脂肪烴和脂環(huán)烴PPT演示課件

第二章脂肪烴和脂環(huán)烴,烴是指僅由碳?xì)鋬煞N元素組成的有機(jī)化合物。,1,學(xué)習(xí)要求：1.掌握烷烴的系統(tǒng)命名2.了解烷烴的構(gòu)造異構(gòu)，正確書(shū)寫(xiě)烷烴的構(gòu)造式3.理解碳原子的SP3雜化和鍵的特點(diǎn)4.掌握烷烴的取代、氧化和裂化反應(yīng),2,第一節(jié)烷烴,烴是碳?xì)浠衔锏暮?jiǎn)稱，有機(jī)化合物的母體。,烷烴是指碳原子和碳原子之間以單鍵相連，其他共價(jià)鍵均與氫原子相連的化合物。,3,一、烷烴的通式和同分異構(gòu)現(xiàn)象,1.烷烴的通式、同系列和構(gòu)造異構(gòu)分子中的碳原子以單鍵相互連接，其余價(jià)鍵與氫原子結(jié)合的鏈烴叫做烷烴，烷烴又稱為飽和烴。烷烴是一系列化合物的總稱。在烷烴分子中，碳原子數(shù)由1向上遞增，這些烷烴分別稱為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。,4,他們的分子式和構(gòu)造式如下：,5,1)烷烴的通式：CnH2n+22)烷烴的同系列和同系物,6,2.同分異構(gòu)體,烷烴同系列中，甲烷、乙烷、丙烷只有一種結(jié)合方式，沒(méi)有異構(gòu)現(xiàn)象，從丁烷起就有同分異構(gòu)現(xiàn)象。例:分子式為C4H10的烷烴，存在以下兩種構(gòu)造：,構(gòu)造異構(gòu)：由分子中各原子的不同連接方式和次序而引起的同分異構(gòu)現(xiàn)象?？煞譃椋禾兼湲悩?gòu)、位置異構(gòu)、官能團(tuán)異構(gòu)由碳原子間連接方式不同而引起的構(gòu)造異構(gòu)叫做碳鏈異構(gòu)。,7,在烷烴中，從含4個(gè)碳原子的烷烴開(kāi)始，出現(xiàn)碳鏈異構(gòu)。隨著碳原子數(shù)目的增加，同分異構(gòu)體的數(shù)目迅速增多。,【例如】,C5H12有3個(gè)同分異構(gòu)體:,C4H10有2個(gè)碳鏈異構(gòu)體：,8,1.寫(xiě)出C6H14的碳鏈異構(gòu)體,2.以下兩種化合物是否相同？為什么？,兩者是相同的，因?yàn)榉肿邮较嗤?，分子中原子連接方式相同。,9,二、烷烴的結(jié)構(gòu)和命名,1.烷烴的結(jié)構(gòu)甲烷是最簡(jiǎn)單的烷烴，分子式為CH4。甲烷分子中的碳原子與4個(gè)氫原子以單鍵相結(jié)合，形成一個(gè)正四面體的立體結(jié)構(gòu)，HCH均為109.5(或10928）。,甲烷的正四面體構(gòu)型,10,2.碳原子的sp3雜化,每個(gè)sp3雜化軌道含1/4s成分和3/4p成分,sp3雜化軌道形狀,碳原子的sp3雜化軌道,鍵角為109.5,11,sp3雜化過(guò)程,12,鍵的特性:成鍵原子可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn);鍵能較大，可極化性較小。,甲烷,正丁烷,球棍模型(Kekul模型),比例模型(Stuart模型),13,補(bǔ)充：乙烷的構(gòu)象由于圍繞鍵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子或基團(tuán)在空間的不同排列方式。,重疊式(順疊式)構(gòu)象,交叉式(反疊式)構(gòu)象,重疊式(順疊式)構(gòu)象,交叉式(反疊式)構(gòu)象,透視式,Newman投影式,乙烷不同構(gòu)象的能量曲線圖,交叉式構(gòu)象最穩(wěn)定，重疊式構(gòu)象最不穩(wěn)定。,乙烷的兩種極限構(gòu)象,14,補(bǔ)充：正丁烷的構(gòu)象,對(duì)位交叉式(反錯(cuò)式),部分重疊式(反疊式),鄰位交叉式(順錯(cuò)式),全重疊式(順疊式),正丁烷沿C2和C3之間的鍵鍵軸旋轉(zhuǎn)有四種典型構(gòu)象。,15,正是因?yàn)橥闊N分子中的碳原子基本保持109.5的鍵角（也就是四面體結(jié)構(gòu)），所以除乙烷外，其他烷烴分子的碳鏈并不是呈直線形排列的，而是曲折地排布在空間，一般呈鋸齒型排列。例如己烷的碳鏈結(jié)構(gòu)可表示如下：雖然烷烴分子中的碳鏈排列是曲折的，但為方便起見(jiàn)，書(shū)寫(xiě)構(gòu)造式時(shí)，仍將其寫(xiě)成直鏈形式。,16,三、烷烴的命名,1.碳、氫原子類型（甲）伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子.,17,2.烷烴的命名,（1）普通命名法(習(xí)慣命名法),含110個(gè)碳原子的直鏈烷烴，用天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）表示；含10個(gè)以上碳原子的直鏈烷烴，用中文數(shù)字十一、十二表示。命名原則如下：當(dāng)分子結(jié)構(gòu)為直鏈時(shí)，將其命名為“正某烷”。,【例如】,C4H10C10H22C13H28C23H48,丁烷癸烷十三烷二十三烷,18,當(dāng)分子結(jié)構(gòu)為“”時(shí)，將其,異丁烷異庚烷,新戊烷新己烷,例如：,命名為“異某烷”。,當(dāng)分子結(jié)構(gòu)為“”時(shí)，將其命,C,H,3,C,(,C,H,2,),n,C,H,3,C,H,3,C,H,3,名為“新某烷”。例如：,19,用普通命名法命名下列化合物：,20,（1）烷基的命名,烷烴烷基,分子通式,CnH2n+1,結(jié)構(gòu)通式,RH,CnH2n+2,R,2.系統(tǒng)命名法,烷基是指烷烴分子中去掉一個(gè)氫原子后所剩余的基團(tuán)。,21,常見(jiàn)烷基,甲基乙基,丙基異丙基,丁基仲丁基異丁基叔丁基,新戊基,22,常見(jiàn)亞烷基,23,2.系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）,（1）直鏈烷烴的命名對(duì)于直鏈烷烴的命名和普通命名法基本相同，僅不寫(xiě)正字。,十二烷,24,選母體（或主鏈）選擇分子中最長(zhǎng)的碳鏈作為母體），若有兩條或兩條以上等長(zhǎng)碳鏈時(shí)，應(yīng)選擇支鏈最多的一條為母體，根據(jù)母體所含碳原子數(shù)目稱“某烷”。,（2）支鏈烷烴的命名法的步驟：,母體名稱為“己烷”母體名稱為“戊烷”2,4-二甲基己烷2-甲基-3-乙基戊烷,例1,例2,25,編號(hào)遵循“最低系列”原則。即給母體以不同方向編號(hào)，得到兩種不同編號(hào)的系列，則順次逐項(xiàng)比較各系列的不同位次，最先遇到的位次最小者定為“最低系列”。,從左至右：從右至左：235（最低系列）2,3,5-三甲基己烷,例3,26,從左至右：278(最低系列)從右至左：2,7,8-三甲基癸烷,若兩個(gè)系列編號(hào)相同時(shí)，簡(jiǎn)單基團(tuán)（非優(yōu)先基團(tuán)）占較小位號(hào)。,選從左至右：3，4（不能選C2H5占3位，CH3占4位）3-甲基-4-乙基己烷,例4,例5,27,寫(xiě)出全名稱按照取代基的位次（用阿拉伯?dāng)?shù)字表示）、相同取代基的數(shù)目（用中文數(shù)字“二、三”表示）、取代基的名稱、母體名稱的順序?qū)懗鋈Q。注意：阿拉伯?dāng)?shù)字之間用“，”隔開(kāi)；阿拉伯?dāng)?shù)字與文字之間用“”相連；不同取代基列出順序應(yīng)按“基團(tuán)次序規(guī)則”（見(jiàn)烯烴），較優(yōu)基團(tuán)后列出的原則處理。,28,戊烷,2-甲基戊烷,2,2-二甲基戊烷,2,4-二甲基己烷,1.用系統(tǒng)命名法命名下列化合物：,29,2.寫(xiě)出5-甲基-3,3-二乙基-6-異丙基壬烷的結(jié)構(gòu)式，并指出各碳原子的類型。,30,四、烷烴的性質(zhì),（一）物理性質(zhì)1.狀態(tài)（20）：C1C4的烷烴為氣體C5C17的烷烴為液體C18及以上的烷烴為固體2.沸點(diǎn)(bp)同系列的烴化合物的沸點(diǎn)隨分子中碳原子數(shù)的增加而升高。在碳原子數(shù)目相同的烷烴異構(gòu)體中，直鏈烷烴的沸點(diǎn)較高，支鏈烷烴的沸點(diǎn)較低，支鏈越多，沸點(diǎn)越低。,31,3.熔點(diǎn)(mp)同系列的烴化合物的熔點(diǎn)基本上也是隨分子中碳原子數(shù)目的增加而升高。對(duì)于烷烴，C3以下的變化不規(guī)則，自C4開(kāi)始隨著碳原子數(shù)目的增加而逐漸升高，其中含偶數(shù)碳原子烷烴的熔點(diǎn)比相鄰含奇數(shù)碳原子烷烴的熔點(diǎn)升高多一些。這種變化趨勢(shì)稱為鋸齒形上升。4.相對(duì)密度烷烴相對(duì)密度小于1，隨分子量的增加逐漸增大。5.溶解度烷烴不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。,32,6.折射率折射率是液體有機(jī)化合物純度的標(biāo)志。各脂烴同系列中，同系物的折射率隨分子中碳原子數(shù)目的增加而緩慢加大。,33,分析要點(diǎn):比較相對(duì)分子量大小比較直鏈與支鏈異構(gòu)體,以上物質(zhì)沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下:正戊烷36.1、異戊烷28、新戊烷9.5、正丁烷-0.5、異丁烷-12、丙烷-42.1,34,(二)烷烴的化學(xué)性質(zhì),烷烴分子中的鍵鍵能大，極性小，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。一般在常溫下與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑、還原劑都不反應(yīng)。但穩(wěn)定性是相對(duì)的。,（1）取代反應(yīng)烷烴分子中的氫原子被其它原子或基團(tuán)所取代的反應(yīng)，稱為取代反應(yīng)。被鹵素取代的反應(yīng)稱為鹵代反應(yīng)。,烷烴能與鹵素在高溫或光照條件下發(fā)生取代反應(yīng)。X2的反應(yīng)活性為F2Cl2Br2I2，其中氟代反應(yīng)太劇烈，難以控制；而碘代反應(yīng)太慢，難以進(jìn)行，實(shí)際上廣為應(yīng)用的是氯代和溴代反應(yīng)。,35,烷烴的鹵代反應(yīng)一般難以停留在一取代階段，通常得到各鹵代烴的混合物。若要得到其中某一產(chǎn)物，可通過(guò)控制甲烷和氯的配料比來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如甲烷的氯代：,36,在漫射光或熱的作用下，烷烴發(fā)生鹵代反應(yīng)：,甲烷的氯化較難停留在一氯化階段：,產(chǎn)物為四種氯甲烷的混合物，氯氣過(guò)量時(shí)主要得到四氯化碳，甲烷過(guò)量時(shí)主要得到一氯甲烷。,鹵代反應(yīng),37,上述鹵代反應(yīng)均屬于自由基取代反應(yīng)。自由基取代反應(yīng)是通過(guò)共價(jià)鍵的均裂生成自由基而進(jìn)行的鏈反應(yīng)。它包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止三個(gè)階段。,(2)自由基取代反應(yīng)機(jī)理,38,例：甲烷氯代反應(yīng)機(jī)理,39,烯丙基自由基3自由基2自由基1自由基甲基自由基,則各類氫原子的活潑性應(yīng)按以下次序減弱。CH2=CHCH2H3H2H1HCH3H,實(shí)驗(yàn)表明：各種烴基自由基的穩(wěn)定性以如下次序減小：,在自由基鹵代反應(yīng)中，決定反應(yīng)速率的最慢步驟是氫的獲取。,而氫的獲取，即氫的活潑性取決于形成的烴基自由基的穩(wěn)定性。形成的自由基越穩(wěn)定，越容易形成。,40,丙烷的氯化反應(yīng)：,仲氫與伯氫活性之比為：,(3)鹵化反應(yīng)的取向與自由基的穩(wěn)定性,41,異丁烷的一元氯化反應(yīng)：,叔氫與伯氫活性之比為：,氫原子被鹵化的次序（由易到難）為：叔氫仲氫伯氫,烷基自由基的穩(wěn)定性次序?yàn)椋?CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3,42,2.氧化反應(yīng),3.異構(gòu)化反應(yīng)適當(dāng)條件下，直鏈或支鏈少的烷烴可以異構(gòu)化為支鏈多的烷烴。,適當(dāng)條件下可部分氧化為醇、醛、酮、羧酸等含氧化合物。,43,4.裂化反應(yīng)烷烴在沒(méi)有氧氣存在下進(jìn)行的熱分解反應(yīng)叫裂化反應(yīng)。,44,烷烴的化學(xué)性質(zhì)為什么相對(duì)穩(wěn)定?為什么說(shuō)烷烴的鹵代反應(yīng)主要指氯代和溴代?,答：因?yàn)橥闊N是飽和烴，分子中存在牢固的C-C鍵和C-H鍵，所以烷烴具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性。在室溫下，烷烴不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)還原劑反應(yīng)。因?yàn)橥闊N的氟代反應(yīng)劇烈，難以控制；碘