《烷烴和環(huán)烷烴》PPT課件.ppt

,第二章 烷烴和環(huán)烷烴,P119,烴 hydrocarbons 只含有碳和氫兩種元素的化合物,烴,脂肪烴 aliphatic hydrocarbon,飽和烴烷烴 不飽和烴 脂環(huán)烴 alicyclic hydrocarbon,芳香烴 aromatic hydrocarbon,苯型芳香烴 非苯型芳香烴,烯烴 炔烴,鏈烴,環(huán)烴,烴的主要來源： 天然氣 甲烷（主要）、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷 石 油 各種烴的混合物：汽油 C5-11，煤油C11-15， 柴油 C15-18， 潤滑油C16-20，石蠟C18-30， 瀝青C30-40 煤 芳香烴等,第一節(jié) 烷烴 Alkane,一、烷烴的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特征：C為sp3雜化，各原子間以單鍵相連（鍵）。,如：,Tetrahedral, all orbital bond angles are 109.5o.,鍵角10928 正四面體構(gòu)型,鍵的特點(diǎn)：鍵能大，極化度小，穩(wěn)定，且成鍵原子可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)致烷烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且具有特殊異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)象異構(gòu) 。,由于C上所連基團(tuán)不同，鍵角有所變化，但也接近10928。,同系列（homologous series）：具有相同的組成通式和結(jié)構(gòu)特征的一系列化合物,同系物（homolog）：同系列中的化合物互稱為同系物 同系差：相鄰兩同系物之間的組成差別。烷烴同系物的系差為CH2 。,同系物具有相似的化學(xué)性質(zhì)，但反應(yīng)速率往往有較大的差異；物理性質(zhì)一般隨碳原子數(shù)的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性變化。同系列中的第一個化合物往往具有明顯的特性。,烷烴分子組成可用通式CnH2n+2表示。,伯碳(1)：一級碳原子,只與1個其他碳原子直接相連 仲碳(2)：二級碳原子,只與2個其他碳原子直接相連 叔碳(3)：三級碳原子,只與3個其他碳原子直接相連 季碳(4)：四級碳原子,只與4個其他碳原子直接相連,伯氫(1H)：伯碳上的H 仲氫(2H)：仲碳上的H 叔氫(3H)：叔碳上的H,不同類型的氫 反應(yīng)活性不一樣,碳原子的類型 飽和碳原子分為伯、仲、叔、季四種類型,1,2,3,4,二、烷烴的命名（P23-25）,1. 普通命名法,按分子中碳原子總數(shù)叫“某烷” 10C 用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸 表示， 10C 用十一、十二 等中文數(shù)字表示。,烷烴的英文名稱：表示碳原子數(shù)的詞頭 ane 詞尾組成,CH4 甲烷 methane C2H6 乙烷 ethane C3H8 丙烷 propane C4H10 丁烷 butane C5H12 戊烷 pentane C6H14 己烷 hexane C7H16 庚烷 heptane C8H18 辛烷 octane,例如：,用“正”、“異”、“新”等字區(qū)別同分異構(gòu)體,n-,iso-,neo-,（正）戊烷 異戊烷 新戊烷 n-pentane isopentane neopentane,烴分子中去掉一個氫原子后剩下的原子團(tuán)叫做烴基（R-）,常見的烷基見P24 其中14C 烷基英文名稱要記住（詞尾“ane”改為“yl”）,2. 系統(tǒng)命名法,選主鏈 碳鏈最長，取代最多 編號 位次最低 取代基 先小后大(優(yōu)先基團(tuán)后列出),同基合并,用中文小寫“二、三、四”表明取代基數(shù)目，在英文名稱中，基團(tuán)按字母順序先后列出，用“di、tri、tetra”表示取代基數(shù)目,4-甲基-6-乙基壬烷 6-ethyl-4-methylnonane,2,5-二甲基-3-乙基己烷 3-ethyl-2,5-dimethylhexane,三、烷烴的異構(gòu)現(xiàn)象 isomerism,有機(jī)化合物的分子組成相同而結(jié)構(gòu)不同的現(xiàn)象 同分異構(gòu)現(xiàn)象,異構(gòu)現(xiàn)象,具有相同的分子式但結(jié)構(gòu)式不同的化合物稱為異構(gòu)體 isomer,1. 碳鏈異構(gòu) carbon chain isomerism（P4） 隨著碳原子數(shù)增加（4C以上）出現(xiàn)不同碳鏈結(jié)構(gòu)的構(gòu)造異構(gòu)體。,如：戊烷有三個碳鏈異構(gòu)體,2. 構(gòu)象異構(gòu) conformational isomerism（P98）,烷烴分子中成鍵原子可繞單鍵自由旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分子中原子或基團(tuán)在空間的排列方式不同而產(chǎn)生的立體異構(gòu)現(xiàn)象構(gòu)象異構(gòu)。這種空間排列方式構(gòu)象 conformation,（1）乙烷的構(gòu)象,當(dāng)C-C鍵旋轉(zhuǎn)時，可產(chǎn)生無數(shù)個構(gòu)象,有兩種典型conformation：,交叉式 重疊式 staggered eclipsed,乙烷的兩種典型構(gòu)象的表示方法,優(yōu)勢構(gòu)象,（2）正丁烷的構(gòu)象,有四種典型conformation：,2,3,對位交叉式 鄰位交叉式 部分重疊式 全重疊式,優(yōu)勢構(gòu)象,最不穩(wěn)定構(gòu)象,藥物分子的構(gòu)象與其生物活性有著密切關(guān)系。許多藥物分子是以特定的構(gòu)象與受體結(jié)合發(fā)揮作用。,藥效構(gòu)象,如：多巴胺是體內(nèi)合成去甲腎上腺素的前體，其藥效構(gòu)象為,四、烷烴的化學(xué)性質(zhì),室溫下烷烴與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑或強(qiáng)還原劑不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)很慢。,1. 穩(wěn)定性,2. 鹵代反應(yīng) (Cl2、Br2),halogenation,甲烷和氯氣的光照鹵代反應(yīng)演示,鹵代反應(yīng)機(jī)制 自由基鏈反應(yīng)包括鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止三步。 free radical reaction,chain-initiating step,Cl:Cl 光或熱 Cl + Cl,chain-propagating step,Cl + CH4 CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3Cl + Cl,chain-terminating step,Cl + Cl Cl:Cl CH3 + Cl CH3Cl CH3 + CH3 CH3CH3,演示,烷烴鹵代反應(yīng)的取向,取代位置的選擇與生成的自由基（中間體）穩(wěn)定性有關(guān),各類H被取代活性：3H 2H 1H,練習(xí)：預(yù)測2-甲基丁烷在室溫下進(jìn)行氯代反應(yīng)所得的一氯代物,主要產(chǎn)物,第二節(jié) 環(huán)烷烴 Cycloalkane,一、環(huán)烷烴的分類和命名,環(huán)烷烴,單環(huán) 雙環(huán) 多環(huán),單環(huán),環(huán)烷烴的命名（ P26 ）,在相同碳數(shù)的烷烴名稱前加“環(huán)”，“cyclo”,例如：,乙基環(huán)戊烷 ethylcyclopentane,1,1,4-三甲基環(huán)己烷 1,1,4-trimethylcyclohexane,3-甲基-1-環(huán)己基戊烷 1-cyclohexyl-3-methylpentane,二、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,由于幾何形狀上的限制，環(huán)丙烷分子雖是平面結(jié)構(gòu)，但成鍵的電子云并不沿軸向重疊，其雜化軌道之間以彎曲方向進(jìn)行部分重疊，形成彎曲鍵。,鍵角與軌道的正常夾角有偏差, 造成重疊程度小, 鍵能下降,產(chǎn)生角張力。容易開環(huán),環(huán)烷烴中的碳原子也是 sp3雜化，因此只有當(dāng)鍵角接近109 28，軌道的重疊程度最大，結(jié)構(gòu)也越穩(wěn)定。,1. 自由基取代反應(yīng),環(huán)烷烴的穩(wěn)定性： 環(huán)己烷 環(huán)戊烷 環(huán)丁烷 環(huán)丙烷,三、環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì),2. 加成反應(yīng) addition reaction,環(huán)丙烷的一條 鍵斷裂，試劑中的兩個原子分別加到兩端,催化氫化,加鹵素和鹵化氫,溴的紅棕色褪去,鑒別,取代環(huán)丙烷與HX加成，開環(huán)總是在H最多和H最少的兩個碳原子之間，H加在含H多的碳原子上。,練習(xí)：,四、環(huán)烷烴的異構(gòu)現(xiàn)象,1. 順反異構(gòu) cis-trans isomer (P84),相同基團(tuán)在異側(cè)反式 相同基團(tuán)在同側(cè)順式,順-1,2-二甲基環(huán)丙烷 反-1,2-二甲基環(huán)丙烷,練習(xí)：寫出1-甲基-3-乙基環(huán)己烷的順反異構(gòu)體,環(huán)烷烴環(huán)中C-C單鍵受環(huán)約束不能自由旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致產(chǎn)生順反異構(gòu),2. 構(gòu)象異構(gòu) (P100),環(huán)己烷中C-C鍵的扭轉(zhuǎn)可產(chǎn)生各種構(gòu)象,典型構(gòu)象為椅式和船式,演示,椅 式 船 式,2, 3,5, 6,2, 3,5, 6,H,H,優(yōu)勢構(gòu)象,椅式和船式的相互轉(zhuǎn)變,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,H,椅式構(gòu)象中的兩類C-H鍵,與對稱軸平行為豎鍵（a鍵） 與對稱軸近乎垂直為橫鍵（e鍵）,a 鍵,e 鍵,翻環(huán),室溫下，環(huán)己烷可由一種椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N椅式構(gòu)象,a e，e a,先畫側(cè)面椅式折線，再交上另一椅式折線，最后畫 a鍵和e鍵，同碳指向相反。,同類型鍵： 鄰位指向相反，間位指向相同。,a鍵,e鍵,環(huán)己烷椅式構(gòu)象的畫法,取代環(huán)己烷的構(gòu)象,如：甲基環(huán)己烷,一取代環(huán)己烷以e-取代物為優(yōu)勢構(gòu)象,穩(wěn)定優(yōu)勢構(gòu)象,不穩(wěn)定,二取代環(huán)己烷有順式和反式兩種構(gòu)型，其優(yōu)勢構(gòu)象為,e鍵取代基最多的構(gòu)象 大基團(tuán)處于e鍵的構(gòu)象,構(gòu)象分析見（P102）,練習(xí)：寫出乙基環(huán)己烷和反-1-甲基-3-異丙基環(huán)己烷 的優(yōu)勢構(gòu)象。,如：,反-1，2-二甲基環(huán)己烷,順-1-甲基-4-叔丁基環(huán)己烷,小結(jié),1. 烷烴、環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)：C原子sp3雜化，單鍵（