掉兩個(gè)氫原子的稱為亞基O

>2

亞甲基1,2—亞乙基—CH2cH2-

^CHCH

亞乙基31,3—亞基—CH2cH2cH2-

去掉三個(gè)氫原子的稱為次基O

\

尹少CH：.；

次甲基次乙基

三、系統(tǒng)命名法

中國化學(xué)會(huì)根據(jù)IUPAC命名法和結(jié)合漢字特點(diǎn)制定的原則。

1、選取主鏈

選最長碳鏈，且含取代基最多。

2、編號(hào)

從靠近取代基最近的一端開始編號(hào)，用1、2、3、……等表示。

3、寫出取代基位次和名稱

小的在前，大的在后；如有幾個(gè)相同的取代基合并一處。

4、支鏈上有小取代基時(shí)應(yīng)和名稱一起放在括號(hào)內(nèi)。

5、如有幾個(gè)不同的取代基時(shí)，按次序規(guī)則較優(yōu)的基團(tuán)寫在后面，簡單基團(tuán)寫在前面。

常見烷基的排列順序：

甲基〈乙基〈丙基〈丁基〈戊基<己基〈異戊基〈異丁基〈異丙基

6、英文名稱中的一、二、三、四等數(shù)字用相應(yīng)的詞頭“mono”、“di”、“tri”、“tetra”

等表不o

例1：(C2H5)2CHCH(C2H5)CH2cH(CH3)2

2一甲基一4,5一二乙基庚烷

4,5-diethyl-2-methylheptane

例2：

CH3CII2CH2CH3

CH3cH2dH,(!HCH2cH2cH2cH3

CH2cH3

3-甲基-4-乙基-5-丙基壬烷

4ethyl3methyl5propylnonane

例3：

2,3,9一三甲基一4一丙基一8一異閃基一5一(1,1一二甲基丁基)1-一烷

注：國外一些書上取代基的書寫次序與我國不同，他們是根據(jù)英文字母順序而排列。

第三節(jié)烷燒的構(gòu)型

一、碳原子的四面體概念

范特霍夫和勒貝爾同時(shí)提出碳正四面體的概念。碳位于中心，四個(gè)原子或原子

團(tuán)在四面體的頂點(diǎn)上。

例如：

甲烷分子的構(gòu)型是正四面體。四個(gè)碳?xì)滏I的鍵長都是0.109nm,鍵角為109°28'。

常用凱庫勒模型和斯陶特模型來表示。

二、碳原子的SP3雜化

原子軌道雜化理論設(shè)想是：

一浦IINNM|小|舉

2Px2Py22超笑2Px242B咪J33??

-----AAspspspjspj

四m

2手2S

基態(tài)激發(fā)態(tài)雜化軌道

每一個(gè)SP3雜化軌道占1/4S成分和3/4P成分，對(duì)稱軸之間互成109。28,。

三、雜化軌道特點(diǎn)：

1、更強(qiáng)的方向性；

2、四個(gè)雜化軌道完全相等；

3、四個(gè)鍵之間盡可能遠(yuǎn)離。

四、烷燒分子的形成

見書24—26面；了解清楚。

五、。鍵的特點(diǎn)；

電子云沿鍵軸近似于圓柱形對(duì)稱分布，成鍵的兩個(gè)原子可以圍繞著鍵軸自由旋

轉(zhuǎn)。

六、分子立體結(jié)構(gòu)的表示方法

1、契形透視式

3、紐曼(NewmanMS)投影式

HHH

/\表示前面的碳原子及其鍵；

n

I表示后面的碳原子及其鍵。

還有一種表示方法為費(fèi)歇爾投影式，詳見第六章。

第四節(jié)烷煌的構(gòu)象

一、乙烷的構(gòu)象

構(gòu)象：所謂構(gòu)象（conformation）是指在有一定構(gòu)造的分子通過單鍵的旋轉(zhuǎn)，

形成各原子或原子團(tuán)的空間排列。

乙烷的許多構(gòu)象中，交叉式或叫反疊式構(gòu)象（antipcriplanar,簡寫為ap）、重

疊式或叫順疊式構(gòu)象（synperiplanar,簡寫為sp）是兩種極限的構(gòu)象。

交叉式（反疊式）曲

H

重疊式（順疊式）下H

透視式Newman式

交叉式構(gòu)象中三對(duì)氫原子距離最遠(yuǎn)，能量最低，最穩(wěn)定；重登式構(gòu)象中三對(duì)氫

原子的距離最近，能量最高，最不穩(wěn)定。

由交叉式轉(zhuǎn)變?yōu)橹丿B式時(shí)吸收12.5kJ/mol的能量；由重疊式轉(zhuǎn)變?yōu)榻徊媸綍r(shí)會(huì)

放出12.5kJ/mol的能量。

二、正丁烷的構(gòu)象

H3CCH3

對(duì)位交叉式鄰位交叉式部分重疊式全重疊式

反疊式順錯(cuò)式反錯(cuò)式順疊式

同乙烷一樣,正丁烷以C-C3單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)也有許多不同的構(gòu)象式，但是以上四種

是主要構(gòu)象

全重疊式能量最高，對(duì)位交叉式能量最低。

第五節(jié)烷燒的物理性質(zhì)

有機(jī)化合物的物理性質(zhì)一般包括狀態(tài)、相對(duì)密度、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、溶解度和折光

率等。

1、物質(zhì)的狀態(tài)

C1—4個(gè)碳的烷燒常態(tài)下是氣體；C5—16個(gè)碳的烷燒是液體；C17個(gè)碳以上的烷

嫌是固體。

2、沸點(diǎn)

液東,的沸點(diǎn)高低取決于分子間引力的大?。环肿娱g的引力稱為范德華引力(靜

電引力、誘導(dǎo)力、色散力)。正烷燒是非極性分子，引力是由色散力所產(chǎn)生的。

正烷燃的沸點(diǎn)隨碳原子數(shù)目增加而升高。

正烷燃的沸點(diǎn)大于同數(shù)碳原子支鏈烷燒，支鏈越多，沸點(diǎn)越低。

例：

CH3

CH3(CH2)3CH3(CH3)2CHCH2cH3CH3-C-CH3

CH3

沸點(diǎn)：℃36.127.99.5

3、熔點(diǎn)

、熔￡力高低取決于分子排列緊密程度，排列越緊密，色散力越大，熔點(diǎn)越高。

正烷煌的熔點(diǎn)也是隨碳原子個(gè)數(shù)增加而升高《

偶數(shù)碳原子烷燃熔點(diǎn)大于鄰位奇數(shù)烷妙。

直鏈烷燒的熔點(diǎn)大于支鏈烷燒。

高度對(duì)稱的烷煌熔點(diǎn)在同數(shù)碳原子烷始中最高。

例：

CH3

CH3(CH2)3CH3(CH：3)2CHCH2cH3CH3-t-CH3

CH3

熔點(diǎn)：℃-129.7-159.9-16.6

4、相對(duì)密度

隨碳原子數(shù)目的增加逐漸增大。

分子間引力增大，分子間的距離相應(yīng)減小，相對(duì)密度就增大。

5、溶解度

烷燃不溶于水，溶于某些非極性有機(jī)溶劑。可用“相似相溶”原理解釋之。

例：石蠟不溶于水而溶于汽油。

思考題：P43-442、4、5、7

作業(yè)：P43-441、3、6、8

第六節(jié)烷燒的化學(xué)性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑、還原劑等都不反應(yīng)?？捎米魅軇?。但在

燃燒、高溫和光照時(shí)可以發(fā)生一些反應(yīng)。

一、氧化反應(yīng)(oxidationreaction)

3口+1

CnH2n+2+2--—。2--------?nCC)2+(n+1)出°+Q

這就是汽油和柴油作為內(nèi)燃機(jī)燃料的基本變化和根據(jù)。如果燃燒不完全，會(huì)產(chǎn)生大

量co,也就是煤氣中毒的主要原因。高級(jí)烷燒在催化劑作用下，可以發(fā)生部分氧化，生

成高級(jí)脂肪酸，以工業(yè)化生產(chǎn)。

二、熱裂反應(yīng)(pyrolysisreaction)

在高溫及無氧的條件下發(fā)生鍵斷裂的反應(yīng)為熱裂反應(yīng)。

460°C

CH3—CH—f%-------?CHsCH^CH?+II2

HH

CH3—pCH2一2—CH2=CH2+CH，i

-T~

H

其它烷燒在800—1100℃時(shí)熱裂產(chǎn)物主要是乙烯，其次是丙烯、丁烯、丁二烯等。

另一種是應(yīng)用催化劑的熱裂，稱為催化熱裂。

三、鹵代反應(yīng)(helogenationreaction)

，C—H+X2--------^yC-X+HX

1、鹵素反應(yīng)活性

F2>Cl2>Br2->12

2、反應(yīng)條件

除氟外，在常溫和黑暗中不發(fā)生鹵代反應(yīng)，在紫外光漫射或高溫下氯和溟易發(fā)

生反應(yīng)。

3、甲烷的氯代反應(yīng)

領(lǐng)+出△>CH3CI+HC1

CH3C1+C12?CH2c12+HC1

CH2cI2+CI2------?CHC13+HC1

CHC13+CI2-------aCCI4+HC1

甲烷的氯代往往生成四種產(chǎn)物的混合物，但是控制一定反應(yīng)條件和原料比，可

使其中一種氯代物成為主要產(chǎn)品。

400—450℃,甲烷:氯氣=10:1幾乎完全是一氯甲烷；

400℃左右，甲烷:氯氣體=0.263:1主要生成四氯化碳。

4、其它烷足的鹵代

(1)氯代

CH3cH2cH3CH3cH2cH2cl+CH3fHe七

光

Cl

43%57%

在丙烷分子中伯氫有6個(gè)，仲氫2個(gè)，按理產(chǎn)率應(yīng)是3:1,這在高溫(>450℃)

時(shí)確實(shí)如此，但是在常溫下為43:57。通過計(jì)算就可以得出不同氫原子的反應(yīng)活性來。

仲氫57/24

伯氫43/61

即：仲氫和伯氫的相對(duì)活性為4:1

同理，利用異丁烷的氯代可算出：叔氫和伯氫的相對(duì)活性為5:1

實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，叔氫、仲氫、伯氫在常溫條件下的相對(duì)活性為5:4:1。利用這

一關(guān)系式可以計(jì)算出其他烷燒的氯代產(chǎn)率。

例:

Cl2

CH3CH9CH9CH3--------?CH3CH9CH9CH2CI+CH3CHCH7CH3

光一

C1

1-氯丁烷613

2-氯丁烷448

氯甲烷=3。(3+8)=27%

2-氯甲烷=8+(3+8)=72%

(2)澳代反應(yīng)

叔氫:仲氫:伯氫=1600:82:1

例：叔丁烷的濱代反應(yīng)

CH3

BrCH2-(J-H

CH

CH33

>99%痕跡

第七節(jié)烷燒鹵代反應(yīng)歷程

一、甲烷的氯代歷程

鏈引發(fā)(chaininitiation)：

由光和熱提供能量，氯分子發(fā)生均裂，生成氯游離基。

Cl2—2C1-AH=+242,5kJ/mol

鏈傳遞(chainpropagation)：

每一步都消耗一個(gè)活潑質(zhì)點(diǎn)，有產(chǎn)生一個(gè)新活潑質(zhì)點(diǎn)。

k

C1-+CH3-H-------?H—Cl+CII3-AH=+4.5^nol

CH3*+C12--------aCH3cl+C1?AH=-108-9kJ4ol

CH3C1+<1--------?-Q12cl+HC1

?CH2cl+Cl2--------?CH2c12+C1?

?CC13+CI2--------?CCl4+C1?

鏈終止：活潑質(zhì)點(diǎn)被消耗，不再產(chǎn)生了。

C1*+<1--------?C12

CH3?+?CH3-------?CH3cH3

CH3?+?Cl-------?CH3C1

二、鹵素對(duì)甲烷的相對(duì)反應(yīng)活性

以甲烷一鹵代為例說明：(見P38頁表2—6)

/

△HR(F)=-422-6^Jniol

k

△HR(C1)=-104?9-%ol

叫(Br)=-37-7kJ/mol

△HR(I)=+54.4/0101

因氟代放熱太多，反應(yīng)太劇烈，難以控制；面碘代需要吸熱，反應(yīng)較難進(jìn)行，

故一般講鹵代反應(yīng)主要是指氯代和浪代。她們的反應(yīng)活性為：

氟>氯>浪>碘

反應(yīng)熱并不能完全反映反應(yīng)的活性大小，只有反應(yīng)的活化能才能真正反映反應(yīng)

的活性.

以甲烷第二步反應(yīng)為例：

X?+H—CH3-------->H—X+?CH3

鹵素ClBrI

E活/kJ?mDl116.777.8136.4

反應(yīng)所需活化能越小，反應(yīng)活性越大，故反應(yīng)活性有：

氯〉澳〉碘

三、烷燃對(duì)鹵代反應(yīng)的相對(duì)活性與烷基自由基的穩(wěn)定性

1、烷炫的鹵代反應(yīng)相對(duì)活性：

叔氫、仲氫、伯氫的活性次序是：3°>2°>1°；

2、各種烷基自由基形成的難易程度：

以甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷形成自由基為例，觀察形成的難易程度,

鍵能越小，自由基越容易生成。

因?yàn)?°的鍵能<2°的鍵能<1°的鍵能<甲基自由基的鍵能，故有下面形

成難易次序。C1I3->1°>2°>3°

CH3-H---------?CII3-+H-AH=435-ikJ.mol

CH3cH2—H--------?CH3cH2.+H?AH=4址J.mo1

CH3cH2cH2TI--------?CH3cH2cH2?+H?△H=4i()kJ.mo1」

CH3cHe出-----aCH3CHCH3+H,AII=397.5kJ.mol

I

H

CH3-C-CH3--------?CH3-d-CH3UI-AH=380.7kJ.mol

I

II

3、烷基自由基的穩(wěn)定性

3>2>1>CH3?即三級(jí)>二級(jí))一級(jí)>甲基自由基

越穩(wěn)定的自由基越容易生成，這就解釋了烷燒分子中不同類形氫的反應(yīng)活性次序。

第八節(jié)過渡態(tài)理論

2、反應(yīng)位能變化：

見書P40頁圖2—14：

反應(yīng)物A、B—C處于能谷a點(diǎn)，產(chǎn)物A—B、C處于能谷c點(diǎn)，過渡態(tài)(A-B-C)

處于能壘b點(diǎn)。

3、反應(yīng)的活化能：

過渡態(tài)(b)和反應(yīng)物(a)之間的內(nèi)能差稱為反應(yīng)的活化能(activationenergy)o

用E活表示。也就是發(fā)生反應(yīng)所需要克服的能壘。

4、放熱或吸熱：

產(chǎn)物的能谷低于反應(yīng)物時(shí)為放熱反應(yīng)，

產(chǎn)物的能谷高于反應(yīng)物時(shí)為吸熱反應(yīng)。

5、甲烷氯代反應(yīng)的兩步反應(yīng)：

△Hi二4TkJ/molEi=16-7kJ/mol

第一步為吸熱反應(yīng)第一步反應(yīng)的活化能

AHi=-i09kj/m（）iE2=4?2kJ/mo1

第二步為放熱反應(yīng)第二步反應(yīng)的活化能

6、幾個(gè)重點(diǎn)介紹：

中間體：CH3?,R?處于能谷，可以分離出來，可證明其存在；

過渡態(tài)：CC1…H…CH3）處于能壘，不可以分離出來，無法證明其存在。

因?yàn)镋DE2,故第一步反應(yīng)為決定速度的一步。

7、自由基結(jié)合：

自由基是活性中間體，結(jié)合時(shí)不需要活化能,

C1?+?C1一一＞C1—C1

第九節(jié)烷燒的制備

一、偶聯(lián)反應(yīng)

武慈合成法

2R—X+2Na-----R—R+NaX

（1）制得的烷燃比原料鹵代燃的碳原子增加一倍；

用的鹵代烷為澳代烷和碘代烷，并且是伯鹵代烷；

產(chǎn)率低，副反應(yīng)多，不能用仲、叔鹵代烷作原料。

2、柯爾貝法：/。

2R—C\+2H2。-?R—R+2c0。+NaOH+H,

2

xONa\/、/-

陽極陰極

六碳以上脂肪酸合成烷烽產(chǎn)

二、還愿反應(yīng)

鹵代煌、醵、醛、酮、竣酸及衍生物等還原得烷燒，將在以后的章節(jié)中介紹。

第十節(jié)甲烷和天燃?xì)?/p>

一、燃料

天然氣的主要成分是甲烷，還含有其他烷姓。

甲烷存在于自然界中，是石油氣、天然氣、沼氣的主要成分。

無色、無味、溶于有機(jī)溶劑中；可用作熱源、化工原料。

1、燃燒

易燃燒、火焰呈青白色。

k

CH4+2。2---------?COv+2H2。+878-6pmol

是煤礦中瓦斯爆炸的表現(xiàn)形式。

二、化工原料

1、當(dāng)甲烷不完全燃燒，生成炭黑。

CH4+()2--------Ac+2Hg

2、部分氧化

AP

CH4+02-——CHsOH

銅管

V90r

CH4+02HCHO+H2O

3、裂解生成乙快』

甲烷經(jīng)過3000℃左右的電弧區(qū)，發(fā)生裂解反應(yīng)生成乙快和氫氣。

5cH4+3。2-------?CH=CH+3C0+6%+3也0

4、生成合成氣

甲烷與水蒸汽混合在725C通過鍥催化劑，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸己蜌錃?；?/p>

來合成氨、尿素、甲醇等。

Ni

CH4+H2O—co+H2

723

5、了解天然氣的儲(chǔ)藏、開采、應(yīng)用。

思考題：P44-459、11、13

作業(yè)：P44-4510、12、14、15

第三章單烯煌

教學(xué)基本要求：

要求學(xué)生掌握單烯煌的結(jié)構(gòu)和命名，特別是同分異構(gòu)現(xiàn)象與構(gòu)形；掌握單烯燃

的化學(xué)性質(zhì)；初步掌握親電加成反應(yīng)的歷程，學(xué)會(huì)用電子效應(yīng)、碳正離子的穩(wěn)定性

去證明有機(jī)反應(yīng)規(guī)律：了解單烯燃的來源和制備方法，及其在工業(yè)生產(chǎn)上的重要意

義。

教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：

本章''的￡』是單烯姓的結(jié)構(gòu)、命名（包括順反命名）、化學(xué)性質(zhì)和誘導(dǎo)效應(yīng)及其

應(yīng)用、單烯燃的制備。難點(diǎn)是親電加成反應(yīng)歷程及其應(yīng)用，誘導(dǎo)效應(yīng)及其應(yīng)用。

教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)

單烯燃是指分子中含有一個(gè)碳碳雙鍵（X=C、），符合通式CnH2n的不飽和開鏈

烽。

第一節(jié)烯煌的結(jié)構(gòu)

1、烯點(diǎn)的雙鍵特征：

一個(gè)。鍵和一個(gè)兀鍵。

2、SP雜化：

雜化軌道理論認(rèn)為，在成鍵時(shí)是一個(gè)S軌道和2個(gè)P軌道雜化，組成三個(gè)等同

2

的SP雜化軌道。對(duì)稱軸之間成120°夾角。

3、乙烯分子的形成：

tsp2+Csp'--------?C—C0鍵

Csp2+HsC—H4個(gè)o鍵

Cp+Cp--------^C—C江鍵

4、冗鍵的特點(diǎn)：

（1）n鍵沒有對(duì)稱軸，不能自由旋轉(zhuǎn)；

（2）兀鍵不能自主成鍵，只能與。共存；

（3）兀鍵不如。鍵穩(wěn)定，容易破裂，故容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

（4）■鍵的鍵能為264.4kJ/mol,比。鍵的鍵345.6kJ/mol小;

（5）C=C雙鍵的鍵長0.134nm比C-C單鍵的鍵長0.154nm更短。

5、丙烯的結(jié)構(gòu)：

第二節(jié)烯燃的同分異構(gòu)和命名

一、烯煌的同分異構(gòu)現(xiàn)象

除了碳干異構(gòu)外，還有雙鍵的位置異構(gòu)以及力雙鍵引起的順反異構(gòu)。所以，烯

煌的異構(gòu)現(xiàn)象比烷燒多。

例：戊烯的異構(gòu)

C3CHCH2cH2cH3CH2==CCH2CH3CH2==CHCHCH3

CH3CH3

H

CH3\/CH2cH3CH3\Z

CH3CH==CCH3X

Z

CH3Hk、CH2cH3

所以，戊烯有6個(gè)異構(gòu)體。

注意：如果在同一個(gè)雙鍵碳原子上聯(lián)有兩個(gè)相同的原子或原子團(tuán)時(shí)，則沒有順

反異構(gòu)體。

二、烯基

表3-1烯基的名稱

烯基中文名英文名

乙烯基vinyl

CH2==CH-

丙烯基propenyl

CH3CH==CH-

烯內(nèi)基allyl

CH2==CHCH2-

異丙烯基isopropenyl

CH2==C-

三、烯燃的系統(tǒng)命名

1、選主鏈（含雙鍵的最長碳鏈）；

2、編號(hào)（從靠近雙鍵的一端開始）；

3、標(biāo)